TW201710656A - 工作機械的軸承診斷裝置 - Google Patents

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Abstract

在不發生機械的破損的早的時機精度佳且廉 價地診斷軸承的異常。 軸承診斷裝置(10)，係具備以下而 成：測定主軸(3)的特定的旋轉速度下的轉數的旋轉速度檢測器(6)及計測裝置(12)、測定主軸(3)的溫度的溫度感測器(7)及計測裝置(12)、算出軸承(5)的摩擦力矩的摩擦力矩算出部(16)、算出軸承(5)的滾動速度的滾動速度算出部(17)、推定軸承(5)的預壓的軸承預壓推定部(14)、推定軸承(5)的潤滑油黏度的潤滑油黏度推定部(15)、從摩擦力矩、滾動速度、預壓、潤滑油黏度算出軸承特性的軸承特性算出部(18)、記憶基準的軸承特性的記憶手段(19)、及將藉軸承特性算出部(18)而算出的軸承特性與記憶於記憶裝置(19)的基準的軸承特性進行比較而判定異常的有無的判定裝置(20)。

Description

工作機械的軸承診斷裝置
本發明，係有關供於在工作機械中檢測出使用於旋轉軸的可旋轉地支撐的滾動軸承的異常用的軸承診斷裝置。
在具備設於工作機械的主軸等的旋轉軸的旋轉軸裝置方面，為了將旋轉軸可旋轉地支撐而使用的滾動軸承(以下單稱作「軸承」)，係包含內輪、外輪、設於兩輪間的複數個轉動體(滾珠、滾軸等)、及供於保持轉動體之間隔用的保持器而成，內輪與旋轉軸一體旋轉，外輪併入而固定於主軸外殼等。
在發生於此軸承的異常方面，係列舉潤滑不良、異物的混入、磨耗、過大負載等。發生此等異常時，發生旋轉不良、燒傷等，對工作機械的正常運轉造成障礙，故診斷軸承的異常為優選。
所以，在診斷軸承的異常的方法方面，於專利文獻1，係已揭露對具有軸承的旋轉裝置的溫度與停止時間進行監視，而依溫度與預先設定的基準停止時間進行比較而 判定軸承的異常的有無的發明。此外，於專利文獻2，係已揭露檢測出在運轉中產生的聲音、振動等而進行頻率分析，而與預先設定的異常頻率的頻譜的等級進行比較而進行異常判定的發明。再者，於專利文獻3，係已揭露從軸的慣性旋轉時的轉數的變化算出摩擦力矩，並將此摩擦力矩與基準值進行比較而判定軸承的異常的發明。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特許第4091885號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-20090號公報
[專利文獻3]日本專利特公平6-65189號公報
在專利文獻1的發明方面，係針對工作機械的主軸，尤其在綜合加工機中針對軸承的溫度上升進行監視的情況下，不得不在軸承附近的構造體安裝溫度感測器，限於間接的溫度計測，無法觀測軸承溫度的急劇的變化。此觀測精度係受溫度感測器本身的性能而左右。因此，有可能未注意到軸承的異常而招致機械的破損。
在專利文獻2的發明方面，係雖可解析聲音、振動等從而正確地檢測出軸承異常，惟需要振動感測器、聲音感測器等的高價的測定器，導致成本上升。
在專利文獻3的發明方面，係從軸的慣性旋轉時的轉數的變化的比例換算而求出摩擦力矩，故不能說摩擦力矩正確，此外單純將所算出的摩擦力矩與基準值進行比較而判定軸承的異常，故不能說判定精度高。
所以，本發明，係目的在於提供可在不會發生機械的破損的早的時機精度佳且廉價地診斷軸承的異常的工作機械的軸承診斷裝置。
為了達成上述目的，申請專利範圍第1項之發明，係供於在具備以軸承可旋轉地支撐旋轉驅動的旋轉軸而成的旋轉軸裝置的工作機械中，檢測出前述軸承的異常用的軸承診斷裝置，具備測定前述旋轉軸的特定的旋轉速度下的轉數的轉數測定手段、測定涉及前述旋轉軸裝置的溫度的溫度測定手段、算出前述旋轉軸裝置相關的摩擦力矩的摩擦力矩算出手段、從前述轉數算出前述軸承的滾動速度的滾動速度算出手段、從前述摩擦力矩及前述滾動速度算出軸承特性的軸承特性算出手段、記憶基準的軸承特性的記憶手段、及將藉前述軸承特性算出手段而算出的前述軸承特性、及記憶於前述記憶手段的基準的前述軸承特性進行比較而判定異常的有無的判定手段。
申請專利範圍第2項之發明，係在申請專利範圍第1項的構成中，前述轉數測定手段，係測定從前述特定的旋 轉速度至前述旋轉軸停止為止的期間的轉數。
申請專利範圍第3項之發明，係在申請專利範圍第1項的構成中，前述溫度測定手段，係測定從前述特定的旋轉速度至前述旋轉軸停止為止的期間的溫度。
申請專利範圍第4項之發明，係在申請專利範圍第1項的構成中，前述軸承特性算出手段，係對前述摩擦力矩及前述滾動速度，加上軸承預壓與潤滑油黏度而算出前述軸承特性。
申請專利範圍第5項之發明，係在申請專利範圍第4項的構成中，前述軸承預壓，係藉從前述溫度與前述轉數的關係推定前述軸承預壓的預壓推定手段而獲得。
申請專利範圍第6項之發明，係在申請專利範圍第4項的構成中，前述潤滑油黏度，係藉從前述溫度與前述轉數的關係推定前述潤滑油黏度的潤滑油黏度推定手段而獲得。
申請專利範圍第7項之發明，係在申請專利範圍第1項的構成中，前述摩擦力矩算出手段，係藉使用了前述轉數、慣量、加速度的計算式而算出前述摩擦力矩。
申請專利範圍第8項之發明，係在申請專利範圍第1項的構成中，前述滾動速度算出手段，係藉使用了前述轉數、轉動體節圓直徑、轉動體直徑、接觸角的計算式而算出前述滾動速度。
申請專利範圍第9項之發明，係在申請專利範圍第1至8項中任一項的構成中，具備供於報知前述判定手段的 判定結果用的報知手段。
依本發明時，從摩擦力矩與滾動速度算出軸承特性而與基準的軸承特性進行比較，而判定異常的有無，故可在不發生機械的破損的早的時機精度佳且廉價地診斷軸承的異常。
1‧‧‧主軸裝置
2‧‧‧主軸外殼
3‧‧‧主軸
4‧‧‧工具
5‧‧‧軸承
6‧‧‧旋轉速度檢測器
7‧‧‧溫度感測器
10‧‧‧軸承診斷裝置
11‧‧‧主軸控制裝置
12‧‧‧計測裝置
13‧‧‧運算裝置
14‧‧‧軸承預壓推定部
15‧‧‧潤滑油黏度推定部
16‧‧‧摩擦力矩算出部
17‧‧‧滾動速度算出部
18‧‧‧軸承特性算出部
19‧‧‧記憶裝置
20‧‧‧判定裝置
21‧‧‧顯示裝置
[圖1]工作機械的軸承診斷裝置的示意圖。
[圖2]軸承診斷順序的流程圖。
[圖3]軸承特性(斯特里貝克曲線)的說明圖。
以下，基於圖式說明本發明的實施形態。
圖1，係示出工作機械的軸承診斷裝置的一例的示意圖，而此軸承診斷裝置係診斷使用於作為使工具旋轉的旋轉軸裝置的主軸裝置的軸承。
於圖1，1係主軸裝置，且在主軸外殼2內，係作為在前端裝載工具4而以未圖示的主軸馬達而旋轉的旋轉軸的主軸3被藉軸承(此處係轉動體為滾珠的滾珠軸承)5、5而可旋轉地支撐。6係檢測出主軸3的旋轉速度的旋轉速度檢測器，且在主軸外殼2，係設有使探測器插入至 軸承5、5的附近的溫度感測器7。
在軸承診斷裝置10，係一方面設有控制主軸馬達的主軸控制裝置11，另一方面設有被輸入來自旋轉速度檢測器6的旋轉檢測信號與來自溫度感測器7的溫度檢測信號的計測裝置12，並設有被輸入轉數及溫度的運算裝置13。此旋轉速度檢測器6與計測裝置12為轉數測定手段，溫度感測器7及計測裝置12為溫度測定手段。
演算裝置13，係具備作為根據從計測裝置12所獲得的軸承5的溫度與轉數而推定軸承5的預壓的預壓推定手段的軸承預壓推定部14、作為根據該溫度與轉數而推定供應至軸承5的潤滑油的黏度的潤滑油黏度推定手段的潤滑油黏度推定部15、作為根據從計測裝置12所獲得的主軸3的轉數而算出摩擦力矩的摩擦力矩算出手段的摩擦力矩算出部16、作為根據該轉數而算出軸承5的滾動速度的滾動速度算出手段的滾動速度算出部17、及作為根據軸承5的預壓、潤滑油黏度、滾動速度、摩擦力矩而算出軸承特性的軸承特性算出手段的軸承特性算出部18。
19，係作為記憶成為判定基準的軸承特性的記憶手段的記憶裝置，且以軸承特性算出部18而算出的軸承特性、及記憶於記憶裝置19的軸承特性，係以作為判定手段的判定裝置20進行比較，而判定軸承異常的有無，且此判定結果係顯示於設在工作機械的NC裝置的作為報知手段的顯示裝置21。
基於圖2的流程圖而說明在如以上而構成的 軸承診斷裝置10中的軸承診斷順序。
診斷開始的指令被輸入至軸承診斷裝置10時，首先在S1係判別主軸3是否為特定的旋轉速度。此處非特定的旋轉速度時，在S2藉主軸控制裝置11變更為特定的旋轉速度。並且，再次在S1確認為特定的旋轉速度時，在S3係判別從溫度感測器7所獲得的檢測溫度是否穩定(穩定狀態)。此穩定狀態，係指檢測溫度在既定時間之期間不會變動既定範圍以上。因此，檢測溫度未穩定時，在S4以既定溫度為目標而進行暖機運轉。
暖機運轉的結果，在S3確認溫度的穩定時，在S5使往主軸馬達的通電停止而進行慣性旋轉，直到在S6確認主軸3的停止為止，在S7計測轉數與溫度。
在S6確認主軸3的停止時，在運算裝置13係在S8中，根據在S7所計測的轉數，分別藉摩擦力矩算出部16而計算摩擦力矩，並藉滾動速度算出部17而計算滾動速度。此摩擦力矩及滾動速度，係依轉數、及已預先記憶於記憶裝置19的參數，根據運用了例如轉數、慣量、加速度的以下的數式1及運用了轉數、滾珠節圓直徑、滾珠直徑、接觸角的以下的數式2而算出。數式1為摩擦力矩的計算式，數式2為滾動速度的計算式。
T：摩擦力矩、V：轉數、M：慣量
u front：轉動速度、V：轉數、d：滾珠節圓直徑、D：滾珠直徑、β：接觸角
此外，在S9，根據在S7所計測的溫度及轉數，分別藉軸承預壓推定部14推定軸承預壓，藉潤滑油黏度推定部15推定潤滑油黏度。此軸承預壓，係將所計測的溫度及轉數，參照於預先記憶於記憶裝置19的表示溫度及轉數與軸承預壓的關係的圖形、資料表等從而推定。潤滑油黏度，亦將所計測的溫度及轉數，參照於預先記憶於記憶裝置19的表示溫度及轉數與潤滑油黏度的關係的圖形、資料表等從而推定。
並且，在S10，係根據此等計算結果及摩擦力矩T與摩擦係數μ的關係式T=μ×Pr×d/2(Pr：徑向負載；d：軸承內徑)，而算出如示於圖3的表示摩擦係數與軸承特性數的關係的軸承特性(斯特里貝克曲線)。在軸承特性數方面，分別黏度係表示潤滑油黏度，速度係表示旋轉速度，預壓係表示軸承預壓。
接著，在判定裝置20，係在S11，將預先記憶於記憶裝置19的基準的軸承特性與在S10而算出的軸承特性進行比較而判別是否有異常。
例如滾珠的滾動面粗糙的情況下，係如在圖3以點劃線A表示，顯現摩擦係數相對於以實線表示的正常的軸承特性而增加的差別。因此，在特定的範圍中摩擦係數增加既定數值時，在S12，當作發生軸承5的異常(潤滑不 良)而於顯示裝置21顯示該旨。此外，於預壓具有異常的情況下，係如在圖3以雙點劃線B表示，顯現正常的軸承特性的曲線部分的最小部分偏移，在軸承特性數高之處摩擦係數增加的差別。因此，可確認最小部的偏移與摩擦係數的增加時，在S12，當作發生軸承5的異常(預壓消失)而於顯示裝置21顯示該旨。
另一方面，在S11的判別上於軸承5無異常時，在S13，將所算出的軸承特性記憶於記憶裝置19。
如此，依上述形態的軸承診斷裝置10時，由於具備測定主軸3的特定的旋轉速度下的轉數的旋轉速度檢測器6及計測裝置12、測定主軸3的溫度的溫度感測器7及計測裝置12、算出軸承5的摩擦力矩的摩擦力矩算出部16、算出軸承5的滾動速度的滾動速度算出部17、推定軸承5的預壓的軸承預壓推定部14、推定軸承5的潤滑油黏度的潤滑油黏度推定部15、從摩擦力矩、滾動速度、軸承預壓、潤滑油黏度算出軸承特性的軸承特性算出部18、記憶基準的軸承特性的記憶裝置19、將藉軸承特性算出部18而算出的軸承特性與記憶於記憶裝置19的基準的軸承特性進行比較而判定異常的有無的判定裝置20，使得可在不發生機械的破損的早的時機精度佳且廉價地診斷軸承的異常。
另外，在上述形態雖在軸承方面例示滾珠軸承(滾珠軸承)，惟亦可為滾軸軸承。此外，在顯示裝置，係除了將軸承的異常內容進行文字顯示以外，亦可作 成將示於圖3的斯特里貝克曲線與異常時的曲線A、B一併顯示。
此外，在S10所算出的軸承特性方面無異常的情況下，亦可將此軸承特性更新為基準的軸承特性，或算出所算出的複數次的軸承特性的平均而將其更新為基準的軸承特性。
再者，藉預壓推定手段的軸承預壓的推定方法、藉潤滑油黏度推定手段的潤滑油黏度的推定方法、藉摩擦力矩算出手段的摩擦力矩的算出方法、藉滾動速度算出手段的滾動速度的算出方法等亦不限於上述形態，可酌情變更。
其中，在上述形態，係雖從摩擦力矩、滾動速度、軸承預壓、潤滑油黏度算出軸承特性，惟不使用軸承預壓與潤滑油黏度而僅以摩擦力矩及滾動速度的進行算出亦可。因此，此情況下係可省略預壓推定手段與潤滑油黏度推定手段。
另一方面，報知手段方面係不限於顯示裝置，可採用燈、合成聲音、蜂鳴等，或亦可將此等與顯示裝置併用。其中，亦可作成省略報知手段而限於將異常內容記憶於記憶裝置，而操作員在必要的時機叫出。
此外，在旋轉軸方面係不限於使工具旋轉的主軸，為把持工件而予以旋轉的旋轉軸裝置亦可進行依本發明的軸承診斷。
1‧‧‧主軸裝置
2‧‧‧主軸外殼
3‧‧‧主軸
4‧‧‧工具
5‧‧‧軸承
6‧‧‧旋轉速度檢測器
7‧‧‧溫度感測器
10‧‧‧軸承診斷裝置
11‧‧‧主軸控制裝置
12‧‧‧計測裝置
13‧‧‧運算裝置
14‧‧‧軸承預壓推定部
15‧‧‧潤滑油黏度推定部
16‧‧‧摩擦力矩算出部
17‧‧‧滾動速度算出部
18‧‧‧軸承特性算出部
19‧‧‧記憶裝置
20‧‧‧判定裝置
21‧‧‧顯示裝置

Claims (9)

  1. 一種工作機械的軸承診斷裝置，其係供於在具備以軸承可旋轉地支撐旋轉驅動的旋轉軸而成的旋轉軸裝置的工作機械中，檢測出前述軸承的異常用的軸承診斷裝置，特徵在於：具備：測定前述旋轉軸的特定的旋轉速度下的轉數的轉數測定手段；測定涉及前述旋轉軸裝置的溫度的溫度測定手段；算出前述旋轉軸裝置相關的摩擦力矩的摩擦力矩算出手段；從前述轉數算出前述軸承的滾動速度的滾動速度算出手段；從前述摩擦力矩及前述滾動速度算出軸承特性的軸承特性算出手段；記憶基準的軸承特性的記憶手段；以及將藉前述軸承特性算出手段而算出的前述軸承特性、及記憶於前述記憶手段的基準的前述軸承特性進行比較而判定異常的有無的判定手段。
  2. 如申請專利範圍第1項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述轉數測定手段，係測定從前述特定的旋轉速度至前述旋轉軸停止為止的期間的轉數。
  3. 如申請專利範圍第1項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述溫度測定手段，係測定從前述特定的旋轉 速度至前述旋轉軸停止為止的期間的溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述軸承特性算出手段，係對前述摩擦力矩及前述滾動速度，加上軸承預壓與潤滑油黏度而算出前述軸承特性。
  5. 如申請專利範圍第4項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述軸承預壓，係藉從前述溫度與前述轉數的關係推定前述軸承預壓的預壓推定手段而獲得。
  6. 如申請專利範圍第4項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述潤滑油黏度，係藉從前述溫度與前述轉數的關係推定前述潤滑油黏度的潤滑油黏度推定手段而獲得。
  7. 如申請專利範圍第1項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述摩擦力矩算出手段，係藉使用了前述轉數、慣量、加速度的計算式而算出前述摩擦力矩。
  8. 如申請專利範圍第1項的工作機械的軸承診斷裝置，其中，前述滾動速度算出手段，係藉使用了前述轉數、轉動體節圓直徑、轉動體直徑、接觸角的計算式而算出前述滾動速度。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項的工作機械的軸承診斷裝置，其具備供於報知前述判定手段的判定結果用的報知手段。
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