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公開番号2025067870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2024178236
出願日2024-10-10
発明の名称工作機械用スピンドル
出願人ジー・エフマシーニングソリューションズアー・ゲー,GF Machining Solutions AG
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B23B 19/02 20060101AFI20250417BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】本発明の目的は、改善された動作状態監視機能を有する工作機械用スピンドルを提供し、特に、データ処理の可能性を高めることができるスピンドルを提供する。
【解決手段】本発明は、工作機械用の、特に金属加工物を機械加工するためのスピンドルに関する。好ましくは、スピンドルは、金属加工物を機械加工するために適用される高速スピンドルである。スピンドルは、スピンドルハウジング内に配置されたステータおよびロータを含むモータと、機械加工工具をクランプするためのクランプインターフェースと、スピンドルシャフトと、を備える。スピンドルシャフトは、モータに動作可能に接続され、特にロータは、スピンドルシャフトの外面に取り付けられる。スピンドルの動作中、モータは、回転のためにスピンドルシャフトを駆動する。クランプインターフェースは、スピンドルシャフトの一端に取り付けられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
工作機械用の、特に金属加工物を機械加工するためのスピンドル（１）であって、
ａ．スピンドルハウジング内に配置されたステータおよびロータを含むモータと、
ｂ．前記モータに動作可能に接続されたスピンドルシャフトであって、特に前記ロータは前記スピンドルシャフトの前記外面に取り付けられ、前記スピンドルの動作中、前記モータが前記スピンドルシャフトを回転駆動させる、スピンドルシャフトと、
ｃ．機械加工工具をクランプするためのクランプインターフェースであって、前記クランプインターフェースは前記スピンドルシャフトの一端に配置される、クランプインターフェースと、
ｄ．前記スピンドルの加速度を３つの直線軸で検知するための３つの振動センサと、増幅、アナログデジタル変換、およびフィルタリングによって振動信号をもたらす前記検知された信号を処理するように構成された振動センサ回路と、を含む、前記スピンドルハウジング内に配置された前記スピンドルの前記振動を検出するための振動検知ユニット（１０）と、
ｅ．前記スピンドルの加速度を３つの直線軸で検知するための３つの衝突センサと、増幅、アナログデジタル変換、およびフィルタリングによって衝突信号をもたらす前記検知された信号を処理するように構成された衝突センサ回路と、を含む、前記スピンドルハウジング内に配置された前記スピンドル上で発生した前記衝突事象を検出するための衝突検知ユニット（１０）と、
ｆ．工具位置信号を生成するように構成された前記クランプインターフェースの前記位置を検出するための工具位置監視ユニット（２０）であって、前記工具位置信号はデジタル信号である、工具位置監視ユニット（２０）と、
ｇ．前記モータに近接して、特にモータ温度信号を生成するように構成された前記ステータ上に配置された前記モータの温度を測定するためのモータ温度センサと、
ｈ．軸受温度信号を生成するように構成された前記スピンドルシャフトを支持するために軸受上に配置された前記軸受の前記温度を測定するための軸受温度センサと、
ｉ．前記振動検知ユニットおよび前記衝突検知ユニットと通信するように構成された第１の通信インターフェースと、前記工具位置監視ユニットと通信するように構成された第２の通信インターフェースと、前記軸受温度センサと通信するように構成された第３の通信インターフェースと、前記スピンドルの外側に配置された外部デバイスと通信するように構成された第４の通信インターフェースと、前記受信されたセンサ信号を処理するように構成された処理ユニットと、前記受信されたセンサ信号を記憶するように構成されたデータ記憶ユニットと、を含む、前記スピンドルハウジング内に配置されたスピンドル診断モジュール（６０）と
を備える、スピンドル（１）。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の通信インターフェースが、前記振動信号および前記衝突信号を前記スピンドル診断モジュールに転送するように構成された前記衝突検知ユニットおよび前記振動検知ユニットに直接接続されたシリアル周辺インターフェースである、
請求項１に記載のスピンドル。
【請求項３】
前記振動検知ユニットおよび前記衝突検知ユニットが、前記スピンドルの前記フロント部に、特に前記スピンドルシャフトの前記フロント部を支持するためのフロント軸受の近傍に位置決めされたフランジにしっかりと固定された振動衝突検知ユニットハウジングとして画定された同じハウジングに埋め込まれている、
請求項２に記載のスピンドル。
【請求項４】
前記振動センサおよび前記衝突センサが、微小電気機械システムベースのセンサである、
請求項１から３のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項５】
前記振動センサ回路が、前記スピンドル診断モジュールによって制御される可変カットオフ周波数で前記検知された信号をフィルタリングするように構成される、
請求項１から４のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項６】
前記衝突センサ回路が、前記スピンドル診断モジュールによって制御される可変カットオフ周波数で前記検知された信号をフィルタリングするように構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項７】
前記スピンドル診断の前記処理ユニットが、前記振動センサ軸および／または前記衝突センサ軸の前記スピンドル軸への前記軸変換を実行するように構成される、
請求項１から６のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項８】
前記スピンドル診断の前記処理ユニットが、前記振動センサ信号をハイパスフィルタ処理し、可変カットオフ周波数でローパスフィルタ処理するように構成される、
請求項１から７のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項９】
前記スピンドル診断の前記処理ユニットが、前記軸受の品質を診断するための定期的な期間に前記振動信号および／または前記衝突信号を外部デバイスに送信するように構成される、
請求項１から８のいずれか一項に記載のスピンドル。
【請求項１０】
前記第２の通信インターフェースがＩ／Ｏリンクであり、特に、Ｉ／Ｏマスタが前記スピンドル診断モジュールに含まれ、前記工具位置監視検知ユニットはＩ／Ｏスレーブである、
請求項１から９のいずれか一項に記載のスピンドル。
（【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】
本発明は、工作機械用スピンドルに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
スピンドルは、工作機械の最も重要な構成要素の１つである。製造された部品の品質は、スピンドルの機能性に大きく依存する。特に、高速スピンドルは工作機械に広く用いられている。近年、生産性、寿命および信頼性に関する機械および主スピンドルに対する要求が大幅に高まっている。このようなスピンドルの誤動作は、機械加工の中断を引き起こす可能性があり、生産性を直接低下させ、最終的に金銭的な損害を引き起こす可能性がある。よって、信頼性の高いスピンドルは、機械加工メーカおよびエンドユーザに重要な競争上の利点を提供する。
【０００３】
スピンドル状態を監視することは、プロセスおよび最終部品ならびに機械の両方の危険な状況を防止し、出力の品質を改善し、機器の残存寿命を予測し、必要なメンテナンス作業を時間通りに開始するための１つの手段である。さらに、スピンドル製造業者はまた、スピンドルまたは工作機械の動作条件にアクセスし、その製品およびサービスをさらに改善することができる。
【０００４】
米国特許出願公開第２００９／０２６７４２９号明細書は、工作機械用スピンドルを開示している。スピンドルは、電気モータを収容するためのハウジングと、電気モータによって駆動され得るシャフトと、を有する。スピンドルの動作データおよび／または状態データを記録するための少なくとも１つのデータ取得要素が提供される。データ取得要素は、無線チップの形態であり、読み取り要素を使用して無線で読み取ることができる。
【０００５】
しかしながら、従来技術における監視デバイスのデータ分析能力は、依然として改善されるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
改善された動作状態監視機能を有する工作機械用スピンドルを提供することが目的である。特に、本発明の目的は、データ処理の可能性を高めることができるスピンドルを提供することである。
【０００７】
本発明によれば、これらの目的は、独立請求項の特徴によって達成される。加えて、さらなる有利な実施形態が、従属請求項および説明から得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、工作機械用の、特に金属加工物を機械加工するためのスピンドルに関する。好ましくは、スピンドルは、金属加工物を機械加工するために適用される高速スピンドルである。スピンドルは、スピンドルハウジング内に配置されたステータおよびロータを含むモータと、機械加工工具をクランプするためのクランプインターフェースと、スピンドルシャフトと、を備える。スピンドルシャフトは、モータに動作可能に接続され、特にロータは、スピンドルシャフトの外面に取り付けられる。スピンドルの動作中、モータは、回転のためにスピンドルシャフトを駆動する。クランプインターフェースは、スピンドルシャフトの一端に取り付けられる。
【０００９】
スピンドルは、スピンドルの振動を検出するための振動検知ユニットと、スピンドル上で発生した衝突事象を検出するための衝突検知ユニットと、工具位置監視ユニットと、モータ温度センサと、軸受温度センサと、スピンドル診断モジュールと、をさらに備える。
【００１０】
振動検知ユニットは、スピンドルハウジング内に配置される。振動検知ユニットは、３つの直線軸におけるスピンドルの加速度を検知するための３つの振動センサを含む。振動検知ユニットは、増幅、アナログデジタル変換およびフィルタリングによって振動信号をもたらす検知された信号を処理するように構成された振動センサ回路を含む。よって、振動検知ユニットの出力信号はデジタル信号である。好ましくは、振動センサ回路は、特にフィルタリングに役立つフィルタのカットオフ周波数を調整することによって、機械加工条件および／またはスピンドル動作条件に基づいて振動センサ信号を選択的に出力するように構成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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