JPH0323295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 産業上の利用分野 本発明は、工作機械特に鋼管加工用のヘツド移
動形工作機械で、被加工物に旋削加工を施す際の
ロードセルによる切削状態監視装置に関する。

(2) 従来の技術 従来、工作機械特に鋼管加工用のヘツド移動形
工作機械において、被加工物の鋼管に切削加工を
行う場合搬送されてきた被加工物である鋼管を正
確に位置決めするための、位置決め装置が設けら
れていた。さらに被加工物の種類によつて、停止
位置が異なるため位置決め装置の段取換えを行つ
ていた。

(3) 発明が解決しようとする問題点 上記の従来技術では、位置決め装置を必要と
し、かつ位置決め装置の段取換え作業に手間が
かゝるという問題があつた。さらに機械配置上の
スペース、経済性および加工性の面で難点をかか
えていた。

(4) 目 的 そこで、本発明の目的は上述の問題点を解決す
るために提案されたものであつて、ラフな位置決
めで切削加工を可能にし、位置決め装置を不要と
し、さらに加工性を容易にしたロードセルによる
切削状態監視装置を提供することにある。

(5) 問題点を解決するための手段 本発明は工作機械のヘツド上に載置し、かつ被
加工物例えば鋼管を把持するチヤツクと該チヤツ
クを支持する刃物台との相対移動方向（Ｚ軸方
向）と直交するベースの取付面とチヤツクとの間
にロードセルを挾み、コラムの移動で主軸の先端
部に取付けられた刃具が被加工物に接触した状態
から、切削時の送りと共に変化する切削負荷の状
態を電圧の変化で読み取り、切削状態を監視する
装置である。

すなわち工作機械のベツド上に載置し、被加工
物を把持するチヤツクとベツドとの間にロードセ
ルを挾持し、コラムの移動で主軸の先端部に取付
けられた刃具が被加工物に接触した状態から被加
工物の端部にベベル加工を施す際、切削加工時の
送り速度と共に変化する切削力の反力状態を前記
ロードセルで電荷として検出し、さらに検出され
た電荷を電圧に変換し、次いで変換された電圧変
化値を瞬時予め設定された電圧値の範囲内で比較
判別しながら切削状態を監視することを特徴とす
るものである。

(6) 作 用 本発明は工作機械のベツド上に載置し、被加工
物を把持するチヤツクとベツドとの間にロードセ
ルを挾持し、被加工物の端部にベベル加工を施す
際に発生する切削力の反力をロードセルにより電
荷として検出し、さらに検出された電荷を電圧の
変化に変換して切削状態を監視するようにしたの
で、正確な位置決めをすることなく切削加工がで
き、NC装置と連動させることによつて容易に切
削加工ができるのである。

(7) 実施例 以下、本発明の一実施態様に関し、図面を基に
して詳細に説明する。

第１図は本発明の装置を説明する為の鋼管加工
用ヘツド移動形工作機械の正面図、第２図は第１
図のＸ矢視図である。

第１図および第２図において、ベツド１の右側
上面にコラム２が載置され、該コラム２はＺ軸送
りモータ３により前後方向すなわちＺ軸方向に摺
動し得るようになつている。

コラム２の下方に、回転自在の主軸４、上方に
主軸用モータ５が載置されている。主軸４の先端
には、カツターヘツド７をクランプするためのカ
ツターヘツドクランプ用チヤツク６が取付けられ
ている。従つて該カツターヘツドクランプ用チヤ
ツク６によりカツターヘツド７が把持される。該
カツターヘツド７には、切削加工する被加工物Ｗ
の種類により予めセツテイングされた刃具８であ
るバイトが取付けられている。

なお、主軸４は主軸用モータ５より該モータ５
の軸に軸着されたプーリー９、タイミングベルト
１０を介して自由自在に所定の回転数で回転す
る。

ベツド１の左側上面には被加工物Ｗを把持する
リジツトチヤツクのベース１１が載置されてい
る。リジツトチヤツクのベース１１による被加工
物Ｗの把持状態は第２図の如く、リジツトチヤツ
クのベース１１上の両側上に左右方向に摺動し得
るチヤツク爪部の取付部材１２ａ，１２ｂが載置
されている。該取付部材１２ａ，１２ｂの先端部
には夫々チヤツク爪部１３ａ，１３ｂが被加工物
Ｗの外径形状に合せて把持される。従つてチヤツ
ク爪部１３ａ，１３ｂは取付部材１２ａ，１２ｂ
と一体化されて左右方向にシリンダ１４ａ，１４
ｂにより摺動される。なお、シリンダ１４ａ，１
４ｂはリジツトチヤツク１３の両端部に取付けら
れている。

被加工物Ｗはチヤツク爪部１３ａ，１３ｂの左
右方向からの摺動移動で把持されると共に被加工
物軸方向のラフな位置決めがなされる。

本発明装置の主要部であるロードセル１５はベ
ース１１とリジツトチヤツク１３との間に挾持す
る。該ロードセル１５と厚みが同じであるスペー
サ１６ａ，１６ｂをやはりベース１１とリジツト
チヤツク１３との間に挾持して、リジツトチヤツ
ク１３の位置を平行に保持させる。

ロードセル１５には第３図に示す如く接続ケー
ブル１６が接続され、該接続ケーブル１６を介し
てチヤージアンプ１７が接続される。さらに該チ
ヤージアンプ１７には指示記録装置１８例えば市
販のオシロスコープが接続されている。

被加工物Ｗの切削加工時に発生する切削力の反
力をロードセル１５により電荷PCで検出する。
検出された電荷PCをチヤージアンプ１７により
一定の割合の電圧Ｖに変換し、この変換された電
圧Ｖの変化を指示記録装置１８のオシロスコープ
の画面に映し出される。この画面に映し出された
曲線を常時チエツクしながら切削加工の監視を施
すのである。

ロードセル１５の構造について説明する。

第４図がロードセル１５の一部断面図である。
第４図において、ロードセル１５は輪形の水晶板
２０、電極２１、プラグ２２付きのハウジング２
３および極性壁２４より構成されている。測定さ
れる力Ｆが輪形の表面上に均一作用するようにロ
ードセル１５をセツトする。今機械的応力によ
り、作用する力に正比例し、しかも結晶板２０の
寸法に依存しない電荷が水晶の結晶に生じる。
（縦方向の圧電効果）生じた電荷は電極２１によ
つて集められ、プラグ２２の接続部分へ移され
る。極性は圧縮力が負電荷を生じるように配列さ
れ、その後はチヤージアンプで正電圧に変換され
る。被加工物Ｗである鋼管の端部ベベル加工の切
削監視状態について説明する。

第２図のリジツトチヤツク１３のチヤツク爪部
１３ａ，１３ｂをシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動
により、被加工物Ｗの鋼管を把持しラフに位置決
めする。第１図のカツターヘツド７には第５図に
示すように刃具ホルダ２６ａ〜２６ｄに夫々刃具
２５ａ〜２５ｄすなわち４本のバイトが予め切削
加工すべき形状、本実施例においては端部ベベル
加工用としてセツテイングされる。而してベツド
１に載置されたコラム２をＺ軸送りモータ３によ
り前進移動させ、かつ主軸用モータ５により、主
軸５の先端部にカツターヘツドクランプ用チヤツ
ク６で把持されたカツターヘツド７を所要回転数
で回転させる。

Ｚ軸送りモータ３によりコラム２が前進移動し
て被加工物Ｗである鋼管の端部に接触し、端部ベ
ベル加工が開始されるとベース１１とリジツトチ
ヤツク１３との間に挾持されたロードセル１５が
作動し、第６図に示す如く切削加工が矢印の方向
に進むにつれて、その都度切削加工時における切
削力の反力をロードセル１５により電荷で検出
し、その電荷をチヤージアンプ１７で電圧に変換
し、電圧の変化を指示記録装置１８のオシロスコ
ープの画面に、第７図に示す如き切削時間の経過
と共に電圧変化をとらえることによつて切削状態
を監視するのである。第６図の２点鎖線の被加工
物W′が切削前、実線の被加工物Ｗが切削後を示
している。すなわち、第７図において、横軸が時
間ｔ、縦軸が負荷の電圧Ｐで曲線Ａが第６図のよ
うな鋼管の端部ベベル加工する際の切削加工時の
反力をロードセル１５によつて電荷から電圧に変
換された切削状態を示している。即ち、第６図の
ベベル加工を施すべくセツテイングされたカツタ
ーヘツド（第５図）をＺ軸方向に一定速度の送り
で加工を行うと、第６図Ｃ部の２点鎖線で示す如
く、加工領域が変化（増大）して行き、ある位置
からは一定になる。従つてＺ軸の送り速度を一定
にして時間の経過と共に電圧が変化し、ある時間
の経過以上になると、電圧が飽和状態となり一定
の値をとることが実験の結果から明らかである。
而して予め設定した△ｔ(S)毎に電圧の変化を読
み取り、その都度Ｋ＝｜１−Vn−１／Vn｜ （但しVn−１：前回の電圧、Vn：今回の電圧）
でＫの値を算出する。予め設定した電圧の変化量
△Ｓと、算出したＫとを比較判別し、Ｋ≦△Ｓの
条件を満足するまで切削加工を続けるのである。
Ｋ≦△Ｓの条件を満足するとタイマーにより予め
設定した時間後にコラムを後退させることによつ
て切削加工が完了する。

次に被加工物Ｋである鋼管の端部ベベル加工に
おける他の切削監視状態について説明する。

被加工物Ｗである鋼管の把持およびカツターヘ
ツドの取付状態は前の実施例と同様である。切削
加工時のＺ軸送り速度をその切削加工状況に合せ
て変化させて適応した制御のもとで切削加工を監
視するものである。まず切削加工時のＺ軸送り速
度を適応制御するようにセツトし、その適応制御
がOKであればロードセル１５の電圧V_pを最初に
設定する。送りオーバーライドを100％にして切
削加工を開始する。

予め設定した△ｔ〔S〕毎に切削加工の電圧V₁を
実側して、Ｋ＝｛（V_p／V₁）−１｝×100の式でＫの
値を算出し、Ｋの値が予め設定した範囲例えば−
10≦Ｋ≦10の範囲に入るかどうか判別し、上記の
範囲を満足するまで送りオーバーライドＫを変化
させて切削加工を施す。

Ｋの値が−10≦Ｋ≦10の範囲を満足したら切削
加工が終了したことになり、適応制御を切つて、
コラム２を後退させるのである。従つて第２の実
施例は、第１の実施例であるＺ軸送り速度一定で
加工するのに対し、Ｚ軸送り速度をその都度の切
削加工速度に適した速度に変化、制御して加工を
施し監視するのである。

次に本発明の装置の作用について説明する。

まず、Ｚ軸送り速度が一定の場合における作用
について説明する。

(イ) 被加工物Ｗである鋼管は、第２図に示す如く
シリンダ１４ａ，１４ｂを駆動させて、リジツ
トチヤツク１３に取付けられたチヤツク爪部１
３ａ，１３ｂを内方へ摺動させることにより、
チヤツク爪部１３ａ，１３ｂで把持される。

(ロ) 第５図に示す如く、カツターヘツド７に、予
め切削加工すべき被加工物Ｗである鋼管の形状
に合せて、４本のバイトである刃具８をセツテ
イングし、そのカツターヘツド７を第１図のカ
ツターヘツドクランプ用チヤツク６で主軸４に
把持させる。

(ハ) Ｚ軸送りモータ３を作動させて、コラム２を
一定の速度で前進させる。さらに主軸用モータ
５の駆動により主軸４を所定の回転数で回転さ
せることによりカツターヘツド７が回転され
る。

(ニ) コラム２が前進し、カツターヘツド７に予め
セツテイングされた刃具８であるバイトが、加
工物Ｗである鋼管の端部に接触し、切削加工が
開始されると、ベース１１とリジツトチヤツク
１３との間に挾持されているロードセル１５に
より、切削加工時における切削力の反力を電荷
で検出し、チヤージアンプ１７で電圧に変換
し、第７図に示す如き曲線Ａの電圧変化で切削
加工が施こされる。

その際、切削加工の監視は第８図に示すフロー
チヤートに基ずき行なわれる。

(a)；△ｔ〔S〕毎に電圧を実測する。（予め、△ｔ
例えば0.05〜0.1〔S〕を設定入力装置Ｌに設
定する。） (b)；次に、前回である△tn−１〔S〕の電圧Vn−
１と今回である△tn〔S〕の電圧Vnとで次の
式によりＫの値を算出する。

Ｋ＝｜１−（Vn−１／Vn）｜ (c)；前もつて設定した△ＳとＫの値とを比較判
定回路Ｍで比較判別し、切削制御信号Ｎに
よりＫ≦△Ｓの条件を満足するまで切削加
工を施す。

(d)；Ｋの値が、Ｋ≦△Ｓの条件を満足すると、
予め設定したタイマーを作動させるように
する。

(e)；タイマーにより、例えば0.5〔S〕後にNC装
置のスキツプ信号が作動して、速やかにコ
ラム２を後退させる。

以上の操作で、被加工物Ｗである鋼管の端部ベ
ベル加工が完了する。

次に、Ｚ軸送り速度が適応制御の基で、切削状
態に見合つた速度に変化させて切削加工する場合
の作用について説明する。

上記Ｚ軸送り速度が一定の場合と同様に(イ)〜(ハ)
の手順で操作し、(ニ)の(a)〜(e)における手順の代り
に、第９図に示すフローチヤートに基ずき行なわ
れる。(ニ)の段階で、予めＺ軸送り速度を適応制御
するようにセツトする。

(a)′；まず、ロードセルの電圧をV_pと設定す
る。

(b)′；次に送りオーバライドＫを100％にして切
削加工を開始する。

(c)′；切削加工開始と同時に0.05〜0.1〔S〕の△ｔ
毎に電圧V₁を実測する。而して△ｔ毎に
Ｋ＝｛（V_p／V₁）−１｝×100の式でＫの値を
算出する。

(d)′；上記(c)′の段階で算出されたＫの値が例え
ば、−10≦Ｋ≦10の範囲に入るかどうか比
較・判別し、−10≦Ｋ≦10の条件を満足し
ない場合には、(c)′の手前にフイードバツ
クし、繰り返す。

(e)′；(d)′の段階でＫの段階でＫの値を比較判別
し−10≦Ｋ≦10の条件を満足すれば、切削
加工が終了したことになり、適応制御を切
り、コラム２が後退される。

尚、Ｚ軸方向の切削力の監視以外に回転方向に
対する切削力については、ベツド１とチヤツク１
３を支持しているベース１１との間にロードセル
１５′を挾持することにより前述同様に監視する
ことができる。

(8) 効 果 本発明の装置は、ベツドと被加工物Ｗを把持す
るチヤツクとの間にロードセルを挾持し、切削加
工時の反力を電荷で検出し、さらに電圧に変換し
て切削状態を監視する装置としたことにより、従
来必要とされた位置決め装置は不必要で、しかも
ラフな位置決めで対応出来る。そのため位置決め
装置の段取換え作業はなくなり、作業能率が向上
する。この電圧変化を一定の範囲で判別させ、か
つNC装置と連動させることにより自動的に切削
加工が施こされるため、正確な加工と加工の省力
化が図られる。

位置決め装置が不必要となり、簡単な装置を機
械上に配置するだけであるから、機械配置上のス
ペース面で有利である。

また、前工程での被加工物の切断面の直角度が
出ていない場合でも本発明の切削監視により正確
に最終形状に仕上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を説明するための鋼管加
工用ヘツド移動形工作機械の正面図、第２図は第
１図のＸ矢視図である。第３図は、本発明に使用
するロードセルで切削力を電圧に変化する系統図
である。第４図は本発明に使用するロードセルの
一部断面図である。第５図はカツターヘツドに刃
具が取付けられた側面図である。第６図は切削加
工する鋼管の一部断面図、第７図はロードセール
で電圧に変換された切削力の電圧変化図である。
第８図は本発明の作用を説明するフローチヤート
図、第９図は本発明の作用を説明する別のフロー
チヤート図である。 １…ベツド、２…コラム、３…Ｚ軸送りモー
タ、４…主軸、５…主軸用モータ、７…カツター
ヘツド、８…刃具、１１…ベース、１３…リジツ
トチヤツク、１３ａ，１３ｂ…チヤツク爪部、１
４ａ，１４ｂ…シリンダ、１５…ロードセル、１
７…チヤージアンプ、１８…指示記録装置、Ｗ…
被加工物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベツド上に載置されたベース上に設けられ被
   加工物を把持するチヤツクと、該チヤツクと対向
   し前記ベツド上に設けられた刃物台と、チヤツク
   に把持された被加工物と刃物台のＺ軸方向の相対
   移動および相対回転により加工を施す工作機械に
   おいて、前記ベース上の刃物台との相対移動方向
   に対し直交するチヤツク取付面とチヤツクとの間
   に挾持され切削力の反作用を電荷として検出する
   ロードセルと、該ロードセルの電荷を電圧に変換
   する電圧変換手段と、仕上り時の電荷を電圧値と
   して設定する手段と、前記電圧値と実測値とを比
   較判別する比較判別手段と、該比較判別手段の信
   号で加工終了させる制御手段とから成り、被加工
   物と刃物台のＺ軸方向の定速相対移動で被加工物
   の端面およびベベル加工を施す際工具が被加工物
   に接触し切削開始した状態から切削加工時の送り
   と共に変化する切削力の反作用を電荷として検出
   し、該電荷をさらに電圧に変換し、電圧変化値を
   予め設定された電圧値の範囲内で比較判別し経時
   的に順次増加する電圧が一定値を示した時加工状
   態が最終加工位置とすることを特徴とするロード
   セルによる切削状態監視装置。