机床的温度上升值估计方法、热移位量估计方法、轴承冷却装置的控制方法以及机床与流程

本公开涉及在具备冷却装置的机床中根据发热部位的状态来准确地估计该发热部位的温度上升值的方法、估计该发热部位的热移位量的方法、用于冷却机床的发热部位的冷却装置的控制方法、以及能够执行该温度上升值的估计方法的机床。

背景技术：

1、在加工中心等机床的加工中，在主轴等旋转轴中，会由于旋转轴与轴承的摩擦而发热，有时会产生轴向上的热移位。热移位可能成为加工精度恶化的主要原因。因此，为了防止产生热移位，通常使用如下方法：在轴承外侧的壳体部设置流路而使冷却油流过，并利用冷却装置去除冷却油的热。

2、但是，旋转轴的冷却装置的消耗电力在机床的周边设备中占有较高的比例。因此，从碳中和的观点出发，为了抑制消耗电力，通过进行冷却装置的运转控制来进行消耗电力的降低。在专利文献1中公开了如下方法：在主轴停止时，在使用主轴温度上升值运算出的主轴附近温度满足规定的阈值的情况下，通过对冷却装置进行运转控制来降低消耗电力。

3、另一方面，为了抑制热移位对加工精度的影响，有时也使用根据机体温度信息估计热移位量来校正相位的方法。例如，在专利文献2中，公开了根据转速和时间、或者修正次数，使热移位估计运算式的运算系数变化来估计主轴热移位的运算方法。

4、另外，在旋转轴旋转时，除了发热之外，在发生轴承的异常、轴承润滑的不足时，则存在产生轴承的粘连这样的不良情况。为了防止这样的不良情况，在专利文献3中，公开了通过热流传感器测定轴承的内外圈温度差，检测轴承异常或润滑异常时的急剧的温度上升的方法。

5、在先技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本专利第6445395号公报

8、专利文献2：日本特开平9-225781号公报

9、专利文献3：日本专利第6967495号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、随着为了实现脱碳社会而加快给出节能对策，主轴冷却装置的运转控制所带来的消耗电力削减不仅如专利文献1中公开的那样仅在机床休止时进行，在机床运转时也应该执行。但是，当在机床运转时对主轴冷却装置的运转进行控制的情况下，在主轴冷却装置运转时和停止时热移位特性是不同的，因此按照专利文献2所公开的方法无法准确地估计热移位量。因此，为了准确地估计热移位量，需要使用与发热部位的状态对应的估计模型。

3、另一方面，当为了抑制热移位特性的变动而使轴旋转时的冷却能力降低时，则轴承温度上升，有可能产生粘连这样的不良情况。此外，在对已降低的冷却能力进行恢复时，轴承外圈侧急剧冷却，内外圈温度差变大，由此，可能产生粘连。因此，为了在机床运转时一边监视内外圈温度差一边对冷却装置进行运转控制，需要测定内圈温度。但是，在专利文献3中公开的内外圈温度差的检测方法中，需要将热流传感器设置于轴承附近的间隔件上，难以处理测定单元。因此，只要使用与作为发热部位的轴承的状态对应的估计模型来准确地估计与轴承内圈温度相当的值，则认为能够解决测定单元的处理的困难性。

4、因此，本公开的目的在于提供一种机床的温度上升值估计方法以及机床，能够基于用于冷却发热部位的冷却装置的状态、根据该发热部位的状态所选择的估计模型以及机体的温度信息，准确地估计在该发热部位产生的温度上升值。

5、另外，本公开的另一目的在于提供一种机床的热移位量估计方法，能够基于根据用于冷却发热部位的冷却装置的状态、根据该发热部位的状态所选择的估计模型以及机体的温度信息估计出的该发热部位的温度上升值，准确地估计在该发热部位产生的热移位量。

6、另外，本公开的另一目的在于提供一种轴承冷却装置控制方法，其使用根据轴承冷却装置的状态、对应着轴承的状态所选择的估计模型、机体的温度信息而估计出的轴承的温度上升值，监视轴承的内外圈温度差，能够控制机床运转时的轴承冷却装置的运转。

7、用于解决课题的手段

8、为了实现上述目的，本公开的第一结构的特征在于，在具有能够对因机床的运转而发热的规定部位进行冷却的冷却装置的机床中，机床具有配置于任意位置的多个温度传感器，该任意位置至少包括能够测定机体温度的位置和能够测定规定部位的温度的位置，根据冷却装置是运转状态还是停止状态的判定、和以冷却装置的启动或停止为基准点计测出的时间是否超过了预先设定的延迟时间的判定，来判定规定部位的冷却状态，从以与规定部位的不同的冷却状态对应的方式预先设定的多个估计模型中选择与判定出的规定部位的冷却状态对应的估计模型，基于选择出的估计模型和从多个温度传感器所取得的测定值导出的温度数据，来计算规定部位的估计温度上升值。

9、本公开的第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，对规定部位的冷却状态是降温过渡状态、升温过渡状态、冷却稳定状态和加热稳定状态这至少4个状态中的哪一个进行判定，降温过渡状态是从使冷却装置启动起到经过延迟时间为止所处的状态，升温过渡状态是从使冷却装置停止起到经过延迟时间为止所处的状态，冷却稳定状态是从使冷却装置启动起经过了延迟时间之后所处的状态，加热稳定状态是从使冷却装置停止起经过了延迟时间之后所处的状态。

10、本公开的第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，延迟时间是使用规定的函数，根据基于规定部位的动作而得到的值计算出的。

11、本公开的第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，针对温度数据和规定部位的估计温度上升值中的至少一个计算每单位时间的变化量，将延迟时间设为，到计算出的每单位时间的变化量变得大于预先设定的阈值为止的时间。

12、为了实现上述目的，本公开的第二结构的特征在于，在具有能够对因机床的运转而发热的规定部位进行冷却的冷却装置的机床中，机床具有配置于任意位置的多个温度传感器，该任意位置至少包括能够测定机体温度的位置和能够测定规定部位的温度的位置，根据冷却装置是运转状态还是停止状态的判定、和以冷却装置的启动或停止为基准点计测出的时间是否超过了预先设定的延迟时间的判定，来判定规定部位的冷却状态，从以与规定部位的不同的冷却状态对应的方式预先设定的多个估计模型中选择与判定出的规定部位的冷却状态对应的估计模型，基于选择出的估计模型和从多个温度传感器所取得的测定值导出的温度数据，来计算规定部位的估计温度上升值，使用计算出的规定部位的估计温度上升值和基于所选择的估计模型的、将规定部位的温度上升值向热移位量进行转换的系数，来估计规定部位的热移位量。

13、本公开的第二结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，对规定部位的冷却状态是降温过渡状态、升温过渡状态、冷却稳定状态和加热稳定状态这至少4个状态中的哪一个进行判定，降温过渡状态是从使冷却装置启动起到经过延迟时间为止所处的状态，升温过渡状态是从使冷却装置停止起到经过延迟时间为止所处的状态，冷却稳定状态是从使冷却装置启动起经过了延迟时间之后所处的状态，加热稳定状态是从使冷却装置停止起经过了延迟时间之后所处的状态。

14、本公开的第二结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，延迟时间是使用规定的函数，根据基于规定部位的动作而得到的值计算出的。

15、本公开的第二结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，针对温度数据和规定部位的估计温度上升值中的至少一个计算每单位时间的变化量，将延迟时间设为，到计算出的每单位时间的变化量变得大于预先设定的阈值为止的时间。

16、为了实现上述目的，本公开的第三结构的特征在于，机床具备冷却装置，在该冷却装置中设置有回路以对具备旋转轴的机床的至少旋转轴的轴承的外圈侧进行冷却，其中，机床具备多个温度传感器，该多个温度传感器配置于如下的任意位置，该任意位置至少包括能够测定机体温度的位置和能够测定轴承的外圈侧的温度的位置，根据冷却装置是运转状态还是停止状态的判定、和以冷却装置的启动或停止为基准点计测出的时间是否超过了预先设定的延迟时间的判定，来判定规定部位的冷却状态，从以与轴承的不同的冷却状态对应的方式预先设定的多个估计模型中选择与判定出的轴承的冷却状态对应的估计模型，使用基于选择出的估计模型的系数、和从多个温度传感器所取得的测定值导出的温度数据，计算轴承的内圈侧的估计温度上升值，根据计算出的轴承的内圈侧的估计温度上升值、和根据所述温度数据计算出的轴承的外圈侧的温度上升值，计算估计内外圈温度差，其中计算该轴承的外圈侧的温度上升值所根据的所述温度数据是根据从测定轴承的外圈侧的温度的温度传感器取得的测定值导出的，在估计内外圈温度差高于或低于基于所选择的估计模型的规定的阈值的情况下，使冷却装置启动或使冷却装置停止。

17、本公开的第三结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，对轴承的冷却状态是降温过渡状态、升温过渡状态、冷却稳定状态和加热稳定状态这至少4个状态中的哪一个进行判定，降温过渡状态是从使冷却装置启动起到经过延迟时间为止所处的状态，升温过渡状态是从使冷却装置停止起到经过延迟时间为止所处的状态，冷却稳定状态是从使冷却装置启动起经过了延迟时间之后所处的状态，加热稳定状态是从使冷却装置停止起经过了延迟时间之后所处的状态。

18、本公开的第三结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，使用规定的函数，根据旋转轴的转速来计算延迟时间。

19、本公开的第三结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，针对温度数据、轴承的内圈侧的估计温度上升值、以及估计内外圈温度差中的至少一个，计算每单位时间的变化量，将延迟时间设为，到计算出的每单位时间的变化量变得大于预先设定的阈值为止的时间。

20、为了实现上述目的，本公开的第四结构是一种机床，该机床具有能够对因机床的运转而发热的规定部位进行冷却的冷却装置，其特征在于，机床具有配置于任意位置的多个温度传感器，该任意位置至少包括能够测定机体温度的位置和能够测定规定部位的温度的位置，机床具有如下装置，该装置被用来根据冷却装置是运转状态还是停止状态的判定、和以冷却装置的启动或停止为基准点计测出的时间是否超过了预先设定的延迟时间的判定，来判定规定部位的冷却状态，从以与规定部位的不同的冷却状态对应的方式预先设定的多个估计模型中选择与判定出的规定部位的冷却状态对应的估计模型，基于选择出的估计模型和从多个温度传感器所取得的测定值导出的温度数据，来计算规定部位的估计温度上升值。

21、本公开的第四结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，对规定部位的冷却状态是降温过渡状态、升温过渡状态、冷却稳定状态和加热稳定状态这至少4个状态中的哪一个进行判定，降温过渡状态是从使冷却装置启动起到经过延迟时间为止所处的状态，升温过渡状态是从使冷却装置停止起到经过延迟时间为止所处的状态，冷却稳定状态是从使冷却装置启动起经过了延迟时间之后所处的状态，加热稳定状态是从使冷却装置停止起经过了延迟时间之后所处的状态。

22、发明效果

23、根据本公开的第一及第四结构，在估计因在机床运转中冷却装置的启动或停止而在作为冷却对象的规定部位产生的温度上升值时，通过选择与因冷却装置的启动或停止而变化的该部位的冷却状态对应的估计模型，能够准确地估计该部位的温度上升值。

24、根据本公开的第二结构，在估计因在机床运转中冷却装置的启动或停止而在作为冷却对象的规定部位产生的热移位量时，选择与因冷却装置的启动或停止而变化的该部位的冷却状态对应的估计模型，由此能够准确地估计在该部位产生的热移位量。因此，即使在机床运转中使冷却装置运转或停止，也能够对在该部位产生的热移位进行准确的校正，能够防止加工精度的恶化。

25、根据本公开的第三结构，在估计因在机床运转中冷却装置的启动或停止而在作为冷却对象的轴承产生的内外圈温度差时，通过选择与因冷却装置的启动或停止而变化的轴承的冷却状态对应的估计模型，能够准确地估计在轴承产生的内外圈温度差。因此，能够根据估计出的内外圈温度差来控制冷却装置，使运转中的轴承的温度稳定，由此能够防止轴承粘连这样的不良情况。