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公開番号2025112815
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007304
出願日2024-01-22
発明の名称軸受装置、それを備えたスピンドル装置、荷重推定方法およびプログラム
出願人NTN株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類B23Q 17/09 20060101AFI20250725BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】軸受装置に印加される加工荷重を簡易かつ高精度に推定する。
【解決手段】軸受装置1は、回転駆動によりワークを加工する主軸2を回転支持する。軸受装置1は、荷重センサ71と、ストレージ103と、プロセッサ101とを備える。荷重センサ71は、軸受装置1に印加される荷重の検出値を示す信号を出力する。ストレージ103には、ワークの非加工時における、主軸2の回転速度と荷重センサ71の検出値との対応マップ93が格納されている。プロセッサは11、荷重センサ71からの信号に基づいて、ワークの加工時に軸受装置1に印加される加工荷重を推定する。主軸2の回転速度が所定速度に制御された場合に、プロセッサ101は、荷重センサ71からの信号が示す第1荷重と、対応マップ93において所定速度に対応する荷重センサ71の検出値である第2荷重とを取得し、第1荷重と第2荷重との差分を加工荷重として推定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回転駆動によりワークを加工する主軸を回転支持する軸受装置であって、
前記軸受装置に印加される荷重の検出値を示す信号を出力する荷重センサと、
前記ワークの非加工時における、前記主軸の回転速度と前記荷重センサの検出値との対応関係が格納されたストレージと、
前記荷重センサからの信号に基づいて、前記ワークの加工時に前記軸受装置に印加される加工荷重を推定するプロセッサとを備え、
前記主軸の回転速度が所定速度に制御された場合に、前記プロセッサは、
前記荷重センサからの信号が示す第１荷重と、前記対応関係において前記所定速度に対応する前記荷重センサの検出値である第２荷重とを取得し、
前記第１荷重と前記第２荷重との差分を前記加工荷重として推定する、軸受装置。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記ワークの加工時または非加工時における振動または歪みを検出する振動歪みセンサからの信号を受けるインターフェイスをさらに備え、
前記プロセッサは、前記荷重センサからの信号と前記振動歪みセンサからの信号とが同期した場合に、前記差分を使用して前記加工荷重を推定する、請求項１に記載の軸受装置。
【請求項３】
前記軸受装置は、回転輪である内輪間座と、非回転輪である外輪間座とを含み、
前記荷重センサは、前記外輪間座に設置されている、請求項１または２に記載の軸受装置。
【請求項４】
前記軸受装置は、回転輪である内輪間座と、非回転輪である外輪間座とを含み、
前記振動歪みセンサは、前記外輪間座に設置されている、請求項２に記載の軸受装置。
【請求項５】
前記荷重センサは、前記外輪間座に設置されている、請求項４に記載の軸受装置。
【請求項６】
請求項１に記載の軸受装置と、
前記主軸と、
前記軸受装置および前記主軸を収容するハウジングとを備える、スピンドル装置。
【請求項７】
振動または歪みの検出値を示す信号を出力する振動歪みセンサをさらに備え、
前記プロセッサは、前記荷重センサからの信号と前記振動歪みセンサからの信号とが同期した場合に、前記差分を使用して前記加工荷重を推定する、請求項６に記載のスピンドル装置。
【請求項８】
前記振動歪みセンサは、前記ハウジングに設置されている、請求項７に記載のスピンドル装置。
【請求項９】
前記ワークを固定するように構成されたテーブルと、
前記スピンドル装置全体を支えるベッドとをさらに備え、
前記振動歪みセンサは、前記テーブルおよび前記ベッドのうちの一方に設置されている、請求項７に記載のスピンドル装置。
【請求項１０】
前記対応関係は、前記スピンドル装置の熱平衡状態における、前記主軸の回転速度と前記荷重センサの検出値との対応関係を示すように定められる、請求項６～９のいずれか１項に記載のスピンドル装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、軸受装置、それを備えたスピンドル装置、荷重推定方法およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
加工機等のスピンドル装置に備えられた主軸は軸受装置によって支持されている。軸受装置が損傷した場合、スピンドル装置の稼働を停止して主軸を交換しなければならない。その交換作業の間、スピンドル装置が設置された工作現場の生産性が著しく低下し得る。したがって、軸受装置の損傷（または損傷の可能性）を早期に検出するための技術が提案されている。
【０００３】
たとえば特許５１６８３５２号（特許文献１）は、加工機における衝突検出装置を開示する。衝突検出装置は、駆動モータと、駆動モータの負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、位置指令と駆動モータからのフィードバック信号とから駆動モータの誤差検出を行う誤差検出手段と、駆動モータの駆動を制御する制御手段とを備える。制御手段は、駆動モータの駆動が加工中か非加工中であるかを判断し、当該判断の結果を踏まえてモータ電流制限値を設定する。これにより、駆動モータが設けられた構造体と加工対象物との衝突有無を判断するための基準電流値を示した負荷電流設定値、および、駆動モータのモータ出力トルクが一定以下となるように、モータ電流が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許５１６８３５２号
特開２０２２－５３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受装置、または、それを備えたスピンドル装置において、複雑な装置構成を採用することなく、加工時に軸受装置に印加される荷重（以下「加工荷重」とも記載する。）の推定精度を向上させる技術に対する要望が存在する。
【０００６】
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的の１つは、軸受装置に印加される加工荷重を簡易かつ高精度に推定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のある局面に係る軸受装置は、回転駆動によりワークを加工する主軸を回転支持する。軸受装置は、荷重センサと、ストレージと、プロセッサとを備える。荷重センサは、軸受装置に印加される荷重の検出値を示す信号を出力する。ストレージには、ワークの非加工時における、主軸の回転速度と荷重センサの検出値との対応関係が格納されている。プロセッサは、荷重センサからの信号に基づいて、ワークの加工時に軸受装置に印加される加工荷重を推定する。主軸の回転速度が所定速度に制御された場合に、プロセッサは、荷重センサからの信号が示す第１荷重と、対応関係において所定速度に対応する荷重センサの検出値である第２荷重とを取得し、第１荷重と第２荷重との差分を加工荷重として推定する。
【０００８】
本開示の他の局面に係る荷重推定方法は、主軸の回転駆動によるワークの加工時に軸受装置に印加される加工荷重をコンピュータにより推定する。軸受装置は、軸受装置に印加される荷重の検出値を示す信号を出力する荷重センサを含む。ワークの非加工時における、主軸の回転速度と、荷重センサの検出値との対応関係がコンピュータに格納されている。荷重推定方法は第１および第２のステップを含む。第１のステップは、主軸の回転速度が所定速度に制御された場合に、荷重センサからの信号が示す第１荷重と、対応関係において所定速度に対応する荷重センサの検出値である第２荷重とを取得するステップである。第２のステップは、第１荷重と第２荷重との差分を加工荷重として推定するステップである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、軸受装置に印加される加工荷重を簡易かつ高精度に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本実施の形態に係る工作機械の全体構成の一例を示す図である。
軸受装置の構成の一例をより詳細に示す図である。
図２に示す軸受の拡大図である。
コントローラのハードウェア構成の一例を示す図である。
工作機械によるワークの非加工時における荷重推定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
工作機械によるワークの非加工時に生成される対応マップ９３の一例を示す概念図である。
工作機械によるワークの加工時における荷重推定処理の処理手順の第１例を示すフローチャートである。
荷重センサ出力と振動センサ出力とが同期している状況の一例を示す図である。
ワークの加工時における荷重センサ出力と、ワークの非加工時における荷重センサ出力との一例を示す図である。
工作機械によるワークの加工時における荷重推定処理の処理手順の第２例を示すフローチャートである。
工作機械の加工サイクルにおけるステージを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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