JP2015155144A - クランプトルク測定手段を有する回転テーブル - Google Patents

Abstract

【課題】ワークをワーク載置用テーブルに取り付けた状態でクランプトルクを測定することが可能なクランプトルク測定手段を有する回転テーブルを提供する。
【解決手段】クランプ指令を実行し、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸をクランプし（ＳＡ０１）、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸を回転させる回転指令（トルク発生）を実行し（ＳＡ０２）、回転軸の状態に変化があるか否か判断し（ＳＡ０３）、回転状態に変化が無い場合（ＮＯ）ステップＳＡ０２へ戻り、回転指令（トルク）によって回転トルクを徐々に大きくしていき、回転状態に変化がある場合（ＹＥＳ）クランプトルクを測定し（ＳＡ０４）、測定結果を制御装置の表示画面に表示する。回転状態は、回転位置、位置偏差、回転速度の少なくとも一つである。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転テーブルに関し、特に、クランプトルク測定手段を有する回転テーブルに関する。

工作機械の回転テーブルでは割出動作を行った際にクランプ動作を行い、回転軸を保持している。アンクランプ、割出、クランプ動作の継続使用によりクランプ機構が劣化し、必要なクランプトルクを発揮することができない場合がある。必要なクランプトルクを発揮できない場合、回転軸に回転負荷が加わった際に回転軸を保持することができずに滑りが発生する。この滑りにより、機械としてはアラーム停止すると共に、加工中のワークは不良品となってしまう。

従って、加工中にクランプトルクの低下による回転軸のずれが発生しないように、定期的にクランプ機構のクランプトルクを測定する手段が必要となる。更に、クランプトルクの低下が確認された際でも、クランプトルクを一時的に増大させることが可能であれば、そのまま継続使用することができ、突然の機械停止を防ぐことが可能である。つまり、保守期間を延長させることが可能である。

特許文献１には、ダイレクトドライブモータに正転、逆転を繰り返し指令する揺動指令手段と、位置検出器から出力される位置情報に基づき位置偏差情報を算出する位置偏差情報算出手段と、前記位置偏差情報算出手段から出力される位置偏差情報に基づきクランプ状態の判定を行う判定手段を有することを特徴とするクランプ状態確認手段を有する回転テーブルが記載されている。このクランプ状態確認手段を有する回転テーブルは、回転軸にトルク変動により微小な遥動動作を与え、そのとき発生した位置偏差の変動幅により、クランプ動作が完了したかを判別する手段である。この特許文献１に開示される回転テーブルは、クランプトルクを正確に測定するものではない。

特開２００９−２４８２４２号公報

上述の通り、クランプトルクを正確に測定する必要があるが、クランプトルクの測定方法として、回転軸に対し回転方向に外部からトルクをかけ、その際の回転の変位を測定する方法がある。回転トルクを増大させていくと、クランプトルクより回転トルクが大きくなった段階で滑りが発生するため、回転方向の変位が大きくなる。このときの回転トルクと変位の変化点を測定することで、クランプトルクの測定を行うことが可能である。

しかし、この方法では外部から回転トルクを与えるための治具を回転テーブルに装着する必要があるため、一度回転テーブル上のワークや加工治具を取外す必要がある。更に測定後、測定治具を取り外し、再度ワークと加工治具をセットアップし直す必要がある。クランプトルクの測定のためにワークや加工治具を取外すことは現実的ではない。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワークをワーク載置用テーブルに取り付けた状態でクランプトルクを測定することが可能なクランプトルク測定手段を有する回転テーブルを提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ワーク載置用テーブルと、回転軸の一端に前記ワーク載置用テーブルが連結され、他端に回転軸の状態を検出する検出器を備えたモータと、前記ワーク載置用テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えた回転テーブルにおいて、前記モータに回転トルクを発生させる回転指令手段と、前記検出器から出力される回転軸の状態情報を基に回転軸の状態の変化を監視する手段と、前記クランプ機構によって前記ワーク載置用テーブルをクランプしている状態において、前記モータに回転指令を与え、前記回転軸の状態の変化と前記回転指令によるモータのトルク情報に基づきクランプトルクを測定する手段と、を有し、前記検出器は位置検出器であり、前記回転軸の状態の変化として位置偏差の減少が発生した際のトルク情報を基に、クランプトルクを測定することを特徴とする回転テーブルである。
請求項２に係る発明は、前記クランプトルクの測定結果に基づき、クランプトルクを調整するための空圧及び油圧を調整する調整弁を設けることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブルである。

本発明により、ワークをワーク載置用テーブルに取り付けた状態でクランプトルクを測定することが可能なクランプトルク測定手段を有する回転テーブルを提供できる。

ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。 クランプの滑りを回転位置に基づいて検出する例を説明する図である。 制御装置を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを回転位置の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。 クランプの滑りを位置偏差に基づいて検出する例を説明する図である。 制御装置を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを位置偏差の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。 クランプの滑りを回転速度に基づいて検出する例を説明する図である。 制御装置を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを回転速度の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。 クランプトルクの測定の処理のフローチャートである。 クランプトルクの測定とクランプトルクの測定結果に基づいてクランプトルクを自動調整する処理を説明するフローチャートである。

図１は、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルの基本構造を示す断面図である。回転テーブル（回転テーブルは図示を省略）のシャフト２ａは、ケース１内に主軸受３ａ、及び支持軸受３ｂを介して、回転自在に支承されている。

モータのステータ４ｂ、ブレーキのシリンダ７ｂ、センサヘッド５ｂ、リッド８はケースに固定され、モータのロータ４ａ、センサギア５ａ、ディスク６は何れも回転テーブルと一体的に回転可能な様に、シャフト２ａに固定される。

ピストン７ａは、シール部材７ｃ〜７ｅを介して、シリンダ７ｂ内に前進及び後退可能なストロークを備えて設置され、クランプ側へピストン７ａが移動する方向へ複数のコイルバネ７ｈによって付勢されると共に、圧縮空気によって移動可能なように、ピストン７ａとシリンダ７ｂ間に前進用空気室７ｆと後退用空気室７ｇが設けられている。

アンクランプ状態（クランプ解除状態）では、図１に示されていない電磁弁によって後退用空気室７ｇへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａはコイルバネ７ｈの圧縮力に抗して後退端へ移動した状態となっている。

クランプ状態では、前記電磁弁によって、後退用空気室７ｇから排気すると同時に前進用空気室７ｆへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａが前進して、リッド８上の摩擦面８ａとの間でディスク６が挟持される。

＜実施形態１＞
実施形態１は、クランプトルクを測定する実施形態である。
（クランプの滑りを回転位置の変化で捕捉する形態）
図２はクランプの滑りを回転位置に基づいて検出する例を説明する図である。回転軸をクランプして固定した状態で、回転軸に回転指令を与え、回転トルクを徐々に与えていく。このとき、回転軸はクランプにより固定されているから回転位置は変化しない。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプ機構部に滑りが生じる。このとき、回転位置が元の位置から変化する。この回転位置の変化点においてモータが発生していたトルクを読み取ることで、クランプトルクを測定することが可能である。

図３は、制御装置１０を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを回転位置の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。回転テーブルは、ワーク載置用テーブル５０を接続したダイレクトドライブモータ４０およびダイレクトドライブモータ４０を制御する制御装置１０を有する。制御装置１０は、図示しない表示装置、入力装置、記憶装置を備えている。

制御装置１０は、数値制御手段２０、サーボ制御手段３０、および、クランプ制御手段６０を備えている。サーボ制御手段３０は、数値制御手段２０から出力される位置指令に従ってワーク載置用テーブル５０の位置決め制御を行うための、位置偏差カウンタ３２および位置ループゲイン３３から構成される位置制御手段３１、速度制御手段３４、電流制御手段３５を備えている。これらの構成は、回転テーブルの制御装置に備わっているものである。

数値制御手段２０は、サーボ制御手段３０に対して回転指令を出力し、クランプ制御手段６０に対してクランプ指令またはアンクランプ指令を出力する。数値制御手段２０はダイレクトドライブモータ４０に備わった位置検出器４１から出力される位置フィードバック情報（位置ＦＢ）を入力する。

数値制御手段２０は、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸をクランプする指令をクランプ制御手段６０に与え、回転軸が回転しないように固定した状態で、サーボ制御手段３０に回転軸に回転指令（位置指令）を与え、回転指令を徐々に与えていく。なお、クランプ制御手段６０は、ピストン７ａ（図１参照）がクランプ動作するようにピストンの駆動手段（図示省略）を制御する。

このとき、回転軸はクランプにより固定されているから回転位置は変化しない。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプに滑りが生じる。このとき、回転位置が元の位置から変化する。ダイレクトドライブモータ４０の回転軸の回転位置は位置検出器４１によって検出されており、位置検出器４１から出力される位置ＦＢが数値制御手段２０に入力する。数値制御手段２０は、回転位置の変化点においてダイレクトドライブモータ４０が発生していたトルクを読み取ることで、クランプトルクを測定することができる。クランプトルクは例えばダイレクトドライブモータ４０の駆動電流から測定することができる。

（クランプの滑りを位置偏差の変化で捕捉する形態）
図４はクランプの滑りを位置偏差に基づいて検出する例を説明する図である。回転軸をクランプして固定した状態で、回転軸に回転指令（位置指令）を与え、回転指令を徐々に与えていく。このとき、回転軸はクランプにより固定されているから位置偏差は徐々に増えていく。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプ機構部に滑りが生じる。このとき、徐々に大きくなっていた位置偏差が減少するため、位置偏差の変化点を捉えることが可能である。この位置偏差の変化点においてモータが発生していたトルクを読み取ることでクランプトルクを測定することが可能である。

図５は、制御装置１０を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを位置偏差の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。図３で説明した回転位置の変化点においてダイレクトドライブモータ４０のトルクを読み取ることに替えて、図５の構成は位置偏差の変化点においてダイレクトドライブモータ４０のトルクを読み取る。

図５に示されるように、サーボ制御手段３０には位置偏差カウンタ３２が備わっており、位置偏差カウンタ３２には、数値制御手段２０から出力される回転指令（位置指令）と、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸の回転位置を検出する位置検出器４１からの位置ＦＢが入力する。位置偏差カウンタ３２の位置偏差量は数値制御手段２０にフィードバック（位置偏差ＦＢ）される。

数値制御手段２０は、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸をクランプする指令をクランプ制御手段６０に与え、回転軸が回転しないように固定した状態で、サーボ制御手段３０に回転軸に回転指令（位置指令）を与え、回転指令を徐々に与えていく。クランプ制御手段６０は、ピストン７ａ（図１参照）がクランプ動作するようにピストンの駆動手段（図示省略）を制御する。

クランプトルクの測定状態において、数値制御手段２０の制御によって回転軸はクランプにより固定されているから回転位置は変化しない。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプに滑りが生じる。このとき、回転位置が元の位置から変化する。ダイレクトドライブモータ４０の回転軸の回転位置は位置検出器４１によって検出されており、位置検出器４１から出力される位置ＦＢがサーボ制御手段３０の位置偏差カウンタ３２に入力する。ダイレクトドライブサーボモータ４０の回転軸が回転すると、位置検出器４１から位置ＦＢとしてサーボ制御手段３０の位置偏差カウンタ３２に出力され、位置偏差カウンタ３２の位置偏差量が変化する。

数値制御手段２０は、サーボ制御手段３０からフィードバックされる位置偏差量の変化点においてダイレクトドライブモータ４０が発生していたトルクを読み取ることで、クランプトルクを測定することができる。クランプトルクは例えばダイレクトドライブモータ４０の駆動電流から測定することができる。

（クランプの滑りを回転速度の変化で捕捉する形態）
図６はクランプの滑りを回転速度に基づいて検出する例を説明する図である。回転軸をクランプして固定した状態で、回転軸に回転指令（位置指令）を与え、回転指令を徐々に与えていく。このとき、回転軸はクランプにより固定されているから回転速度は変化しない。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプに滑りが生じる。このとき、回転速度が変化する。この回転速度の変化点においてモータが発生していたトルクを読み取ることでクランプトルクを測定することが可能である。

図７は、制御装置を備えた回転テーブルにおいて、クランプの滑りを回転速度の変化で捕捉する構成を説明するブロック図である。図３に示される位置検出器４１に替えて速度検出器４２が設けられ、速度検出器４２からの速度ＦＢが数値制御手段２０にフィードバックされる。

数値制御手段２０は、ダイレクトドライブモータ４０の回転軸をクランプする指令をクランプ制御手段６０に与え、回転軸が回転しないように固定した状態で、サーボ制御手段３０に回転軸に回転指令（位置指令）を与え、回転指令を徐々に与えていく。クランプ指令をクランプ制御手段６０に送出する。クランプ制御手段６０は、ピストン７ａ（図１参照）がクランプ動作するようにピストンの駆動手段（図示省略）を制御する。

このとき、回転軸はクランプにより固定されているから回転速度は変化しない（回転速度は０（ゼロ））。しかし、ある時点で、クランプトルクに比べモータによる回転トルクが上回り、クランプに滑りが生じる。このとき、回転軸は回転を開始し次第に回転速度が増していく。ダイレクトドライブモータ４０の回転軸の回転速度は速度検出器４２によって検出されており、速度検出器４２から出力される速度ＦＢが数値制御手段２０に入力する。数値制御手段２０は、回転位置の変化点においてダイレクトドライブモータ４０が発生していたトルクを読み取ることで、クランプトルクを測定することができる。

図８はクランプトルクの測定の処理のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］クランプ指令を実行する。
●［ステップＳＡ０２］回転指令（トルク発生）を実行する。
●［ステップＳＡ０３］回転軸の状態に変化があるか否か判断し、回転状態に変化がある場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０４へ移行し、回転状態に変化が無い場合（ＮＯ）ステップＳＡ０２へ戻る。なお、ステップＳＡ０３からステップＳＡ０２に戻る場合には、回転軸を回転させるトルクが徐々に大きくなるように回転指令を指令する。ここで、回転状態は、回転位置、位置偏差、および、回転速度のうちの少なくとも一つである。
●［ステップＳＡ０４］クランプトルクを測定する。クランプトルクの大きさはモータの駆動電流を基に測定することもできる。
●［ステップＳＡ０５］測定の結果を表示し、処理を終了する。

＜実施形態２＞
実施形態２は、クランプトルクの測定と測定結果に基づいてクランプトルクを自動調整する実施形態である。図９はクランプトルクの測定とクランプトルクの測定結果に基づいてクランプトルクを自動調整する処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］クランプ指令を実行する。
●［ステップＳＢ０２］回転指令（トルク発生）を実行する。
●［ステップＳＢ０３］回転軸の状態に変化があるか否か判断し、回転状態に変化がある場合（ＹＥＳ）ステップＳＢ０４へ移行し、回転状態に変化が無い場合（ＮＯ）ステップＳＢ０２へ戻る。なお、ステップＳＢ０３からステップＳＢ０２に戻る場合には、回転軸を回転させるトルクが徐々に大きくなるように回転指令を指令する。ここで、回転状態は、回転位置、位置偏差、および、回転速度のうちの少なくとも一つである。
●［ステップＳＢ０４］クランプトルクを測定する。クランプトルクの大きさはモータの駆動電流を基に測定することもできる。
●［ステップＳＢ０５］クランプトルクは設定値より大きいか否か判断し、大きい場合（ＹＥＳ）ステップＳＢ１０へ移行し、大きくない場合（ＮＯ）ステップＳＢ０６へ移行する。
●［ステップＳＢ０６］クランプトルクを発生させる発生源の現在の圧力を検出する。なお、発生源の圧力を測定するセンサは従来からクランプに備わっている。
●［ステップＳＢ０７］現在の圧力は、調整可能範囲の上限以下か否か判断し、調整可能範囲の上限以下の場合（ＹＥＳ）ステップＳＢ０８へ移行し、調整可能範囲の上限より大きい場合（ＮＯ）ステップＳＢ１０へ移行する。
●［ステップＳＢ０８］設定圧力を算出する。設定しておいたクランプトルクの値と測定したクランプトルクの値との差に応じた量だけ、クランプトルクを発生させる発生源の圧力を上昇させる。
●［ステップＳＢ０９］ステップＳＢ０８で算出した圧力にクランプを発生させる発生源の圧力を調整し、ステップＳＢ０１へ戻る。
●［ステップＳＢ１０］測定の結果を表示し、処理を終了する。

ここで、実施形態２を具体的に説明する。クランプトルクの発生源として空圧（油圧）を使用し、且つこの空圧（油圧）を変化させる調整弁を持つ構造とする。例えば、クランプトルクの発生源として空圧や油圧を利用している場合には、予め設定したクランプトルクになるように、空圧や油圧の圧力を高くする機構を設ける。圧力を高くしても改善が見られない場合はその結果を表示する。

実施形態１と同様の手順でまずクランプトルクの測定を行い、測定したクランプトルクを予め設定しておいたクランプトルク（目標値）と比較する。
測定したクランプトルクが設定したクランプトルクよりも低かった場合、クランプトルクを増大させる処理に移る。
この時点の使用圧力（例：０．５ＭＰａ）が、調整可能な圧力範囲の上限（例：１．０ＭＰａ）以内かどうか確認する。

上限以内の場合、設定しておいたクランプトルク（例：５００Ｎ・ｍ）と測定したクランプトルク（例：４００Ｎ・ｍ）との差（５００−４００＝１００Ｎ・ｍ）に応じた量だけ、圧力を上昇させる。

再び、クランプトルク測定を行い、設定したクランプトルクに到達しているかを確認し、設定したクランプトルクに到達するまでこの処理を繰り返す。
しかし、設定圧力が調整可能な圧力範囲の上限に到達しても設定したクランプトルクに到達しない場合は、処理を終了しクランプトルクの測定結果を表示する。

このように、クランプ機構の劣化に伴うクランプトルクの低下が発生した場合でも、自動的に圧力調整を行うことでクランプトルクを増大させることが可能となるため、保守時期を延長することができ、突然の機械停止を避けることが可能となる。
上述したように、本発明の実施形態は、モータの回転トルクと回転軸の状態を検出する情報を使用することにより、クランプトルク測定のための特別な機器を必要としないため、回転テーブルに取り付けてあるワークや加工治具を取外すことなく、クランプトルクの測定が可能である。また、クランプトルクが低い場合は、クランプトルクを増大することで、突然の機械停止を避け、保守時期を遅らすことが可能である。また、クランプトルクの測定により、クランプ機構の劣化状態を把握することが可能である。

１ ケース
２ａ シャフト（回転軸）
３ａ 主軸受
３ｂ 支持軸受
４ａ ロータ（モータ）
４ｂ ステータ（モータ）
５ａ センサギア
５ｂ センサヘッド
６ ディスク
７ａ ピストン
７ｂ シリンダ
７ｃ〜７ｅ シール部材
７ｆ 前進用空気室
７ｇ 後退用空気室
７ｈ コイルバネ
８ 蓋（リッド）
８ａ 摩擦面
９ 電磁弁
１０ 制御装置
２０ 数値制御手段
３０ サーボ制御手段
３１ 位置制御手段
３２ 位置偏差カウンタ
３３ 位置ループゲイン
３４ 速度制御手段
３５ 電流制御手段
４０ ダイレクトドライブモータ
４１ 位置検出器
４２ 速度検出器
５０ ワーク載置用テーブル
６０ クランプ制御手段

Claims (2)

1. ワーク載置用テーブルと、回転軸の一端に前記ワーク載置用テーブルが連結され、他端に回転軸の状態を検出する検出器を備えたモータと、前記ワーク載置用テーブルを停止位置に保持するためのクランプ機構を備えた回転テーブルにおいて、
   前記モータに回転トルクを発生させる回転指令手段と、
   前記検出器から出力される回転軸の状態情報を基に回転軸の状態の変化を監視する手段と、
   前記クランプ機構によって前記ワーク載置用テーブルをクランプしている状態において、前記モータに回転指令を与え、前記回転軸の状態の変化と前記回転指令によるモータのトルク情報に基づきクランプトルクを測定する手段と、
   を有し、
   前記検出器は位置検出器であり、前記回転軸の状態の変化として位置偏差の減少が発生した際のトルク情報を基に、クランプトルクを測定することを特徴とする回転テーブル。
2. 前記クランプトルクの測定結果に基づき、クランプトルクを調整するための空圧及び油圧を調整する調整弁を設けることを特徴とする請求項１に記載の回転テーブル。

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