JPH0415058B2 - - Google Patents
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- JPH0415058B2 JPH0415058B2 JP57166270A JP16627082A JPH0415058B2 JP H0415058 B2 JPH0415058 B2 JP H0415058B2 JP 57166270 A JP57166270 A JP 57166270A JP 16627082 A JP16627082 A JP 16627082A JP H0415058 B2 JPH0415058 B2 JP H0415058B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cutting
- electromagnet
- armature
- cutting state
- control device
- Prior art date
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-
- 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
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
-
- 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
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/70—Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
-
- 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
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/18—Compensation of tool-deflection due to temperature or force
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】
本発明は、主として工作機械の回転軸または工
具にかかる荷重および回転軸の変位を正確に検出
することを目的とする。
具にかかる荷重および回転軸の変位を正確に検出
することを目的とする。
従来より切削中に回転軸または工具にかかる荷
重および変位を検出する方法が提案されてきた。
このような提案の目的は、切削状態を電気信号の
形で制御装置に伝え、過負荷による工具，機械の
破損防止，切削条件の最適化制御を行なうためで
ある。
重および変位を検出する方法が提案されてきた。
このような提案の目的は、切削状態を電気信号の
形で制御装置に伝え、過負荷による工具，機械の
破損防止，切削条件の最適化制御を行なうためで
ある。
従来より提案されている切削状態検出装置の例
を第１図に示す。第１図において、１は切削工具
で、回転軸２に固定されて回転軸と同時に回転し
被加工物３を加工する。４は玉軸受で、回転軸２
を回転自在なように支持している一方で、スリー
ブ５に固定支持されている。６は、被加工物およ
び回転軸２，玉軸受４，スリーブ５から成る回転
装置７を保持する機械体を模式的に表わしたもの
である。８は切削時の荷重FRを検出するための
センサーで、本例では、スリーブ５に貼付された
歪ゲージを採用している。９は荷重FAを検出す
るためのセンサーで、本例では非接触型の変位計
を採用している。１０はセンサー用増幅器で、荷
重または変位に比例した電気信号を機械の検出制
御装置１１に供給する。
を第１図に示す。第１図において、１は切削工具
で、回転軸２に固定されて回転軸と同時に回転し
被加工物３を加工する。４は玉軸受で、回転軸２
を回転自在なように支持している一方で、スリー
ブ５に固定支持されている。６は、被加工物およ
び回転軸２，玉軸受４，スリーブ５から成る回転
装置７を保持する機械体を模式的に表わしたもの
である。８は切削時の荷重FRを検出するための
センサーで、本例では、スリーブ５に貼付された
歪ゲージを採用している。９は荷重FAを検出す
るためのセンサーで、本例では非接触型の変位計
を採用している。１０はセンサー用増幅器で、荷
重または変位に比例した電気信号を機械の検出制
御装置１１に供給する。
次に、本検出装置の動作について説明する。
切削を行なうことで切削荷重FRおよびFAが発
生する。FRは工具１→回転軸２→玉軸受４→ス
リーブ５→歪ゲージ８→センサー用増幅器１０の
経路を経て、荷重（力）に比例した電気信号に変
換され、検出制御装置１１に供給される。つま
り、FRによつて生じたスリーブ５のたわみを歪
ゲージで検出するわけである。FAは、玉軸受４
を変形させることで回転軸２を軸方向に移動させ
る。その移動量はFAに比例するから、回転軸２
の移動量を非接触型の変位センサー９で測定すれ
ば、センサー用増幅器１０の出力は、切削荷重
FAに比例しており、FRの場合と同様に検出制御
装置１１に供給される。このようにして得られた
歪ゲージまたは非接触変位計の電気信号の電圧か
ら切削深さを、また振動からびびり振動の有無
を、というように切削状態を知り、工具に過大な
荷重がかからないようにしたり、びびり振動を発
生しないように検出制御装置で自動的に最適な切
削条件に設定できる。検出装置１１で切削条件の
正確な制御をするためには、切削荷重FR，FAの
検出感度を高くすることが重要である。そのため
歪ゲージの場合、スリーブ５の歪ゲージ８を貼付
する部分の肉厚を薄くして剛性を低くしたり、玉
軸受４の剛性を低くして切削荷重FR，FAによる
スリーブまたは回転軸の変位量を大きくすること
で検出感度を上げる工夫をしている。
生する。FRは工具１→回転軸２→玉軸受４→ス
リーブ５→歪ゲージ８→センサー用増幅器１０の
経路を経て、荷重（力）に比例した電気信号に変
換され、検出制御装置１１に供給される。つま
り、FRによつて生じたスリーブ５のたわみを歪
ゲージで検出するわけである。FAは、玉軸受４
を変形させることで回転軸２を軸方向に移動させ
る。その移動量はFAに比例するから、回転軸２
の移動量を非接触型の変位センサー９で測定すれ
ば、センサー用増幅器１０の出力は、切削荷重
FAに比例しており、FRの場合と同様に検出制御
装置１１に供給される。このようにして得られた
歪ゲージまたは非接触変位計の電気信号の電圧か
ら切削深さを、また振動からびびり振動の有無
を、というように切削状態を知り、工具に過大な
荷重がかからないようにしたり、びびり振動を発
生しないように検出制御装置で自動的に最適な切
削条件に設定できる。検出装置１１で切削条件の
正確な制御をするためには、切削荷重FR，FAの
検出感度を高くすることが重要である。そのため
歪ゲージの場合、スリーブ５の歪ゲージ８を貼付
する部分の肉厚を薄くして剛性を低くしたり、玉
軸受４の剛性を低くして切削荷重FR，FAによる
スリーブまたは回転軸の変位量を大きくすること
で検出感度を上げる工夫をしている。
以上のような切削状態検出装置は、切削荷重の
検出感度を高めるため故意に剛性の低い部分を設
けているが、剛性を低くすることでびびり振動が
発生しやすく、機械が部分的に変形しやすいため
に、高精度の加工が不可能となる欠点があり、実
用化することが困難であつた。
検出感度を高めるため故意に剛性の低い部分を設
けているが、剛性を低くすることでびびり振動が
発生しやすく、機械が部分的に変形しやすいため
に、高精度の加工が不可能となる欠点があり、実
用化することが困難であつた。
本発明は上記の欠点を解決し、高精度な加工性
をそこなうことなく、切削荷重を検出する切削状
態検出装置を提供することを目的とする。
をそこなうことなく、切削荷重を検出する切削状
態検出装置を提供することを目的とする。
第２図〜第５図は本発明の実施具体例であり、
第２図は切削荷重FAの検出装置、第３図，第４
図はFRの検出装置で、第５図はFR，FA双方の検
出装置である。第２図において、１〜５および
９，１０，１１は第１図の番号と対応する。１２
はアーマチユアで、回転軸２に固定してあり、電
磁石１３から吸引力を受ける。１４は電磁石制御
装置で、変位センサー９と回転軸２の空隙１５が
常に一定の範囲にあるように電磁石電流を制御す
る。
第２図は切削荷重FAの検出装置、第３図，第４
図はFRの検出装置で、第５図はFR，FA双方の検
出装置である。第２図において、１〜５および
９，１０，１１は第１図の番号と対応する。１２
はアーマチユアで、回転軸２に固定してあり、電
磁石１３から吸引力を受ける。１４は電磁石制御
装置で、変位センサー９と回転軸２の空隙１５が
常に一定の範囲にあるように電磁石電流を制御す
る。
次に動作について説明する。
切削荷重FAが作用すると、回転軸２はFAと同
方向に変位する。このことは、回転軸２と変位セ
ンサーの空隙１５を変化させる。回転軸の変位量
は変位センサー９により検出され、センサー増幅
器１０は変位に比例した信号電圧を電磁石制御装
置１４内の比較器１６に供給する。比較器は、空
隙１５の初期値を定める基準信号と前記の変位セ
ンサー増幅器１０の信号との差を出力し、補償器
１７に供給する。補償器１７は、変位センサー増
幅器１０，比較器１６，補償器１７，電磁石１
３，アーマチユア１２から構成される閉ループサ
ーボ系が安定で、かつ、電磁石１３のアーマチユ
ア１２に作用する吸引力がFAと均衡する力（−）
FAを発生するように、ゲイン補償，位相補償す
るように動作する。FAと空隙１５の変化Ｘの比、
いわゆる剛性は次式で表わせる。
方向に変位する。このことは、回転軸２と変位セ
ンサーの空隙１５を変化させる。回転軸の変位量
は変位センサー９により検出され、センサー増幅
器１０は変位に比例した信号電圧を電磁石制御装
置１４内の比較器１６に供給する。比較器は、空
隙１５の初期値を定める基準信号と前記の変位セ
ンサー増幅器１０の信号との差を出力し、補償器
１７に供給する。補償器１７は、変位センサー増
幅器１０，比較器１６，補償器１７，電磁石１
３，アーマチユア１２から構成される閉ループサ
ーボ系が安定で、かつ、電磁石１３のアーマチユ
ア１２に作用する吸引力がFAと均衡する力（−）
FAを発生するように、ゲイン補償，位相補償す
るように動作する。FAと空隙１５の変化Ｘの比、
いわゆる剛性は次式で表わせる。
FA／Ｘ＝Ｋ−Ku ……
Ｋ＝KSKCKF ……
ここでは、簡単のために定常状態を考える。Ｋ
はループゲインで、変位センサー９，センサー増
幅器１０，比較器１６による変位に比例した出力
電圧の比例係数KSと電磁石１３の駆動部も含め
た補償器１７の入力電圧に比例した出力電流の比
例係数KCと電磁石の性能を示す電流と吸引力の
変換係数KFとの積である。Kuはアーマチユア１
２と電磁石１３の相対位置の変化、即ち回転軸２
の変位に比例した不安定力の比例係数である。
はループゲインで、変位センサー９，センサー増
幅器１０，比較器１６による変位に比例した出力
電圧の比例係数KSと電磁石１３の駆動部も含め
た補償器１７の入力電圧に比例した出力電流の比
例係数KCと電磁石の性能を示す電流と吸引力の
変換係数KFとの積である。Kuはアーマチユア１
２と電磁石１３の相対位置の変化、即ち回転軸２
の変位に比例した不安定力の比例係数である。
式から理解できるように、ループゲインＫを
任意に設定することで、実際の変化Ｘも任意に設
定することが可能である。一方、FAに対する電
磁石電流Ｉは次式で表わせる。
任意に設定することで、実際の変化Ｘも任意に設
定することが可能である。一方、FAに対する電
磁石電流Ｉは次式で表わせる。
FA＝KII2 ……
ここではKIは、アーマチユア１２と電磁石１
３の形状位置関係，コイルの巻数等により決定さ
れる定数である。
３の形状位置関係，コイルの巻数等により決定さ
れる定数である。
式から理解できるように、電流を測定するこ
とで力FAを検出できる。「つまり電流Ｉ（一般的
には、後の信号取扱いを容易にするため、電流−
電圧変換器などを使つて電流Ｉに比例する電圧ｅ
を生成し、その電圧ｅ）を観察することは、切削
荷重FAを観察することであり、切削状態を知る
ことができる。
とで力FAを検出できる。「つまり電流Ｉ（一般的
には、後の信号取扱いを容易にするため、電流−
電圧変換器などを使つて電流Ｉに比例する電圧ｅ
を生成し、その電圧ｅ）を観察することは、切削
荷重FAを観察することであり、切削状態を知る
ことができる。
なお、電流Ｉに比例する信号電圧ｅを検出制御
装置１１に供給することで切削力を監視し、切削
工具の過負荷を防止する等切削条件を最適化する
制御も考えられる。
装置１１に供給することで切削力を監視し、切削
工具の過負荷を防止する等切削条件を最適化する
制御も考えられる。
以上説明しましたように、本発明によれば、従
来の切削状態検出装置のように検出感度を高める
ために剛性を部分的に低くする必要もなく、しか
も電磁石１３による吸引力を補償器１７で電気的
に補償できるので、びびり振動が発生しにくく、
切削荷重に対抗するように電磁石が作用して、回
転軸の変位を任意に設定できるため、高精度の加
工が可能となる効果を有する。また切削荷重は、
電磁石電流を監視することによつて大きな時間遅
れなしに検出できるため、応答性に優れていると
ともに、信頼性、安定性の高い切削状態検出が可
能となる効果を有する。
来の切削状態検出装置のように検出感度を高める
ために剛性を部分的に低くする必要もなく、しか
も電磁石１３による吸引力を補償器１７で電気的
に補償できるので、びびり振動が発生しにくく、
切削荷重に対抗するように電磁石が作用して、回
転軸の変位を任意に設定できるため、高精度の加
工が可能となる効果を有する。また切削荷重は、
電磁石電流を監視することによつて大きな時間遅
れなしに検出できるため、応答性に優れていると
ともに、信頼性、安定性の高い切削状態検出が可
能となる効果を有する。
以上は、第２図に基づき軸方向の切削荷重FA
を検出する場合について説明してきたが、半径方
向の切削荷重FRの検出のためには、第３図，第
４図に示すごとく、変位センサー９および電磁石
１３を半径方向に配置すればよい。また、軸方向
の切削荷重FAを半径方向に配置した変位センサ
ー９と電磁石１３で検出するためには、第５図の
ごとく、回転軸と電磁石，変位センサーをテーパ
ーにすればよい。
を検出する場合について説明してきたが、半径方
向の切削荷重FRの検出のためには、第３図，第
４図に示すごとく、変位センサー９および電磁石
１３を半径方向に配置すればよい。また、軸方向
の切削荷重FAを半径方向に配置した変位センサ
ー９と電磁石１３で検出するためには、第５図の
ごとく、回転軸と電磁石，変位センサーをテーパ
ーにすればよい。
第１図は、従来の切削状態検出装置の構造断面
図、第２図，第３図，第５図は、本発明実施例の
構造断面図、第４図は、第３図のＡ−Ａ断面図で
ある。 １……切削工具、２……回転軸、３……被削
物、４……玉軸受、５……スリーブ、６……機械
体、７……回転装置、８……歪ゲージ、９……変
位センサー、１０……センサー増幅器、１１……
検出制御装置、１２……アーマチユア、１３……
電磁石、１４……電磁石制御装置、１５……空
隙、１６……比較器、１７……補償器である。図
中において、斜線で示した部分は軟磁性材であ
る。
図、第２図，第３図，第５図は、本発明実施例の
構造断面図、第４図は、第３図のＡ−Ａ断面図で
ある。 １……切削工具、２……回転軸、３……被削
物、４……玉軸受、５……スリーブ、６……機械
体、７……回転装置、８……歪ゲージ、９……変
位センサー、１０……センサー増幅器、１１……
検出制御装置、１２……アーマチユア、１３……
電磁石、１４……電磁石制御装置、１５……空
隙、１６……比較器、１７……補償器である。図
中において、斜線で示した部分は軟磁性材であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 工作物または工具を保持する回転軸と、前記
回転軸に固定したアーマチユアと、前記アーマチ
ユアを吸引する電磁石と、前記回転軸の変位を検
出する変位センサーと、前記変位センサーの出力
により前記電磁石の駆動電流を制御して前記回転
軸の位置を切削抵抗に対抗して一定に保持する電
磁石制御装置と、前記駆動電流を監視することに
より切削状態を検出するとともに前記検出結果に
基づいて切削状態を最適に制御する検出制御装置
を有し、前記電磁石制御装置は、前記アーマチユ
アと前記電磁石の空隙の初期値を定める基準信号
と前記変位センサーの出力信号の差を出力する比
較器と、前記比較器の出力が入力され前記電磁石
が前記アーマチユアに作用する吸引力と切削抵抗
が均衡する様に前記駆動電流のゲイン補償および
位相補償を行う補償器とを有することを特徴とす
る切削状態検出装置。 ２ 前記アーマチユアは円板状に形成され、前記
電磁石は前記アーマチユアを軸方向に吸引する構
成により、前記検出制御装置が軸方向の切削荷重
を検出するとともに前記検出結果に基づいて切削
状態を最適に制御する請求項１記載の切削状態検
出装置。 ３ 前記アーマチユアは円筒状に形成され、前記
電磁石は前記アーマチユアを径方向に吸引する構
成により、前記検出制御装置が径方向の切削荷重
を検出するとともに前記検出結果に基づいて切削
状態を最適に制御する請求項１記載の切削状態検
出装置。 ４ 前記アーマチユアは円錐状に形成され、前記
電磁石は前記アーマチユアをその表面の法線方向
に吸引する構成により、前記検出制御装置が軸方
向と径方向の切削荷重を同時に検出するとともに
前記検出結果に基づいて切削状態を最適に制御す
る請求項１記載の切削状態検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16627082A JPS5969245A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 切削状態検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16627082A JPS5969245A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 切削状態検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5969245A JPS5969245A (ja) | 1984-04-19 |
| JPH0415058B2 true JPH0415058B2 (ja) | 1992-03-16 |
Family
ID=15828265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16627082A Granted JPS5969245A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | 切削状態検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5969245A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6130310A (ja) * | 1984-07-24 | 1986-02-12 | Hitachi Ltd | ボ−ル盤 |
| JPS6376459U (ja) * | 1986-11-07 | 1988-05-20 | ||
| JP2552537B2 (ja) * | 1987-12-01 | 1996-11-13 | セイコー精機 株式会社 | 撓み検知手段付スピンドル装置を備えた研削加工装置の制御方法 |
| JPH0347748U (ja) * | 1989-09-13 | 1991-05-07 | ||
| DE9010313U1 (de) * | 1990-07-07 | 1992-01-02 | C. & E. Fein Gmbh & Co, 7000 Stuttgart | Bohreinrichtung |
| JP2711756B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1998-02-10 | 株式会社牧野フライス製作所 | 工作機械の主軸装置 |
| DE102013201328B4 (de) * | 2013-01-28 | 2015-06-11 | Deckel Maho Pfronten Gmbh | Bearbeitungseinheit für eine programmgesteuerte Werkzeugmaschine |
| EP3575768B1 (en) * | 2018-06-01 | 2021-10-20 | GF Machining Solutions AG | System and method for determining structural characteristics of a machine tool |
-
1982
- 1982-09-24 JP JP16627082A patent/JPS5969245A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5969245A (ja) | 1984-04-19 |
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