JPH0155941B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0155941B2 JPH0155941B2 JP59227193A JP22719384A JPH0155941B2 JP H0155941 B2 JPH0155941 B2 JP H0155941B2 JP 59227193 A JP59227193 A JP 59227193A JP 22719384 A JP22719384 A JP 22719384A JP H0155941 B2 JPH0155941 B2 JP H0155941B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main shaft
- cutting
- spindle
- calculation circuit
- cutting torque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/04—Arrangements preventing overload of tools, e.g. restricting load
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は切削トルク測定装置に関するものであ
り、更に詳しくは公知の電気的な導通もしくは超
音波領域の材料破壊信号による工具折損検出方法
では工具の折損を検出することが不可能な主軸構
造、例えば静圧空気軸受により非接触状態に支承
せられた主軸系に利用し得る切削トルク測定装置
もしくは工具折損の検出装置に関するものであ
る。
り、更に詳しくは公知の電気的な導通もしくは超
音波領域の材料破壊信号による工具折損検出方法
では工具の折損を検出することが不可能な主軸構
造、例えば静圧空気軸受により非接触状態に支承
せられた主軸系に利用し得る切削トルク測定装置
もしくは工具折損の検出装置に関するものであ
る。
従来の技術
工作機械の主軸に装着された工具の折損検出手
段として、電気的な導通を利用して工具とワーク
との接触の有無を検知する方法や超音波（例えば
アコーステイツク・エミツシヨン）領域の材料破
壊信号を折損検出信号として利用する方法等が実
用化されている。
段として、電気的な導通を利用して工具とワーク
との接触の有無を検知する方法や超音波（例えば
アコーステイツク・エミツシヨン）領域の材料破
壊信号を折損検出信号として利用する方法等が実
用化されている。
しかしながら上記の工具折損の検出手段に於い
ては、電気的な導通もしくは超音波信号の伝播が
主として金属材料内で行われるため、近時汎用化
されつつある静圧空気軸受によつて支承された超
高速主軸に於いては工具折損の検出が実質上不可
能になる。即ち、静圧空気軸受を介して回転自在
に支承された主軸系に於いては、主軸そのものが
主軸頭に対して静圧空気軸受により非接触支持さ
れているため、電気的導通もしくは超音波信号の
伝播が殆ど不可能となり、工具折損の検出機能が
実質上失われる。
ては、電気的な導通もしくは超音波信号の伝播が
主として金属材料内で行われるため、近時汎用化
されつつある静圧空気軸受によつて支承された超
高速主軸に於いては工具折損の検出が実質上不可
能になる。即ち、静圧空気軸受を介して回転自在
に支承された主軸系に於いては、主軸そのものが
主軸頭に対して静圧空気軸受により非接触支持さ
れているため、電気的導通もしくは超音波信号の
伝播が殆ど不可能となり、工具折損の検出機能が
実質上失われる。
発明が解決すべき問題点
本発明の主要な目的は、近年、ワークの切削速
度ならびに加工精度を向上せしめる目的で多用さ
れている静圧空気軸受を備えた超高速主軸に装着
し得る切削トルク測定装置もしくは工具折損の検
出装置を提供することにある。
度ならびに加工精度を向上せしめる目的で多用さ
れている静圧空気軸受を備えた超高速主軸に装着
し得る切削トルク測定装置もしくは工具折損の検
出装置を提供することにある。
本発明の他の主要な目的は、公知の超音波領域
の材料破壊信号もしくは電気的な導通を利用する
工具折損の検出装置に認められた実用上の制約を
全面的に解消し得る、ワーク加工時の負荷トルク
による主軸回転速度の低下の有無を検出信号とし
て使用する切削トルク測定装置もしくは工具折損
の検出装置を提供することにある。
の材料破壊信号もしくは電気的な導通を利用する
工具折損の検出装置に認められた実用上の制約を
全面的に解消し得る、ワーク加工時の負荷トルク
による主軸回転速度の低下の有無を検出信号とし
て使用する切削トルク測定装置もしくは工具折損
の検出装置を提供することにある。
問題点を解決するための手段
上記目的に鑑みて本発明は、工作機械の主軸と
主軸本体との間に形成した非接触の回転速度検出
器と、後退差分演算回路と、切削トルク演算回路
とを順次直列接続し、前記後退差分演算回路にク
ロツクパルス発信装置を連設して構成し、 後退差分演算回路のクロツクパルス発信装置と
の連動により、クロツクパルスとトリガーとして
主軸の回転数をサンプリングし、これらの後退差
分を演算し、その値が負なるときのサンプリング
タイムとタイムカウント数との積として算出した
実切削時間と、切削トルクの増大による上記主軸
の回転数の低下量とを切削トルク演算回路により
演算処理して、切削トルクの変動や工具の折損を
検出することを特徴とする切削トルク測定装置を
要旨とするものである。
主軸本体との間に形成した非接触の回転速度検出
器と、後退差分演算回路と、切削トルク演算回路
とを順次直列接続し、前記後退差分演算回路にク
ロツクパルス発信装置を連設して構成し、 後退差分演算回路のクロツクパルス発信装置と
の連動により、クロツクパルスとトリガーとして
主軸の回転数をサンプリングし、これらの後退差
分を演算し、その値が負なるときのサンプリング
タイムとタイムカウント数との積として算出した
実切削時間と、切削トルクの増大による上記主軸
の回転数の低下量とを切削トルク演算回路により
演算処理して、切削トルクの変動や工具の折損を
検出することを特徴とする切削トルク測定装置を
要旨とするものである。
また本発明の好適な実施態様に於いては、前記
工作機械の主軸１が、静圧空気軸受１２を介して
主軸本体２内に回転自在に支持されている。
工作機械の主軸１が、静圧空気軸受１２を介して
主軸本体２内に回転自在に支持されている。
実施例
第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロ
ツク線図であり、第２図は切削トルクの増大によ
る主軸回転数の低下状況を例示する直交座標線図
である。また第３図は切削トルクの変動を主軸回
転数の変化と対応させて表示する直交座標線図で
あり、第４図はクロツクパルス発生装置ならびに
後退差分演算回路の作動状況の説明図である。こ
れらの図面に於いて主軸本体２内には、主軸１に
対しラジアル軸受として機能する多孔質金属材料
製の第１の静圧空気軸受部材１２ａ，１２ｂおよ
び該主軸に対してスラスト軸受として機能する前
記同様の材料から製作された第２の静圧空気軸受
部材１２ｃ，１２ｄからなる静圧空気軸受１２
と、上記のそれぞれの空気軸受部材に対して圧縮
空気を供給するための導通孔１３，１４が配設さ
れている。主軸１は、上記の複数個の静圧空気軸
受部材によつて回転自在に支持され、同時に主軸
本体２に対して非接触状態を維持して位置決めさ
れている。主軸１の側胴部には複数個のタービン
ポケツト２４を有する空気タービン１５が主軸１
と軸心を一致させて設けられており、主軸１は、
前記タービンポケツト２４に対向するように主軸
本体２の側胴部円周上に穿設された複数個のノズ
ル１６から噴出する圧縮空気を空気タービン１５
内に導入することにより高速度、例えば毎分
50000回転にも及び高速度で回転駆動される。主
軸１には常法に従いコレツト１７を介して切削工
具１８、例えばドリルが固着されており、この切
削工具１８に主軸１を介して回転駆動力を伝達す
ることによりワークの加工が行われる。
ツク線図であり、第２図は切削トルクの増大によ
る主軸回転数の低下状況を例示する直交座標線図
である。また第３図は切削トルクの変動を主軸回
転数の変化と対応させて表示する直交座標線図で
あり、第４図はクロツクパルス発生装置ならびに
後退差分演算回路の作動状況の説明図である。こ
れらの図面に於いて主軸本体２内には、主軸１に
対しラジアル軸受として機能する多孔質金属材料
製の第１の静圧空気軸受部材１２ａ，１２ｂおよ
び該主軸に対してスラスト軸受として機能する前
記同様の材料から製作された第２の静圧空気軸受
部材１２ｃ，１２ｄからなる静圧空気軸受１２
と、上記のそれぞれの空気軸受部材に対して圧縮
空気を供給するための導通孔１３，１４が配設さ
れている。主軸１は、上記の複数個の静圧空気軸
受部材によつて回転自在に支持され、同時に主軸
本体２に対して非接触状態を維持して位置決めさ
れている。主軸１の側胴部には複数個のタービン
ポケツト２４を有する空気タービン１５が主軸１
と軸心を一致させて設けられており、主軸１は、
前記タービンポケツト２４に対向するように主軸
本体２の側胴部円周上に穿設された複数個のノズ
ル１６から噴出する圧縮空気を空気タービン１５
内に導入することにより高速度、例えば毎分
50000回転にも及び高速度で回転駆動される。主
軸１には常法に従いコレツト１７を介して切削工
具１８、例えばドリルが固着されており、この切
削工具１８に主軸１を介して回転駆動力を伝達す
ることによりワークの加工が行われる。
本発明に於いては主軸１の基端部に、同心円上
に略等間隔に矩形波信号出力用の穴４を穿設して
なる円板３を固着し、これに対応して主軸本体２
の端壁部分には前記穴４の回転移動軌跡上に位置
するようにデイジタル出力形式の位置検出器５を
固着している。これらの回転速度検出機構３，
４，５から構成された速度検出器６は、主軸１と
主軸本体２との間で非接触状態を維持しながら主
軸１の回転速度を検出するものであるが、代替手
段として上記同様の機能を有する他の速度検出手
段、例えば主軸１に直結されたロータリーエンコ
ーダあるいは回転速度検出装置として公知のタコ
メータ・ジエネレータ等を使用することも可能で
ある。
に略等間隔に矩形波信号出力用の穴４を穿設して
なる円板３を固着し、これに対応して主軸本体２
の端壁部分には前記穴４の回転移動軌跡上に位置
するようにデイジタル出力形式の位置検出器５を
固着している。これらの回転速度検出機構３，
４，５から構成された速度検出器６は、主軸１と
主軸本体２との間で非接触状態を維持しながら主
軸１の回転速度を検出するものであるが、代替手
段として上記同様の機能を有する他の速度検出手
段、例えば主軸１に直結されたロータリーエンコ
ーダあるいは回転速度検出装置として公知のタコ
メータ・ジエネレータ等を使用することも可能で
ある。
本発明装置に於いて主軸１が無負荷で回転して
いる場合には、位置検出器５からは主軸１の回転
数と円板３に穿設された穴４の数との積に対応し
た矩形波信号が一定の周期で出力される。ワーク
の加工時に切削抵抗の増加に伴つて主軸１の回転
速度の低下に対応して長くなる。この矩形波信号
は、周波数／電圧変換器７によりアナログ信号に
変換される。尚、位置検出器５としてアナログ出
力形式のセンサを使用した場合には、周波数／電
圧変換器７の設置は省略することができる。
いる場合には、位置検出器５からは主軸１の回転
数と円板３に穿設された穴４の数との積に対応し
た矩形波信号が一定の周期で出力される。ワーク
の加工時に切削抵抗の増加に伴つて主軸１の回転
速度の低下に対応して長くなる。この矩形波信号
は、周波数／電圧変換器７によりアナログ信号に
変換される。尚、位置検出器５としてアナログ出
力形式のセンサを使用した場合には、周波数／電
圧変換器７の設置は省略することができる。
而して前記非接触式速度検出器６には、クロツ
クパルス発信装置１０と連動して切削時間（τ）
ならびに切削トルクの増大による主軸回転数の低
下量（ΔN）を算出し、演算結果を電気的な信号
として発信する後退差分演算回路８と、該後退差
分演算回路８から発信された電気的な信号を演算
処理して切削トルク（TL）の変動に相当する電
気的な信号を発信する切削トルク演算回路９が順
次直列接続されている。
クパルス発信装置１０と連動して切削時間（τ）
ならびに切削トルクの増大による主軸回転数の低
下量（ΔN）を算出し、演算結果を電気的な信号
として発信する後退差分演算回路８と、該後退差
分演算回路８から発信された電気的な信号を演算
処理して切削トルク（TL）の変動に相当する電
気的な信号を発信する切削トルク演算回路９が順
次直列接続されている。
斯かる切削トルク測定装置に於いて、主軸１の
運動方程式は下記（）式で与えられる。
運動方程式は下記（）式で与えられる。
Ｊdω／dt＝Td−TB−TL −（）
ここで
Ｊ：主軸１の慣性モーメント
ω：主軸１の回転角速度（ω＝2π／60Ｎ、Ｎ：主軸
１の回転数）
Td：空気タービン１５の駆動トルク
TB：空気摩擦による制動トルク
TL：切削トルク
第２図は静圧空気軸受１２にて支持され空気タ
ービン１５によつて駆動される超高速主軸１に於
けるワーク加工時の切削トルク（TL）の増大に
よる回転数（Ｎ）の低下状況を例示する直交座標
線図である。第２図から理解し得る如く、空気タ
ービンの駆動トルク（Td）ならびに空気摩擦に
よる制動トルク（TB）は、切削トルク（TL）に
比較して遥かに小さいので上記（）式に於ける
駆動トルク（Td）および制動トルク（TB）は微
小項として無視することができる。この条件下で
切削トルク（TL）が第３図に図示するように実
切削時間（τ）だけ主軸１に負荷された場合を想
定する。この場合、切削トルクの力積TL・τに
よる主軸１の回転角速度（ω）の低下量（Δω）
は、上記（）式から次式（）の如く求められ
る。
ービン１５によつて駆動される超高速主軸１に於
けるワーク加工時の切削トルク（TL）の増大に
よる回転数（Ｎ）の低下状況を例示する直交座標
線図である。第２図から理解し得る如く、空気タ
ービンの駆動トルク（Td）ならびに空気摩擦に
よる制動トルク（TB）は、切削トルク（TL）に
比較して遥かに小さいので上記（）式に於ける
駆動トルク（Td）および制動トルク（TB）は微
小項として無視することができる。この条件下で
切削トルク（TL）が第３図に図示するように実
切削時間（τ）だけ主軸１に負荷された場合を想
定する。この場合、切削トルクの力積TL・τに
よる主軸１の回転角速度（ω）の低下量（Δω）
は、上記（）式から次式（）の如く求められ
る。
Δω＝ω1−ω0＝−TL／Ｊ・τ −（）
従つて、
ΔN／τ＝−π／30・TL／Ｊ −（）
上記（）式に於いて、主軸１の慣性モーメン
ト(J)は一定値をとるから、主軸１の回転数低下量
（ΔN）と、切込開始から切削工具の後退開始迄
の実切削時間（τ）から切削トルク（TL）を推
定することができる。
ト(J)は一定値をとるから、主軸１の回転数低下量
（ΔN）と、切込開始から切削工具の後退開始迄
の実切削時間（τ）から切削トルク（TL）を推
定することができる。
クロツクパルス発信装置１０ならびに後退差分
演算回路８は、上記実切削時間（τ）および主軸
１の回転数低下量（ΔN）に相当する電気的な信
号の発信装置として設けられたものであり、第４
図に見られる如く、コントローラ内部のクロツク
パルス（サンプリングタイムΔt）をトリガーと
して、主軸１の回転数（Ni）をサンプリングし、
一つ前のクロツクパルスが入力された時点での主
軸回転数Ni−１との後退差分（Ni−Ni-1）を演
算し、その正負を判別する。このとき（Ni−
Ni-1）＜０であれば切削トルク（TL）の負荷によ
り主軸１の回転数（Ｎ）が低下しているものとし
てタイムカウントを行なう。これに基づき実切削
時間（τ）は、サンプリングタイム（Δt）とタ
イムカウント数(i)との積として算出される。
演算回路８は、上記実切削時間（τ）および主軸
１の回転数低下量（ΔN）に相当する電気的な信
号の発信装置として設けられたものであり、第４
図に見られる如く、コントローラ内部のクロツク
パルス（サンプリングタイムΔt）をトリガーと
して、主軸１の回転数（Ni）をサンプリングし、
一つ前のクロツクパルスが入力された時点での主
軸回転数Ni−１との後退差分（Ni−Ni-1）を演
算し、その正負を判別する。このとき（Ni−
Ni-1）＜０であれば切削トルク（TL）の負荷によ
り主軸１の回転数（Ｎ）が低下しているものとし
てタイムカウントを行なう。これに基づき実切削
時間（τ）は、サンプリングタイム（Δt）とタ
イムカウント数(i)との積として算出される。
発明の効果
以上の説明から理解し得る如く、本発明装置を
使用することによつてワーク加工時の切削トルク
の変動を精度よく測定することができる。従つ
て、切削トルクの変動を利用して工具に切損が発
生したか否かを確実に検知することが可能とな
る。本発明装置は、特別のセンサを付設すること
なく切削トルクの変動や工具の折損を検出するこ
とができるから、殆ど全てのタイプの工作機械に
適用可能である。即ち、電気的導通や超音波領域
の材料破壊信号を利用する工具折損の検知が実質
上不可能な主軸構造、例えば、静圧空気軸受によ
つて非接触状態に支持された主軸構造に於いて
も、本発明装置は工具折損の検出精度を顕著に向
上せしめることができる。従つて本発明装置は、
公知の検出装置によつては検知不能とされていた
小径の切削工具、例えば直径１mm以下のドリル等
に対しても優れた折損工出機能を発揮することが
できる。また上記検出精度の向上に基づき、本発
明装置は、工具折損の検出以外の用途分野、例え
ば工具とワークとの接触開始点の検出や工具摩耗
の検出に於いても良好な検出機能を発揮し得るも
のである。
使用することによつてワーク加工時の切削トルク
の変動を精度よく測定することができる。従つ
て、切削トルクの変動を利用して工具に切損が発
生したか否かを確実に検知することが可能とな
る。本発明装置は、特別のセンサを付設すること
なく切削トルクの変動や工具の折損を検出するこ
とができるから、殆ど全てのタイプの工作機械に
適用可能である。即ち、電気的導通や超音波領域
の材料破壊信号を利用する工具折損の検知が実質
上不可能な主軸構造、例えば、静圧空気軸受によ
つて非接触状態に支持された主軸構造に於いて
も、本発明装置は工具折損の検出精度を顕著に向
上せしめることができる。従つて本発明装置は、
公知の検出装置によつては検知不能とされていた
小径の切削工具、例えば直径１mm以下のドリル等
に対しても優れた折損工出機能を発揮することが
できる。また上記検出精度の向上に基づき、本発
明装置は、工具折損の検出以外の用途分野、例え
ば工具とワークとの接触開始点の検出や工具摩耗
の検出に於いても良好な検出機能を発揮し得るも
のである。
第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロ
ツク線図であり、第２図は切削トルクの増大によ
る主軸回転数の低下状況を例示する直交座標線図
である。また第３図は切削トルクの変動を主軸回
転数の変化と対応させて表示した直交座標線図で
あり、第４図はクロツクパルス発生装置ならびに
後退差分演算回路の作動状況の説明図である。 １……主軸、２……主軸本体、６……速度検出
器、７……周波数／電圧変換器、８……後退差分
演算回路、９……切削トルク演算回路、１０……
クロツクパルス発生装置。
ツク線図であり、第２図は切削トルクの増大によ
る主軸回転数の低下状況を例示する直交座標線図
である。また第３図は切削トルクの変動を主軸回
転数の変化と対応させて表示した直交座標線図で
あり、第４図はクロツクパルス発生装置ならびに
後退差分演算回路の作動状況の説明図である。 １……主軸、２……主軸本体、６……速度検出
器、７……周波数／電圧変換器、８……後退差分
演算回路、９……切削トルク演算回路、１０……
クロツクパルス発生装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の主軸と主軸本体との間に形成した
非接触の回転速度検出器と、後退差分演算回路
と、切削トルク演算回路とを順次直列接続し、前
記後退差分演算回路にクロツクパルス発信装置を
連設して構成し、 後退差分演算回路のクロツクパルス発信装置と
の連動により、クロツクパルスをトリガーとして
主軸の回転数をサンプリングし、これらの後退差
分を演算し、その値が負なるときのサンプリング
タイムとタイムカウント数との積として算出した
実切削時間と、切削トルクの増大による上記主軸
の回転数の低下量とを切削トルク演算回路により
演算処理して、切削トルクの変動や工具の折損を
検出することを特徴とする切削トルク測定装置。 ２ 前記工作機械の主軸が静圧空気軸受を介して
主軸本体内に回転自在に支持されてなる特許請求
の範囲第１項に記載の切削トルク測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22719384A JPS61103761A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 切削トルク測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22719384A JPS61103761A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 切削トルク測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61103761A JPS61103761A (ja) | 1986-05-22 |
| JPH0155941B2 true JPH0155941B2 (ja) | 1989-11-28 |
Family
ID=16856946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22719384A Granted JPS61103761A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 切削トルク測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61103761A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6090660A (ja) * | 1983-10-24 | 1985-05-21 | Jiro Umetsu | 切削抵抗測定方法 |
-
1984
- 1984-10-29 JP JP22719384A patent/JPS61103761A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61103761A (ja) | 1986-05-22 |
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