JPH022525B2 - - Google Patents

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JPH022525B2
JPH022525B2 JP57217146A JP21714682A JPH022525B2 JP H022525 B2 JPH022525 B2 JP H022525B2 JP 57217146 A JP57217146 A JP 57217146A JP 21714682 A JP21714682 A JP 21714682A JP H022525 B2 JPH022525 B2 JP H022525B2
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JP
Japan
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workpiece
clamping
force
clamping force
tightening
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JP57217146A
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Shutainberugeru Yoozefu
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Pauru Fuorukaruto Unto Co KG GmbH
Original Assignee
Pauru Fuorukaruto Unto Co KG GmbH
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Publication date
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Publication of JPH022525B2 publication Critical patent/JPH022525B2/ja
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    • 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
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/16—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine controlled in conjunction with the operation of the tool
    • 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
    • B23Q17/002—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders
    • B23Q17/005—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders by measuring a force, a pressure or a deformation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特定の工作物を保持して回転する締
付け装置の所定の締付け状態において遠心力を考
慮して存在する締付け力を、工作物の代りに締付
けられる締付け力検出器により検出する方法に関
する。
回転する締付け装置を使用すると遠心力の影響
が生じ、この遠心力が半径方向外側から工作物に
係合する締付け素子へ締付け力とは反対の方向に
作用して、締付け力を減少させる。遠心力の大き
さは半径方向に移動する締付け素子の質量と締付
け装置の回転数とに関係し、回転数の増大により
遠心力は２乗で大きくなる。遠心力がこのように
２乗で増大することにより、静止状態において存
在する締付け力は回転数の増大につれて減少する
ので、切削過程において、特に高い切削速度をも
つ最近の切削工具を使用して切削過程が行なわれ
ると、締付け力は工作物にとつて回転する締付け
装置の必要な保持力より小さくなり、工作物が締
付け装置から投げ出される危険がある。
この危険を回避するため、締付け装置の静止状
態におけるのみならず締付け装置の回転状態にお
ける締付け力も、工作物の代りに締付け装置へ締
付けられる締付け力検出器により測定することが
公知である。こうして加工すべき工作物を締付け
る前に、そのつどの動作条件において使用回転数
において遠心力にもかかわらず締付け装置により
発生される力が工作物を締付け装置に確実に保持
するのに充分であるかどうかを確認する試みがな
された。
この場合使用状態における締付け装置の保持力
が、締付け装置の剛性に関係するのみならず、そ
のつどの工作物の剛性と相互作用することは考慮
されない。
締付け装置の力および変形と締付けられる工作
物の力および変化とが平衡しているような静止締
付け装置の締付け状態から出発して、回転してい
る締付け装置ではこの平衡状態では遠心力の影響
により変化する。遠心力の絶対値は締付け素子の
質量およびそのつどの回転数に関係しているが、
この遠心力の一部が静止状態で生ずる締付け力か
ら失われるにすぎない。遠心力の残りの部分は変
形すなわち締付け装置の押し広げに費やされる。
この締付け力を減少する部分と締付け力を減少
しない部分との関係は、同じ締付け装置および回
転数では、そのつど締付けられる工作物の締付け
個所に存在する剛性に大きく関係する。
締付け状態において締付け装置と工作物との間
に存在する平衡状態は、工作物が弾性範囲で変形
され、締付けエネルギーの一部が変形を介して工
作物に蓄えられるような大きさの力を締付け装置
が発生できることによつて得られる。
静止している主軸において締付け状態にある工
作物の剛性がわずかな場合、工作物の比較的大き
い変形がおこる結果、遠心力により締付け装置が
広がると、工作物もそれに追従して伸び、したが
つて締付け力損失はわずかである。これに反し剛
性の大きい工作物では、同じ状態で同じ大きさの
締付け力が導入されるにもかかわらず、工作物の
大きい剛性により変形はわずかである。したがつ
て同じ遠心力が生ずると、わずかな復帰伸びしか
利用されないので、剛性のある工作物における同
じ締付け状態では、軟らかい工作物におけるより
少ない残留締付け力しか残らない。したがつて工
作物の剛性は、ほかの状態を同じとして、遠心力
の影響で残る締付け力に対して重要な意味をもつ
ている。
本発明の基礎になつている課題は、特定の工作
物を保持して回転する締付け装置の所定の締付け
状態において遠心力を考慮して存在する締付け力
を、工作物の代りに締付けられる締付け力検出器
により検出する方法を提供するものであるが、工
作物の剛性を考慮することによつて、誤差のある
仮定に基く公知の方法に伴う事故の危険を回避
し、測定過程においてそれぞれの工作物の代りに
締付け力検出器を使用するにもかかわらず、特定
の工作物を次に締付ける際締付け装置の所定の回
転数において存在する締付け力を比較的精確に検
出することにある。
本発明によるこの課題の解決策は、回転する締
付け装置の所定の締付け状態において締付け力検
出器により測定される締付け力を計算機へ供給
し、工作物の締付けの際生ずる締付け力を計算す
るため、入力記憶装置からこの計算機へ締付け装
置および工作物の剛性の値を供給することを特徴
としている。
本発明による方法によつて、締付け力検出器を
使用して検出される締付け力を、回転する締付け
装置の所定の回転数において工作物の締付けによ
り実際に生ずる締付け力へきわめてよく近似させ
ることができるので、これまでの安全係数を著し
く小さくすることができる。これにより変形し易
い工作物では締付けによる望ましくない変形を回
避し、剛性のある工作物では大きい切削能力を適
用できるので、事故に対する安全性をそこなうこ
となく、最近の切削工具に基いて著しく上昇して
いる切削速度を実現することができる。
本発明の別の特徴によれば、締付け装置、工作
物および締付け力検出器の剛性に対して一次関数
を仮定して、締付け力損失を次式により計算する ΔFSpW＝ΔFSpA（１＋RF／RA）／１＋RF／RW ただしΔFSpWは締付け力検出器で測定される締
付け力損失、RFは締付け装置の剛性、RAは締付
け力検出器の剛性、RWは工作物の剛性。種々の
剛性に対して前述したように一次関数を仮定する
にもかかわらず、本発明のこの提案により、本発
明による方法で検出される締付け力を実際に生ず
る締付け力へきわめてよく近似させることができ
るので、簡単な計算過程を行なうことができる。
もちろん本発明の方法により、締付け装置、工作
物および締付け力検出器の剛性の変化を、計算さ
れるか見出された非一次関数に基いて入力記憶装
置へ供給して、実際に生ずる締付け力への近似を
改善することもできる。
さらに本発明の方法では、締付け装置の全回転
数範囲にわたつて所定の回転数段階の間隔で、特
定の工作物の締付けの際使用される締付け力を検
出して記憶装置へ供給し、この記憶装置から必要
に応じてその値を読出すことができる。この場合
選択可能な回転数で使用される締付け力が検出さ
れるのみならず、選択された回転数に対して検出
された締付け力が小さすぎるかあるいは大きすぎ
て、加工を行なう場合安全上の理由からもつと低
い回転数を選ばねばならないか、あるいは切削能
力をもつとよく利用するためもつと高い回転数を
選ぶことができる場合、操作者がそれを決定する
のに助けとなる。
さらに本発明による方法では、工作物のそのつ
どの締付け力のほかに回転数も表示することが可
能である。最後に本発明によれば、締付け装置、
締付け力検出器およびそのつどの工作物の入力さ
れる剛性の値を常に表示して、これらの値を工作
機械の操作者がいつでも知ることができるように
するのが可能となる。
本発明による締付け力の検出方法を図面により
以下に説明する。
第１図のａには、チヤツクＦにおける工作物
W1の締付け状態が示され、この場合工作物W1は
中実材料からできている。ｂには締付け力の変化
（縦軸）がチヤツクＦおよび工作物W1の変形（横
軸）について示されている。この線図からわかる
ように、工作物W1を締付けたチヤツクＦが回転
していないと、平衡状態が存在する。チヤツクＦ
が回転しない場合における締付け力FSpOは、チヤ
ツクＦの実際の剛性に応じてチヤツクＦの変形
ΔVFを生じ、同時に工作物W1の剛性RW1に応じ
て工作物W1の変形ΔVWを生ずる。換言すればこ
れは、チヤツクＦが締付け力FSpOにより特性曲線
RFに従つて広がり、工作物W1が特性曲線RW1に
従つて変形したことを意味している。
さてチヤツクＦが回転せしめられると、締付け
力FSpOのほかに遠心力FCが作用する。この遠心力
FCはチヤツクＦをさらに広げるので、静止状態
にある締付け力FSpOは締付け力損失ΔFSpW1だけ減
少せしめられる。今や工作物W1を保持するため
に、保持力FSpW1だけが利用される。剛性の大き
い工作物では、変形に対する力の立上りは非常に
急峻なので、中実材料から作られる工作物W1に
おける締付け力損失ΔFSpは非常に大きい。
第２図のａでは、同じチヤツクＦすなわち同じ
剛性RFをもつチヤツクに、穴をもつ工作物W2が
締付けられる。この工作物W2は穴のため小さい
剛性RW2をもつている。ｂにより静止状態で同じ
締付け力FSpOが導入される。再び平衡状態が生ず
る。
さて第１図ｂにおけるのと同じ回転数でチヤツ
クＦが回転せしめられると、再び同じ遠心力FC
が生ずる。しかし工作物W2の剛性RW2の特性曲
線は工作物W1の剛性RW1の特性曲線よりゆるい
傾斜で延びているので、締付け力損失ΔFSpW2は
著しく小さい。したがつて第２図のｂからわかる
ように、工作物W2を切削するための保持力FSpW2
は、同じ回転数で検出される工作物W1の保持力
FSpW1より著しく大きい。
したがつて第１図および第２図のｂから明らか
にわかるように、工作物を保持する保持力は工作
物の剛性に大きく関係する。
さて第３図には、工作物W1またはW2の代りに
締付け力検出器ＡをチヤツクＦに締付けた場合前
述の２つの図に相当する状態が示されている。こ
こで締付け力検出器Ａの剛性RAが工作物W1の剛
性RW1と工作物W2の剛性RW2との間にあるものと
仮定する。両方の剛性RW1およびRW2の特性曲線
は第３図に細い線で記入してある。
第３図にも、同じチヤツクＦおよび同じ回転数
において遠心力FCが記入されている。この遠心
力FCはチヤツクＦが回転されるときに生ずるも
のである。締付け力損失ΔFSpAの差引き後締付け
力検出器Ａの保持力FSpAが得られる。
第１図、第２図および第３図による３つの線図
ｂを比較するとわかるように、チヤツクＦの変形
力ΔFは、遠心力による締付け力損失ΔFSpと同様
に、締付けられる工作物W1およびW2または締付
け力検出器Ａの剛性に大きく関係する。回転する
チヤツクＦの所定の締付け状態において締付け力
検出器Ａにより測定される締付け力検出器Ａの保
持力FSpAは計算機へ供給され、それぞれの工作物
Ｗの剛性RWおよび締付け力検出器Ａの剛性RAの
入力値を考慮して、この計算機がそれぞれの工作
物Ｗに対して有効に生ずる保持力FSpWを計算する
ので、遠心力FCを考慮して特定の工作物を保持
するために存在する保持力の検出の際誤差が回避
される。
第４図には、締付け力検出器Ａおよび特に剛性
のある工作物W1に対して、特定のチヤツクＦの
保持力の経過を回転数ｎについて記入してある。
この線図からわかるように、回転する締付け力検
出器Ａにより測定される目標値は、剛性RAをも
つ締付け力検出器Ａの代りに著しく大きい剛性
RW1をもつ工作物W1をチヤツクＦに締付けたと
きに生ずる実際値より著しく大きい。第１図から
明らかにわかるように、このような状態は特に危
険である。なぜならば、そのつどの加工の場合に
対して仮定される締付け力FSpAより実際の締付け
力の方が著しく小さいため、工作物W1が切削に
よる荷重を受けてチヤツクＦから投げ飛ばされる
ことがあるからである。
第４図に対応する第５図の線図には、工作物
W2が締付け力検出器Ａより軟らかいため、締付
け力検出器Ａで測定される保持力FSpAがこの工作
物W2の実際の保持力FSpW2より著しく小さい所に
あることが示されている。したがつて締付け力検
出器Ａにより測定される目標値FSpAは、締付け力
検出器Ａの代りに工作物W2をチヤツクＦに締付
ける際生ずる実際値FSpW2より著しく低い所にあ
る。
この場合は、軟らかい工作物W2を締付けると、
工作物W2が不必要に変形し、したがつて部分的
には許容できない形状偏差が生ずることを示して
いる。したがつてこの例では、所定の締付け状態
において存在する締付け力を検出する本発明の方
法なしでは、大きすぎる締付け力が存在すること
になる。
第４図および第５図は、本発明を使用しないと
どんな誤差が生ずるかを示している。本発明によ
りこの誤差は、締付け力検出器Ａで測定される保
持力FSpAの値から、それぞれの工作物W1または
W2に対して存在する実際の保持力FSpW1または
FSpW2が検出されて表示されることによつて除去
される。特定の工作物に対して規定されて第４図
および第５図の目標値FSpAに対応する保持力を、
締付けパラメータの変化によつてできるだけ精確
に得るということが、今や操作者の役割となる。
このため特に締付けのため導入される力が変化さ
れる。
したがつて本発明による方法によつてはじめ
て、実際に切削過程のための締付け過程を最適化
して、そのつど切削すべき工作物Ｗに対してチヤ
ツクＦの最適な保持力FSpが実際に存在するよう
にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図のａは中実材料からなる工作物を締付け
たチヤツクの側面図、ｂは工作物に作用する遠心
力を考慮してチヤツクおよびそれに締付けられた
工作物の変形を締付け力に関して示す線図、第２
図のａおよびｂは中実工作物の代りに穴をもつ工
作物を締付けた場合における第１図のａおよびｂ
に対応する図、第３図のａおよびｂは工作物の代
りに締付け力検出器を同じチヤツクに締付けた場
合における第１図のａおよびｂに対応する図、第
４図は第１図による締付けの場合回転数に関して
締付け力の経過を示す線図、第５図は第２図によ
る工作物の締付け力の経過を回転数に関して示す
線図である。 Ａ……締付け力検出器、Ｆ……チヤツク、W1，
W2……工作物。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 特定の工作物を保持して回転する締付け装置
    の所定の締付け状態において遠心力を考慮して存
    在する締付け力を、工作物の代りに締付けられる
    締付け力検出器により検出する方法において、回
    転する締付け装置の所定の締付け状態において締
    付け力検出器により測定される締付け力を計算機
    へ供給し、工作物の締付けの際生ずる締付け力を
    計算するため、入力記憶装置からこの計算機へ締
    付け装置および工作物の剛性の値を供給すること
    を特徴とする、締付け力検出方法。 ２ 締付け装置、工作物および締付け力検出器の
    剛性に対して一次関数を仮定して、締付け力損失
    を次式により計算する ΔFSpW＝ΔFSpA（１＋RF／RA）／１＋RF／RW ただしΔFSpWは締付け力検出器で測定される締
    付け力損失、RFは締付け装置の剛性、RAは締付
    け力検出器の剛性、RWは工作物の剛性 ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載
    の方法。 ３ 締付け装置の全回転数範囲にわたつて所定の
    回転数段階の間隔で、特定の工作物の締付けの際
    使用される締付け力を検出して記憶装置へ供給
    し、この記憶装置から必要に応じてその値を読出
    すことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記
    載の方法。 ４ 工作物のそのつどの締付け力のほかに回転数
    も表示することを特徴とする、特許請求の範囲第
    １項に記載の方法。 ５ 締付け装置、締付け力検出器およびそのつど
    の工作物の入力される剛性の値を常に表示するこ
    とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
    方法。
JP57217146A 1981-12-15 1982-12-13 締付け力検出方法 Granted JPS58109276A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3149612.1 1981-12-15
DE3149612A DE3149612C2 (de) 1981-12-15 1981-12-15 Verfahren zur Ermittlung der Spannkraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58109276A JPS58109276A (ja) 1983-06-29
JPH022525B2 true JPH022525B2 (ja) 1990-01-18

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ID=6148763

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JP57217146A Granted JPS58109276A (ja) 1981-12-15 1982-12-13 締付け力検出方法

Country Status (8)

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US (1) US4603395A (ja)
JP (1) JPS58109276A (ja)
CH (1) CH668480A5 (ja)
DE (1) DE3149612C2 (ja)
FR (1) FR2518261B1 (ja)
GB (1) GB2112152B (ja)
IT (1) IT1156144B (ja)
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SE8207132D0 (sv) 1982-12-14

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