JP2011502806A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、型締対象の加工品の型締装置（９）、特に旋盤において、型締圧力を設定および監視する弁装置に係わり、該弁装置は、少なくとも一つの圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）であって、それを介して型締装置（９）のために型締圧力が設定される圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）と、少なくとも一つの圧力センサ（６Ａ、６Ｂ）であって、事前決定可能な設定値の型締圧力に調整される型締装置（９）のそれぞれの型締圧力を検出する圧力センサ（６Ａ、６Ｂ）とを備える。該弁装置により、安全性に関係する型締圧力を設定し、監視することが可能であり、特には、機械加工中に調整するために型締め圧力を減少することが可能である。

Description

本発明は、型締（クランプ）対象の加工品の型締装置、特に旋盤において、型締圧力を設定および監視する弁装置に関する。

例えば、旋盤のような現代の工作機械においては、機械加工対象の加工品は一般的に、油圧により作動できる、特には、型締シリンダの形状の型締装置により型締され、および／または、油圧により作動できる、いわゆる心押し台主軸スリーブによりしっかりと固定され、それぞれの機械は、型締圧力に到達してはじめて型締が緩和される。工作機械での機械加工中の時点で、万一、型締装置の型締圧力が故障のために減少すると、型締装置が緩むことになり、結果として固定から解放された加工品は機械に対して重大な損傷を与えると共に、機械の操作者の安全性に対する重大な危険性を生み出すことになる。

安全な型締力を確実なものにするために型締圧力を監視することに加えて、型締圧力を、従って、型締力を減少することは、例えば、機械加工の種類の結果として「全口径」から減少された壁の厚さの幾何学形状に加工品を機械加工し、一方、型締力が例えば、使用された中実の材料と同様に保持される場合に、壁の厚さが減少されて弱くなった加工品の幾何学形状を変形させる可能性があるときは、機械加工された加工品への損傷を防止するために有利でもある。

この従来技術に端を発し、本発明の目的は、旋盤のような工作機械内に、機械加工対象の加工品を型締により収容する際の安全性を高めることであり、加工品に対する不慮の損傷を防止することである。この目的は、請求項１全体の特徴を有する弁装置により達成される。

本発明による弁装置は、少なくとも一つの圧力制御弁を有しており、それを介して型締装置の型締圧力調整が行われ、決定可能な設定値の型締圧力に調整される型締装置のそれぞれの型締圧力を検出する少なくとも一つの圧力センサが設けられることを特徴としている。本弁装置により、安全な工作に適切な型締圧力を設定することが可能であり、また型締圧力を、調整の目的のために機械加工中に監視でき、特に、型締圧力を一様に維持または減少できる。

それぞれの圧力センサを使用して、油圧作動される型締シリンダの形状であってもまたは、油圧作動される心押し台主軸スリーブの形状であっても、型締装置の現在の圧力が測定される。そしてこの現在の型締圧力は、例えば、工作機械の機械加工制御装置の形の制御手段により予め決定できる、予め決定された設定値の型締圧力に対応していなければならない。好ましくは圧力減少弁の形の圧力制御弁を作動させることにより、型締装置の圧力を一定の圧力値に設定、または制御手段を作動させることにより型締装置の圧力を減少することさえもできる。所望の機械加工状態に従って機械加工される各加工品に対しては、実際には他の型締圧力の制約があるので、それらは、ほぼリアルタイムで機械の制御による設定値の型締圧力として決定される。つまり、機械加工が進行するにつれて、制御手段により決定される。これにより、加工品が型締装置から意図せずに緩むのを防止するための、型締力の信頼できる監視が確保できる。更に、必要であれば、過度に高く設定された型締圧縮力による損傷から、機械加工中の加工品を保護するために、型締力を減少することも可能になる。

本発明による弁装置の他の有利な構成は、他の従属請求項の主題である。

本発明による弁装置は、図に示されているように、異なる典型例としての実施の形態を使用して下記に詳述される。図は、油圧応用機械用の図に使用される方法による模式図である。

図１は、圧力制御弁を使用する、本発明による弁装置の第１実施の形態を示す。 図２は、二つの圧力制御弁を使用する、図１の実施の形態とは別の実施の形態を示す。 図３は、図１および図２に示されている本発明による弁装置の第３実施の形態を示しているが、第２の圧力安全装置が取り付けられ、方向制御弁は除去されている。

三つの実施の形態においては、基本的に対応する構成要素、特に弁構成要素が使用され、同じ参照番号が付けられている。主要な構成要素は、「符号の説明」に記す通りである。

図において参照番号９で示されている型締（クランプ）シリンダは、いわゆる油圧同期シリンダとして製造されており、型締チャック１０の顎部は、動きの一方向においてはお互いに向けて移動され、反対方向においてはお互いから遠ざかるように移動される。このようにして、機械加工対象の加工品（図示せず）は、型締チャックの型締顎部の内側直径と、他の作動方向においては外側直径の両者により、油圧作動力で着脱可能に固定される。

参照番号７で示されている回転ダクトにより、型締装置は、少なくとも一つの運動軸または回転軸における回転が可能になる。油圧供給およびドレイン管路用のこれらの回転ダクトは、先行技術の複数の実施の形態において知られているので、ここではこれ以上は詳述しない。いずれにせよ、このようにして、回転ダクト７により、型締シリンダ９の作動スペースの油圧供給が、型締シリンダ９が型締チャック１０と共に回転中であっても起こることが確保される。型締シリンダ９と型締チャック１０により構成されている型締装置は、単に例により示されているだけであり、異なるタイプの型締装置（心押し台主軸スリーブ）も同様にここで弁装置に対して使用することもでき、これは後述する。

圧力制御弁１Ａ、１Ｂそれぞれの出力側の参照番号２で示されている孔（オリフィス）は、型締シリンダ９の容積サイズに容積流量を適合させるために使用され、これは、機械加工の種類に従って、工作機械に対して異なってもよい。Ｐとして示されている流体管路は、例えば、油圧供給ポンプから形成されている油圧供給手段（詳述せず）に接続されている。参照番号１１で示され、ポンプ管路Ｐに接続されている油圧アキュムレータにより、電力が遮断したときに、システムへの圧力供給が可能になる。参照符号Ｔで示されているタンク接続管路またはタンク管路により、作動油の形の作動媒体が、油圧回路を形成して、ポンプを介して油圧供給が起こり得る場所から、タンクに戻ることが可能になる。このような構成もまた従来からあるので、ここではこれ以上詳述しない。

図１に示されているような実施の形態においては、型締シリンダ９に対する型締圧力は、機械的セルフロッキングを有する圧力制御弁１Ａにより設定でき、その値は、従来の電子制御装置１２のデジタルディスプレイ上に表示できるが、このディスプレイについては詳述はしない。予め決定可能な型締圧力値を設定するために、図１にブラックボックスとして示されているこの制御装置１２が、圧力制御弁１ＡのモーターＭを作動し、制御装置１２は更に圧力センサ６Ａ、６Ｂに接続されており、このようにして、ユーティリティ接続部Ａ、Ｂに作用している実際の圧力を検出し、そして、これらのユーティリティ接続部６Ａ、６Ｂは、型締シリンダ９の適切な作動スペースにそれぞれに接続されて、逆止弁８を介して流体を搬送する。制御装置１２により、オペレータは、圧力制御弁１Ａに対して対応する圧力値を自由に設定でき、または、制御装置１２用の対応するプログラムにより作動される。異なる型締対象の加工品に対しては、異なるプログラムが提供され、その結果、プログラムは、決定可能なフレームワーク内で自由に選択可能である。手動またはそれぞれの機械制御プログラムにより予め決められた圧力は、この点において設定され、更なる機械加工のフレームワーク内で継続的に監視される。例えば、技術的欠陥の結果として型締シリンダ９にかかる型締圧力が降下すると、この圧力降下は、それぞれに指定可能な圧力センサ６Ａ、６Ｂにより検出され、対応するエラーメッセージが、制御装置１２に送られ、その結果、型締装置に対して、金属切削機械の指定可能な機械の駆動を遮断する。これは、ほぼリアルタイムに実施される。このようにして、金属切削機械および／または機械加工対象加工品への損傷が防止される。プログラミングによっては型締圧力が、型締シリンダ９の型締チャック１０による内側型締および外側型締両者に対して監視できる。

型締圧力の設定が弁１Ａにおいて行われている間、実際の型締は、弁４Ａを作動することにより行われ、弁４Ｂは作動されない。使用される弁４Ａ、４Ｂは、ロッキング（セルフロッキング）位置を有する方向制御弁の形で形成され、指定可能な電気制御磁石Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ４によりそれぞれの作動位置にシフトでき、それにより型締シリンダ９を移動できる。弁４Ａが作動されると、型締圧力は圧力センサ６Ａにより監視されるが、逆に、同時に、いかなる背圧も圧力センサ６Ｂにかかってはならない。もしも背圧がかかっていれば、それは不良動作を示すであろう。例えば、機械加工対象の加工品を取り外すために型締シリンダ９を緩和すると、弁４Ａがその初期の位置に切り替えられて戻される間に、弁４Ｂが切替えられる。図１に示すように、それぞれの方向制御弁４Ａ、４Ｂの一つの出力は、対応するシーリングプラグにより気密／液密にブロッキング（閉止）されるが、これは、この点においては、この出力はここで意図されている弁の機能には必要でないからである。

図１に示されているような動作の説明によれば、二つの逆止弁８が、お互いにブロッキングしないように接続され、そのブロッキング入口側において、指定可能なユーティリティ接続部Ａおよびユーティリティ接続部Ｂの両者に接続されるように相互接続されている。逆止弁として製造されている背圧ブロック５は、タンク管路Ｔに形成（又は設定）される可能性のある動的圧力が、型締シリンダ９にかかる型締力を意図せずに変えてしまうことを防止する。本発明による弁装置で使用される弁構成要素は標準構成要素であり、費用的にも安価で入手でき、更に、使用中の信頼性もある。更に、一方の側における圧力制御弁１Ａは、油圧アキュムレータ１１と共に流体管路Ｐに接続され、方向制御弁４Ａおよび４Ｂそれぞれに接続されて、孔２を経由して流体を搬送する。

図１の回路に示されているような、上記に説明した弁装置では、型締圧力が降下すると、高められた安全性に対する要求を満たすために機械をシャットダウンできる。更に、図１に示されているようなソルーションにより、型締力を減少することが可能になり、加工品の変形を避けることを支援する。この変形は、例えば、機械加工の間は、まず中空でない形状の加工品が型締めされ、次に金属切削において中空形状になり、壁の厚さが減少し、型締力が同じままであると、変形される可能性があるという事実の結果として起こり得る。

この目的のため、図１に示されているような典型的な実施の形態は、結果として、好ましくは比例圧力減少弁として形成されている弁１Ａにおいて型締圧力の設定を必要とする。型締シリンダ９による型締工程は、弁４Ａを作動することにより行われ、一方、弁４Ｂは図２に示されている位置に留まる。ユーティリティ接続部Ａにおいては、型締圧力は圧力センサ６Ａにおいて監視され、一方、同時に、圧力センサ６Ｂには、背圧はあってはならず、あってもごくわずかでなければならない。そして、弁４Ｂを切り替えることにより（型締）緩和が起こり、一方弁４Ａはその結果として、図１に示されているように、初期位置に切り替えられて戻される。本明細書の範囲においては、圧力をユーティリティ管路Ａに、ユーティリティ管路Ｂからの作動油の放出と同時に加えることにより、型締シリンダ９と型締チャック１０を介して型締工程が開始されることが基本的に仮定されており、この機能を逆転することにより（型締）緩和工程が行われる。型締チャック１０の型締顎部に対して、内側型締から外側型締への変更があると、上記に述べたことは逆になる。

図１に示されているように、圧力レギュレータ１Ａ一つのみで型締圧力を減少するためには、既に述べたように、型締圧力は、制御装置１２により弁１Ａにおいて設定され、弁４Ａを切り替えることにより（型締）緩和が行われる。同時に、圧力センサ６Ａ、６Ｂにより型締圧力の監視が行われ、圧力センサ６Ａ、６Ｂはその値を従来設計の制御装置１２に伝える。この時点で弁４Ｂが切り替えられると、ユーティリティ管路Ａ、Ｂの型締圧力は等しくなり、逆止弁８は共に開かれ、圧力が型締シリンダ９内において等しくなる。セルフロッキングは型締チャック内では起こらないため、型締力はゼロに下げられる。

ここで、圧力レギュレータ１Ａにかかる型締圧力のレベルは所望のレベルまで下げることができ、型締圧力は管路ＡおよびＢにおいて降下し、逆止弁８が開いたため型締シリンダ９においても降下する。そして、型締力はゼロに留まる。弁４Ｂの切替えが完了した後は、ユーティリティ管路Ｂ内および型締シリンダ９の緩和側の圧力は減少し、ユーティリティ管路Ａに作用する圧力により、型締チャック１０において、より低いレベルに型締力が再び設定される。このようにして、示されていた型締力の最小化が達成される。

従って、図１に示されているようなソリューションは、二つの４／２方向制御弁４Ａ、４Ｂを使用し、図２を見る方向から見た場合、その左側からの出力は、ブラインド接続に繋がっている。更に、弁４Ａ、４Ｂは、それぞれ指定可能な背圧ブロック５に接続されており、背圧ブロック５はタンク管路Ｔにそれぞれ接続されている。圧力センサ６Ａ、６Ｂの出力は、それぞれの測定信号の評価を目的として、型締圧力を減少するために、ブラックボックスとして示されている機械制御装置１２に接続され、制御装置１２は、圧力の設定値決定用に、詳述はしないが手動入力を有しており、または自由にプログラム可能なフロー図（プログラム）を有している。

型締圧力を等しくすると、型締チャック１０において加工品を実際に保持するためには摩擦で十分であることを確実にすることが可能でない場合は、図２に示されているような、二つの圧力レギュレータ１Ａ、１Ｂを有する実施の形態が適切である。型締圧力のこの減少は、ユーティリティ管路Ａにおけるレベルよりわずかに低い圧力を、圧力制御弁１Ｂ上に設定することを必要とする。弁４Ｂを切り替えることにより、背圧がユーティリティ管路Ｂ内に蓄積し、逆止弁８は両方とも開かれる。セルフロッキングは型締チャック１０内では起こらないので、型締力は、低い値まで減少される。結果として、弁１Ａおよび１Ｂにおける圧力は、所望のレベルがユーティリティ管路Ａ内で達成されるまで下げられる。弁１Ａおよび１Ｂの間の圧力差は、この工程においては維持されていなければならない。開かれている逆止弁８のため、型締圧力もまた型締シリンダ９内で降下し、その結果、型締力は、一定の低いレベルに留まる。

弁４Ｂを切り替えて元に戻すことにより、ユーティリティ管路Ｂ内および型締シリンダ９の緩和側の圧力は減少される。そして、ユーティリティ管路Ａ内の圧力により型締チャック１０上に、より低いレベルで型締力が再び設定される。

４／２方向制御弁を使用する代わりに、図２に示されているような実施の形態は、モーター付き３／２方向制御弁４Ａ、４Ｂが設けられている。更に、図１および２に示されている２方向圧力レギュレータもまた、３方向圧力レギュレータと置き換えることができる。

図３に示されているような実施の形態は、前述の二つの実施の形態とは、図１に示されているようなラッチング位置を有する方向制御弁も、図２に示されているような実施の形態によるモーター付き３／２方向制御弁も、両者とも必要としないという点で異なっている。図３に示されているようなソリューションにおいては、二つの比例圧力減少弁１Ａ、１Ｂのみが使用され、それぞれの背圧ブロック５を介して、第２圧力安全装置を形成する。簡略化のため、実施の形態における図２と３においては、対応する接続サイトを有する制御装置１２は示されていないが、この点においては、図１に示されているようなソリューションに関する実施の形態が当てはまる。

本発明による弁装置は、モジュール構成において、工作機械における既存の加工品チャック固定装置に後付けできるという点において利点がある。弁装置のモジュールブロック構造の結果、設置面積が小さくて済み、標準構成要素が使用できるので、安価で実践することができる。

１Ａ、１Ｂ 機械的セルフロッキング（自己固定）を有する圧力制御弁
２ 孔
４Ａ、４Ｂ ラッチング（自己保持）位置を有する方向制御弁
５ 逆止弁の形の背圧ブロック
６Ａ、６Ｂ 圧力センサ
７ 回転ダクト
８ 二つの逆止弁
９ 同期シリンダとして製造された型締シリンダ
１０ 伝達比の小さい型締チャック（セルフロッキングなし）
１１ 油圧アキュムレータ
１２ 制御装置

Claims (11)

1. 型締対象の加工品の型締装置（９）、特に旋盤において、型締圧力を設定および監視する弁装置であって、
   少なくとも一つの圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）であって、それを介して前記型締装置（９）の型締圧力調整が行われる圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）と、
   少なくとも一つの圧力センサ（６Ａ、６Ｂ）であって、決定可能な設定値の型締圧力に調整される前記型締装置（９）の前記それぞれの型締圧力を検出する圧力センサ（６Ａ、６Ｂ）と、を備えることを特徴とする弁装置。
2. 前記それぞれの圧力制御弁は圧力減少弁（１）であって、特には、比例圧力減少弁（１Ａ、１Ｂ）であることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記それぞれの圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）は、好ましくは、前記制御手段により作動できる位置決めモーター（Ｍ）のセルフロッキング式歯車装置により形成されている機械式セルフロッキングが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁装置。
4. 前記それぞれの圧力センサ（６Ａ、６Ｂ）が電子制御装置（１２）に接続されているか、または前記圧力センサが、自由にプログラムできる電子圧力スイッチの一部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の弁装置。
5. 少なくとも二つの３／２方向制御弁（４Ａ、４Ｂ）または二つの４／２方向制御弁（４Ａ、４Ｂ）が、前記型締装置（９）への供給に使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の弁装置。
6. 二つの方向制御弁（４Ａ、４Ｂ）および／または圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）は、お互いに独立して切り替えることができることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の弁装置。
7. 前記それぞれの方向制御弁（４Ａ、４Ｂ）は、前記指定可能な圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）と前記型締装置（９）の間の油圧供給回路に接続されていることを特徴とする請求項５または６に記載の弁装置。
8. 前記型締装置（９）は、お互いに接続されて流体を搬送していて且つそのブロッキング位置が前記それぞれの圧力減少弁（１Ａ、１Ｂ）の方向において設定される、二つの逆止弁（８）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の弁装置。
9. 前記二つの逆止弁（８）は、前記指定可能な方向制御弁（４Ａ、４Ｂ）の前記それぞれの出力に接続されて流体を搬送することを特徴とする請求項８に記載の弁装置。
10. 使用される前記型締装置（９）の前記容積サイズに適合するために、前記それぞれの圧力減少弁（１Ａ、１Ｂ）の前記出力側に位置する孔（２）が使用されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の弁装置。
11. 前記方向制御弁を省略し、二つの圧力制御弁（１Ａ、１Ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載の弁装置。

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