JPH0675816B2 - 工作機械用検出器の取り付け構造 - Google Patents
工作機械用検出器の取り付け構造Info
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- JPH0675816B2 JPH0675816B2 JP63059822A JP5982288A JPH0675816B2 JP H0675816 B2 JPH0675816 B2 JP H0675816B2 JP 63059822 A JP63059822 A JP 63059822A JP 5982288 A JP5982288 A JP 5982288A JP H0675816 B2 JPH0675816 B2 JP H0675816B2
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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
- 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
- B23Q17/0952—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 during machining
- B23Q17/0966—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 during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ワーク加工時の切削力又は切削抵抗を検出す
る工作機械用検出器の取り着け構造に関する。
る工作機械用検出器の取り着け構造に関する。
近年、FMCやFMS等の生産システムの実用化に伴ない、マ
シニングセンタやNC旋盤等の工作機械は無人運転される
ようになり、ワーク加工中における異常監視を行なうた
めの切削状態のインプロセス計測が強く望まれ、特に工
具の異常と大きな関りをもつ切削力及び切削抵抗の測定
が大きな課題となっている。 従来、切削力や切削抵抗の測定には、ストレインゲージ
や水晶振動子を治具等に組込んで行なう歪測定や主軸モ
ータの負荷電流の測定が試みられている。
シニングセンタやNC旋盤等の工作機械は無人運転される
ようになり、ワーク加工中における異常監視を行なうた
めの切削状態のインプロセス計測が強く望まれ、特に工
具の異常と大きな関りをもつ切削力及び切削抵抗の測定
が大きな課題となっている。 従来、切削力や切削抵抗の測定には、ストレインゲージ
や水晶振動子を治具等に組込んで行なう歪測定や主軸モ
ータの負荷電流の測定が試みられている。
しかしながら、歪測定にあっては、検出器が高価である
と共に検出器自体の剛性が低いために過大な力が加わる
と破損し易い。また歪測定及びモータ負荷電流の測定の
いずれにあっても、小径ドリルやタップ等の小さい切削
力又は切削抵抗を測定する場合には、検出感度が低いた
めにノイズ等の影響を受け、的確に切削力や切削抵抗を
測定することが困難であり、工作機械の無人運転を妨げ
る大きな要因となっていた。 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、大きな切削力及び切削抵抗に耐える剛性をもち、
また高い検出感度によって小さな切削力及び切削抵抗で
あっても正確に検出することができ、無人化運転のため
のインナプロセス計測を適切に行なうことのできる工作
機械用検出器の取り着け構造を提供することを目的とす
る。
と共に検出器自体の剛性が低いために過大な力が加わる
と破損し易い。また歪測定及びモータ負荷電流の測定の
いずれにあっても、小径ドリルやタップ等の小さい切削
力又は切削抵抗を測定する場合には、検出感度が低いた
めにノイズ等の影響を受け、的確に切削力や切削抵抗を
測定することが困難であり、工作機械の無人運転を妨げ
る大きな要因となっていた。 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、大きな切削力及び切削抵抗に耐える剛性をもち、
また高い検出感度によって小さな切削力及び切削抵抗で
あっても正確に検出することができ、無人化運転のため
のインナプロセス計測を適切に行なうことのできる工作
機械用検出器の取り着け構造を提供することを目的とす
る。
この目的を達成するため本発明にあっては、圧電材料層
２の両面に電極層3a、3bを形成した円形のフィルムシー
トの中央に工作機械の送りネジシャフト11が貫通するた
めの通し穴５を形成することにより環状に形成した圧電
センサ１により、工作機械の切削力又は切削抵抗を検出
する工作機械用検出器の取り付け構造であって、前記送
りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15a、15b
の内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリング15
a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と前記圧電セン
サ１の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間にお
いて前記圧電センサ１がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように且つ前記送りネジシャフト11が前記通
し穴５を貫通するように取り付けたことを特徴とする。 本発明はまた、圧電材料層２の両面に電極層3a、3bを形
成した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネ
ジシャフト11が貫通するための通し穴５を形成すること
により環状に形成した圧電センサ１により、工作機械の
切削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り
付け構造であって、前記送りネジシャフト11の軸端にサ
ポートベアリング15a、15bの内環を嵌合すると共に、前
記サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラスト
方向側に前記圧電センサ１の収納部を形成し、該収納部
に前記圧電センサ１を収納し且つ前記送りネジシャフト
11が前記通し穴５を貫通するように取り付け、スペーサ
リング25を前記サポートベアリング15bの外環19に組み
込むことを特徴とする。
２の両面に電極層3a、3bを形成した円形のフィルムシー
トの中央に工作機械の送りネジシャフト11が貫通するた
めの通し穴５を形成することにより環状に形成した圧電
センサ１により、工作機械の切削力又は切削抵抗を検出
する工作機械用検出器の取り付け構造であって、前記送
りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15a、15b
の内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリング15
a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と前記圧電セン
サ１の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間にお
いて前記圧電センサ１がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように且つ前記送りネジシャフト11が前記通
し穴５を貫通するように取り付けたことを特徴とする。 本発明はまた、圧電材料層２の両面に電極層3a、3bを形
成した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネ
ジシャフト11が貫通するための通し穴５を形成すること
により環状に形成した圧電センサ１により、工作機械の
切削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り
付け構造であって、前記送りネジシャフト11の軸端にサ
ポートベアリング15a、15bの内環を嵌合すると共に、前
記サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラスト
方向側に前記圧電センサ１の収納部を形成し、該収納部
に前記圧電センサ１を収納し且つ前記送りネジシャフト
11が前記通し穴５を貫通するように取り付け、スペーサ
リング25を前記サポートベアリング15bの外環19に組み
込むことを特徴とする。
このような本発明の工作機械用検出器の取り付け構造に
あっては、サポートベアリング15a、15bの外環19、21の
スラスト方向端面と圧電センサ１の収納部が形成された
軸受穴18aの端面18aの間において圧電センサ１がスペー
サリング20a、20bにより挟持されるように取り付けたの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ１を工作機械に取り付けることができる。 本発明は更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、
21のスラスト方向側に圧電センサ１の収納部を形成した
ので、圧電センサ１をサポートベアリング15a、15bに一
体で組み込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧
電センサ１の収納スペースを別途確保する必要がないの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ１を工作機械に取り付けることができる。また本
発明の工作機械用検出器の取り付け構造にあっては、検
出器がフィルムシート状の圧電センサであることから、
大きな切削力又は切削抵抗を受けても検出器の剛性が高
いために破損することはなく、また膜厚が薄いために切
削力や切削抵抗を受けても検出器の変形はごく僅かであ
り、加工精度に影響を及ぼさない。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を大きくするこ
とによって容易に高めることができ、更に面積を大きく
することで単位面積当りの荷重を低減して剛性を更に高
めることができる。 また検出感度が高いことから1Kgfから1,000Kgfを超える
までの広い測定レンジをもち、切削力及び切削抵抗の小
さい小径ドリルやタップであっても正確に切削力や切削
抵抗を測定することができる。
あっては、サポートベアリング15a、15bの外環19、21の
スラスト方向端面と圧電センサ１の収納部が形成された
軸受穴18aの端面18aの間において圧電センサ１がスペー
サリング20a、20bにより挟持されるように取り付けたの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ１を工作機械に取り付けることができる。 本発明は更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、
21のスラスト方向側に圧電センサ１の収納部を形成した
ので、圧電センサ１をサポートベアリング15a、15bに一
体で組み込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧
電センサ１の収納スペースを別途確保する必要がないの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ１を工作機械に取り付けることができる。また本
発明の工作機械用検出器の取り付け構造にあっては、検
出器がフィルムシート状の圧電センサであることから、
大きな切削力又は切削抵抗を受けても検出器の剛性が高
いために破損することはなく、また膜厚が薄いために切
削力や切削抵抗を受けても検出器の変形はごく僅かであ
り、加工精度に影響を及ぼさない。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を大きくするこ
とによって容易に高めることができ、更に面積を大きく
することで単位面積当りの荷重を低減して剛性を更に高
めることができる。 また検出感度が高いことから1Kgfから1,000Kgfを超える
までの広い測定レンジをもち、切削力及び切削抵抗の小
さい小径ドリルやタップであっても正確に切削力や切削
抵抗を測定することができる。
第１図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造で使
用する検出器を示した断面図であり、第２図にその平面
図を一部破断して示す。 第１図において、切削力又は切削抵抗による力を検出す
るトランスデューサとしての検出器１は、中央に圧電材
料を用いた圧電材料層２を有し、圧電材料層２の両面に
電極層3a,3bを形成しており、電極層3a,3bの外側に絶縁
シート4a,4bを接着等により固着し、圧電材料層２と電
極層3a,3bによってフィルムシート状の圧電センサが形
成されている。具体的には圧電フィルムとして知られた
PZTに代表される圧電素子を使用することができ、この
圧電素子はフィルム状で厚さが0.2mm程度である。また
ヤング率が小さくても荷重を受けたときの変形は微小で
あることから、後の説明で明らかにするように、工作機
械の送りネジ機構に直接組込んでも圧電素子の変形によ
る加工精度は問題とならない。更に、圧電素子の圧電定
数（単位力当たりの発生電荷量）は力を受ける面積の大
小に係わらず一定であるため、面積を大きくすることに
より感度を低下させることなく単位面積当たりの荷重を
減らして剛性を大きくすることができる。 第１図において、更に検出器１は中央に工作機械の送り
ネジシャフト等を貫通するための通し穴５を形成してお
り、更に第２図に想像線で示すように検出器１を取付け
固定するためのボルト通し穴６を設けるようにしてもよ
い。 この第1,2図に示した検出器１によれば、検出器１の検
出出力を取出す電荷増幅回路（チヤージアンプ）のコン
デンサ容量を切換えることにより1kgfから1000kgfまで
の広い範囲に亘って測定することができ、且つ100gf程
度の分解能を実現することができる。 次に、第1,2図に示した検出器１の工作機械に対する本
発明の取り付け構造を説明する。 まず、検出器を設けるNC工作機械には種々の形態のもの
があるが、第３図に示すNC旋盤及び第４図に示す立形マ
シニングセンタがその代表的なものである。 第３図のNC旋盤において、ワークの切削を行なうための
運動は矢印に示すようにX,Z軸の２方向であり、また第
４図のマシニングセンタにおいてはX,Y,Z軸の３方向で
ある。 ここで、第４図のマシニングセンタを例にとると、ワー
ク切削のためのX,Y,Z軸方向の運動はいずれもパルスモ
ータの回転をボールネジ機構によって直線運動に変換す
ることによって得られる。 即ち、第５図において、ベッド７上にＹ軸方向に移動自
在に設けられるサドル12のＹ軸方向の運動は、ベッド７
に設けたパルスモータ9aで送りネジシャフト10aを回転
し、送りネジシャフト10aに螺合した送りナット11aの直
線運動をサドル12に伝える。また、サドル12上に設置さ
れるワークテーブル（図示せず）のＸ軸方向への運動
は、サドル12に設けたパルスモータ9bで送りネジシャフ
ト10bを回転し、送りネジシャフト10bに螺合した送りナ
ット11bの直線運動をワークテーブルに伝える。 更に、コラム13による主軸ヘッド14のＺ軸方向の運動
は、コラム13に設けたパルスモータ9cによって送りネジ
シャフト10cを回転し、送りネジシャフト10cに螺合した
送りナット11cの直線運動を主軸ヘッド14に伝えてＺ軸
方向に移動する。 この第５図に示したボールネジ機構による直線運動への
変換から明らかなように、送りネジシャフト10a〜10cに
加わるワーク加工時の軸方向の分力Faは、それぞれの方
向の切削力Fcとスライド面における摩擦抵抗Ffの和とし
て与えられる。 Fa＝Fc＋Ff ・・・（１） そこで、本発明は、第1,2図に示した検出器１につい
て、前記第（１）式における送りネジシャフトの軸方向
の分力Faを測定するように工作機械に取付ける。 尚、前記第（１）式に示す切削力Fcを分離して測定する
ことは実験的には可能であるが、実際の機械に検出器１
を組込んで測定する場合には大きな問題があり、本発明
にあっては検出器１によって切削力Fcに摩擦抵抗Ffを加
えた力Faを測定できるようにする。このように摩擦抵抗
Ffを加えて切削力Fcを測定することは、摩擦抵抗Ffも切
削力Fcに比例して増減するものであることから、摩擦抵
抗Ffを含んでも両者の和を実質的切削力として測定する
ことに問題はない。更に、摩擦抵抗が切削力に比べかな
り小さいということからも実用上は問題にならない。 第６図は本発明の検出器取付構造の実施例を示した説明
図であり、この実施例にあっては送りネジシャフトのボ
ールねじサポート用軸受に検出器を設けるようにしたこ
とを特徴とする。 第６図において、ワークテーブル又は工具台に連結され
る送りナット11を螺合した送りネジシャフト10は、左側
の軸端を軸受部17に組込んだ一対のサポートベアリング
15a,15bにより回転自在に支持されると共に、右側の軸
端をボールベアリング15cにより回転自在に支持されて
おり、サポートベアリング15a,15bを組込んだボールね
じサポート用の軸受部17に第1,2図に示した検出器１を
装着している。 軸受部17に対する検出器１の取付構造は第８図に取出し
て示すようになる。 即ち、検出器１は内側に位置するサポートベアリング15
bと固定側となる軸受穴18の端面18aとの間に組込まれ
る。具体的にはサポートベアリング15bの外環（アウタ
ーリング）19と軸受穴18の端面18aとの間に一対のスペ
ーサリング20a,20bに挟み込まれた状態で検出器１が組
込まれ、軸受穴18の外側に組込んだサポートベアリング
15aの外環21の端面に対する外側からの押え金22のボル
ト締め固定で検出器１が締付け固定される。また、検出
器１を両側から挟み付けたスペーサリング20a,20bはＬ
字形の断面形状をもっており、内側及び外側の摺接面に
は内部に組込んだ検出器１をシールするためのＯリング
23を介在している。 このような第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受
部17に検出器１を組込んだ取付構造にあっては、切削加
工時におけるワークテーブルからの切削抵抗又は工具台
からの切削力は送りネジシャフト10の回転による送りナ
ット11の左右方向の移動で送りネジシャフト10の軸方向
に作用し、軸受部17に設けたサポートベアリング15bの
外環19を介してスペーサリング20aと20bの中に挟み込ん
だ検出器１に加わる。 具体的には送りネジシャフト10に左方向の切削力又は切
削抵抗に応じた荷重が加わると、検出器１の圧縮力が低
減され、送りネジシャフトに右方向の切削力又は切削抵
抗に応じた力が加わると検出器１の圧縮力は逆に増大す
る。勿論、切削加工を開始する際に検出器１の検出出力
を取出す電荷増幅回路の帰還回路に設けたコンデンサは
放電リセットされてその電圧出力が初期状態とされてい
ることから、送りナット11の移動方向に応じて極性が異
なり且つ送りネジシャフト10の受ける切削力又は切削抵
抗に比例した出力電圧を取出すことができる。 第８図は第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受部1
7に検出器１を組込むための他の組込み構造を示した断
面図である。 即ち、第6,7図の実施例にあっては、検出器１を組込む
ためのスペースをサポートベアリング15a,15bを組込む
軸受穴18に新たに追加しなければならず、その分だけ設
計変更を伴う。そこで、第８図の構造にあっては、軸受
穴18を変更することなく検出器１を取付けるようにして
いる。即ち、第８図の実施例にあっては、サポートベア
リング15bの外環19の右端を切欠いて検出器収納部24を
形成し、検出器収納部24の中に検出器１を組込んで外側
からＬ字形のスペーサリング25を固着し、スペーサリン
グ25の内側と外側の接触面には検出器１をシールするた
めのＯリング23を設ける。 このような第８図の取付構造にあっては、サポートベア
リング15bと一体に検出器１を組込むことができるた
め、第７図に示すように軸受穴18に検出器の設置スペー
スを別途確保する必要がなく、より実用的である。 尚、上記の実施例にあっては、ワークテーブル又は工具
台の送りねじ機構に検出器を組込む場合を例にとるもの
であったが、同様に、主軸系の送りネジ機構に設けた送
りナット又はサポート軸受に検出器を組込むようにして
もよい。
用する検出器を示した断面図であり、第２図にその平面
図を一部破断して示す。 第１図において、切削力又は切削抵抗による力を検出す
るトランスデューサとしての検出器１は、中央に圧電材
料を用いた圧電材料層２を有し、圧電材料層２の両面に
電極層3a,3bを形成しており、電極層3a,3bの外側に絶縁
シート4a,4bを接着等により固着し、圧電材料層２と電
極層3a,3bによってフィルムシート状の圧電センサが形
成されている。具体的には圧電フィルムとして知られた
PZTに代表される圧電素子を使用することができ、この
圧電素子はフィルム状で厚さが0.2mm程度である。また
ヤング率が小さくても荷重を受けたときの変形は微小で
あることから、後の説明で明らかにするように、工作機
械の送りネジ機構に直接組込んでも圧電素子の変形によ
る加工精度は問題とならない。更に、圧電素子の圧電定
数（単位力当たりの発生電荷量）は力を受ける面積の大
小に係わらず一定であるため、面積を大きくすることに
より感度を低下させることなく単位面積当たりの荷重を
減らして剛性を大きくすることができる。 第１図において、更に検出器１は中央に工作機械の送り
ネジシャフト等を貫通するための通し穴５を形成してお
り、更に第２図に想像線で示すように検出器１を取付け
固定するためのボルト通し穴６を設けるようにしてもよ
い。 この第1,2図に示した検出器１によれば、検出器１の検
出出力を取出す電荷増幅回路（チヤージアンプ）のコン
デンサ容量を切換えることにより1kgfから1000kgfまで
の広い範囲に亘って測定することができ、且つ100gf程
度の分解能を実現することができる。 次に、第1,2図に示した検出器１の工作機械に対する本
発明の取り付け構造を説明する。 まず、検出器を設けるNC工作機械には種々の形態のもの
があるが、第３図に示すNC旋盤及び第４図に示す立形マ
シニングセンタがその代表的なものである。 第３図のNC旋盤において、ワークの切削を行なうための
運動は矢印に示すようにX,Z軸の２方向であり、また第
４図のマシニングセンタにおいてはX,Y,Z軸の３方向で
ある。 ここで、第４図のマシニングセンタを例にとると、ワー
ク切削のためのX,Y,Z軸方向の運動はいずれもパルスモ
ータの回転をボールネジ機構によって直線運動に変換す
ることによって得られる。 即ち、第５図において、ベッド７上にＹ軸方向に移動自
在に設けられるサドル12のＹ軸方向の運動は、ベッド７
に設けたパルスモータ9aで送りネジシャフト10aを回転
し、送りネジシャフト10aに螺合した送りナット11aの直
線運動をサドル12に伝える。また、サドル12上に設置さ
れるワークテーブル（図示せず）のＸ軸方向への運動
は、サドル12に設けたパルスモータ9bで送りネジシャフ
ト10bを回転し、送りネジシャフト10bに螺合した送りナ
ット11bの直線運動をワークテーブルに伝える。 更に、コラム13による主軸ヘッド14のＺ軸方向の運動
は、コラム13に設けたパルスモータ9cによって送りネジ
シャフト10cを回転し、送りネジシャフト10cに螺合した
送りナット11cの直線運動を主軸ヘッド14に伝えてＺ軸
方向に移動する。 この第５図に示したボールネジ機構による直線運動への
変換から明らかなように、送りネジシャフト10a〜10cに
加わるワーク加工時の軸方向の分力Faは、それぞれの方
向の切削力Fcとスライド面における摩擦抵抗Ffの和とし
て与えられる。 Fa＝Fc＋Ff ・・・（１） そこで、本発明は、第1,2図に示した検出器１につい
て、前記第（１）式における送りネジシャフトの軸方向
の分力Faを測定するように工作機械に取付ける。 尚、前記第（１）式に示す切削力Fcを分離して測定する
ことは実験的には可能であるが、実際の機械に検出器１
を組込んで測定する場合には大きな問題があり、本発明
にあっては検出器１によって切削力Fcに摩擦抵抗Ffを加
えた力Faを測定できるようにする。このように摩擦抵抗
Ffを加えて切削力Fcを測定することは、摩擦抵抗Ffも切
削力Fcに比例して増減するものであることから、摩擦抵
抗Ffを含んでも両者の和を実質的切削力として測定する
ことに問題はない。更に、摩擦抵抗が切削力に比べかな
り小さいということからも実用上は問題にならない。 第６図は本発明の検出器取付構造の実施例を示した説明
図であり、この実施例にあっては送りネジシャフトのボ
ールねじサポート用軸受に検出器を設けるようにしたこ
とを特徴とする。 第６図において、ワークテーブル又は工具台に連結され
る送りナット11を螺合した送りネジシャフト10は、左側
の軸端を軸受部17に組込んだ一対のサポートベアリング
15a,15bにより回転自在に支持されると共に、右側の軸
端をボールベアリング15cにより回転自在に支持されて
おり、サポートベアリング15a,15bを組込んだボールね
じサポート用の軸受部17に第1,2図に示した検出器１を
装着している。 軸受部17に対する検出器１の取付構造は第８図に取出し
て示すようになる。 即ち、検出器１は内側に位置するサポートベアリング15
bと固定側となる軸受穴18の端面18aとの間に組込まれ
る。具体的にはサポートベアリング15bの外環（アウタ
ーリング）19と軸受穴18の端面18aとの間に一対のスペ
ーサリング20a,20bに挟み込まれた状態で検出器１が組
込まれ、軸受穴18の外側に組込んだサポートベアリング
15aの外環21の端面に対する外側からの押え金22のボル
ト締め固定で検出器１が締付け固定される。また、検出
器１を両側から挟み付けたスペーサリング20a,20bはＬ
字形の断面形状をもっており、内側及び外側の摺接面に
は内部に組込んだ検出器１をシールするためのＯリング
23を介在している。 このような第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受
部17に検出器１を組込んだ取付構造にあっては、切削加
工時におけるワークテーブルからの切削抵抗又は工具台
からの切削力は送りネジシャフト10の回転による送りナ
ット11の左右方向の移動で送りネジシャフト10の軸方向
に作用し、軸受部17に設けたサポートベアリング15bの
外環19を介してスペーサリング20aと20bの中に挟み込ん
だ検出器１に加わる。 具体的には送りネジシャフト10に左方向の切削力又は切
削抵抗に応じた荷重が加わると、検出器１の圧縮力が低
減され、送りネジシャフトに右方向の切削力又は切削抵
抗に応じた力が加わると検出器１の圧縮力は逆に増大す
る。勿論、切削加工を開始する際に検出器１の検出出力
を取出す電荷増幅回路の帰還回路に設けたコンデンサは
放電リセットされてその電圧出力が初期状態とされてい
ることから、送りナット11の移動方向に応じて極性が異
なり且つ送りネジシャフト10の受ける切削力又は切削抵
抗に比例した出力電圧を取出すことができる。 第８図は第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受部1
7に検出器１を組込むための他の組込み構造を示した断
面図である。 即ち、第6,7図の実施例にあっては、検出器１を組込む
ためのスペースをサポートベアリング15a,15bを組込む
軸受穴18に新たに追加しなければならず、その分だけ設
計変更を伴う。そこで、第８図の構造にあっては、軸受
穴18を変更することなく検出器１を取付けるようにして
いる。即ち、第８図の実施例にあっては、サポートベア
リング15bの外環19の右端を切欠いて検出器収納部24を
形成し、検出器収納部24の中に検出器１を組込んで外側
からＬ字形のスペーサリング25を固着し、スペーサリン
グ25の内側と外側の接触面には検出器１をシールするた
めのＯリング23を設ける。 このような第８図の取付構造にあっては、サポートベア
リング15bと一体に検出器１を組込むことができるた
め、第７図に示すように軸受穴18に検出器の設置スペー
スを別途確保する必要がなく、より実用的である。 尚、上記の実施例にあっては、ワークテーブル又は工具
台の送りねじ機構に検出器を組込む場合を例にとるもの
であったが、同様に、主軸系の送りネジ機構に設けた送
りナット又はサポート軸受に検出器を組込むようにして
もよい。
以上説明してきたように本発明によれば、サポートベア
リング15a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と圧電
センサ１の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間
において圧電センサ１がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように取り付けたので、工作機械自体の構造
を大きく変更することなく圧電センサ１を工作機械に取
り付けることができる。 更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラ
スト方向側に圧電センサ１の収納部を形成したので、圧
電センサ１をサポートベアリング15a、15bに一体で組み
込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧電センサ
１の収納スペースを別途確保する必要がないので、工作
機械自体の構造を大きく変更することなく圧電センサ１
を工作機械に取り付けることができる。 また実施例特有の効果として、本発明の工作機械用検出
器の取り付け構造にあっては、工作機械の切削力又は切
削抵抗を検出する検出器にフィルムシート状の圧電セン
サを使用していることから、荷重変化に対する検出感度
が高く、例えば検出器の検出出力を取出す電荷増幅回路
のコンデンサ容量を切換えることで1kgf程度の小さな切
削力又は切削抵抗から1000kgfを越える大きな切削力又
は切削抵抗を高い分解能をもって測定することができ、
その結果、工具異常は勿論のこと、切削力又は切削抵抗
の検出出力に基づいて一定の切削力又は切削抵抗を得る
ためのフィードバック制御も可能となる。 また、検出器はフィルムシート状の圧電センサを用いて
いることから、膜圧が薄いために切削力や切削抵抗に応
じた力を受けても検出器の厚み方向の変形はごく僅かで
あり、送りナットや送りネジシャフトの軸受け部分に組
込んでも工作機械の加工精度に影響を及ぼすことはな
い。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を変えても一定
であることから、圧電センサの面積を大きくすることに
よって単位面積当たりの荷重を低減させ、これによって
検出器の剛性を高めることができる。 更に、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出器で
あることから、厚さが0.2mm以下と極めて薄く小型で且
つ軽量であることから容易に工作機械における切削力又
は切削抵抗の検出部分に直接組込むことができる。 更にまた、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出
器であることから。量産化が容易であり、検出器のコス
トを大幅に低減することができる。
リング15a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と圧電
センサ１の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間
において圧電センサ１がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように取り付けたので、工作機械自体の構造
を大きく変更することなく圧電センサ１を工作機械に取
り付けることができる。 更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラ
スト方向側に圧電センサ１の収納部を形成したので、圧
電センサ１をサポートベアリング15a、15bに一体で組み
込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧電センサ
１の収納スペースを別途確保する必要がないので、工作
機械自体の構造を大きく変更することなく圧電センサ１
を工作機械に取り付けることができる。 また実施例特有の効果として、本発明の工作機械用検出
器の取り付け構造にあっては、工作機械の切削力又は切
削抵抗を検出する検出器にフィルムシート状の圧電セン
サを使用していることから、荷重変化に対する検出感度
が高く、例えば検出器の検出出力を取出す電荷増幅回路
のコンデンサ容量を切換えることで1kgf程度の小さな切
削力又は切削抵抗から1000kgfを越える大きな切削力又
は切削抵抗を高い分解能をもって測定することができ、
その結果、工具異常は勿論のこと、切削力又は切削抵抗
の検出出力に基づいて一定の切削力又は切削抵抗を得る
ためのフィードバック制御も可能となる。 また、検出器はフィルムシート状の圧電センサを用いて
いることから、膜圧が薄いために切削力や切削抵抗に応
じた力を受けても検出器の厚み方向の変形はごく僅かで
あり、送りナットや送りネジシャフトの軸受け部分に組
込んでも工作機械の加工精度に影響を及ぼすことはな
い。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を変えても一定
であることから、圧電センサの面積を大きくすることに
よって単位面積当たりの荷重を低減させ、これによって
検出器の剛性を高めることができる。 更に、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出器で
あることから、厚さが0.2mm以下と極めて薄く小型で且
つ軽量であることから容易に工作機械における切削力又
は切削抵抗の検出部分に直接組込むことができる。 更にまた、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出
器であることから。量産化が容易であり、検出器のコス
トを大幅に低減することができる。
第１図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造で使
用する検出器を示した断面図； 第２図は第１図の検出器を一部破断して示した平面図； 第３図はNC旋盤の説明図； 第４図は立形マシニングセンタの説明図； 第５図はマシニングセンタのボールネジ機構を示した分
解組立図； 第６図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造の実
施例を示した説明図； 第７図は第６図の軸受部分を取出して示した説明図； 第８図は検出器をサポートベアリングに一体に組む取付
構造を示した説明図である。 1:検出器 2:圧電材料層 3a,3b:電極層 4a,4b:絶縁シート 5:通し穴 6:ボルト穴 7:ベッド 9a〜9c:パルスモータ 10,10a〜10c:送りネジシャフト 11,11a〜11c:送りナット 12:サドル 13:コラム 14:主軸ヘッド 15a,15b:サポートベアリング 15c:ボールベアリング 17:軸受部 18:軸受穴 19,21:外環（アウターリング） 20a,20b,25:スペーサリング 22:押え金 23:Oリング 24:検出器収納部
用する検出器を示した断面図； 第２図は第１図の検出器を一部破断して示した平面図； 第３図はNC旋盤の説明図； 第４図は立形マシニングセンタの説明図； 第５図はマシニングセンタのボールネジ機構を示した分
解組立図； 第６図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造の実
施例を示した説明図； 第７図は第６図の軸受部分を取出して示した説明図； 第８図は検出器をサポートベアリングに一体に組む取付
構造を示した説明図である。 1:検出器 2:圧電材料層 3a,3b:電極層 4a,4b:絶縁シート 5:通し穴 6:ボルト穴 7:ベッド 9a〜9c:パルスモータ 10,10a〜10c:送りネジシャフト 11,11a〜11c:送りナット 12:サドル 13:コラム 14:主軸ヘッド 15a,15b:サポートベアリング 15c:ボールベアリング 17:軸受部 18:軸受穴 19,21:外環（アウターリング） 20a,20b,25:スペーサリング 22:押え金 23:Oリング 24:検出器収納部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東保 喜八郎 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター中央研究所内 (72)発明者 角崎 雅博 富山県富山市飯野字殿田割25―４ 富山県 工業技術センター富山研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−86067（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−7182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−188649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−85854（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】圧電材料層２の両面に電極層3a、3bを形成
した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネジ
シャフト11が貫通するための通し穴５を形成することに
より環状に形成した圧電センサ１により、工作機械の切
削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り付
け構造であって、 前記送りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15
a、15bの内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリン
グ15a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と前記圧電
センサ１の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間
において前記圧電センサ１がスペーサリング20a、20bに
より挟持されるように且つ前記送りネジシャフト11が前
記通し穴５を貫通するように取り付けたことを特徴とす
る工作機械用検出器の取り付け構造。 - 【請求項２】圧電材料層２の両面に電極層3a、3bを形成
した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネジ
シャフト11が貫通するための通し穴５を形成することに
より環状に形成した圧電センサ１により、工作機械の切
削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り付
け構造であって、 前記送りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15
a、15bの内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリン
グ15a、15bの外環19、21のスラスト方向側に前記圧電セ
ンサ１の収納部を形成し、該収納部に前記圧電センサ１
を収納し且つ前記送りネジシャフト11が前記通し穴５を
貫通するように取り付け、スペーサリング25を前記サポ
ートベアリング15bの外環19に組み込むことを特徴とす
る工作機械用検出器の取り付け構造。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63059822A JPH0675816B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 工作機械用検出器の取り付け構造 |
| US07/316,968 US4924713A (en) | 1988-03-14 | 1989-02-28 | Transducer to detect force which is applied to machine tool when machining workpiece and its attaching structure |
| DE3908175A DE3908175C2 (de) | 1988-03-14 | 1989-03-13 | Belastungs-Detektorvorrichtung |
| GB8919718A GB2223544B (en) | 1988-03-14 | 1989-08-31 | Feed-screw support structure |
| EP19890123017 EP0377145A3 (de) | 1988-03-14 | 1989-12-13 | Vorrichtung zur Einstellung der axialen Vorspannung von Wälzlagern und Spindelmuttern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63059822A JPH0675816B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 工作機械用検出器の取り付け構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234138A JPH01234138A (ja) | 1989-09-19 |
| JPH0675816B2 true JPH0675816B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=13124302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63059822A Expired - Lifetime JPH0675816B2 (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 工作機械用検出器の取り付け構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0675816B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023115588A (ja) * | 2022-02-08 | 2023-08-21 | 株式会社東芝 | センサユニット及びセンサシステム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0775816B2 (ja) * | 1989-01-21 | 1995-08-16 | 洋太郎 畑村 | 軸力測定装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638894B2 (ja) * | 1972-12-11 | 1981-09-09 | ||
| JPS564375B2 (ja) * | 1973-05-22 | 1981-01-29 | ||
| JPS6085854A (ja) * | 1983-10-18 | 1985-05-15 | Komatsu Ltd | 多刃工具の異常検出方法 |
| JPS62188649A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-18 | Murata Mach Ltd | 工具摩耗監視方法および装置 |
-
1988
- 1988-03-14 JP JP63059822A patent/JPH0675816B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023115588A (ja) * | 2022-02-08 | 2023-08-21 | 株式会社東芝 | センサユニット及びセンサシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01234138A (ja) | 1989-09-19 |
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