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スピンドル軸受向けの革新的な監視システム シェフラーのSpindleSenseが、機械のダウンタイムを短縮して稼働率を高める

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シェフラーSpindleSense監視システムの設計:1 距離センサー、2 評価ユニット、3 接続ケーブル

2019年08月01日 | Yokohama

  • 継続的な過負荷や衝突による破損から電子的に保護
  • センサーリングによって、スピンドル軸受の変位をマイクロメートル単位の正確さで監視
  • ころがり軸受におけるシェフラーの技術が変位の測定と組み合わさることで、稼働状態の評価が可能に
  • 危機的な稼働状態は2ミリ秒以内に検知

メインスピンドルは工作機械の性能にとって極めて重要です。機械の心臓部を担い、切断能力、表面品質、および精度は概ねこれで決まります。しかし、スピンドル軸受の支持部は、正確に、非常に高速で、かつ長期間にわたって加工力を伝達しなければならず、また衝突のリスクから逃れることができないために、最も負荷のかかる部品の一つと言えます。そのため、工作機械のダウンタイムの大部分がスピンドルの欠陥によるもの、特に衝突や検知されない継続的な過負荷の結果であることは、何ら驚くに当たりません。例えばフライス加工では、ラジアル方向の高負荷、長い工具の突出部分、高速という条件が組み合わさることで、刃付近のスピンドル軸受に高負荷や好ましくない運動学的条件を生じさせます。このような場合によっては許容できない負荷の発生は、今までのオペレーターにスピンドル軸受の限界負荷を監視できる適切な機械がなかったことが原因でした。そこでシェフラーは、新しいSpindleSense監視システムを用いてこの問題を解決したのです。

EMO 2019の開催に合わせて量産準備

最初の量産可能なSRSセンサーリングユニットには、内径70mmのラジアルおよびアキシアル方向の測定リングが含まれています。EMO 2019では、お客様に実際の用途でこのユニットをテストしていただくことができます。年末までにはさらに、内径80mmおよび100mmの追加サイズも提供可能となります。すべてのユニットが16mmの標準幅です。また、SpindleSenseをパラメータ化して動作させることができるSSTセットアップサービスツールもその一部です。

スピンドル軸受に統合されるセンサーシステムは、極めて高い分解能で5つの空間方向(並進3方向および回転2方向)から、負荷のかかったスピンドル軸の変位を測定します。センサーリングは、転動体で測定されたたわみが、スピンドルや機械の種類ごとに個別に設定された特定の閾値を超えた場合、機械の制御システムに電気警告信号を伝達します。この閾値は、圧力、スピン/ロール比、ポケットすきまといった動作に関連する軸受のパラメータの測定結果に基づいており、これには、シェフラーがころがり軸受の分野で何年にもわたって培ってきた専門技術が結集されています。

ころがり軸受の専門技術をセンサーリングに組み込んだソフトウェア

ソフトウェアと必要なアルゴリズムすべてが、16mm幅のセンサーリングに組み込まれており、他の部品はこのシステムには必要ありません。システムは局所的に動作し、機械の制御システムに対して個別に警告信号を発します。これにより、以下の用途が可能となります:

  • クラッシュ(衝突)の検知:センサー技術により、2ミリ秒以内にデジタル出力で過負荷を知らせることが可能です。これによって駆動を迅速に止めて、衝突に伴う重大な破損を最小化し、防止することもできます。
  • 工作機械スピンドルの長期保護:実際には、スピンドル軸受に継続してかかる機械的な過負荷は、すぐには特定されませんが、SpindleSenseなら過負荷が状況に応じてパラメータ化された時点で、迅速に警告信号を発します。これによりオペレーターは新しい刃を使用したり、あるいはより適切な種類の刃を採用したりすることにより、プログラムを調整しスピンドルの負荷を低減することができます。最大負荷を大幅に抑えて、スピンドル軸受の動作寿命を延ばしつつ工作機械のダウンタイムを短縮し、最終的には、生産時間の延長と修繕費用の削減につながります。

測定値の出力には、2つの選択肢があります。Variant C-A0は、軸受負荷や運動学に応じて個別に定義した限界値に到達すると、すぐに警告信号を発します。Variant C-A1は、CANバスによって傾きなどのラジアル方向およびアキシアル方向の変位を測定し、出力します。これらの変位値を利用して、工作機械やスピンドルのメーカーは、例えばセンサーリングが測定した偏差集合を負荷集合として可視化することにより、主軸能力の利用を最適化する分析ツールを開発することができます。機械オペレーターは初めて、加工プロセスそれぞれの主軸能力がどの程度利用されているのかを、非常に正確にパーセンテージで知ることができ、これによって各機械の稼働率および動作寿命という点で加工プロセスをより正確に調整することができます。つまり、スピンドルの最大負荷にかかわらず悪影響を及ぼす過負荷が防止されるのです。限界範囲で安全に稼働させることで、オペレーターは生産性を向上させることができ、さらにはスピンドルの動作寿命を延ばしつつ、機械のダウンタイムを減らすというメリットが得られます。

CANバスで出力される測定した変位はまた、ゼロ点補償にも利用することができます。これにより、より大きな切断値で同一品質、または切断値を変えずに高品質で生産することが可能となります。さらに、最大変位の監視は品質保証にも活用できます。

電子的過負荷システムvs機械的過負荷システム

機械的、つまり受動的な過負荷システムと比べて、シェフラーのSpindleSenseは、単に衝突時にスピンドルを保護するだけではなく、主軸能力の稼働率を安全な方法で最大限に高める画期的なシステムです。機械メーカーは初めて、生産性、機械の稼働性、そして品質を高める非常に有効な機械を自社の顧客に提供することができるのです。

※本リリースは、2019年7月18日にドイツ・シュヴァインフルトで発表されたプレスリリースの抄訳です。

発行者: Schaeffler Japan Co., Ltd.
国: 日本

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