JP6546240B2 - 軸受寿命予測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、モータの軸受の寿命を予測する軸受寿命予測装置に関する。
近年、工作機械において、センタースルークーラントを行うタイプが多く存在する。このタイプ場合、クーラント液が通液可能な貫通孔が形成された回転軸部を有するモータが使用される。そして、回転軸部は、後端において回転ジョイントによりクーラント送液部と連結され、前端において連結部により主軸と連結されている。
回転軸部は一対の軸受により回転可能に支持されているが、クーラント液の圧力により回転軸部にスラスト荷重が加えられ、結果として軸受の内輪の移動が生じたり、内輪を介した予定しない荷重の付与が生じたりする場合がある。クーラント液の圧力の大きさや方向によっては、軸受が不適正な状態となり、軸受寿命が短くなる場合がある。
ここで、クーラント液の圧力の影響を踏まえた軸受寿命の予測は、軸受の適正使用や交換時期の予測のため、更には工作機械の適正な使用・管理のためにも重要なことである。
しかし、クーラント液の圧力の影響を踏まえた軸受寿命の予測は、影響する要素が多く予測作業が複雑であること、更には、予測した場合でも実際の加工サイクル動作ごとにクーラント液の圧力やモータの駆動条件は異なるので、正確な予測が難しいという課題があった。特に、実際の加工サイクル動作中にクーラント液の圧力が軸受に与える影響を詳細に予測することは困難であった
これに対し、例えば、切削時に主軸に作用するアキシャル(スラスト)荷重の測定が可能な工作機械が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−223951号公報
しかし、特許文献1に開示された技術では、主軸に作用する荷重を測定するだけであり、主軸に連結部を介して連結された回転軸部への荷重を測定するものではなく、更にはスラスト液の圧力による影響が想定されていなかった。また、特許文献1には、回転軸部を回転可能に支持する軸受の寿命を予測する技術は開示されていない。
本発明は、クーラント液の圧力による回転軸部への荷重を考慮して軸受の寿命を予測可能なモータの軸受の寿命を予測する軸受寿命予測装置を提供することを目的とする。
(1) 本発明は、工作機械に使用されるモータ(例えば、後述のモータ10)の回転軸部(例えば、後述の回転軸部16)であり且つクーラント液(例えば、後述のクーラント液5)を通液可能な回転軸部であって、回転軸方向(例えば、後述の回転軸方向X)の一端において回転ジョイント(例えば、後述の回転ジョイント25)を介してクーラント送液部(例えば、後述のクーラント送液部20)に連結されると共に、他端において連結部(例えば、後述の連結部35)を介してクーラント液を吐出可能な主軸(例えば、後述の主軸30)に連結される回転軸部を回転可能に支持する一対の軸受(例えば、後述の前軸受18、後軸受19)について、その寿命を予測する軸受寿命予測装置(例えば、後述の軸受寿命予測装置2)であって、前記一対の軸受のうち前記回転軸方向の他端側(例えば、後述のX2側)に配置される前軸受(例えば、後述の前軸受18)に対して加えられる前記回転軸方向への圧力を測定する圧力測定部(例えば、後述の圧力センサ125)と、クーラント液の圧力を測定するクーラント圧測定部(例えば、後述のクーラント圧測定部140)と、前記モータの回転数及び前記一対の軸受における温度を測定又は推測するモータ状態検出部(例えば、後述の温度センサ130、モータ回転数測定部135)と、各モータ機種それぞれを特定する機種情報と、各モータ機種における緒元情報であって少なくとも前記一対の軸受における諸元情報を含むモータ緒元情報と、を関連付けて記憶するモータ情報記憶部(例えば、後述のモータ情報記憶部250)と、モータ機種を特定する機種情報を入力又は選択するモータ機種特定部(例えば、後述のモータ機種特定部431)と、前記モータ機種特定部により入力又は選択された機種情報に関連付けて前記モータ情報記憶部に記憶される前記一対の軸受における諸元情報を含むモータ緒元情報と、前記クーラント圧測定部により測定されたクーラント液の圧力の情報と、前記圧力測定部により測定された前軸受に対して加えられる前記回転軸方向への圧力の情報と、前記モータ状態検出部により測定又は推測された前記モータの回転数の情報及び前記一対の軸受における温度の情報とに基づいて、前記一対の軸受の寿命を予測する軸受寿命予測部(例えば、後述の軸受寿命予測部350)と、を備える軸受寿命予測装置に関する。
(2) (1)の軸受寿命予測装置において、前記モータを所定の加工サイクルで駆動及び移動させると共に前記クーラント送液部にクーラント液を送液させる加工動作部(例えば、後述の加工動作部410)と、を更に備え、前記加工動作部は、 実加工動作を伴わない状態で、前記モータ及び前記クーラント送液部に第1加工サイクル動作を実行させ、前記軸受寿命予測部は、前記第1加工サイクル動作において測定された前記の各種の情報に基づいて、前記一対の軸受の第1軸受寿命を予測してもよい。
(3) (2)の軸受寿命予測装置において、前記モータ及び前記クーラント送液部が第1加工サイクル動作を実行した動作時間を計測する動作時間計測部(例えば、後述の動作時間計測部380)と、前記動作時間計測部により計測された第1加工サイクル動作を実行した動作時間を記憶する動作時間記憶部(例えば、後述の動作時間記憶部280)と、前記第1加工サイクル動作に対して予測された第1軸受寿命を記憶する軸受寿命記憶部(例えば、後述の軸受寿命記憶部290)と、を更に備え、加工サイクルが第1加工サイクルから第2加工サイクルに変更された場合、前記加工動作部は、実加工動作を伴わない状態で、前記モータ及び前記クーラント送液部に第2加工サイクル動作を実行させ、前記軸受寿命予測部は、前記第2加工サイクル動作において測定された前記の各種の情報に基づいて、前記一対の軸受の第2軸受寿命を予測すると共に、予測した前記第2軸受寿命、前記軸受寿命記憶部に記憶された前記第1軸受寿命及び前記動作時間記憶部に記憶された前記動作時間に基づいて、前記一対の軸受の残存寿命を予測してもよい。
(4) (2)又は(3)の軸受寿命予測装置において、前記予測された軸受の前記第1軸受寿命の延長及び延長期間を指示する延長指示部(例えば、後述の延長指示部437)と、を更に備え、前記軸受寿命予測部は、軸受寿命を前記延長指示部により指示された延長期間と前記第1軸受寿命との合計である第3軸受寿命とするためのクーラント圧を算出してもよい。
(5) (1)〜(4)のいずれかの軸受寿命予測装置において、前記モータは、前記回転軸部及び回転本体部(例えば、後述の回転本体部17)を有する回転子(例えば、後述のロータ15)と、前記回転本体部を収容すると共に前記回転本体部の外周面に対向して配置され且つ巻線を有する複数のスロット(例えば、後述のスロット101)を有する固定子(例えば、後述のステータ12)と、を備え、前記モータ状態検出部は、前記複数のスロットのうちいずれかのスロットに挿入された巻線の温度を測定して前記軸受の温度を推定してもよい。
本発明によれば、クーラント液の圧力による回転軸部への荷重を考慮して軸受の寿命を予測可能なモータの軸受の寿命を予測する軸受寿命予測装置を提供することができる。
実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置における構成の一部を説明する図である。 実施形態に係るモータの構成を説明する断面図である。 図1における領域A及び領域Bの拡大図であり、連結部及び回転ジョイントを説明する図である。 実施形態に係るモータの回転軸部、連結部及び回転ジョイントの関係を説明する模式図である。 実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置の構成を説明するブロック図である。 実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命予測動作を説明するフロー図である。 実施形態に係る軸受寿命予測装置の加工サイクル動作が変更された場合の軸受寿命予測動作を説明するフロー図である。 実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命延長指示を受け付けた場合の動作を説明するフロー図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
まず、図1から図4により、実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置について説明する。図1は、実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置における構成の一部を説明する図である。図2は、実施形態に係るモータの構成を説明する断面図である。図3は、図1における領域A及び領域Bの拡大図であり、連結部及び回転ジョイントを説明する図である。図4は、実施形態に係るモータの回転軸部、連結部及び回転ジョイントの関係を説明する模式図である。
図1に示すように、本実施形態におけるモータ制御装置1(工作機械)は、モータ10と、後方側(回転軸方向XにおけるX1側)においてモータ10と連結されるクーラント送液部20と、前方側(回転軸方向XにおけるX2側)においてモータ10と連結される主軸30と、モータ10の状態に関する情報及びクーラント液5の圧力情報等を取得可能であると共にモータ10における一対の軸受18、19の寿命を予測する軸受寿命予測部350(図5参照)を有する処理部100と、を有する。
クーラント送液部20は、モータ10の回転軸方向Xの後方側(X1側)において回転ジョイント25により連結される。クーラント送液部20は、クーラント供給部22と、クーラント送液路21とを有する。クーラント供給部22は、クーラント液5を所定圧力で送出する。クーラント送液路21は、クーラント供給部22からのクーラント液5を回転軸部16に送液する。クーラント送液部20は、クーラント液5を回転軸部16を介して主軸30に送液すると共に、主軸30に形成されている吐出口からクーラント液5を吐出させる。ここで、クーラント液5は、切削液及び冷却の一方又は双方の機能を奏する液体である。
主軸30は、モータ10の回転軸方向Xの前方側(X2側)において連結部35により連結される。主軸30は、モータ10の駆動により回転され、不図示の被加工物を加工する。主軸30は、不図示の吐出口と、吐出路30aと、を有する。吐出路30aは、回転軸部16(通液路16a)からのクーラント液5を吐出口に送液する。
図1から図3に示すように、モータ10は、後方側(回転軸方向XにおけるA1側)において回転ジョイント25によりクーラント送液部20に連結されると共に、前方側(回転軸方向XにおけるA2側)において連結部35により主軸30と連結される。
詳細には、図4に示すように、クーラント液5が通液される通液路16aを有する回転軸部16は、回転軸方向Xの一端(X1側、後端)において回転ジョイント25を介してクーラント送液部20に連結されると共に、他端(X2側、前端)において連結部35を介してクーラント液5を吐出可能な主軸30に連結される。
図2に示すように、回転軸部16は、回転軸方向Xの前方側(X2側)に配置される前軸受18と、回転軸方向Xの後方側(X1側)に配置される後軸受19とにより回転可能に支持されている。
回転軸部16には、クーラント液5が主軸30の先端から吐出された状態(以下「クーラント状態」という場合がある)において、クーラント液5の圧力(以下「クーラント圧」という場合がある)により生じる回転軸方向Xの荷重(スラスト荷重)が加えられる。
ここで、回転軸部16に加えられるクーラント圧による回転軸方向Xの荷重は、回転軸部16を介して前軸受18及び後軸受19にも影響を与える場合がある。
本実施形態における軸受寿命予測装置2は、回転軸部16を介して前軸受18及び後軸受19にも影響を与えるクーラント圧による回転軸方向Xの荷重を考慮して一対の軸受18、19の寿命を予測する。
図1及び図2に示すように、モータ10は、ステータ12(固定子)と、ロータ15(回転子)と、ハウジング11と、一対の軸受18、19と、付勢部材120と、圧力センサ125と、温度センサ130と、モータ回転数測定部135と、を備える。実施形態に係るモータ10は、例えば誘導式電動機であり、後述するステータ12に配置される複数のスロット101に配置される巻線からロータ15に配置される不図示の短絡された裸の導体への電磁誘導作用によって動作する。誘導式電動機は、構造が簡単で保守も容易であることから、幅広く利用されている。
ステータ12は、筒状の内部空間12aと、内部空間12aの外縁を形成する内周面に配置され巻線を有する複数のスロット101と、を有する。ステータ12は、軸方向に積層された複数の磁性鋼板により構成される。内部空間12aは、ロータ15を回転可能に収容可能な空間である。複数のスロット101それぞれは、巻線を有すると共に、回転軸方向Xに延びるように形成される。
ロータ15は、ステータ12における内部空間12aに回転軸Cを中心に回転可能に収容配置される。ロータ15は、回転軸部16と、回転本体部17とを有する。
回転軸部16は、回転軸Cに沿って配置される。回転軸部16は、回転本体部17と一体的に回転する。
回転軸部16は、クーラント液5を通液させる通液路16aを有する。通液路16aは、回転軸部16における回転軸方向Xにおける一端から他端まで貫通して形成されている貫通孔である。通液路16aは、クーラント送液部20から供給されたクーラント液5を、主軸30に形成される吐出路30aまで通液させる。
回転軸部16は、上述の通り、回転軸方向Xの一端(X1側、後端)において回転ジョイント25を介してクーラント送液部20に連結されると共に、他端(X2側、前端)において連結部35を介してクーラント液5を吐出可能な主軸30に連結される。
また、回転軸部16は、上述の通り、回転軸方向Xの前方側(X2側)に配置される前軸受18と、回転軸方向Xの後方側(X1側)に配置される後軸受19とにより回転可能に支持されている。
回転軸部16には、上述の通り、クーラント液5が主軸30の先端から吐出された状態において、クーラント液5の圧力により生じる回転軸方向Xの荷重が加えられる。これにより、回転軸部16は、一対の軸受18、19の内輪を移動させる場合がある。また、回転軸部16は、一対の軸受18、19に予定しない圧力を加える場合がある。
本実施形態において、回転軸部16に加えられる回転軸方向Xの荷重(圧力)は、後述する圧力センサ125により測定できる。また、回転軸部16に加えられる回転軸方向Xの荷重は、後述する軸受寿命予測部350によりクーラント圧、回転ジョイント25の回転部材27における外径及び連結部35の外径等により算出可能である。
回転本体部17は、円柱形状であって、回転軸部16に同軸となるように配置されている。回転本体部17は、回転軸部16に固定されている。回転本体部17には、不図示の短絡された裸の導体が配置される。
回転本体部17は、少なくとも一部がステータ12の内部空間12aに配置される。回転本体部17は、回転軸Cを中心に回転可能に配置される。
ハウジング11は、モータ10の外形を構成すると共に、ステータ12やロータ15を収容する。ハウジング11は、一対の軸受18、19を保持する。
一対の軸受18、19は、上述の通り、回転軸部16を回転可能に保持する。
前軸受18は、回転軸方向XにおいてX2側(前方側)に配置される。後軸受19は、回転軸方向XにおいてX1側(後方側)に配置される。
本実施形態において、一対の軸受18、19には、適正な予圧が付与されている。具体的には、後軸受19には、後述する付勢部材120(例えば、皿バネ等)により適正な予圧が付与されている。後軸受19に付与された予圧は、回転軸部16を介して前軸受18に付与される。適正な予圧が付与された一対の軸受18、19によれば、振動や騒音の発生が抑制されると共に、適正な状態での使用であるため劣化や故障が抑制される。
逆に、予圧が適正でない場合や、予圧が変化して不適正な圧力に変化した場合には、一対の軸受18、19において、振動や騒音が発生すると共に、劣化や故障が生じる。このような状態で使用されることで、一対の軸受18、19における寿命は短くなる。
適正な予圧が不適正な圧力に変化する要因として、クーラント圧が挙げられる。クーラント圧が回転軸部16に付与したスラスト荷重は一対の軸受18、19に影響を与える。そのため、クーラント圧は、一対の軸受18、19の動作及び寿命に影響を与える要因である。
一対の軸受18、19は、本実施形態において、寿命予測の対象である。本実施形態において、一対の軸受18、19は、軸受寿命予測装置2により寿命を予測される。
付勢部材120は、上述の通り、一対の軸受18、19に適正な予圧を付与するための部材である。付勢部材120は、例えば、皿バネ、巻バネ、弾性素材等であり、特に限定されない。
本実施形態において、付勢部材120は、後軸受19を回転軸方向XのX2側に向けて付勢している。付勢部材120は、後軸受19を付勢すると共に、回転軸部16を介して前軸受18を付勢する。
付勢部材120は、一定の予圧(定圧)を一対の軸受18、19に付与しているが、クーラント圧によるスラスト荷重が許容範囲を超えた場合、いわゆる予圧抜けとなり、この場合、一対の軸受18、19には予定していない圧力が加えられる。そして、上述のように、一対の軸受18、19において、振動や騒音が発生すると共に、劣化や故障が生じる。このような状態で使用されることで、一対の軸受18、19における寿命は短くなる。
付勢部材120からの予圧とクーラント圧とのバランスは、一対の軸受18、19の寿命に影響を与える要素である。付勢部材120からの予圧及びクーラント圧を考慮した実際の回転軸部16及び一対の軸受18、19への圧力は、クーラント圧の値等により算出可能であると共に、後述の圧力センサ125により測定可能である。
圧力センサ125(圧力測定部)は、前軸受18における回転軸方向XのX2側に配置される。圧力センサ125は、前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xの圧力を測定可能である。圧力センサ125は、前軸受18の外輪に対して加えられる回転軸方向Xの圧力を測定可能である。
圧力センサ125は、付勢部材120からの予圧と、クーラント圧により生じる回転軸方向XのX1側への圧力とが生じている状態における前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力を測定可能である。
圧力センサ125は、計測した前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力の情報を軸受寿命予測部350を有する処理部100に出力可能に構成される。
温度センサ130(モータ状態検出部)は、一対の軸受18、19における温度を測定又は推測する。温度センサ130は、連続的又は間欠的に温度を測定する。
本実施形態において、温度センサ130は、ステータ12におけるスロット101に配置される。本実施形態において、温度センサ130は、一対の軸受18、19に近接して配置されるスロット101に挿入された巻線の温度を測定し、一対の軸受18、19における温度として推測している。
温度センサ130は、測定した温度の情報を軸受寿命予測部350を有する処理部100に出力可能に構成される。
モータ回転数測定部135(モータ状態検出部)は、モータ10の回転数を測定可能に構成される。モータ回転数測定部135は、本実施形態においては、回転軸部16の回転数を測定する。モータ回転数測定部135は、例えば、エンコーダ等である。
モータ回転数測定部135は、測定した回転数の情報を軸受寿命予測部350を有する処理部100に出力可能に構成される。
クーラント圧測定部140(クーラント圧測定部)は、クーラント液5の圧力を測定可能に構成される。クーラント圧測定部140は、本実施形態においては、クーラント送液部20(例えば、クーラント供給部22)に配置される。
クーラント圧測定部140は、測定したクーラント圧の情報を軸受寿命予測部350を有する処理部100に出力可能に構成される。
図1から図3に示すように、連結部35は、回転軸部16の回転軸方向Xにおける前端部(X2側端部、他端部)に連結される。連結部35は、回転軸部16の通液路16aからのクーラント液5を主軸30の吐出路30aに送液可能に連結される。
図4に示すように、連結部35の形状やタイプは特に限定されず、連結部35は、例えば、主軸30側の端部が凸状である凸状タイプのクーラントジョイントであってもよく、また、主軸30側の端部が凹状である凹状タイプのクーラントジョイントであってもよい。
図1から図3に示すように、回転ジョイント25は、回転軸部16の回転軸方向Xにおける後端部(X1側端部、一端部)に連結される。回転ジョイント25は、クーラント送液部20からのクーラント液5を回転軸部16の通液路16aに送液可能に連結される。
回転ジョイント25は、固定部材26と、回転部材27とを有する。固定部材26は、クーラント送液路21に連結され、クーラント液5を回転部材27側に送液する。回転部材27は、回転軸部16の通液路16aの端部に直接又は間接的に連結される。
回転ジョイント25は、分離式外部支持タイプ回転ジョイントであってもよく、一体型タイプ回転ジョイントであってもよい。
分離式外部支持タイプ回転ジョイントは、非クーラント状態においては、回転部材27が固定部材26から分離しているが、クーラント状態においては、回転部材27が固定部材26に接触している。
ここで、分離式外部支持タイプ回転ジョイントが使用された場合、クーラント圧が大きくなると前軸受18に対する回転軸方向XのX2側への圧力が小さくなるか否かは、連結部35の外径と回転ジョイント25における回転部材27の外径とで決まる。
また、一体型タイプ回転ジョイントは、クーラント状態又はクーラント状態に関係なく、クーラント圧が大きくなると前軸受18に対する回転軸方向XのX2側への圧力が小さくなる。
上述の通り、回転ジョイントのタイプによって、クーラント圧の前軸受18(後軸受19)に対する圧力の掛かり方が異なる。そのため、後述の軸受寿命予測装置2は、分離型タイプ又は一体型タイプであるかを特定可能なタイプ情報を参照して、軸受寿命を予測する。
続けて、図5により、実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置の構成を説明する。図5は、実施形態に係る軸受寿命予測装置を含むモータ制御装置の構成を説明するブロック図である。
図5に示すように、モータ制御装置1は、軸受寿命予測装置2を含む。本実施形態において、軸受寿命予測装置2は、モータ10に配置される圧力センサ125、温度センサ130及びモータ回転数測定部135と、クーラント送液部20に配置されるクーラント圧測定部140と、処理部100と、加工動作部410と、入力部430と、表示部450と、を有する。
圧力センサ125は、上述の通り、前軸受18の外輪に対して加えられる回転軸方向Xの圧力を測定可能である。圧力センサ125は、付勢部材120からの予圧と、クーラント圧により生じる回転軸方向XのX1側への圧力とが生じている状態における前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力を測定可能である。圧力センサ125は、計測した前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力の情報を記憶部200(圧力情報記憶部210)に出力可能に構成される。
温度センサ130は、一対の軸受18、19における温度を測定又は推測する。温度センサ130は、連続的又は間欠的に温度を測定する。本実施形態において、温度センサ130は、一対の軸受18、19に近接して配置されるスロット101に挿入された巻線の温度を測定し、一対の軸受18、19における温度として推測している。温度センサ130は、測定した温度の情報を記憶部200(温度情報記憶部220)に出力可能に構成される。
モータ回転数測定部135は、モータ10の回転数を測定可能に構成される。モータ回転数測定部135は、本実施形態においては、回転軸部16の回転数を測定する。モータ回転数測定部135は、測定した回転数の情報を記憶部200(回転数情報記憶部230)に出力可能に構成される。
クーラント圧測定部140は、クーラント液5の圧力を測定可能に構成される。クーラント圧測定部140は、測定したクーラント圧の情報を記憶部200(クーラント圧情報記憶部240)に出力可能に構成される。
処理部100は、記憶部200と、制御部300と、を有する。
記憶部200は、圧力情報記憶部210と、温度情報記憶部220と、回転数情報記憶部230と、クーラント圧情報記憶部240と、モータ情報記憶部250と、回転ジョイント情報記憶部260と、連結部情報記憶部265と、加工サイクル情報記憶部270と、動作時間記憶部280と、軸受寿命記憶部290と、を有する。
圧力情報記憶部210は、圧力センサ125により出力された前軸受18に対して加えられた回転軸方向Xの圧力情報を記憶する。
温度情報記憶部220は、温度センサ130により出力された後軸受19(前軸受18)の温度を推定される温度情報を記憶する。
回転数情報記憶部230は、モータ回転数測定部により出力されたモータ回転数の情報を記憶する。
クーラント圧情報記憶部240は、クーラント圧測定部140により出力されたクーラント液5の圧力情報を記憶する。
モータ情報記憶部250は、各モータ機種それぞれを特定する機種情報(例えば、機種名、シリアル)と、各モータ機種における緒元情報であって少なくとも一対の軸受における諸元情報を含むモータ緒元情報と、を関連付けて記憶する。また、本実施形態において、モータ情報記憶部250は、付勢部材120により付与される予圧の情報を記憶する。
モータ情報記憶部250に記憶される各種の情報は、後述する軸受寿命予測部350(軸受寿命予測部)により、一対の軸受18、19の寿命を予測するための情報として利用される。
回転ジョイント情報記憶部260は、回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報を記憶する。また、回転ジョイント情報記憶部260は、少なくとも分離型タイプ又は一体型タイプであるかを特定可能なタイプ情報を記憶する。回転ジョイント情報記憶部260に記憶される各種の情報は、後述する軸受寿命予測部350(軸受寿命予測部)により、一対の軸受18、19の寿命を予測するための情報として利用される。
連結部情報記憶部265は、連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報を記憶する。連結部情報記憶部265に記憶される各種の情報は、後述する軸受寿命予測部350(軸受寿命予測部)により、一対の軸受18、19の寿命を予測するための情報として利用される。
加工サイクル情報記憶部270は、モータ制御装置1(加工機)における複数の加工サイクルに関する加工サイクル情報を記憶する。加工サイクル情報記憶部270に記憶される加工サイクル情報は、後述する加工動作指示部370に読み込まれることで、加工動作部410を所定の加工サイクルで動作させる。
動作時間記憶部280は、後述する動作時間計測部380により計測された所定の加工サイクル動作が実行された動作時間を記憶する。
軸受寿命記憶部290は、軸受寿命予測部350により所定の加工サイクル動作に対して予測された軸受寿命を記憶する。
制御部300は、軸受寿命予測部350と、加工動作指示部370と、動作時間計測部380と、を有する。
軸受寿命予測部350は、一対の軸受18、19の寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、後述するモータ機種特定部431により入力又は選択された機種情報に関連付けてモータ情報記憶部250に記憶される一対の軸受18、19における諸元情報を含むモータ緒元情報と、クーラント圧測定部140により測定されたクーラント圧力の情報と、圧力センサ125により測定された前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xの圧力情報と、回転ジョイント情報記憶部260に記憶される回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報と、連結部情報記憶部265に記憶される連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報と、モータ回転数測定部135により測定されたモータ10の回転数の情報と、温度センサ130により測定又は推測された軸受における温度の情報と、に基づいて、一対の軸受18、19の寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、後述する軸受寿命予測指示部435からの予測指示を受け、一対の軸受18、19の寿命を予測する。
軸受寿命予測部350は、クーラント圧により生じる回転軸方向Xの荷重が一対の軸受18、19に与える影響を重要な要因として軸受寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、クーラント圧による影響の他、回転数や温度を重要な要因として軸受寿命を予測する。
ここで、軸受寿命予測部350は、上述の温度、圧力、回転数や回転軸方向Xへのスラスト荷重等の値について、実際の計測値を利用してもよく、一定期間の動作(例えば、加工サイクル動作)において得られた測定値等の平均値を利用してもよい。
また、軸受寿命予測部350は、クーラント圧により生じる回転軸方向Xの荷重を算出することも可能である。例えば、クーラント圧により生じる回転軸方向Xの荷重は、P(π(φDr1)−π(φDc1))/4(クーラント圧力:P、回転ジョイント25の回転部材27における外径:φDr1、連結部の外径:φDc1)により算出できる。
軸受寿命予測部350は、各種の情報及び回転ジョイント情報記憶部260に記憶されるタイプ情報に基づいて、一対の軸受18、19の寿命を予測する。回転ジョイント25のタイプ(分離タイプ/一体型タイプ)によって、クーラント圧により生じるスラスト荷重の影響が異なるため、軸受寿命予測部350は、回転ジョイントのタイプに応じた寿命予測を行う。
軸受寿命予測部350は、例えば、各種の情報ごとに重み付けをした算出式により軸受寿命を予測してもよく、また、近似する状況における軸受寿命を参考にして予測するように構成されていてもよい。
軸受寿命予測部350は、モータが初期状態の場合における寿命を予測する。ここで、残存寿命を予測する場合、再予測前の加工サイクル動作が同じであれば、加工サイクル動作を実行した動作時間を再予測軸受寿命から差し引くことで、残存寿命を予測することは可能である。
ここで、加工サイクル動作が第1加工サイクル動作から第2加工サイクル動作に変更された場合、軸受寿命予測部350は、まず、第2加工サイクル動作において測定された各種の情報に基づいて、一対の軸受18、19の第2軸受寿命を予測する。次いで、軸受寿命予測部350は、予測した第2軸受寿命、軸受寿命記憶部290に記憶された第1軸受寿命及び動作時間記憶部280に記憶された(第1加工サイクル動作の)動作時間に基づいて、一対の軸受18、19の残存寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、第2軸受寿命÷第1軸受寿命×(第1軸受寿命―動作時間)により、残余の寿命を予測することができる。
また、軸受寿命予測部350は、軸受寿命を後述の延長指示部437(延長指示部)により指示された延長期間と第1軸受寿命との合計である第3軸受寿命とするためのクーラント圧を算出(逆算)する。軸受寿命予測部350は、期待する寿命の長さに応じたクーラント圧の値を算出することができる。
加工動作指示部370は、加工動作部410に加工動作を指示する。具体的には、加工動作指示部370は、後述する加工サイクル選択部433により選択された加工サイクル動作(例えば、第1加工サイクル動作)の情報を加工サイクル情報記憶部270から取得すると共に、取得された加工サイクル動作(例えば、第1加工サイクル動作)の情報に基づいて、加工動作部410を制御する。
動作時間計測部380は、加工動作部410が所定の加工サイクル動作(例えば、第1加工サイクル動作)を実行した動作時間を計測する。動作時間計測部380は、モータ10及びクーラント送液部20が所定の加工サイクル動作(例えば、第1加工サイクル動作)を実行した動作時間を計測する。動作時間計測部380は、計測した動作時間(例えば、第1動作時間)を動作時間記憶部280に出力する。
加工動作部410は、モータ10及びクーラント送液部20を動作させる動作部である。加工動作部410は、例えば、モータ10の駆動部、モータ10を移動させる駆動部やアーム、ワークを移動させる駆動部や、クーラント液を供給する供給ポンプ等により構成される。
加工動作部410は、加工動作指示部370からの指示に基づいて、例えば、モータ10を所定の加工サイクルで駆動及び移動させると共にクーラント送液部20にクーラント液を送液させる。加工動作部410は、加工動作指示部370からの指示に基づいて、加工サイクル選択部433により選択された加工サイクル動作を実行する。
また、加工動作部410は、例えば、加工動作指示部370が軸受寿命予測指示部435から指示を受けた場合、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させる。加工動作部410は、軸受寿命予測のため、実加工動作を伴わない状態でモータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させる。加工動作部410は、軸受寿命予測に必要な各種の情報を取得するため、実加工動作を伴わない状態でモータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させる。
また、加工動作部410は、加工サイクルが第1加工サイクルから第2加工サイクルに変更された場合、同様に、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第2加工サイクル動作を実行させる。加工サイクル動作が変更された場合、軸受寿命も変更するため、変更後の加工サイクル動作での軸受寿命を改めて予測することが好ましい。そのため、加工動作部410は、新たな軸受寿命予測に必要な各種の情報を取得するため、実加工動作を伴わない状態でモータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させる。
入力部430は、モータ機種特定部431と、加工サイクル選択部433と、軸受寿命予測指示部435と、延長指示部437と、を有する。入力部430は、例えば、タッチパネル、各種ボタンやキーボード等である。
モータ機種特定部431は、モータ機種を特定する機種情報の入力又は選択を受け付ける部分である。モータ機種特定部431により入力又は選択された機種情報は、例えば、軸受寿命予測部350に出力される。これにより、軸受寿命予測部350は、モータ情報記憶部250から機種情報に関連付けて記憶されているモータ緒元情報(軸受情報を含む)を取得すると共に、取得した情報を利用して軸受寿命を予測する。
加工サイクル選択部433は、加工動作部410に動作させる加工サイクル動作を特定する情報の選択又は入力を受け付ける部分である。加工サイクル選択部433により選択又は入力された情報は、例えば、加工動作指示部370や軸受寿命予測部350に出力される。
軸受寿命予測指示部435は、軸受寿命予測部350に対して軸受寿命予測の指示を受け付ける部分である。軸受寿命予測指示部435は、例えば、モータ機種特定部431によりモータ機種が特定され、加工サイクル選択部433により加工サイクル動作が選択された状態で、軸受寿命予測部350に対して、軸受寿命の予測を指示する。これにより、軸受寿命予測部350は、実加工動作を伴わない状態での選択された加工サイクル動作の実行により取得された各種の情報等により、特定されたモータ機種の軸受の寿命を予測する。
延長指示部437は、予測された軸受の軸受寿命(例えば、第1軸受寿命)の延長及び延長期間の指示を受け付ける部分である。延長指示部437は、例えば、予測された軸受寿命を延長するための条件(例えば、クーラント圧)の出力を希望する場合において、予測された軸受の軸受寿命(例えば、第1軸受寿命)の延長及び延長期間の指示を受け付ける部分である。延長指示部437は、延長及び延長期間の指示を受け付けた場合、軸受寿命予測部350に対して軸受寿命を指定された延長期間だけ延長するための条件(例えば、クーラント圧)の出力を指示する。そして、軸受寿命予測部350は、軸受寿命を延長指示部437により指示された延長期間と第1軸受寿命との合計である第3軸受寿命にするためのクーラント圧を算出(逆算)する。軸受寿命予測部350は、期待する寿命の長さに応じたクーラント圧の値を算出する。そして、軸受寿命予測部350は、クーラント圧を変更するよう指示可能である。
表示部450は、各種の情報を表示する。表示部450は、例えば、予測された軸受寿命を表示できる。また、表示部450は、例えば、使用されているモータ機種の情報、加工サイクル動作の情報、圧力センサ125からの圧力情報、温度センサ130からの温度情報やモータ回転数測定部135からの回転数情報やクーラント圧測定部140からのクーラント圧の情報等を表示できる。
続けて、図6から図8により、軸受寿命予測装置の動作を説明する。図6は、実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命予測動作を説明するフロー図である。図7は、実施形態に係る軸受寿命予測装置の加工サイクル動作が変更された場合の軸受寿命予測動作を説明するフロー図である。図8は、実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命延長指示を受け付けた場合の軸受寿命予測動作を説明するフロー図である。
図6により、実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命予測動作を説明する。
まず、ステップST101において、モータ機種特定部431は、モータ機種を特定する情報の選択を受け付ける。モータ機種特定部431は、受け付けたモータ機種を特定する情報を軸受寿命予測部350に出力する。
次いで、ステップST102において、加工サイクル選択部433は、第1加工サイクル動作の選択を受け付ける。加工サイクル選択部433は、第1加工サイクル動作が選択された旨の情報を加工動作指示部370に出力する。
続けて、ステップST103において、軸受寿命予測指示部435は、軸受寿命の予測の指示を受け付ける。軸受寿命予測指示部435は、予測指示がなされた旨の情報を加工動作指示部370及び軸受寿命予測部350に出力する。
続けて、ステップST104において、加工動作指示部370は、軸受寿命予測指示部435から指示を受け、加工動作部410に対して、実加工動作を伴わない第1加工サイクル動作の実行を指示する。
加工動作部410は、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させる。
続けて、ステップST105において、第1加工サイクル動作中に各種の情報が取得される。具体的には、圧力センサ125は、前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力を測定する。温度センサ130は、スロットに挿入された巻線の温度を測定すると共に測定した温度を一対の軸受18、19の温度として推定する。モータ回転数測定部135は、モータ10の回転数(回転軸部16、軸受18、19の回転数)を測定する。クーラント圧測定部140は、クーラント液5の圧力を測定する。
続けて、ステップST106において、軸受寿命予測部350は、各種の情報に基づいて、軸受寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、一対の軸受18、19における諸元情報を含むモータ緒元情報と、クーラント圧力の情報と、前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xの圧力情報と、回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報と、連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報と、モータ10の回転数の情報及び軸受における温度の情報と、に基づいて、一対の軸受18、19の寿命を予測する。
図7により、実施形態に係る軸受寿命予測装置の加工サイクル動作が変更された場合の軸受寿命予測動作を説明する。
まず、ステップST201において、加工サイクル選択部433は、加工サイクル動作を第1加工サイクル動作から第2加工サイクル動作に変更する選択を受け付ける。加工サイクル選択部433は、第1加工サイクル動作から第2加工サイクル動作に変更された旨の情報を加工動作指示部370に出力する。
続けて、ステップST202において、軸受寿命予測指示部435は、軸受寿命の予測の指示を受け付ける。軸受寿命予測指示部435は、予測指示がなされた旨の情報を加工動作指示部370及び軸受寿命予測部350に出力する。
続けて、ステップST203において、加工動作指示部370は、軸受寿命予測指示部435から指示を受け、加工動作部410に対して、実加工動作を伴わない第2加工サイクル動作の実行を指示する。
加工動作部410は、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第2加工サイクル動作を実行させる。
続けて、ステップST204において、第2加工サイクル動作中に各種の情報が取得される。具体的には、圧力センサ125は、前軸受18に加えられる回転軸方向Xの圧力を測定する。温度センサ130は、スロットに挿入された巻線の温度を一対の軸受18、19の温度として推定する。モータ回転数測定部135は、モータ10の回転数(回転軸部16、軸受18、19の回転数)を測定する。クーラント圧測定部140は、クーラント圧測定部140は、クーラント液5の圧力を測定する。
続けて、ステップST205おいて、軸受寿命予測部350は、各種の情報に基づいて、軸受寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、一対の軸受18、19における諸元情報を含むモータ緒元情報と、クーラント圧力の情報と、前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xの圧力情報と、回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報と、連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報と、モータ10の回転数の情報及び軸受における温度の情報と、に基づいて、一対の軸受18、19の第2軸受寿命を予測する。
続けて、ステップST206において、軸受寿命予測部350は、予測した第2軸受寿命、軸受寿命記憶部290に記憶された第1軸受寿命及び動作時間記憶部280に記憶された(第1)動作時間に基づいて、一対の軸受18、19の残存軸受寿命を予測する。軸受寿命予測部350は、例えば、第2軸受寿命÷第1軸受寿命×(第1軸受寿命―(第1)動作時間)で残存軸受寿命を算出する。
図8により、実施形態に係る軸受寿命予測装置の軸受寿命延長指示を受け付けた場合の動作を説明する。
まず、ステップST301において、延長指示部437は、予測された寿命の延長と延長期間の情報を受け付ける。延長指示部437は、軸受寿命予測部350に対して軸受寿命を指定された延長期間だけ延長するための変更クーラント圧の算出及び出力を指示する。
次いで、ステップST302において、軸受寿命予測部350は、軸受け寿命が延長指示部437により指示された延長期間と第1軸受寿命との合計寿命である第3軸受寿命となるためのクーラント圧を算出(逆算)する。軸受寿命予測部350は、軸受寿命が期待する長さになるためのクーラント圧の値を算出する。
続けて、ステップST303において、軸受寿命予測部350は、クーラント圧を変更するように加工動作指示部370に指示する。これにより、加工動作指示部370は、クーラント圧を変更した加工サイクル動作で加工動作部410を動作させる。
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、クーラント液5の圧力による回転軸部16への荷重を考慮して軸受18,19の寿命を予測可能なモータ10の軸受の寿命を予測する軸受寿命予測装置を提供することができる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、一対の軸受18,19における回転軸方向Xの他端側(X2側,前側)に配置される前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xへの圧力を測定する圧力センサ125を有するので、軸受に対して付与される回転軸方向への圧力の大きさを簡易に把握可能である。これにより、軸受寿命予測装置は、軸受の寿命を簡易に予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、軸受19の温度を測定又は推測可能な温度センサ130と、モータ10(回転軸部16)の回転数を測定可能なモータ回転数測定部135と、軸受の情報を含むモータ緒元情報を記憶するモータ情報記憶部250とを有するので、正確に軸受の寿命を予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、クーラント液5の圧力を測定するクーラント圧測定部140と、回転ジョイント25の回転部材における外径の情報を含む回転ジョイント情報を記憶する回転ジョイント情報記憶部260と、連結部35における外径の情報を含む連結部情報を記憶する連結部情報記憶部265とを有するので、クーラント圧が回転部材(軸受)に与えるスラスト荷重を正確に算出可能である。これにより、軸受寿命予測装置2は、正確に軸受の寿命を予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、回転ジョイント25のタイプ情報を取得して軸受寿命を予測するので、より正確に軸受寿命を予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第1加工サイクル動作を実行させ、第1加工サイクル動作において測定された各種の情報に基づいて、一対の軸受18,19の第1軸受寿命を予測する。これにより、軸受寿命予測装置2は、実加工動作をすることなく、簡易に、軸受の寿命を予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測装置2は、加工サイクルが第1加工サイクルから第2加工サイクルに変更された場合、実加工動作を伴わない状態で、モータ10及びクーラント送液部20に第2加工サイクル動作を実行させ、第2加工サイクル動作において測定された各種の情報に基づいて、一対の軸受18,19の第2軸受寿命を予測する。そして、軸受寿命予測装置2は、予測した第2軸受寿命、軸受寿命記憶部290に記憶された第1軸受寿命及び動作時間記憶部280に記憶された(第1)動作時間に基づいて、一対の軸受18,19の残存軸受寿命を予測する。
これにより、軸受寿命予測装置2は、加工サイクル動作が変更された場合でも、残存軸受寿命を簡易かつ正確に予測できる。
また、本実施形態によれば、軸受寿命予測部350は、軸受寿命が延長指示部437により指示された延長期間と第1軸受寿命との合計寿命である第3軸受寿命となるためのクーラント圧を算出(逆算)する。これにより、軸受寿命予測装置2は、軸受の寿命を予測すると共に、軸受の寿命を長くするために適したクーラント圧の情報を出力することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
前記実施形態においては、軸受寿命予測部350は、モータ緒元情報と、クーラント圧力の情報と、前軸受18に対して加えられる回転軸方向Xの圧力情報と、回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報と、連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報と、モータ10の回転数の情報と、軸受における温度の情報と、に基づいて、一対の軸受18、19の寿命を予測しているが、これに制限されない。軸受寿命予測部350は、例えば、回転ジョイント25の回転部材27における外径情報を少なくとも含む回転ジョイント情報と、連結部35の外径情報を少なくとも含む連結部情報とを用いずに、一対の軸受18、19の寿命を予測してもよい。
2 軸受寿命予測装置
5 クーラント液
10 モータ
12 ステータ(固定子)
16 回転軸部
25 回転ジョイント
20 クーラント送液部
35 連結部
30 主軸
17 回転本体部
18 前軸受(軸受)
19 後軸受(軸受)
15 ロータ(回転子)
101 スロット
125 圧力センサ(圧力測定部)
130 温度センサ(モータ状態検出部)
135 モータ回転数測定部(モータ状態検出部)
140 クーラント圧測定部
250 モータ情報記憶部
280 動作時間記憶部
290 軸受寿命記憶部
350 軸受寿命予測部
380 動作時間計測部
410 加工動作部
431 モータ機種特定部
437 延長指示部
X 回転軸方向

Claims (5)

  1. 工作機械に使用されるモータの回転軸部であり且つクーラント液を通液可能な回転軸部であって、回転軸方向の一端において回転ジョイントを介してクーラント送液部に連結されると共に、他端において連結部を介してクーラント液を吐出可能な主軸に連結される回転軸部を回転可能に支持する一対の軸受について、その寿命を予測する軸受寿命予測装置であって、
    前記一対の軸受のうち前記回転軸方向の他端側に配置される前軸受に対して加えられる前記回転軸方向への圧力を測定する圧力測定部と、
    クーラント液の圧力を測定するクーラント圧測定部と、
    前記モータの回転数及び前記一対の軸受における温度を測定又は推測するモータ状態検出部と、
    各モータ機種それぞれを特定する機種情報と、各モータ機種における緒元情報であって少なくとも前記一対の軸受における諸元情報を含むモータ緒元情報と、を関連付けて記憶するモータ情報記憶部と、
    モータ機種を特定する機種情報を入力又は選択するモータ機種特定部と、
    前記モータ機種特定部により入力又は選択された機種情報に関連付けて前記モータ情報記憶部に記憶される前記一対の軸受における諸元情報を含むモータ緒元情報と、前記クーラント圧測定部により測定されたクーラント液の圧力の情報と、前記圧力測定部により測定された前軸受に対して加えられる前記回転軸方向への圧力の情報と、前記モータ状態検出部により測定又は推測された前記モータの回転数の情報及び前記一対の軸受における温度の情報とに基づいて、前記一対の軸受の寿命を予測する軸受寿命予測部と、を備える軸受寿命予測装置。
  2. 前記モータを所定の加工サイクルで駆動及び移動させると共に前記クーラント送液部にクーラント液を送液させる加工動作部と、を更に備え、
    前記加工動作部は、
    実加工動作を伴わない状態で、前記モータ及び前記クーラント送液部に第1加工サイクル動作を実行させ、
    前記軸受寿命予測部は、
    前記第1加工サイクル動作において測定された前記の各種の情報に基づいて、前記一対の軸受の第1軸受寿命を予測する、請求項1に記載の軸受寿命予測装置。
  3. 前記モータ及び前記クーラント送液部が第1加工サイクル動作を実行した動作時間を計測する動作時間計測部と、
    前記動作時間計測部により計測された第1加工サイクル動作を実行した動作時間を記憶する動作時間記憶部と、
    前記第1加工サイクル動作に対して予測された第1軸受寿命を記憶する軸受寿命記憶部と、を更に備え、
    加工サイクルが第1加工サイクルから第2加工サイクルに変更された場合、
    前記加工動作部は、
    実加工動作を伴わない状態で、前記モータ及び前記クーラント送液部に第2加工サイクル動作を実行させ、
    前記軸受寿命予測部は、
    前記第2加工サイクル動作において測定された前記の各種の情報に基づいて、前記一対の軸受の第2軸受寿命を予測すると共に、
    予測した前記第2軸受寿命、前記軸受寿命記憶部に記憶された前記第1軸受寿命及び前記動作時間記憶部に記憶された前記動作時間に基づいて、前記一対の軸受の残存寿命を予測する、請求項2に記載の軸受寿命予測装置。
  4. 前記予測された軸受の前記第1軸受寿命の延長及び延長期間を指示する延長指示部と、を更に備え、
    前記軸受寿命予測部は、
    軸受寿命を前記延長指示部により指示された延長期間と前記第1軸受寿命との合計である第3軸受寿命とするためのクーラント圧を算出する
    請求項2又は3に記載の軸受寿命予測装置。
  5. 前記モータは、前記回転軸部及び回転本体部を有する回転子と、前記回転本体部を収容すると共に前記回転本体部の外周面に対向して配置され且つ巻線を有する複数のスロットを有する固定子と、を備え、
    前記モータ状態検出部は、
    前記複数のスロットのうちいずれかのスロットに挿入された巻線の温度を測定して前記軸受の温度を推定する、請求項1から4のいずれかに記載の軸受寿命予測装置。
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