JP2010120133A

JP2010120133A - 心押制御装置

Info

Publication number: JP2010120133A
Application number: JP2008297228A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Niwa; 和久丹羽
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-06-03
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: JP5209446B2

Abstract

【課題】心押台がワークを適正な押圧力で支持しているかを判定し、且つその制御を可能とする心押制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】軸受にひずみゲージを取り付け、心押台がワークＷを心押しして発生するひずみ量を測定することで、心押台がワークＷを押圧している押圧力を直接判定することが可能となる。また、ひずみ量を心押制御部にフィードバックし、ワークの押圧力を適正な範囲内に心押制御することで、加工の際に心押台が適正な押圧力でワークＷを支持し、軸受に過度な負荷をかけずにワーク加工を行うことが可能となる。
【選択図】図2

Description

本発明は、心押し動作を制御する心押制御装置に関するものである。

旋盤機能を有する工作機械は、ワークを保持するために着脱自在に把持する主軸台と、その把持部位から離れた位置で該ワークを押圧保持する心押台とを、通常互いに略対向する位置に備えている。従来からこのタイプの工作機械においては、サーボモータを有するねじ送り機構により、心押台をワークの回転軸の延伸方向に移動させることで、ワークを支持させるものがある。そして近年は、特許文献１に記載されるような、心押制御装置がサーボモータのトルクを制御することによって、ワークにかかる所定の押圧力を調節するものが開発されている。

特開２００６−３４６７５４号公報

しかしながら、この心押制御装置の心押制御は、上述したようにサーボモータのトルクを調節するという間接的な方法であるため、実際に心押台が適正な押圧力でワークを押さえつけているかの検知をすることは困難である。したがって、実際には心押台が適正な押圧力でワークを押さえていない場合、主軸を支持する軸受に過分な押圧力がかかってしまい、軸受が破壊したり、またその使用寿命を縮めてしまうという問題が生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、実際に心押台がワークを適正な押圧力で支持しているかを判定し、且つその制御を可能とする装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ワークを所定の軸周りで回転可能に支持する主軸を有する主軸部に対向して設けられ、その軸方向へ沿って移動し、前記ワークの端面を心押しして前記ワークを支持する心押部と、前記心押部の移動及び心押しを制御すべく、前記心押部にかける移動方向への負荷を制御する制御手段とからなる心押制御装置であって、前記心押部が心押しすることにより前記主軸部にかかる前記軸方向への押圧力を検出する押圧力検出手段を、前記主軸部に設け、前記制御手段が、前記押圧力検出手段により検出される押圧力が所定の範囲内となるように、前記負荷を制御することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記心押部が、サーボモータを駆動源としたねじ送り機構により移動するとともに、前記制御手段が、前記負荷を制御すべく、前記サーボモータのトルクを制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記押圧力検出手段が、ひずみを検出するセンサーであり、当該センサーを、前記主軸部において前記主軸を支持する軸受部に取り付けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ワークを主軸部に押さえつけて加工を行うような心押制御装置において、主軸部への押圧力を検知し、その押圧力を用いて、ワークを適正な範囲内に心押制御することで、主軸部に過度な負担をかけずに、ワーク加工を行うことができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、心押部の移動を、ねじ送り機構の正作動及び逆作動で行っているため、モータの回転方向及び回転速度を調節するだけで容易に制御することができる。それに加えて、心押部の負荷をサーボモータのトルクで制御することは、油圧ユニットと比較して、押圧力の変更が容易であり、消費エネルギーの節約にもなる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、押圧力の検出に、ひずみゲージを用いることで、小型で省スペース性が得られる。また、ひずみゲージを軸受に取り付けることで、心押部がワークを押し付ける力を分散させずに検出でき、より正確に押圧力を導き出すことができる。

（実施例１）
以下、本発明の一実施例について、図１〜図３を参照して説明する。
図１は本発明に係る工作機械２３の概略図である。図２は、軸受７と、制御装置２０のブロック構成とを詳細に説明した図である。

工作機械２３は、主軸台２と、心押台１４と、主軸台２及び心押台１４の動作全般を制御する制御装置２０とから構成されている。主軸台２と心押台１４とは所定の心間距離を隔て対向して設けられている。そして、工作機械２３は、主軸台２のチャック９による把持と、心押台１４の移動及び押し付けにより、ワークＷをＺ軸周りで回転可能に支持するようになっている。

心押台１４は、心押軸１３と、心押センタ１２と、サーボモータ１５と、サーボモータ１５に連結された送りねじ１６とを備えている。心押軸１３は、図示しないベアリングによりワークＷの軸方向を中心に回転自在であり、ワークＷが回転すると、それに伴い一体に回転して、ワークＷの回転ぶれを抑える。また、その心押軸１３の先端に、尖塔状の心押センタ１２が設けられている。さらに、サーボモータ１５は、制御装置２０により駆動制御され、サーボモータ１５に連結された送りねじ１６を介して、心押台１４をＺ軸方向に移動させたり、ワークＷを押圧させたりする。

主軸台２は、チャック９、主軸１、及び軸受７を備えてなる。チャック９は、ワークＷを把持するため複数の把持爪９ａを有しており、図示しないモータにより主軸１とともに回転自在に設けられている。

また、軸受７は、主軸１を回転自在に支持する転がり軸受であって、内周面に外輪駆動面を有する外輪４Ａ，４Ｂと、外周面に内輪駆動面を有する内輪３Ａ，３Ｂと、これら外輪軌道面と内輪軌道面との間に周方向に転動自在に組み込まれた複数の転動体１８，１８・・とを備えている。
内輪３Ａの右側は、主軸１の先端側の段差１ａに押し当てられるとともに、内径間座３を介して内輪３Ｂに押し当てられ、内輪３Ｂの左側は、主軸１のネジにねじ込んだ軸受ナット６により締め付けられて、固定されている。他方、外輪４Ａの右側は、主軸台２の段差部２ａに押し当てられるとともに、外径間座４を介して外輪４Ｂに押し当てられ、外輪４Ｂの左側は、抑え蓋２ｂを用いて主軸台２に固定されている。
そして、外径間座４の略中央には、１枚の単軸ひずみゲージ５が、軸方向位置が、センタ軸方向に均等に振り分けされる位置に貼り付けられている。また、ひずみゲージ５に発生したひずみは、ひずみ量としてリード線８を介して制御装置２０に伝達される。

一方、制御装置２０は、操作指示部２９，主制御部３０，心押制御部３１、及びモータ駆動部３２から構成されている。主制御部３０は工作機械２３全体の制御を司り、心押動作に関連した制御信号を心押制御部３１へと送るためのものである。心押制御部３１は、ひずみゲージ５により検出されたひずみ量を受けて、ひずみ量が予め設定された適正範囲内にあるか否かを判断し、適正範囲内だった場合には、主制御部３０に加工開始信号を送るものである。逆に適正範囲外だった場合には、ひずみ量を適正範囲内に変更するために、検知されたひずみ量に基づき、トルクを増加させるか又は減少させるかの判断と、必要なトルク増加量もしくは減少量を演算処理で算出し、これらの情報をトルク指令値としてモータ駆動部３２に送る機能を有している。モータ駆動部３２は、心押制御部３１から送られたトルク指令値に基づき、サーボモータ１５を駆動制御する。

このような工作機械２３におけるワークＷの支持は、最初にチャック９によってワークＷの一端が把持される。次にサーボモータ１５が回転駆動して、サーボモータ１５に連結したボールネジ１６を介し、心押台１４がワークＷ側に移動する。そして、ワークＷの他端側のセンタ孔に心押センタ１２が係止し、適度な圧力で押圧することによって、ワークＷが支持される(図１）。

次に、この主軸台２と心押台１４とで支持されたワークＷを用い心押制御をおこなう過程を、図３のフローチャートに沿って説明する。
心押センタ１２がワークＷを心押しすると、上述したように、軸受７に圧力が付加されるから、ひずみゲージ５が変形しひずみが発生する。心押制御部３１は、そのひずみ量を検知し（ステップＳ１）、検知したひずみ量が予め定めた適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ひずみ量が適正範囲内だった場合（ステップＳ２でＹ）、心押制御部３１は、主制御部３０へ加工開始信号を送り、加工を開始する。
逆に、ひずみ量が適正範囲内でなかった場合（ステップＳ２でＮ）、心押制御部３１は、ひずみ量を適正範囲内に変更するために、必要なトルクの増加量もしくは減少量等から成るトルク指令値をモータ駆動部３２へ送り、モータ駆動部３２はそのトルク指令値に基づきサーボモータ１５を駆動制御する(ステップＳ３）。ひずみ量を調節後、心押制御部３１は、再度ひずみ量が適正範囲内であるかを判定し（ステップＳ１，Ｓ２）、適正範囲内の場合は（ステップＳ２でＹ）、主軸１を回転させて加工動作を開始し、適正範囲外の場合は（ステップＳ２でＮ）、再度ひずみ量の調節（ステップＳ３）を繰り返すことで、心押制御が行われる。

(実施例１の効果）
本実施例では、軸受７にひずみゲージ５を取り付け、心押台１４がワークＷを心押しして発生するひずみ量を測定することで、心押台１４がワークＷを適正範囲内で押圧しているかを直接判定することができる。また、ひずみ量を制御装置２０にフィードバックし、適正範囲内になるように制御できるため、加工の際に心押台１４が適正な押圧力でワークＷを支持し、軸受７に過度の負荷がかかることがない。さらに、心押台１４の押圧力は、軸受７に発生する軸方向荷重として検出されるが、本実施例では、ひずみゲージを心押台１４の軸心と同方向に位置する軸受７に設けたため、心押台１４がワークＷを押し付ける力を分散させずに検出でき、より正確に押圧力を導き出すことができる。

(実施例２）
以下本発明の実施例２を図４に基づいて説明する。
上記実施例１と異なり、実施例２では、軸受７が受ける押圧力を検出するために、ひずみゲージ５に代わり、油圧シリンダ４４を用いている。その他の主たる構成については実施例１と同じである。
油圧シリンダ４４は、ロッド４１とピストン４０とから成る片ロッド型であり、心押台１４の押圧力に応じて、ピストン４０が前方もしくは後方に移動する。たとえば、心押台１４がワークＷを押す力が強いと、ワークＷを介してピストン４０は左側方向に押されるため、該ピストン４０とロッド４１とに形成される空間に存在する油４２は圧縮される。逆に、心押台１４がワークＷを押す力が弱いと、ピストン４０を押す力が弱まるため、油圧は減縮する。そしてロッド４１の隙間には、ロッド４１内の油圧を検出する圧力検知センサ４３が設置されており、その検出信号はリード線８を介し、制御装置２０へと入力され、心押制御が行われる。

上述した実施例１及び実施例２の構成により、検出し換算した押圧力と主軸回転数とを基に、主軸１に組み込まれている軸受７から定められる定格荷重を使用し、簡易的に主軸１の寿命計算を制御装置２０内部で演算処理することができる。それによって、計算上で算出される寿命時間と現在までの主軸運転時間とを比較し、寿命の良否判定を実施して、作業者等にメンテナンス時期のアナウンスを実施することも可能である。

（変更例）
さらに、ひずみゲージ５を取り付けるのは軸受７に限らず、主軸台２でもよく、またひずみゲージ５で発生した電気信号を心押制御部３１へ伝達するのは、リード線８でなく、無線システム或いはスリップリングを用いることもできる。

本発明に係る工作機械の構成図である。本発明に係る主軸装置及び制御装置を示す図である。図２に示した制御装置の動作フローチャートである。本発明に係る変更例を示した断面図である。

符号の説明

１・・主軸、２・・主軸台（主軸部）、３・・内径間座、４・・外径間座、５・・ひずみゲージ、７・・軸受（軸受部）、１２・・心押センタ、１４・・心押台（心押部）、１５・・サーボモータ、２０・・制御装置、２３・・工作機械。

Claims

ワークを所定の軸周りで回転可能に支持する主軸を有する主軸部に対向して設けられ、その軸方向へ沿って移動し、前記ワークの端面を心押しして前記ワークを支持する心押部と、前記心押部の移動及び心押しを制御すべく、前記心押部にかける移動方向への負荷を制御する制御手段とからなる心押制御装置であって、
前記心押部が心押しすることにより前記主軸部にかかる前記軸方向への押圧力を検出する押圧力検出手段を、前記主軸部に設け、
前記制御手段が、前記押圧力検出手段により検出される押圧力が所定の範囲内となるように、前記負荷を制御することを特徴とする心押制御装置。
前記心押部が、サーボモータを駆動源としたねじ送り機構により移動するとともに、前記制御手段が、前記負荷を制御すべく、前記サーボモータのトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載の心押制御装置。
前記押圧力検出手段が、ひずみを検出するセンサーであり、当該センサーを、前記主軸部において前記主軸を支持する軸受部に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の心押制御装置。