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JP6966170B2 - Diagnostic method of screw feed mechanism - Google Patents
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Description

本発明は、工作機械等に設けられて移動体を直線移動させるねじ送り機構において、送りねじ軸のプリテンションを診断する方法に関する。 The present invention relates to a method of diagnosing pretension of a feed screw shaft in a screw feed mechanism provided in a machine tool or the like for linearly moving a moving body.

工作機械には、ボールねじ等の送りねじ軸の回動によりテーブルなどの移動体をねじ送りするねじ送り機構が備えられている。この送りねじ軸は、ナット部や送りねじ軸を支持する軸受の発熱によって熱膨張し、移動体に位置決め誤差を生じさせる。そのため、従来から特許文献1に開示の如く、送りねじ軸に予張力(プリテンション)を付与し、送りねじ軸の熱膨張を抑えて位置決め誤差を抑制する方法が広く行われている。 The machine tool is provided with a screw feed mechanism that feeds a moving body such as a table by rotating a feed screw shaft such as a ball screw. The feed screw shaft thermally expands due to heat generated by the nut portion and the bearing that supports the feed screw shaft, causing a positioning error in the moving body. Therefore, as disclosed in Patent Document 1, a method of applying a pretension to a feed screw shaft to suppress thermal expansion of the feed screw shaft and suppress a positioning error has been widely used.

ねじ送り機構において、送りねじ軸を支持する方法には一般に2通りあり、送りねじ軸を両端の軸受で軸方向に拘束する構造(以下「ダブルアンカー方式」と称す。)と、片方の軸受のみ拘束する構造(以下「シングルアンカー方式」と称す。)とが知られている。
前者は、プリテンションによる変形量以上に送りねじ軸が膨張した場合でも圧縮方向に拘束が可能なことから、継続して熱変位を抑制するとともに送りねじ軸の軸方向剛性も確保されるため、位置決め精度を低下させることはない。ただし、送りねじ軸の熱膨張量が大きくなり、軸受の許容荷重を越えると破損する恐れがある。
後者は、送りねじ軸の熱膨張による軸受破損はないが、プリテンション作用の範囲外では熱変位の抑制効果がなくなるとともに、軸方向剛性が減少し位置決め精度が低下する。特に、シングルアンカー方式では、プリテンション作用範囲外では上記の通り性能の悪化が著しいことからプリテンション量の管理が重要となる。
そこで従来では、ある軸動作を実施した場合における任意の軸位置による熱変位を測定し、経験的にその大小からプリテンション量の過不足を判断していた。
In the screw feed mechanism, there are generally two methods for supporting the feed screw shaft, a structure in which the feed screw shaft is restrained in the axial direction by bearings at both ends (hereinafter referred to as "double anchor method"), and only one bearing. A restraining structure (hereinafter referred to as "single anchor method") is known.
In the former case, even if the feed screw shaft expands beyond the amount of deformation due to pretension, it can be restrained in the compression direction, so that thermal displacement is continuously suppressed and the axial rigidity of the feed screw shaft is also secured. It does not reduce the positioning accuracy. However, if the amount of thermal expansion of the feed screw shaft becomes large and the allowable load of the bearing is exceeded, it may be damaged.
In the latter case, the bearing is not damaged due to thermal expansion of the lead screw shaft, but the effect of suppressing thermal displacement is lost outside the range of the pretension action, and the axial rigidity is reduced, so that the positioning accuracy is lowered. In particular, in the single anchor method, it is important to control the amount of pretension because the performance deteriorates significantly as described above outside the pretension action range.
Therefore, conventionally, the thermal displacement at an arbitrary shaft position when a certain shaft operation is performed is measured, and the excess or deficiency of the pretension amount is empirically determined from the magnitude.

実開平4−92743号公報Jikkenhei 4-92743 Gazette

シングルアンカー方式のねじ送り機構において、熱変位を測定して経験的にプリテンション量の過不足を判断する従来の管理方法では、軸受や送りねじ軸の個体差による発熱量の違いや動作履歴により熱変位が異なるため、正確にプリテンション量の過不足を判断することができなかった。 In the single anchor type screw feed mechanism, the conventional management method that measures the thermal displacement and empirically determines the excess or deficiency of the pretension amount is based on the difference in the amount of heat generated due to the individual difference of the bearing and the feed screw shaft and the operation history. Since the thermal displacements are different, it was not possible to accurately determine the excess or deficiency of the pretension amount.

そこで、本発明は、シングルアンカー方式のねじ送り機構において、送りねじ軸のプリテンションの過不足を正確に判断することができ、プリテンションの過不足に起因する位置決め精度の低下や軸受寿命の低下を防ぐことができる診断方法を提供することを目的としたものである。 Therefore, according to the present invention, in the single anchor type screw feed mechanism, it is possible to accurately determine the excess or deficiency of the pretension of the feed screw shaft, and the positioning accuracy is lowered and the bearing life is shortened due to the excess or deficiency of the pretension. The purpose is to provide a diagnostic method that can prevent the above.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、移動体を螺合させた送りねじ軸の両端が、軸受を備えた支持部によりそれぞれ回転可能に支持されて、送りねじ軸の回転により移動体をねじ送り移動可能であると共に、送りねじ軸の何れか一端側の軸受が、支持部内で軸方向に拘束されてなるねじ送り機構において、送りねじ軸のプリテンションを診断する方法であって、
送りねじ軸の温度を任意の第1温度に設定する第1温度設定ステップと、
第1温度の送りねじ軸を、所定の軸移動指令によって回転させ、移動体の第1実移動距離を取得する第1実移動距離取得ステップと、
送りねじ軸の温度を、第1温度と異なる任意の第2温度に設定する第2温度設定ステップと、
第2温度の送りねじ軸を、第1実移動距離取得ステップと同じ軸移動指令によって回転させ、移動体の第2実移動距離を取得する第2実移動距離取得ステップと、
第1実移動距離と第2実移動距離との差を算出する実移動距離差算出ステップと、
第1温度と第2温度との差から送りねじ軸の熱膨張量を算出する熱膨張量算出ステップと、
実移動距離の差と熱膨張量とに基づいて熱変位抑制率を算出する熱変位抑制率算出ステップと、
得られた熱変位抑制率から送りねじ軸のプリテンションを診断する診断ステップと、を実行することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1の構成において、診断ステップでは、
熱変位抑制率と予め設定した送りねじ軸の剛性とから、送りねじ軸の支持剛性を算出する支持剛性算出ステップと、
送りねじ軸の支持剛性と予め設定されている閾値とを比較する支持剛性比較ステップと、を実行することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, both ends of a lead screw shaft into which a moving body is screwed are rotatably supported by a support portion provided with a bearing, respectively, and the lead screw shaft is supported. A method of diagnosing pretension of a feed screw shaft in a screw feed mechanism in which a moving body can be screw-fed and moved by rotation and a bearing on one end side of the feed screw shaft is axially constrained in a support portion. And
The first temperature setting step of setting the temperature of the lead screw shaft to an arbitrary first temperature, and
The first actual movement distance acquisition step of rotating the feed screw shaft of the first temperature by a predetermined axis movement command to acquire the first actual movement distance of the moving body, and
A second temperature setting step that sets the temperature of the lead screw shaft to an arbitrary second temperature different from the first temperature, and
The second actual movement distance acquisition step of rotating the feed screw shaft of the second temperature by the same axis movement command as the first actual movement distance acquisition step to acquire the second actual movement distance of the moving body, and
The actual movement distance difference calculation step for calculating the difference between the first actual movement distance and the second actual movement distance,
A step of calculating the amount of thermal expansion of the lead screw shaft from the difference between the first temperature and the second temperature, and a step of calculating the amount of thermal expansion.
A thermal displacement suppression rate calculation step that calculates the thermal displacement suppression rate based on the difference in actual travel distance and the amount of thermal expansion,
It is characterized by performing a diagnostic step of diagnosing the pretension of the lead screw shaft from the obtained thermal displacement suppression rate.
According to the second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, in the diagnostic step,
A support rigidity calculation step for calculating the support rigidity of the feed screw shaft from the thermal displacement suppression rate and the rigidity of the feed screw shaft set in advance, and
It is characterized by performing a support stiffness comparison step of comparing the support stiffness of the lead screw shaft with a preset threshold value.

本発明によれば、シングルアンカー方式のねじ送り機構において、組付不良や部品精度不良による送りねじ軸のプリテンションの過不足や、軸受摩耗等に起因した軸受予圧の減少によるプリテンションの低下を正確に判断することができる。よって、ねじ送り機構を高品位に管理することができ、プリテンションの過不足に起因する位置決め精度の低下や軸受寿命の低下を防ぐことができる。 According to the present invention, in the single anchor type screw feed mechanism, excess or deficiency of pretension of the feed screw shaft due to poor assembly or poor component accuracy, and reduction of pretension due to reduction of bearing preload due to bearing wear or the like can be achieved. It can be judged accurately. Therefore, the screw feed mechanism can be managed with high quality, and it is possible to prevent a decrease in positioning accuracy and a decrease in bearing life due to excess or deficiency of pretension.

ねじ送り機構の説明図である。It is explanatory drawing of the screw feed mechanism. オイルコントローラによる温度設定手段及びレーザ測定機による実移動距離取得手段を備えたねじ送り機構の説明図である。It is explanatory drawing of the screw feed mechanism provided with the temperature setting means by an oil controller, and the actual movement distance acquisition means by a laser measuring machine. 診断方法のフローチャートである。It is a flowchart of a diagnosis method. 実移動距離取得手段としてプローブセンサを用いたねじ送り機構の説明図である。It is explanatory drawing of the screw feed mechanism using a probe sensor as an actual movement distance acquisition means. 実移動距離取得手段としてリニアスケールを用いたねじ送り機構の説明図である。It is explanatory drawing of the screw feed mechanism using a linear scale as an actual movement distance acquisition means. 送りねじ軸の軸方向の剛性モデル図である。It is a rigidity model figure in the axial direction of a lead screw shaft.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、NC工作機械に用いられるねじ送り機構の一例を示すものである。ねじ送り機構1は、大径のねじ部3と、その両端の小径部4,4とを有するボールねじ等の送りねじ軸2を備え、送りねじ軸2の小径部4,4を、基台となるベース5上に設置される支持部6A,6Bによって回転可能に支持してなる。送りねじ軸2のねじ部3には、送りねじナット7が螺合して、この送りねじナット7に移動体としてのテーブル8(図2)が固定されて、図示しないサーボモータによって送りねじ軸2が回転及び停止することで、送りねじナット7が軸方向にねじ送りされてテーブル8が直線移動可能且つ任意の位置で位置決め可能となっている。テーブル8の位置は、図示しない位置検出器によって検出可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a screw feed mechanism used in an NC machine tool. The screw feed mechanism 1 includes a feed screw shaft 2 such as a ball screw having a large-diameter screw portion 3 and small-diameter portions 4 and 4 at both ends thereof, and the small-diameter portions 4 and 4 of the lead screw shaft 2 are used as a base. It is rotatably supported by the support portions 6A and 6B installed on the base 5. A lead screw nut 7 is screwed into the threaded portion 3 of the lead screw shaft 2, a table 8 (FIG. 2) as a moving body is fixed to the lead screw nut 7, and a feed screw shaft is used by a servomotor (not shown). When 2 rotates and stops, the feed screw nut 7 is screwed in the axial direction so that the table 8 can move linearly and can be positioned at an arbitrary position. The position of the table 8 can be detected by a position detector (not shown).

支持部6Aは、ベース5上に固定される軸受ブラケット10を備え、軸受ブラケット10に形成された段付きの軸挿入孔11には、フランジ13を周設したスリーブ12が外側から挿入されて、フランジ13と軸受ブラケット10との間に設けたカラー14によってスリーブ12が位置決めされている。
スリーブ12内には、軸方向に3つの軸受15,15・・が並設されて、送りねじ軸2の小径部4を軸支している。軸受15の内輪は、スリーブ12の外側から小径部4に螺合された押えナット16により、ねじ部3の端部へ外方から押さえ付けられている。一方、軸受15の外輪は、スリーブ12の外側の開口に嵌合される蓋体17により、スリーブ12の内面に押さえ付けられている。これにより軸受15,15・・は、スリーブ12内で軸線方向に位置固定されて移動不能に支持されている。よって、ここではカラー14の軸線方向の幅(厚み)を調整することにより、送りねじ軸2に対して予張力(プリテンション)を与えることができる。
The support portion 6A includes a bearing bracket 10 fixed on the base 5, and a sleeve 12 having a flange 13 is inserted from the outside into the stepped shaft insertion hole 11 formed in the bearing bracket 10. The sleeve 12 is positioned by the collar 14 provided between the flange 13 and the bearing bracket 10.
Three bearings 15, 15, ... Are arranged side by side in the sleeve 12 in the axial direction to pivotally support the small diameter portion 4 of the feed screw shaft 2. The inner ring of the bearing 15 is pressed from the outside to the end of the threaded portion 3 by the pressing nut 16 screwed into the small diameter portion 4 from the outside of the sleeve 12. On the other hand, the outer ring of the bearing 15 is pressed against the inner surface of the sleeve 12 by the lid 17 fitted in the outer opening of the sleeve 12. As a result, the bearings 15, 15 ... Are fixed in the axial direction in the sleeve 12 and are immovably supported. Therefore, here, by adjusting the width (thickness) of the collar 14 in the axial direction, pretension can be applied to the feed screw shaft 2.

一方、支持部6Bにおいても、軸受ブラケット10にフランジ13付きのスリーブ12が外側から挿入されて、スリーブ12内に並設された2つの軸受18,18により、送りねじ軸2の小径部4が軸支されている。ここでも軸受18の内輪は、スリーブ12の外側から小径部4に螺合された押えナット16により、ねじ軸3の端部へ外方から押さえ付けられているが、軸受18の外輪は蓋体等によって拘束されていない。よって、送りねじ軸2は、支持部6B側では、予張力がない状態において反力を受けずに軸線方向に膨張することができる。 On the other hand, also in the support portion 6B, the sleeve 12 with the flange 13 is inserted into the bearing bracket 10 from the outside, and the small diameter portion 4 of the feed screw shaft 2 is formed by the two bearings 18 and 18 arranged side by side in the sleeve 12. It is bearing. Here, too, the inner ring of the bearing 18 is pressed from the outside to the end of the screw shaft 3 by the pressing nut 16 screwed from the outside of the sleeve 12 to the small diameter portion 4, but the outer ring of the bearing 18 is a lid. Not restrained by etc. Therefore, the feed screw shaft 2 can expand in the axial direction on the support portion 6B side without receiving a reaction force in a state where there is no pretension.

また、送りねじ軸2の軸心には、全長に亘って貫通孔20が設けられており、この貫通孔20は、図2に示すように、回転可能な継ぎ手21,21及び配管22,22を介してオイルコントローラ23に接続されている。よって、送りねじ軸2の貫通孔20には、オイルコントローラ23によって調温された媒体(ここではオイル)を流すことができるようになっている。オイルコントローラ23は、NC装置24に接続されて、オイルの制御温度や検出温度を相互にやり取り可能となっている。
さらに、ベース5には温度センサ25が、軸受ブラケット10,10には温度センサ26,26がそれぞれ取り付けられて温度測定部27に接続され、ベース5及び軸受15,18近傍の構造体である軸受ブラケット10,10の温度を計測可能となっている。
Further, a through hole 20 is provided in the axial center of the feed screw shaft 2 over the entire length, and the through hole 20 is provided with a rotatable joint 21 and 21 and pipes 22 and 22 as shown in FIG. It is connected to the oil controller 23 via. Therefore, a medium (here, oil) whose temperature has been adjusted by the oil controller 23 can flow through the through hole 20 of the feed screw shaft 2. The oil controller 23 is connected to the NC device 24 so that the oil control temperature and the detection temperature can be exchanged with each other.
Further, a temperature sensor 25 is attached to the base 5, and temperature sensors 26 and 26 are attached to the bearing brackets 10 and 10, respectively, and connected to the temperature measuring unit 27. The bearing is a structure in the vicinity of the base 5 and the bearings 15 and 18. The temperature of the brackets 10 and 10 can be measured.

以上の如く構成されたシングルアンカー方式のねじ送り機構1において、送りねじ軸2のプリテンションを診断する方法について、図3を用いて説明する。
まず、S1で、送りねじ軸2の温度を任意の第1温度T1(x)に設定する(第1温度設定ステップ)。温度設定手段は以下に例示するが、送りねじ軸2の温度が把握できれば設定する手法は問わない。
例えば、図2に示すように、送りねじ軸2の静止状態または、発熱が十分に小さいと判断される軸動作において、送りねじ軸2の貫通孔20内に、オイルコントローラ23で調温した温度Tcのオイルを流し、この温度Tcを送りねじ軸2の第1温度T1(x)とする。
A method of diagnosing the pretension of the feed screw shaft 2 in the single anchor type screw feed mechanism 1 configured as described above will be described with reference to FIG.
First, in S1, the temperature of the lead screw shaft 2 is set to an arbitrary first temperature T1 (x) (first temperature setting step). The temperature setting means is illustrated below, but any method can be used as long as the temperature of the lead screw shaft 2 can be grasped.
For example, as shown in FIG. 2, the temperature adjusted by the oil controller 23 in the through hole 20 of the feed screw shaft 2 in the stationary state of the feed screw shaft 2 or in the shaft operation where it is determined that the heat generation is sufficiently small. The oil of Tc is flown, and this temperature Tc is set as the first temperature T1 (x) of the feed screw shaft 2.

また、任意の送り動作または、静止状態における温度分布を、NC装置24から得た運転情報と温度センサ26から得た温度情報、またはそのどちらかから既知の方法により推定し、推定した温度分布の代表温度や平均温度を第1温度T1(x)としてもよい。
さらに、任意の送り動作または、静止状態における温度分布を、送りねじ内側に設置した光ファイバひずみ温度計(図示せず)により直接測定し、測定した温度分布の代表温度や平均温度を第1温度T1(x)としてもよい。
そして、同様に離散的に設置した熱電対等の直接温度検出手段(図示せず)により測定した温度情報と測定位置情報から温度分布を求め、この温度分布の代表温度や平均温度を第1温度T1(x)としてもよい。
Further, the temperature distribution in an arbitrary feed operation or a stationary state is estimated by a known method from the operation information obtained from the NC device 24 and / or the temperature information obtained from the temperature sensor 26, and the estimated temperature distribution is obtained. The representative temperature or the average temperature may be set as the first temperature T1 (x).
Further, the temperature distribution in an arbitrary feed operation or in a stationary state is directly measured by an optical fiber strain thermometer (not shown) installed inside the feed screw, and the representative temperature or average temperature of the measured temperature distribution is the first temperature. It may be T1 (x).
Then, the temperature distribution is obtained from the temperature information and the measurement position information measured by the direct temperature detecting means (not shown) such as the thermoelectric pair installed in the same manner, and the representative temperature and the average temperature of this temperature distribution are set to the first temperature T1. It may be (x).

次に、S2で、NC装置24からサーボモータに任意の距離の軸移動指令を出力し、S1で設定した第1温度T1(x)における軸移動指令距離L0に対する第1実移動距離L1を取得する(第1実移動距離取得ステップ)。なお、実移動距離取得手段は以下に例示するが、実移動距離を取得できれば方法は問わない。
例えば、図2に示すように、レーザ測定機30を用いて、テーブル8上に載置されたターゲット31の移動距離を測定することで第1実移動距離L1を取得してもよい。レーザ測定機30はNC装置24に接続され、測定した距離情報や計測動作については相互にやり取りすることができる。
Next, in S2, the NC device 24 outputs an axis movement command of an arbitrary distance to the servomotor, and acquires the first actual movement distance L1 with respect to the axis movement command distance L0 at the first temperature T1 (x) set in S1. (1st actual movement distance acquisition step). The actual travel distance acquisition means is illustrated below, but any method can be used as long as the actual travel distance can be acquired.
For example, as shown in FIG. 2, the first actual moving distance L1 may be acquired by measuring the moving distance of the target 31 placed on the table 8 using the laser measuring machine 30. The laser measuring machine 30 is connected to the NC device 24, and can exchange the measured distance information and the measurement operation with each other.

また、図4に示すように、工作機械の主軸頭35に回転可能に支持された主軸36に、タッチ式で絶対長をL0’とするプローブセンサ37を取り付ける一方、テーブル8上に、既知の絶対長を有するバー38を設置して、プローブセンサ37によりバー38を計測することで、第1実移動距離としての計測距離L1’を取得してもよい。このとき、バー38はプローブセンサ37で送り軸方向の寸法が測定可能であれば、ベース5上を含みどこに設置しても構わない。プローブセンサ37はNC装置24と接続されており、バー38と接触したNC上の座標を認識することができる。また、バー38には温度センサ39を設けて温度測定部27と接続し、バー38の温度を検出可能としている。 Further, as shown in FIG. 4, a probe sensor 37 which is a touch type and has an absolute length of L0'is attached to a spindle 36 rotatably supported by a spindle head 35 of a machine tool, while a known probe sensor 37 is mounted on a table 8. By installing a bar 38 having an absolute length and measuring the bar 38 with the probe sensor 37, the measurement distance L1'as the first actual movement distance may be acquired. At this time, the bar 38 may be installed anywhere including the base 5 as long as the dimension in the feed axis direction can be measured by the probe sensor 37. The probe sensor 37 is connected to the NC device 24 and can recognize the coordinates on the NC in contact with the bar 38. Further, the bar 38 is provided with a temperature sensor 39 and is connected to the temperature measuring unit 27 so that the temperature of the bar 38 can be detected.

さらに、図5に示すように、リニアスケール40を有する、スケールフィードバックのテーブル8において、スケールフィードバックを無効にした状態における移動前後のリニアスケール40の検出位置の差から第1実移動距離L1を計測してもよい。ここではリニアスケール40のスライダ41がベース5に固定されたスライダ支持ブロック42により支持されている。また、リニアスケール40のスケールは、テーブル8に固定されている。スライダ41とNC装置24とは接続されており、テーブル8の位置を直接検出することができる。また、リニアスケール40には温度センサ43を設けて温度測定部27と接続し、リニアスケール40の温度を検出可能としている。 Further, as shown in FIG. 5, in the scale feedback table 8 having the linear scale 40, the first actual movement distance L1 is measured from the difference in the detection positions of the linear scale 40 before and after the movement in the state where the scale feedback is disabled. You may. Here, the slider 41 of the linear scale 40 is supported by the slider support block 42 fixed to the base 5. The scale of the linear scale 40 is fixed to the table 8. The slider 41 and the NC device 24 are connected to each other, and the position of the table 8 can be directly detected. Further, the linear scale 40 is provided with a temperature sensor 43 and connected to the temperature measuring unit 27 so that the temperature of the linear scale 40 can be detected.

次に、S3で、送りねじ軸2の温度を任意の第2温度T2(x)に設定する(第2温度設定ステップ)。温度設定手段は、送りねじ軸2の温度分布が把握できれば、設定する手法は問わない。
例えば第1温度の設定と同様に、図2に示すように、送りねじ軸2の静止状態または、発熱が十分に小さいと判断される軸動作において、送りねじ軸2の貫通孔20内に、オイルコントローラ23で調温した温度Thのオイルを流し、この温度Thを送りねじ軸2の第2温度T2(x)=Thとしてもよい。
また、任意の送り動作または、静止状態における温度分布を、NC装置24から得た運転情報と温度センサ26から得た温度情報、またはそのどちらかから既知の方法により推定し、推定した温度分布の代表温度や平均温度を第2温度T2(x)としてもよい。
さらに、任意の送り動作または、静止状態における温度分布を、送りねじ内側に設置した光ファイバひずみ温度計(図示せず)により直接測定し、測定した温度分布の代表温度や平均温度を第2温度T2(x)としてもよい。
そして、同様に離散的に設置した熱電対等の直接温度検出手段(図示せず)により測定した温度情報と測定位置情報から温度分布を求め、この温度分布の代表温度や平均温度を第2温度T2(x)としてもよい。
Next, in S3, the temperature of the lead screw shaft 2 is set to an arbitrary second temperature T2 (x) (second temperature setting step). The temperature setting means may be set by any method as long as the temperature distribution of the lead screw shaft 2 can be grasped.
For example, as in the setting of the first temperature, as shown in FIG. 2, in the stationary state of the lead screw shaft 2 or in the shaft operation where it is determined that the heat generation is sufficiently small, the feed screw shaft 2 is inserted into the through hole 20. Oil having a temperature Th adjusted by the oil controller 23 may be flown, and this temperature Th may be set to the second temperature T2 (x) = Th of the feed screw shaft 2.
Further, the temperature distribution in an arbitrary feed operation or a stationary state is estimated by a known method from the operation information obtained from the NC device 24 and / or the temperature information obtained from the temperature sensor 26, and the estimated temperature distribution is obtained. The representative temperature or the average temperature may be set as the second temperature T2 (x).
Further, the temperature distribution in an arbitrary feed operation or in a stationary state is directly measured by an optical fiber strain thermometer (not shown) installed inside the feed screw, and the representative temperature or average temperature of the measured temperature distribution is the second temperature. It may be T2 (x).
Then, the temperature distribution is obtained from the temperature information and the measurement position information measured by the direct temperature detecting means (not shown) such as the thermoelectric pair installed in the same manner, and the representative temperature and the average temperature of this temperature distribution are set to the second temperature T2. It may be (x).

但し、第1温度T1(x)における下記の送りねじ平均温度T1mと、第2温度T2(x)における下記の送りねじ平均温度T2mとの関係は、T1m≠T2mでなければならない。 However, the relationship between the following average feed screw temperature T1m at the first temperature T1 (x) and the following average feed screw temperature T2m at the second temperature T2 (x) must be T1m ≠ T2m.

Figure 0006966170
Figure 0006966170

次に、S4で、NC装置24からサーボモータにS2と同じ距離の軸移動指令を出力し、S3で設定した第2温度T2(x)における軸移動指令距離L0に対する第2実移動距離L2を取得する(第2実移動距離取得ステップ)。なお、第2実移動距離L2の取得手段も第1実移動距離L1と同様に、レーザ測定機30やリニアスケール40を用いて実移動距離L2を取得したり、プローブセンサ37を用いて第2実移動距離として計測距離L2’を取得したりすればよく、方法は問わない。
次に、S5で、第1実移動距離と第2実移動距離との差ΔLを計算する(実移動距離差算出ステップ)。
S2、S4で取得したのがL1及びL2であった場合、ΔL=L2−L1とし、S2、S4で計測したのがL1’およびL2’であった場合、ΔL=L1’−L2’とする。また、既知の絶対長を有するバー38やリニアスケール40の温度が、第1実移動距離と第2実移動距離とを測定したときでそれぞれ異なる場合、その温度(温度センサ39や温度センサ43の検出値)とそれぞれの線膨張係数を用いてこれらの実移動距離の差を既知の手段で補正することができる。
Next, in S4, the NC device 24 outputs an axis movement command of the same distance as S2 to the servomotor, and sets the second actual movement distance L2 with respect to the axis movement command distance L0 at the second temperature T2 (x) set in S3. Acquire (second actual travel distance acquisition step). As with the first actual travel distance L1, the second actual travel distance L2 acquisition means also acquires the actual travel distance L2 using the laser measuring machine 30 or the linear scale 40, or uses the probe sensor 37 to acquire the second actual travel distance L2. It suffices to acquire the measured distance L2'as the actual moving distance, and the method does not matter.
Next, in S5, the difference ΔL between the first actual movement distance and the second actual movement distance is calculated (actual movement distance difference calculation step).
When L1 and L2 are acquired in S2 and S4, ΔL = L2-L1 is set, and when L1'and L2'are measured in S2 and S4, ΔL = L1'-L2'. .. Further, when the temperatures of the bar 38 and the linear scale 40 having a known absolute length are different when the first actual movement distance and the second actual movement distance are measured, the temperature (of the temperature sensor 39 and the temperature sensor 43) is different. The difference between these actual travel distances can be corrected by known means by using the detected value) and each linear expansion coefficient.

次に、S6で、送りねじ軸2の熱膨張量εを算出する(熱膨張量算出ステップ)。すなわち、軸方向への移動が抑制されていない送りねじ軸2の温度が、T1(x)からT2(x)まで変化した場合の熱膨張量εを、以下の式により算出する。 Next, in S6, the thermal expansion amount ε of the lead screw shaft 2 is calculated (thermal expansion amount calculation step). That is, the thermal expansion amount ε when the temperature of the lead screw shaft 2 whose movement in the axial direction is not suppressed changes from T1 (x) to T2 (x) is calculated by the following formula.

Figure 0006966170
Figure 0006966170

次に、S7で、熱変位抑制率ηを以下の式により算出する(熱変位抑制率算出ステップ)。
η=ΔL/ε
次に、S8で、送りねじ軸2の支持剛性Ksを以下の式により算出する(支持剛性算出ステップ)。
Next, in S7, the thermal displacement suppression rate η is calculated by the following formula (thermal displacement suppression rate calculation step).
η = ΔL / ε
Next, in S8, the support rigidity Ks of the feed screw shaft 2 is calculated by the following formula (support rigidity calculation step).

Figure 0006966170
Figure 0006966170

次に、S9で、送りねじ軸2のプリテンションを算出する(プリテンション算出ステップ)。すなわち、送りねじ軸2の軸方向の剛性モデルが図6で表されるとき、引張量δの時のプリテンションpは、以下の式で表される。なお、図6及び以下の式において、Kfは、軸受15を支持する構造体の軸方向剛性、Ktacfは、軸受15の軸方向剛性、Ktacrは、軸受18の軸方向剛性、Krは、軸受18を支持する構造体の軸方向剛性である。 Next, in S9, the pretension of the lead screw shaft 2 is calculated (pretension calculation step). That is, when the axial rigidity model of the feed screw shaft 2 is represented by FIG. 6, the pretension p when the tension amount δ is represented by the following equation. In FIG. 6 and the following equation, Kf is the axial rigidity of the structure supporting the bearing 15, Ktacf is the axial rigidity of the bearing 15, Ktacr is the axial rigidity of the bearing 18, and Kr is the bearing 18. The axial rigidity of the structure that supports the bearing.

Figure 0006966170
Figure 0006966170

次に、S10で、プリテンションと閾値とを比較して診断を行う(プリテンション比較ステップ)。すなわち、S9で算出したプリテンションと、予めNC装置24に設定しておいた任意の閾値とを比較して、プリテンションの過不足を診断する(S8〜S10:診断ステップ)。この場合、閾値にある幅をもたせてプリテンションがその範囲内か否かで過不足を診断するようにしてもよいし、複数の閾値を等間隔に設定し、どの領域に属するかでプリテンションの過不足を診断するようにしてもよい。
そして、S11で、NC装置24の図示しないモニタなどに、S10の診断結果を表示する。
Next, in S10, the pretension and the threshold value are compared to make a diagnosis (pretension comparison step). That is, the pretension calculated in S9 is compared with an arbitrary threshold value set in advance in the NC device 24 to diagnose excess or deficiency of pretension (S8 to S10: diagnostic step). In this case, excess or deficiency may be diagnosed based on whether or not the pretension is within the range with a certain width of the threshold value, or a plurality of threshold values are set at equal intervals and the pretension is determined by which region the pretension belongs to. You may try to diagnose the excess or deficiency of.
Then, in S11, the diagnosis result of S10 is displayed on a monitor or the like (not shown) of the NC device 24.

このように、上記形態のねじ送り機構1の診断方法によれば、異なる温度間でそれぞれ同じ実移動距離を取得し、温度差から送りねじ軸の熱膨張量を、実移動距離差と熱膨張量とから熱変位抑制率をそれぞれ算出して、熱変位抑制率から支持剛性を算出してプリテンションを求め、得られたプリテンションを閾値と比較して診断するようにしているので、シングルアンカー方式のねじ送り機構1において、組付不良や部品精度不良による送りねじ軸2のプリテンションの過不足や、軸受15の摩耗等に起因した軸受予圧の減少によるプリテンションの低下を正確に判断することができる。よって、ねじ送り機構1を高品位に管理することができ、プリテンションの過不足に起因する位置決め精度の低下や軸受寿命の低下を防ぐことができる。 As described above, according to the diagnostic method of the screw feed mechanism 1 of the above-described embodiment, the same actual movement distance is obtained between different temperatures, and the thermal expansion amount of the feed screw shaft is calculated from the temperature difference, and the actual movement distance difference and the thermal expansion are obtained. The thermal displacement suppression rate is calculated from the amount and the bearing rigidity is calculated from the thermal displacement suppression rate to obtain the pretension, and the obtained pretension is compared with the threshold value for diagnosis. In the screw feed mechanism 1 of the method, it is accurately determined that the pretension of the feed screw shaft 2 is excessive or insufficient due to poor assembly or poor component accuracy, and the decrease in pretension due to a decrease in bearing preload due to wear of the bearing 15 or the like. be able to. Therefore, the screw feed mechanism 1 can be managed with high quality, and it is possible to prevent a decrease in positioning accuracy and a decrease in bearing life due to excess or deficiency of pretension.

なお、上記形態では、算出したプリテンションと予め設定した閾値とを比較してプリテンションの診断を行っているが、閾値は定数を設定するのではなく、プリテンションをかけたときの、設定プリテンション量δ0、送りねじ軸2の温度分布T0(x)、ベース5の温度Tb0、第1温度及び第2温度を少なくとも用いて、演算によって算出してもよい(閾値算出ステップ)。以下、この算出例を説明する。ここでは線膨張係数αとベース5の線膨張係数αbも併せて用いている。
まず、送りねじ軸2の温度分布がT1(x)、ベース5の温度がTb1のときのプリテンションp1は、以下の式で算出される。
In the above embodiment, the pretension is diagnosed by comparing the calculated pretension with the preset threshold value, but the threshold value is not a constant but is set when the pretension is applied. It may be calculated by calculation using at least the tension amount δ0, the temperature distribution T0 (x) of the lead screw shaft 2, the temperature Tb0 of the base 5, the first temperature and the second temperature (threshold calculation step). Hereinafter, this calculation example will be described. Here, the coefficient of linear expansion α and the coefficient of linear expansion αb of the base 5 are also used.
First, the pretension p1 when the temperature distribution of the lead screw shaft 2 is T1 (x) and the temperature of the base 5 is Tb1 is calculated by the following formula.

Figure 0006966170
Figure 0006966170

また、送りねじ軸2の温度分布がT2(x)、ベース5の温度がTb2のときのプリテンションp2は、以下の式で算出される。 Further, the pretension p2 when the temperature distribution of the lead screw shaft 2 is T2 (x) and the temperature of the base 5 is Tb2 is calculated by the following formula.

Figure 0006966170
Figure 0006966170

上記式を利用し、例えば、p1を下限またはその基準、p2を上限またはその基準とするような閾値とすればよい。
なお、ベースの温度は、温度分布が無視できるとして代表の温度としたが、送りねじ軸方向の温度分布を考慮し求めても構わない。
Using the above equation, for example, p1 may be set as the lower limit or its reference, and p2 may be set as the upper limit or its reference.
The base temperature is a representative temperature because the temperature distribution can be ignored, but the temperature distribution in the feed screw axis direction may be taken into consideration.

そして、ここではプリテンションと閾値とを比較しているが、算出した送りねじ軸2の支持剛性Ksと、予め設定されている閾値とを比較して(支持剛性比較ステップ)、プリテンションの診断を実行してもよい。
その他、ねじ送り機構の具体的な構造や温度設定手段、実移動距離取得手段も上記形態に限定するものではなく、支持部における軸受の数や予張力の付与構造等も適宜変更可能である。
Then, here, the pretension and the threshold value are compared, and the calculated support rigidity Ks of the lead screw shaft 2 is compared with the preset threshold value (support rigidity comparison step) to diagnose the pretension. May be executed.
In addition, the specific structure of the screw feed mechanism, the temperature setting means, the actual moving distance acquisition means are not limited to the above-described form, and the number of bearings in the support portion, the pretension applying structure, and the like can be appropriately changed.

1・・ねじ送り機構、2・・送りねじ軸、3・・ねじ部、4・・小径部、5・・ベース、6A,6B・・支持部、7・・送りねじナット、8・・テーブル、10・・軸受ブラケット、12・・スリーブ、14・・カラー、15,18・・軸受、16・・押えナット、17・・蓋体、20・・貫通孔、23・・オイルコントローラ、24・・NC装置、25,26,39,43・・温度センサ、27・・温度測定部、30・・レーザ測定機、37・・プローブセンサ、40・・リニアスケール。 1 ... Screw feed mechanism, 2 ... Feed screw shaft, 3 ... Thread part, 4 ... Small diameter part, 5 ... Base, 6A, 6B ... Support part, 7 ... Feed screw nut, 8 ... Table 10, 10 ... Bearing bracket, 12 ... Sleeve, 14 ... Collar, 15, 18 ... Bearing, 16 ... Press nut, 17 ... Lid, 20 ... Through hole, 23 ... Oil controller, 24 ...・ NC device, 25, 26, 39, 43 ・ ・ Temperature sensor, 27 ・ ・ Temperature measuring unit, 30 ・ ・ Laser measuring machine, 37 ・ ・ Probe sensor, 40 ・ ・ Linear scale.

Claims (2)

移動体を螺合させた送りねじ軸の両端が、軸受を備えた支持部によりそれぞれ回転可能に支持されて、前記送りねじ軸の回転により前記移動体をねじ送り移動可能であると共に、前記送りねじ軸の何れか一端側の前記軸受が、前記支持部内で軸方向に拘束されてなるねじ送り機構において、前記送りねじ軸のプリテンションを診断する方法であって、
前記送りねじ軸の温度を任意の第1温度に設定する第1温度設定ステップと、
前記第1温度の前記送りねじ軸を、所定の軸移動指令によって回転させ、前記移動体の第1実移動距離を取得する第1実移動距離取得ステップと、
前記送りねじ軸の温度を、前記第1温度と異なる任意の第2温度に設定する第2温度設定ステップと、
前記第2温度の前記送りねじ軸を、前記第1実移動距離取得ステップと同じ軸移動指令によって回転させ、前記移動体の第2実移動距離を取得する第2実移動距離取得ステップと、
前記第1実移動距離と前記第2実移動距離との差を算出する実移動距離差算出ステップと、
前記第1温度と前記第2温度との差から前記送りねじ軸の熱膨張量を算出する熱膨張量算出ステップと、
前記実移動距離の差と前記熱膨張量とに基づいて熱変位抑制率を算出する熱変位抑制率算出ステップと、
得られた前記熱変位抑制率に基づいて前記送りねじ軸のプリテンションを診断する診断ステップと、
を実行することを特徴とするねじ送り機構の診断方法。
Both ends of the feed screw shaft into which the moving body is screwed are rotatably supported by a support portion provided with a bearing, and the moving body can be screw-fed and moved by the rotation of the feed screw shaft, and the feed is described. A method of diagnosing the pretension of the feed screw shaft in a screw feed mechanism in which the bearing on one end side of the screw shaft is axially constrained in the support portion.
A first temperature setting step for setting the temperature of the feed screw shaft to an arbitrary first temperature, and
The first actual movement distance acquisition step of rotating the feed screw shaft at the first temperature according to a predetermined axis movement command to acquire the first actual movement distance of the moving body, and
A second temperature setting step of setting the temperature of the feed screw shaft to an arbitrary second temperature different from the first temperature, and
The second actual movement distance acquisition step of rotating the feed screw shaft at the second temperature by the same axis movement command as the first actual movement distance acquisition step to acquire the second actual movement distance of the moving body, and
The actual movement distance difference calculation step for calculating the difference between the first actual movement distance and the second actual movement distance, and
A step of calculating the amount of thermal expansion of the feed screw shaft from the difference between the first temperature and the second temperature, and a step of calculating the amount of thermal expansion.
A thermal displacement suppression rate calculation step for calculating the thermal displacement suppression rate based on the difference in the actual travel distance and the thermal expansion amount, and
A diagnostic step for diagnosing the pretension of the feed screw shaft based on the obtained thermal displacement suppression rate, and
A method of diagnosing a screw feed mechanism, which comprises performing.
前記診断ステップでは、
前記熱変位抑制率と予め設定した前記送りねじ軸の剛性とから、前記送りねじ軸の支持剛性を算出する支持剛性算出ステップと、
前記送りねじ軸の支持剛性と予め設定されている閾値とを比較する支持剛性比較ステップと、を実行することを特徴とする請求項1に記載のねじ送り機構の診断方法。
In the diagnostic step
A support rigidity calculation step for calculating the support rigidity of the feed screw shaft from the thermal displacement suppression rate and the preset rigidity of the feed screw shaft, and
The method for diagnosing a screw feed mechanism according to claim 1, wherein a support rigidity comparison step of comparing the support rigidity of the lead screw shaft with a preset threshold value is executed.
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