JP2018028865A - 回転軸を有する機械 - Google Patents

Abstract

【課題】専門知識や高額な装置等を要することなく、容易に転がり軸受の状態を診断することができる回転軸を有する機械を提供する。【解決手段】縦軸が摩擦係数、横軸が潤滑油粘度と転がり速度との積を現在の予圧で除した値とされたグラフを作成し表示するとともに、主軸２の回転速度や冷却油温度、転がり軸受３、３の組み込み予圧、各転がり軸受３の現在の予圧、転がり速度、摩擦トルク、摩擦係数、転がり軸受３、３の総発熱量、各転がり軸受３の発熱量、潤滑油粘度といった転がり軸受３の診断に係る情報を表示装置１０に表示する。したがって、従来のように振動や音等を測定したり、その測定結果をもとに周波数分析を行ったりする必要がないことから、専門知識や高額な装置等が必要でなく、低コストで、且つ、作業経験に乏しいような作業者であっても容易に転がり軸受の状態を診断することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば工具又はワークを回転させながら加工するための回転軸装置を備えた機械に関するものである。

回転軸を回転させて加工を行う工作機械（たとえば特許文献１）には、回転軸を軸支するための転がり軸受が設けられている。しかしながら、転がり軸受の転走面の摩耗が進行すると、びびり振動の発生の原因となったり、加工精度が悪化したりする。そして、さらに摩耗が進行すると、転がり軸受が焼き付いて工作機械が動作停止してしまうおそれがある。そこで、そのような問題が発生しないように、回転軸の回転時の振動や音等を測定し、その測定結果をもとに周波数分析を行うとともに、その分析結果にもとづいて転がり軸受の状態を診断しようという方法がある。

特開２０００−２４８１１号公報

しかしながら、上記従来の方法は専門知識や経験を有するため、作業経験に乏しい作業者等には不向きであるという問題がある。また、センサや周波数分析装置等は高額で、コストの点においても問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、専門知識や高額な装置等を要することなく、容易に転がり軸受の状態を診断することができる回転軸を有する機械を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、回転軸を転がり軸受にて軸支した回転軸装置と、前記転がり軸受の温度を検出するための温度検出手段、前記回転軸の速度を検出するための回転速度検出手段、及び表示手段を有する制御装置とを備えた回転軸を有する機械であって、前記制御装置は、前記転がり軸受の状態を診断するための情報として、前記転がり軸受の温度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の転がり速度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の摩擦トルクと、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の摩擦係数と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の発熱量と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受における潤滑油粘度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の現在の予圧とのうちの少なくとも何れか１つを、数値及び／又はグラフにて前記表示手段に表示することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御装置は、前記摩擦係数と、前記潤滑油粘度と前記転がり速度との積を前記転がり軸受の現在の予圧で除した値との関係をグラフにて前記表示手段に表示することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御装置は、前記摩擦係数と、前記潤滑油粘度と前記転がり速度との積を前記転がり軸受の現在の予圧で除した値との関係を表すグラフを記憶するとともに、今回のグラフを表示するにあたり、過去のグラフと重ねて表示することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記制御装置は、前記転がり軸受の状態を診断するための情報を記憶するとともに、今回の情報を前記表示手段に表示するにあたり、過去の情報と今回の情報との両方を表示することを特徴とする。

本発明によれば、転がり軸受の状態を診断するための情報として、転がり軸受の温度と、制御装置で算出される転がり軸受の転がり速度と、制御装置で算出される転がり軸受の摩擦トルクと、制御装置で算出される転がり軸受の摩擦係数と、制御装置で算出される転がり軸受の発熱量と、制御装置で算出される転がり軸受における潤滑油粘度と、制御装置で算出される転がり軸受の現在の予圧とのうちの少なくとも何れか１つが、数値及び／又はグラフにて表示手段に表示されるようになっており、作業者はその情報にもとづいて転がり軸受の状態を診断すればよい。したがって、従来のように振動や音等を測定したり、その測定結果をもとに周波数分析を行ったりする必要がないことから、専門知識や高額な装置等が必要でなく、低コストで、且つ、作業経験に乏しいような作業者であっても容易に転がり軸受の状態を診断することができる。
また、特に請求項３や請求項４に記載の発明によれば、過去のグラフや情報と現在のグラフや情報とが両方表示されるため、転がり軸受の状態の変化が非常にわかりやすく、正確且つ迅速に転がり軸受の状態を診断することができる。

工作機械を示した説明図である。 表示装置に表示される転がり軸受の診断に係るグラフを示した説明図である。 転がり軸受の状態の診断に係る制御について示したフローチャート図である。

以下、本発明の一実施形態となる軸受の状態の診断機能を有する工作機械について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、工作機械２０を示した説明図である。
工作機械２０は、主軸装置１、制御装置７、冷却油循環装置１１、及び潤滑油供給装置１２を有する。主軸装置１は、回転軸としての主軸２と、主軸２を軸支する複数の転がり軸受３、３と、主軸２を回転させるための図示しない駆動装置とを備えてなるものであって、主軸２の先端には、図示しない工具を装着可能となっている。また、主軸装置１には、主軸２を冷却する冷却油を循環させるための冷却油循環装置１１と、転がり軸受３、３へ潤滑油を供給するための潤滑油供給装置１２とが接続されている。さらに、主軸装置１には、主軸２の内部を流れる冷却油の温度を測定するための温度センサ５と、主軸２の回転速度を検出するための回転速度検出部６とが設けられている。一方、制御装置７は、主軸装置１の動作を制御するとともに、主軸装置１における転がり軸受３、３の状態を診断するためのものであって、温度センサ５により測定された冷却油の温度に係る情報や、回転速度検出部６により検出された主軸２の回転速度等にもとづいて種々の演算を行う演算装置８、記憶装置９、及び表示装置１０が備えられている。

ここで、本発明の要部となる制御装置７による転がり軸受３の状態の診断に係る制御について、図３のフローチャート図に沿って説明する。
まず、事前に、制御装置７による制御のもと、主軸２を所定の診断用回転速度で回転させた後、当該状態から駆動装置をＯＦＦとして主軸２を惰性で回転させ、その惰性回転開始時に主軸２の内部を流れる冷却油の温度を温度センサ５で測定するとともに、その測定値をもとに駆動装置及び転がり軸受３を発熱源とした伝熱解析を行い、その解析結果を記憶装置９に記憶させておく。

そして、主軸装置１の転がり軸受３の状態を診断するにあたって、制御装置７は、上記同様に主軸２を診断用回転速度で回転させた（Ｓ１）後、駆動装置をＯＦＦとして主軸２を惰性で回転させる（Ｓ２）。また、惰性回転の開始時に主軸２の内部を流れる冷却油の温度を温度センサ５で測定する（Ｓ３）とともに、その測定値や予め記憶されている伝熱解析の解析結果、診断用回転速度等から、転がり軸受３の発熱量及び転走面の温度を推定する（Ｓ４）。さらに、それらの推定結果や予め記憶装置９に記憶されている転がり軸受３の組み込み予圧等をもとに、転がり軸受３の現在の予圧、摩擦係数、及び潤滑油粘度を算出する（Ｓ５）。一方、回転速度検出部６により、惰性回転開始からの主軸２の回転速度の経時的変化を読み取るとともに、主軸２の回転速度にもとづいて転がり軸受３の転がり速度を算出する（Ｓ６）。

そして、縦軸が摩擦係数、横軸が潤滑油粘度と転がり速度との積を現在の予圧で除した値とされたグラフ（すなわち、転がり軸受３の診断に係るグラフ）、及びたとえば主軸２の回転速度や冷却油温度、転がり軸受３、３の組み込み予圧、各転がり軸受３の現在の予圧、転がり速度、摩擦トルク、摩擦係数、転がり軸受３、３の総発熱量、各転がり軸受３の発熱量、潤滑油粘度等の転がり軸受３の診断に係る情報を表示装置１０に表示するとともに、当該診断に係るグラフや情報を記憶装置９に記憶する（Ｓ７）。このとき、転がり軸受３の転走面の摩耗が進行すると、摩擦係数や転がり速度に変化が生じ、Ｓ７で作成するグラフも以前作成するグラフとは異なるものとなる。そこで、グラフを表示するにあたっては、図２に示す如く、過去のグラフと現在のグラフとを重ねて表示する。また、診断に係る情報については、数値そのものを表示してもよいし、グラフとして表示してもよく、更にはその両方を表示してもよい。

以上のような構成を有する工作機械２０によれば、惰性回転の開始時に主軸２の内部を流れる冷却油の温度を温度センサ５で測定するとともに、その測定値や予め記憶されている伝熱解析の解析結果、診断用回転速度等から、転がり軸受３の発熱量及び転走面の温度を推定し、それらの推定結果や予め記憶装置９に記憶されている転がり軸受３の組み込み予圧等をもとに、転がり軸受３の現在の予圧、摩擦係数、及び潤滑油粘度を算出する（Ｓ５）。また、回転速度検出部６により、惰性回転開始からの主軸２の回転速度の経時的変化を読み取るとともに、主軸２の回転速度にもとづいて転がり軸受３の転がり速度を算出する。そして、縦軸が摩擦係数、横軸が潤滑油粘度と転がり速度との積を現在の予圧で除した値とされたグラフ、及びたとえば主軸２の回転速度や冷却油温度、転がり軸受３、３の組み込み予圧、各転がり軸受３の現在の予圧、転がり速度、摩擦トルク、摩擦係数、転がり軸受３、３の総発熱量、各転がり軸受３の発熱量、潤滑油粘度等の転がり軸受３の診断に係る情報を表示装置１０に表示する。したがって、従来のように振動や音等を測定したり、その測定結果をもとに周波数分析を行ったりする必要がないことから、専門知識や高額な装置等が必要でなく、低コストで、且つ、作業経験に乏しいような作業者であっても容易に転がり軸受の状態を診断することができ、ひいては転がり軸受３、３の異常を検出することができる。

また、縦軸が摩擦係数、横軸が潤滑油粘度と転がり速度との積を現在の予圧で除した値とされたグラフを作成・表示するにあたり、過去のグラフと現在のグラフとを重ねて表示する。したがって、転がり軸受３、３の状態の変化が非常にわかりやすく、正確且つ迅速に転がり軸受の状態を診断することができ、ひいては転がり軸受３、３の異常を早期に検出することができる。

なお、本発明の工作機械に係る構成は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、機械全体の構成は勿論、転がり軸受の状態の診断に係る制御等に係る構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更可能である。

たとえば、上記実施形態では、転がり軸受の状態の診断に係る情報として、主軸の回転速度や冷却油温度、転がり軸受の組み込み予圧、各転がり軸受の現在の予圧、転がり速度、摩擦トルク、摩擦係数、転がり軸受の総発熱量、各転がり軸受の発熱量、潤滑油粘度の全てを表示するとしているが、少なくとも冷却油温度と、転がり軸受の現在の予圧と、転がり速度と、摩擦トルクと、摩擦係数と、転がり軸受の発熱量と、潤滑油粘度との何れか１つを表示するように構成すれば、転がり軸受の状態を診断することは可能である。
また、回転軸の回転速度や転がり軸受の組み込み予圧に関しては、表示しても表示しなくてもどちらでもよい。

さらに、転がり軸受の発熱量や、転がり軸受の現在の予圧を表示するにあたっては、たとえば全ての転がり軸受の総発熱量を表示するように構成してもよいし、各転がり軸受毎に発熱量や現在の予圧を表示する（たとえば主軸の先端側のフロント転がり軸受と、基端側のリア転がり軸受とに分けて表示する）ように構成してもよく、当然ではあるが、総発熱量と各転がり軸受毎の情報との両方を表示するように構成しても何ら問題はない。
さらにまた、上記実施形態では、縦軸が摩擦係数、横軸が潤滑油粘度と転がり速度との積を現在の予圧で除した値とされたグラフを作成・表示するとしているが、縦軸と横軸とが逆のグラフであっても何ら問題はないし、このようなグラフは表示しない（上記診断に係る情報のみを表示する）とすることも可能である。

またさらに、上記実施形態では、温度センサの設置位置について特に言及していないものの、その設置位置は回転軸装置の静止部であることが好ましいものの、転がり軸受の温度を測定可能であれば、温度センサの設置位置が限定されることはない。
加えて、上記実施形態では、回転軸を惰性回転させ、その間に転がり軸受の状態を診断するとしているが、惰性回転中ではなく、駆動装置による回転中に各種情報を算出し、表示手段に表示するように構成することも可能である。

また、上記実施形態では、回転軸の内部を流れる冷却油の温度を測定し、その測定値をもとにして転がり軸受の温度を検出する（推定する）としているが、要は転がり軸受の温度が検出可能であればよい。したがって、冷却装置を設けたり、冷却油の温度を測定したりすることなく、転がり軸受の温度を検出するように構成することも可能である。
さらに、上記実施形態では、転がり軸受に潤滑油を供給する潤滑装置を設けるとしているが、転がり軸受をグリス潤滑するのであれば、そのような潤滑装置を設ける必要はない。なお、この場合、潤滑油粘度とはグリスの粘度ということになる。
加えて、本発明は、工作機械以外の機械（たとえば発電機や圧延機等）にも適用することができる。

１・・主軸装置（回転軸装置）、２・・主軸（回転軸）、３・・転がり軸受、５・・温度センサ（温度検出手段）、６・・回転速度検出部（回転速度検出手段）、７・・制御装置、８・・演算装置、９・・記憶装置、１０・・表示装置（表示手段）、１１・・冷却油循環装置（冷却装置）、１２・・潤滑油供給装置（潤滑装置）、２０・・工作機械（回転軸を有する機械）。

Claims (4)

1. 回転軸を転がり軸受にて軸支した回転軸装置と、前記転がり軸受の温度を検出するための温度検出手段、前記回転軸の速度を検出するための回転速度検出手段、及び表示手段を有する制御装置とを備えた回転軸を有する機械であって、
   前記制御装置は、前記転がり軸受の状態を診断するための情報として、前記転がり軸受の温度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の転がり速度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の摩擦トルクと、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の摩擦係数と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の発熱量と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受における潤滑油粘度と、前記制御装置で算出する前記転がり軸受の現在の予圧とのうちの少なくとも何れか１つを、数値及び／又はグラフにて前記表示手段に表示することを特徴とする工作機械。
2. 前記制御装置は、前記摩擦係数と、前記潤滑油粘度と前記転がり速度との積を前記転がり軸受の現在の予圧で除した値との関係をグラフにて前記表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御装置は、前記摩擦係数と、前記潤滑油粘度と前記転がり速度との積を前記転がり軸受の現在の予圧で除した値との関係を表すグラフを記憶するとともに、
   今回のグラフを表示するにあたり、過去のグラフと重ねて表示することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記制御装置は、前記転がり軸受の状態を診断するための情報を記憶するとともに、今回の情報を前記表示手段に表示するにあたり、過去の情報と今回の情報との両方を表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械。

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