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CN107175531A - 主轴轴承保护装置以及具备该主轴轴承保护装置的机床 - Google Patents

主轴轴承保护装置以及具备该主轴轴承保护装置的机床 Download PDF

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CN107175531A CN201710127374.3A CN201710127374A CN107175531A CN 107175531 A CN107175531 A CN 107175531A CN 201710127374 A CN201710127374 A CN 201710127374A CN 107175531 A CN107175531 A CN 107175531A
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Abstract

提供一种能够捕捉机床的主轴轴承的故障的征兆来延长到主轴烧坏为止的时间的主轴轴承保护装置以及具备该主轴轴承保护装置的机床。一种主轴轴承保护装置，对将主轴以能够旋转的方式支承的轴承进行保护，该主轴轴承保护装置具备：旋转部，其具有旋转叶片，该旋转叶片设置于比轴承靠轴向外侧的位置，且与主轴一起旋转；供给部，其向旋转叶片与轴承之间供给制冷剂或润滑剂；检测部，其检测轴承的异常；以及控制部，在检测部检测出轴承的异常的情况下，该控制部对通过供给部进行的制冷剂或润滑剂的供给以及主轴的转速进行控制。

Description

主轴轴承保护装置以及具备该主轴轴承保护装置的机床
技术领域
本发明涉及一种主轴轴承保护装置以及具备该主轴轴承保护装置的机床。
背景技术
以往，在机床、电动机的主轴发生故障的情况下，故障的原因是轴承的劣化、损坏的情况多。当在主轴发生故障的状态下使用机床、电动机来进行加工时，工件的精度下降而成为次品。另外，主轴的恢复要耗费时间，由此产生大的停机时间，机床的工作率下降。
因此，公开了以下技术：在测量出主轴的振动的恶化或检测出温度上升之后，根据振动、温度上升的大小来调整供给到轴承的润滑剂的量，防止主轴烧坏(例如参照专利文献1～3)。另外，还公开了以下技术：通过旋转叶片使冷却介质在电动机内部循环(例如参照专利文献4)。
专利文献1：日本特开2008-045681号公报
专利文献2：日本特开昭55-52927号公报
专利文献3：日本特开2013-050193号公报
专利文献4：日本特开平09-163683号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，为了高效地向轴承内部供给制冷剂或润滑剂，轴承需要特殊的构造。这种具备特殊的构造的轴承会耗费成本，同时无法使不具有延长寿命功能的主轴和部件通用化。
另外，无法使用廉价且维护性高的非接触密封式脂润滑轴承。这是由于，当想要从外部向通常的非接触密封式轴承供给制冷剂或润滑剂时，轴承密封件与轴承的间隙小，需要高压。在这种情况下，存在以下担忧：即使使用高压来供给制冷剂或润滑剂，制冷剂或润滑剂的一部分也会被轴承密封件反弹，无法到达轴承内部的制冷剂或润滑剂附着于机床、电动机的电气部件等，反而使主轴的寿命缩短。
另外，在油封等接触式密封中，由于机床的主轴高速旋转，因此无法抑制制冷剂或润滑剂的流出。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够捕捉机床的主轴轴承的故障的征兆来延长到主轴烧坏(日语：焼き付く)为止的时间的主轴轴承保护装置。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的主轴轴承保护装置(例如后述的主轴轴承保护装置1，2)对将主轴(例如后述的主轴153)以能够旋转的方式支承的轴承(例如后述的轴承14，24)进行保护，该主轴轴承保护装置具备：旋转部(例如后述的15，25)，其具有旋转叶片(例如后述的151，251)，该旋转叶片设置于比所述轴承靠轴向外侧的位置，且与所述主轴一起旋转；供给部(例如后述的供给部12，22)，其向所述旋转叶片与所述轴承之间供给制冷剂或润滑剂；检测部(例如后述的检测部13，23)，其检测所述轴承的异常；以及控制部(例如后述的控制部11，21)，在所述检测部检测出所述轴承的异常的情况下，该控制部对通过所述供给部进行的制冷剂或润滑剂的供给以及所述主轴的转速进行控制。
优选的是，在所述轴承的振动频率、所述轴承的温度以及从所述轴承发出的声音的音量中的至少一个以超过规定的阈值或规定的变化率的方式变化的情况下，所述检测部检测出所述轴承的异常。
优选的是，所述制冷剂或润滑剂是油、水、脂以及压缩气体中的至少一个。
所述旋转部也可以构成为包括电动机(例如后述的电动机3)的电动机转子(例如后述的电动机转子152)。
所述旋转部也可以构成为包括主轴主体(例如后述的主轴头256)的主轴转子(例如后述的主轴转子252)。
另外，本发明所涉及的机床(例如后述的机床4)具备上述的任一个主轴轴承保护装置。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够捕捉机床的主轴轴承的故障的征兆来延长到主轴烧坏为止的时间的主轴轴承保护装置。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的主轴轴承保护装置的结构的图。
图2是本发明的主轴轴承保护方法的概念图。
图3是表示本发明的主轴轴承保护装置中的处理的流程图。
图4是表示第二实施方式所涉及的主轴轴承保护装置的结构的图。
附图标记说明
1、2：主轴轴承保护装置；3：电动机；4：机床；11、21：控制部；12、22：供给部；13、23：检测部；14、24：轴承；15、25：旋转部；121、221：贮存部(供给部)；122、222：释放阀(供给部)；123、223：压缩部(供给部)；124、224：供给管(供给部)；151、251：旋转叶片；152：电动机转子；153、253：主轴；252：主轴转子；256：主轴头(主轴主体)。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。此外，在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的结构标注同一标记，省略其说明。
[第一实施方式]
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1的结构的图。
本实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1设置于电动机3，对将该电动机3的主轴153以能够旋转的方式支承的轴承14进行保护。该主轴轴承保护装置1具备：旋转部15，其具有旋转叶片151；检测部13，其检测轴承14的异常；供给部12，其供给制冷剂或润滑剂；以及控制部11，其对通过供给部12进行的制冷剂或润滑剂的供给以及旋转部15的转速进行控制。
供给部12构成为包括贮存部121、释放阀(日语：開放弁)122、压缩部123以及供给管124。
在通过控制部11使释放阀122打开时，贮存部121中贮存的制冷剂或润滑剂经由该释放阀122被导入到压缩部123。压缩部123以由控制部11指定的压缩率将制冷剂或润滑剂经由供给管124供给到主轴153附近。当控制部11使压缩率上升时，随之供给到主轴153附近的制冷剂或润滑剂的供给量增加。另一方面，当控制部11使压缩率下降时，随之输送到主轴153附近的制冷剂或润滑剂的供给量减少。
更详细地说，供给管124的前端配置于旋转叶片151与轴承14(上方的轴承141)之间。由此，供给部12向旋转叶片151与轴承14之间供给制冷剂或润滑剂。
轴承14优选使用适于高速旋转的非接触密封式轴承。如图1中可以看出的那样，轴承14构成为包括以夹着电动机定子17的方式配置于朝向图1的纸面时的上方(以下同样)的轴承141和配置于朝向图1的纸面时的下方的轴承142。上方的轴承141被上部端盖18支承，下方的轴承142被下部端盖19支承。
旋转部15构成为包括旋转叶片151、电动机转子152以及主轴153。旋转叶片151设置于比配置于上方的轴承141靠轴向外侧(上方)的位置，绕主轴153形成为圆环状。另外，从上方起旋转叶片151及电动机转子152与主轴153一体化。即，它们的旋转轴一致地呈一体地旋转。
更详细地说，旋转叶片151以与主轴153呈一体的方式设置于供给部12所包括的供给管124的上方且探测旋转部15的转速的电动机旋转传感器16的下方。如上所述，通过供给部12所具备的供给管124向旋转叶片151的下侧供给制冷剂或润滑剂，旋转叶片151伴随主轴153的旋转而旋转，由此形成从上方向下方的制冷剂或润滑剂的流动。由此，由于旋转叶片151而指向下方的制冷剂或润滑剂穿过上方的轴承141后经由电动机定子17到达下方的轴承142。
检测部13探测轴承14的振动频率、轴承14的温度以及从轴承14发出的声音的音量中的至少一个。基于该探测结果来检测轴承14的异常，将上述的探测结果以及在检测出异常的情况下的异常检测结果发送到控制部11。
控制部11基于从检测部13接收到的探测结果和异常检测结果，对通过供给部12进行的制冷剂或润滑剂的供给以及主轴153(旋转部15)的转速进行控制。
此外，作为上述的制冷剂或润滑剂，例如也可以是油、水、脂以及压缩气体中的至少一个。
图2是表示控制部11对制冷剂或润滑剂的供给以及主轴153(旋转部15)的转速的控制的概念图的图。
在此，轴承(主轴轴承)14的保护量与制冷剂或润滑剂的流量成正比。另外，在使压缩率固定的情况下，制冷剂或润滑剂的最大流量与旋转叶片151的转速、即主轴153(旋转部15)的转速成正比。即，轴承14的保护量与电动机转速成正比。表示出这一点的是图2内的以虚线描绘的曲线。此外，此处的“轴承的保护量”只是观念性的量，并非具有能够数值化那样的明确的定义。
另一方面，对轴承14的损伤量与对轴承滚动体的压力(离心力)成正比，因此与主轴153(旋转部15)的转速的平方成正比。表示出这一点的是图2内的以实线描绘的曲线。此外，此处的“对轴承的损伤量”只是观念性的量，并非具有能够数值化那样的明确的定义。
具体地说，在以使制冷剂或润滑剂贯通轴承14的轴承密封件的高压向轴承14供给制冷剂或润滑剂时，主轴153和旋转叶片151的转速越高，则越能够抵抗制冷剂或润滑剂的高压力。由此，能够向轴承14的内部供给大量的制冷剂或润滑剂，轴承14的延长寿命效果提高。另一方面，主轴153的转速越高，则轴承14越容易损坏。因此，向控制部11反馈异常量，控制部11对制冷剂或润滑剂的供给量以及主轴153的转速进行控制，使得轴承14的异常量(轴承14的振动频率、温度、从轴承发出的声音的音量的异常量)的上升最小。
在图2中，在转速＝a时轴承14的保护量与损伤量相平衡，因此由检测部13检测的轴承14的异常量在比转速＝a靠右、即比a高的转速时上升。反之，在比转速＝a靠左、即比a小的转速时，轴承14的保护量高于损伤量，因此异常量下降。尤其是，在转速＝a/2的情况下，轴承14的保护量减去轴承14的损伤量而得到的差D最大，因此能够最大限度地防止轴承14的异常量的增加。
因此，在本实施方式中，为了使主轴153尽可能长期地旋转，在上述的异常量以超过规定的阈值或者超过规定的变化率的方式变化的情况下，供给部12向轴承14供给制冷剂或润滑剂。在即使供给最大流量、异常量也增加的情况下，控制部11使主轴153(旋转部15)的旋转降至由检测部13探测的异常量不再上升的转速。在确认出异常量的上升已停止之后，控制部11使主轴153(旋转部15)的转速降至异常量上升停止时的转速的一半的转速，由此能够最大限度地防止异常量的上升，来尽可能最长期地使用主轴153。此外，也可以是，在仅通过供给最大流量的制冷剂或润滑剂就使异常量不再上升、但是不久后异常量再次转为上升的情况下，控制部11使主轴153(旋转部15)的转速降至异常量的上升暂时停止的时间点的转速的一半的转速。
如上所述，旋转叶片151具有制冷剂或润滑剂的最大流量与自身的转速成正比的特性，同时轴承14的损伤量与主轴153的转速的平方成正比，考虑到这种情况，控制部11执行上述的制冷剂或润滑剂的供给量和转速的控制，以使主轴153和轴承14最耐久。
图3是表示本实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1中的处理的流程图。
首先，在步骤S1中，检测部13检测轴承14的异常。
接着，在步骤S2中，供给部12向轴承14供给制冷剂或润滑剂。
接着，在步骤S3中，检测部13判定轴承14的异常量(轴承14的振动频率、温度、从轴承发出的声音的音量的异常量)是否正在上升。在该判定为是(YES)的情况下，处理转至步骤S4。在该判定为否(NO)的情况下，处理返回到步骤S2，继续通过供给部12进行制冷剂或润滑剂的供给。
接着，在步骤S4中，控制部11提高压缩部123中的压缩率。
接着，在步骤S5中，控制部11判定当前时间点下的压缩率是否为最高压缩率。在该判定为是的情况下，处理转至步骤S6。在该判定为否的情况下，处理返回到步骤S2，继续通过供给部12进行制冷剂或润滑剂的供给。
接着，在步骤S6中，控制部11使主轴153的转速降低。
接着，在步骤S7中，控制部11判定主轴153的转速是否已变为0。在该判定为是的情况下，结束本实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1的处理。在该判定为否的情况下，处理转至步骤S8。
接着，在步骤S8中，检测部13判定轴承14的异常量是否正在上升。在该判定为是的情况下，处理返回到步骤S6，控制部11使主轴153的转速进一步降低。在该判定为否的情况下、即异常量的上升已停止的情况下，处理转至步骤S9。
接着，在步骤S9中，控制部11使主轴153的转速降至异常量上升停止时间点下的主轴153的转速的1/2的转速。
之后，处理返回到步骤S2，继续通过供给部12进行制冷剂或润滑剂的供给。
如以上那样，在本实施方式的主轴轴承保护装置1中，控制部11基于由检测部13检测出的轴承14中的异常量，来对制冷剂或润滑剂的供给量以及主轴153的转速进行控制。另外，如上所述，对于多个轴承14，使用设置于供给部的上方且探测旋转部的转速的电动机旋转传感器等电气部件的下方的旋转叶片151向轴承14供给制冷剂或润滑剂。因而，不对通常的非接触密封式轴承赋予特殊的构造就能够防止该轴承14烧坏并使该轴承14的寿命延长。由此，能够在加工线的维护期间中实施主轴153发生损伤时的修理的可能性升高。另外，不需要使用具有特殊的构造的轴承14，因此能够使部件通用化从而能够使成本上升为最小限度。
并且，旋转叶片151进行旋转，由此形成从上方向下方的制冷剂、润滑剂的流动，制冷剂、润滑剂不会附着于电气部件。由此，能够高效地向轴承14内部供给制冷剂、润滑剂。
[第二实施方式]
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的主轴轴承保护装置2的结构的图。
第二实施方式所涉及的主轴轴承保护装置2的结构要素中的控制部21、供给部22、检测部23、轴承24分别与第一实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1的结构要素中的控制部11、供给部12、检测部13、轴承14具有同样的结构。
第一实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1用于探测将电动机3的主轴153以能够旋转的方式支承的轴承14的异常，而第二实施方式所涉及的主轴轴承保护装置2用于探测与主轴电动机26连结的机床4的在主轴253(主轴转子252)的旋转中使用的轴承24的异常。
此外，轴承24构成为包括配置于上方的轴承241、配置于中层的轴承242以及配置于下方的轴承243，探测这些轴承的异常。另外，关于旋转叶片251的配置，与第一实施方式同样地，在配置于上方的轴承241的上方配置旋转叶片251。
具体地说，与第一实施方式所涉及的主轴轴承保护装置1相比，第二实施方式所涉及的主轴轴承保护装置2主要在以下方面不同：旋转部25具备主轴转子252和结合齿轮254；以及在主轴头256具备旋转部25和检测部23。
具体地说，如图4所示，旋转部25以能够旋转的方式被机床4的壳体20内的主轴头256支承。在旋转部25中，结合齿轮254与主轴253一体化，它们各自的旋转轴一致。并且，主轴电动机26侧的结合齿轮27与机床4侧的旋转部25所包括的结合齿轮254相互卡合，由此主轴电动机26的转子的旋转被传递为旋转部25的旋转。
检测部23不检测主轴电动机26的异常，而是检测用于使机床4侧的主轴253旋转的轴承24的异常。
检测出轴承24的异常后的动作流程本身与图3所记载的主轴轴承保护装置1的动作流程相同。
在第二实施方式中，也与第一实施方式同样地，不对通常的非接触密封式轴承赋予特殊的构造就能够防止该轴承24烧坏并使该轴承24的寿命延长。由此，能够在加工线的维护期间中实施主轴253发生损伤时的修理的可能性升高。另外，不需要使用具有特殊的构造的轴承，因此能够使部件通用化从而能够使成本上升为最小限度。
另外，旋转叶片251进行旋转，由此形成从上方向下方的制冷剂的流动，制冷剂不会附着于电气部件。由此，能够高效地向轴承24内部供给制冷剂、润滑剂。
另外，能够最大限度地防止与电动机连结来使用的机床4的主轴253的损伤。
以上，说明了本发明的第一实施方式和第二实施方式，但是本发明并不限于这些实施方式。另外，这些实施方式所记载的效果不过是列举了本发明所产生的最佳效果，本发明的效果不限定于这些实施方式所记载的效果。
在本发明的第一实施方式和第二实施方式中，设检测部基于轴承的振动频率、轴承的温度以及从轴承产生的声音的音量中的任一个或它们的组合的探测来检测轴承的异常，但是轴承的异常的检测方法并不限于此。例如，也可以基于从轴承产生的声音的频率的探测来检测轴承的异常。
能够通过软件来实现主轴轴承保护装置1或2的控制方法。在通过软件实现的情况下，构成该软件的程序被安装在计算机(主轴轴承保护装置1或2)中。另外，这些程序也可以记录在可移动介质中来分发给用户，还可以经由网络下载到用户的计算机中从而进行分发。并且，也可以不下载这些程序而将它们作为经由网络的Web服务提供到用户的计算机(主轴轴承保护装置1或2)。

Claims (6)

1.一种主轴轴承保护装置，对将主轴以能够旋转的方式支承的轴承进行保护，该主轴轴承保护装置具备：
旋转部，其具有旋转叶片，该旋转叶片设置于比所述轴承靠轴向外侧的位置，且与所述主轴一起旋转；
供给部，其向所述旋转叶片与所述轴承之间供给制冷剂或润滑剂；
检测部，其检测所述轴承的异常；以及
控制部，在所述检测部检测出所述轴承的异常的情况下，该控制部对通过所述供给部进行的制冷剂或润滑剂的供给以及所述主轴的转速进行控制。
2.根据权利要求1所述的主轴轴承保护装置，其特征在于，
在所述轴承的振动频率、所述轴承的温度以及从所述轴承发出的声音的音量中的至少一个以超过规定的阈值或规定的变化率的方式变化的情况下，所述检测部检测出所述轴承的异常。
3.根据权利要求1或2所述的主轴轴承保护装置，其特征在于，
所述制冷剂或润滑剂是油、水、脂以及压缩气体中的至少一个。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的主轴轴承保护装置，其特征在于，
所述旋转部构成为包括电动机的电动机转子。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的主轴轴承保护装置，其特征在于，
所述旋转部构成为包括主轴主体的主轴转子。
6.一种机床，具备根据权利要求1～5中的任一项所述的主轴轴承保护装置。
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