JP5491220B2 - Torque detection device - Google Patents
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Description
本発明は、門形構造を有する立形旋盤等の工作機械において主軸に加わるトルク(荷重)を検知するためのトルク検知装置(荷重検知装置)に関するものである。 The present invention relates to a torque detection device (load detection device) for detecting torque (load) applied to a spindle in a machine tool such as a vertical lathe having a portal structure.
ワークの大型化に伴って立形旋盤等の門形構造を有する工作機械が増加してきている。門形構造を有する工作機械は、ベッド上にターンテーブルが主軸を中心として回転可能に設けられているとともに、そのターンテーブルの左右に立設されたコラムの前面に、クロスレールが水平状態を保ったまま上下動可能に設けられている。さらに、クロスレールの前面には、刃物台が左右方向へ移動可能に設けられており、その刃物台には、長尺なラムが、上下動可能に設けられている。そして、ラムの下端に装着される工具によって、ターンテーブル上のワークに加工を施すことができるようになっている。かかる門形構造を有する工作機械によれば、刃物台を左右に移動させたり、ラムを上下させたりすることによって、大型ワークに加工を施すことができる。 With the increase in size of workpieces, machine tools having a portal structure such as a vertical lathe are increasing. In a machine tool with a portal structure, a turntable is provided on a bed so as to be rotatable about a main shaft, and a cross rail is maintained in a horizontal state on the front of a column erected on the left and right of the turntable. It can be moved up and down. Further, a tool post is provided on the front surface of the cross rail so as to be movable in the left-right direction, and a long ram is provided on the tool post so as to be movable up and down. And the workpiece | work on a turntable can be processed now with the tool with which the lower end of a ram is mounted | worn. According to a machine tool having such a portal structure, a large workpiece can be processed by moving the tool post to the left or right or moving the ram up and down.
しかしながら、上記した門形構造を有する工作機械においては、大型ワークに深穴加工を施す場合には、ラムを長く突き出す必要があるため、加工時のトルクによって、ラムが損傷する可能性もある。そのような弊害を防止するために、ラムの径を大きくしたり、ターンテーブルの耐用トルクを小さくしたりすることも可能であるが、ラムのサイズを大きくすると、小さな内径の加工が困難となるし、ターンテーブルの耐用トルクを小さくすると、重切削の際にトルク不足となってしまう。 However, in the machine tool having the above-described portal structure, when deep hole machining is performed on a large workpiece, it is necessary to project the ram long, and there is a possibility that the ram may be damaged by torque during machining. In order to prevent such adverse effects, it is possible to increase the diameter of the ram or reduce the service torque of the turntable. However, if the size of the ram is increased, it becomes difficult to process a small inner diameter. However, if the service torque of the turntable is reduced, the torque becomes insufficient during heavy cutting.
本発明の目的は、ラムを大径化したりターンテーブルの耐用トルクを低減したりすることなく従来の門形構造を有する工作機械における問題点を解消するために、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を防止することが可能な門形構造を有する工作機械用のトルク検知装置を提供することにある。 An object of the present invention is to eliminate the problem in a machine tool having a conventional portal structure without increasing the diameter of the ram or reducing the service torque of the turntable. An object of the present invention is to provide a torque detection device for a machine tool having a portal structure capable of preventing a situation of being damaged.
本発明の内、請求項1に記載された発明は、ベッド上にターンテーブルが主軸を中心として回転可能に設けられているとともに、そのターンテーブルの側方に立設されたコラムの上部側面にクロスレールが設けられており、そのクロスレールの一側面に、サドルが左右方向へ移動可能に設けられており、サドルに工具を保持するラムが上下動可能に設けられた工作機械において、工具に加わる荷重を検知するためのトルク検知装置(荷重検知装置)であって、工作機械のサドル及びラムの位置に応じて許容される荷重を記憶するための許容荷重記憶部と、現在の工作機械のサドルおよびラムの位置とターンテーブルにかかるトルクとに基づいて工具に加わる荷重を算出し、前記許容荷重記憶部の情報と比較し、現状の荷重が許容値を超えているか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定の結果、許容荷重を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段とを有することを特徴とするものである。
Among the present inventions, the invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記クロスレールが水平状態を保ったまま上下動可能に設けられており、前記許容荷重記憶部が、工作機械のクロスレール・サドル・ラムの位置に対応した許容荷重を記憶したものであることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the cross rail is provided so as to be movable up and down while maintaining a horizontal state, and the allowable load storage portion is a cross of a machine tool. The allowable load corresponding to the position of the rail, saddle and ram is stored.
請求項1に記載のトルク検知装置によれば、門形構造を有する工作機械のラムや工具に加わるトルクが適正なものであるか否かを判断し、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を効果的に防止することが可能となる。 According to the torque detection device of the first aspect, it is determined whether or not the torque applied to the ram or tool of the machine tool having the portal structure is appropriate, and the ram or tool is damaged by the excessive torque. It is possible to effectively prevent such a situation.
請求項2に記載のトルク検知装置によれば、サドルの位置やラムのサドルからの突き出し量に加えてベッドに対してコラムに発生するモーメントも加味して許容切削力を決定するので、ラムや工具に加わるトルクが適正なものであるか否かをより正確に判断することが可能となり、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を非常に効果的に防止することができる。 According to the torque detection device of the second aspect, since the allowable cutting force is determined in consideration of the moment generated in the column with respect to the bed in addition to the position of the saddle and the protrusion amount of the ram from the saddle, It is possible to more accurately determine whether or not the torque applied to the tool is appropriate, and it is possible to very effectively prevent a situation where the ram and the tool are damaged due to excessive torque.
以下、本発明に係る工作機械用のトルク検知装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a torque detection device for machine tools according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<トルク検知装置を搭載した工作機械の構造>
図1、図2は、本発明に係るトルク検知装置を搭載した工作機械である立形旋盤を示したものであり、立形旋盤Mは、ベッド1の中央上部に、円盤状のターンテーブル4が設けられており、図示しない駆動装置(モータ)によって、主軸3を中心として回転可能(C軸方向)になっている。また、ベッド1の左右には、一対のコラム7,7を立設されており、それらのコラム7,7の前面に、水平な棒状のクロスレール9が、図示しない駆動装置によって、水平状態を保持したまま上下方向(Z軸方向)へ移動可能に架設されている。さらに、クロスレール9の前面には、刃物台として機能するサドル12が、図示しない駆動装置によって、左右方向(X軸方向)へ移動可能に設けられている。そして、サドル12の下方には、略四角柱状のラム13が、図示しない駆動装置によって、上下方向(Z軸方向)へ移動可能に設けられており、当該ラム13の先端には、工具を装着するためのチャック14が設けられている。
<Structure of machine tool equipped with torque detector>
1 and 2 show a vertical lathe which is a machine tool equipped with a torque detection device according to the present invention. The vertical lathe M is a disc-
上記した主軸3、X・Y軸の送り軸等を駆動させるための駆動装置であるモータは、後述する制御装置によって駆動制御されるようになっている(図3参照)。また、それらの各モータには、回転数や回転時のトルクを検出するための検出部(センサ等)が接続されている(図3参照)。
The motor, which is a driving device for driving the
<トルク検知装置の構成>
図3は、上記した立形旋盤Mの制御機構を示すブロック図であり、立形旋盤Mの作動を制御する制御装置21は、加工プログラム、工具マガジンやタレット、ラム13に取り付けられる工具等に関する情報(突出量等)を入力するための入力部22、入力部22より入力された情報を記憶保持するための記憶部23、加工の際に加工プログラムを読み込んで解釈し指令するためのプログラム解釈部24、プログラム解釈部24より出された指令に基づいてモータへ電力を供給するための制御部25、立形旋盤Mの状態に応じて許容される切削力を記憶させるための許容切削力記憶部26、現在の立形旋盤Mの状態より切削力を求めて許容切削力記憶部26の情報と比較し、現状の切削力が許容値を超えているか否かを判定する判定部27等によって構成されている。加えて、許容切削力記憶部26には、予め、図4の如き、ラム13のZ軸への突出量に対応した許容切削力(N)のデータ(実験により求められたもの)が記憶されている。
<Configuration of torque detection device>
FIG. 3 is a block diagram showing the control mechanism of the vertical lathe M. The
また、制御装置21は、図示しないインターフェイスを介して、主軸3、X・Y軸の送り軸等を駆動させるためのモータ31,31・・、それらの各モータ31,31・・の回転数やトルクを検出するための検出部32,32・・、許容切削力を超えていると判定された場合にその事態を作業者に報知するための報知手段である表示部(モニタ)33等と接続されている。そして、制御装置21の入力部22、記憶部23、プログラム解釈部24、制御部25、許容切削力記憶部26、判定部27、モータ31,31・・、検出部32,32・・、表示部(モニタ)33によって、トルク検知装置41が構成された状態になっている。
Further, the
<トルク検知装置の作動内容>
上記の如く構成されたトルク検知装置41によるワーク加工(数値制御による加工)時のトルク制御(過剰トルクの報知処理)の内容について、図5のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
<Operation details of torque detector>
The contents of torque control (excess torque notification processing) during workpiece machining (machining by numerical control) by the
過剰トルクの報知処理においては、入力手段2を利用して、作業者によって、加工プログラム、工具マガジンやタレット、主軸3に取り付けられている工具等に関連した情報(突出量等)が入力されると、まず、ステップ(以下、単にSで示す)1で、それらの入力された情報が、記憶部23に記憶保持される。また、S2で、プログラム解釈部24が、記憶部23に記憶された加工プログラムを読み込んで、その内容を解釈し、S3で、各種のモータを駆動させるための「駆動信号」を制御部25へ送信する。そのようにS3で制御部25に「駆動信号」が送信されると、制御部25は、「駆動信号」に基づいて、モータの駆動を制御する。
In the excessive torque notification process, the input means 2 is used to input information related to the machining program, tool magazine, turret, tool attached to the
上記の如くモータが駆動すると、S4で、検出部32によってモータの駆動に伴ってターンテーブル4に発生しているトルクが検出される。さらに、S5で、モータの駆動の結果としてのラム13、クロスレール9、サドル12の位置が検出される。そして、S6で、それらのトルクの値、各部材の位置に関する情報が、判定部27に送信される。そのようにトルクの値、各部材の位置に関する情報が判定部27に送信されると、S7で、判定部27によって、送信されたトルクの値、各部材の位置に関する情報に基づいて、実際に工具に加わっている切削力が算出される。
When the motor is driven as described above, in S4, the torque generated in the
一方、S5でラム13の位置(すなわち、突出量)等が検出されると、S8で、許容切削力記憶部26に記憶されている「ラムのZ軸への突出量に対応した許容切削力(N)のデータ」が呼び出され、S9で、当該データから、検出部32から送信されたラム13の突出量(実際の突出量)と対応した許容切削力が算出される。
On the other hand, when the position of the ram 13 (ie, the protruding amount) is detected in S5, the “allowable cutting force corresponding to the protruding amount of the ram to the Z axis” stored in the allowable cutting
上記の如く、S9で許容切削力が算出されると、S10において、算出された許容切削力と、S7で算出された切削力(すなわち、実際に工具に加わっている切削力)の大小が比較される。そして、S10で“YES”と判断された場合には、S11で、表示部33が所定の態様の表示を実行することにより、実際に工具に加わっている切削力が理論上の許容切削力を上回っている事態を報知する。かかる報知により、作業者は、ラム13の突出量の低減や工具の回転数の低減等の適当な措置を講ずることが可能となる。
As described above, when the allowable cutting force is calculated in S9, the magnitude of the allowable cutting force calculated in S10 and the cutting force calculated in S7 (that is, the cutting force actually applied to the tool) are compared. Is done. If “YES” is determined in S10, the
<トルク検知装置による効果>
トルク検知装置41は、上記の如く、立形旋盤Mの状態に応じて許容される切削力を記憶するための許容切削力記憶部26と、現在の立形旋盤Mの状態より切削力を求め、許容切削力記憶部26の情報と比較し、現状の切削力が許容値を超えているか否かを判定する判定部27と、判定部27による判定の結果、許容切削力を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段である表示部33とを有しているため、ラム13や工具に加わるトルクが適正なものであるか否かを判断し、過剰なトルクによってラム13や工具が損傷してしまう事態を効果的に防止することができる。
<Effects of torque detector>
The
また、トルク検知装置41は、許容切削力記憶部26が、立形旋盤Mのラム13・クロスレール9・サドル12の位置に対応した許容切削力を記憶したものであるため、ラム13や工具に加わるトルクが適正なものであるか否かをよりきわめて正確に判断することができるので、過剰なトルクによってラム13や工具が損傷してしまう事態を非常に効果的に防止することができる。
In the
<トルク検知装置の変更例>
なお、本発明に係るトルク検知装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、制御装置、駆動装置、検出部、表示部等の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて適宜変更することができる。また、トルク検知装置を設置する門形構造を有する工作機械の構成も、上記実施形態の態様に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。
<Example of torque detector change>
Note that the configuration of the torque detection device according to the present invention is not limited to the aspect of the above-described embodiment, and the configuration of the shape, structure, etc. of the control device, the drive device, the detection unit, the display unit, etc. As long as it does not deviate from the above, it can be changed as necessary. Moreover, the structure of the machine tool which has the portal structure which installs a torque detection apparatus is not limited to the aspect of the said embodiment, It can change suitably as needed.
たとえば、本発明に係るトルク検知装置は、上記実施形態の如く、トルクが過剰になった場合(すなわち、実測値が予め設定された許容値を上回った場合)に、その事態をモニタに表示するものに限定されず、報知ランプを所定の態様で点灯・点滅させるものや、所定の警報音を発するもの等に変更することも可能である。また、トルクが所定の閾値を上回った場合に、加工動作を一時的に停止するもの等に変更することも可能である。更に、上記実施形態ではサドルやラム、クロスレールの位置のみで許容切削力を求めているが、ラムの中心に対する工具の径方向刃先位置やラム先端面から工具先端までの長さを加味して許容切削力を求めるようにしても良い。更にまた、機械の構成としては門形構造に限らずコラムが1つの所謂シングルコラムの工作機械に適用可能である他、クロスレールがコラムに対し固着され上下動しない形式の工作機械にも適用可能であることは言うまでもない。 For example, the torque detection device according to the present invention displays the situation on the monitor when the torque becomes excessive (that is, when the actual measurement value exceeds a preset allowable value) as in the above embodiment. It is not limited to the above, and it is possible to change the notification lamp to one that lights / flashes in a predetermined manner, or that emits a predetermined alarm sound. Moreover, when the torque exceeds a predetermined threshold value, the machining operation can be changed to temporarily stop. Further, in the above embodiment, the allowable cutting force is obtained only from the position of the saddle, ram, and cross rail. However, the radial cutting edge position of the tool with respect to the center of the ram and the length from the ram tip surface to the tool tip are taken into account. An allowable cutting force may be obtained. Furthermore, the construction of the machine is not limited to the portal structure, and can be applied to a so-called single column machine tool with one column, or a machine tool of a type in which the cross rail is fixed to the column and does not move up and down. Needless to say.
本発明のトルク検知装置は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、門形構造を有する各種の工作機械用のトルク検知装置として好適に用いることができる。 Since the torque detection device of the present invention has excellent effects as described above, it can be suitably used as a torque detection device for various machine tools having a portal structure.
1・・ベッド
3・・主軸
4・・ターンテーブル
7・・コラム
9・・クロスレール
12・・サドル
13・・ラム
22・・入力部
23・・記憶部
24・・プルグラム解釈部
25・・制御部
26・・許容切削力記憶部
27・・判定部
31・・モータ
32・・検出部
33・・記憶部
M・・立形旋盤
41・・トルク検知装置
1 ···
Claims (2)
工作機械のサドル及びラムの位置に応じて許容される荷重を記憶するための許容荷重記憶部と、
現在の工作機械のサドルおよびラムの位置とターンテーブルにかかるトルクとに基づいて工具に加わる荷重を算出し、前記許容荷重記憶部の情報と比較し、現状の荷重が許容値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定の結果、許容荷重を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段とを有することを特徴とするトルク検知装置。 A turntable is provided on the bed so as to be rotatable about the main axis, and a cross rail is provided on the upper side of the column standing on the side of the turntable. A torque detector for detecting a load applied to the tool in a machine tool in which the saddle is provided so as to be movable in the left-right direction, and a ram for holding the tool in the saddle is provided to be movable up and down,
A permissible load storage unit for storing the load is permitted in accordance with the saddle and ram position of the machine tool,
The load applied to the tool is calculated based on the current saddle and ram positions of the machine tool and the torque applied to the turntable, and compared with the information in the allowable load storage unit, whether the current load exceeds the allowable value. A determination unit for determining whether or not
As a result of determination by the determination unit, when it is determined that the allowable load is exceeded, the torque detection device includes a notification unit that notifies the situation.
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