JPH03149158A - Torque-thrust-bending force detecting spindle - Google Patents
Torque-thrust-bending force detecting spindleInfo
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- JPH03149158A JPH03149158A JP1286418A JP28641889A JPH03149158A JP H03149158 A JPH03149158 A JP H03149158A JP 1286418 A JP1286418 A JP 1286418A JP 28641889 A JP28641889 A JP 28641889A JP H03149158 A JPH03149158 A JP H03149158A
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Classifications
-
- 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
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
- B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は工作機械等において、工具等を固定し旋回する
装置に係り、特に工具に加わるトルク、スラスト、曲げ
力を検出するのに好適なスピンドルに関する。
〔従来の技術〕
ドリルや微小径工具を用いて機械加工する場合、工具の
破損を防止するため工具に加わるトルクや力を検出して
、工具に過大な負荷が加わらないように切込みの制御が
行われている。
従来の工具側でこれに加わる加工力をモニタする方法は
、特開昭63−207541に見るようにスピンドルの
ねじれからトルクを、またスピンドルを支持するコラム
の結合部に於てスラスト力を検出していた。
即ち第3図に示すように、トルクは、ねじれ部30に生
したねじれに基づく位相差をカウンタ3で計測し、回転
検出器32からの信号で補正して演算制御部33で演算
していた。また、スラスト力は平行平板構造34のひず
みゲージ35で検出していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記の従来技術では、トルクおよびスラス
ト力のみを検出しているので、工具に作用する曲げ力を
検出することができず工具の破損を完全に防止すること
が難しいという問題点があった・
本発明の目的は上記従来技術の欠点をなくシ。
トルク、スラスト力、曲げ力の検知が可能なスピンドル
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明は、両端にフランジを
有し、エアーベアリングで支持されたロータの一端に工
具の固定手段を備え、他端を円周上の一部が入力側と他
の一部が出力側とそれぞれ連結されたリング状の継ぎ手
を介してモータと結合し、このリングの捩れを検出する
センサと、前記継ぎ手側のフランジのロータ軸方向の変
位及び傾きを検出するセンサとを配置したことを特徴と
するものである。そして、ロータの両端にフランジを有
し−ロータ部及びフランジ部をエアーベアリング部をエ
アーベアリングで支持された該ロータの一端に工具を固
定するコレットチャックを取付け、他端を円周上の一部
が入力側と他の一部が出力側とそれぞれ連結されたリン
グ状の継ぎ手を介してモータと結合し、このリングの外
周面に対面して非接触変位センサを配置し、且つ前記継
ぎ手側のフランジ面に対向して、非接触変位センサを同
心円上に90度おきに配置したことを特徴とするもので
ある。
〔作用〕
上記構成によれば、工具先端にトルクが加わると、弾性
リングは半径方向に変位する。この変位量からトルクの
大きさを検出し、またスラスト力によりスラストベアリ
ングを構成するフランジ部が軸方向に変位し、曲げ力に
よりフランジ部が傾くことから、フランジ部に対向して
配置した4個の非接触変位センサにより、フランジ部の
軸方向の変位及び傾きを検出することによりスラスト力
、及び曲げ力を検知できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図及び第2図に基づいて説
明する。
ラジアルエアーベアリング5とスラストエアーベアリン
グ4a、4bで支持されたロータ2とフランジ3a、3
おより構成されたスピンドル1の先端には工具6がコレ
ットチャック7内にナツト8により把握されている。ま
たスピンドル1の後端はモータの出力軸12と弾性リン
グ11を介してつながっている。尚、符号の13はモー
タロータ、14はモータステータである。弾性リング1
1にはマーカ15があり、非接触変位センサ10a、1
0bが弾性リング11の外周面に対面して設置されてい
る。またフランジ3bに対向して非接触変位センサ9a
、9b、9c、9dが同心円上に90度おきに配置され
ている。
いま工具6にトルク、スラスト力、曲げ力が加わると、
弾性リング11はトルクの大きさに応じた量だけ半径方
向に変形するのでその変形量を非接触変位センサloa
、10bにより検出し、それぞれのアンプ21a−21
bの出力を演算回路23で処理することによりトルクの
大きさを検知できる。
またスラストベアリングを構成するフランジ3bはスラ
スト力による軸方向の変位と曲げ力による傾きを生ずる
。フランジ3bに対向して置かれた4個の非接触変位セ
ンサの出力をそれぞれΔa。
Δb、ΔC,Δdとすると、軸方向の変位はΔS=(Δ
a+Δb+ΔC+Δd)/4傾き量は
Δに=J ((Δa+Δb)”+ (Δb−Δd) ”
) /4となる。
したがって非接触変位センサ9a、9b、9c。
9d、のそれぞれのアンプ22a、22b、22c、2
2dからの出力を演算回路23により上記の式の基づい
て処理することにより、スラスト力及び曲げ力を知るこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、工具に加わるトルク、スラスト力、曲
げ力を正確に知ることができるので、工具の折れや被削
物の損傷がない機械加工が可能となる効果がある。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for fixing and rotating tools in machine tools, etc., and is particularly suitable for detecting torque, thrust, and bending force applied to tools. Regarding the spindle. [Conventional technology] When performing machining using a drill or small-diameter tool, the torque and force applied to the tool are detected to prevent damage to the tool, and the depth of cut is controlled to prevent excessive load from being applied to the tool. It is being done. The conventional method of monitoring the machining force applied on the tool side is to detect the torque from the torsion of the spindle and the thrust force at the joint of the column supporting the spindle, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 63-207541. was. That is, as shown in FIG. 3, the torque is calculated by measuring the phase difference based on the twist produced in the twisting portion 30 with a counter 3, correcting it with a signal from a rotation detector 32, and calculating it with an arithmetic control section 33. . Further, the thrust force was detected by a strain gauge 35 of the parallel plate structure 34. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned conventional technology, only torque and thrust force are detected, so bending force acting on the tool cannot be detected, and damage to the tool cannot be completely prevented. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above. The object of the present invention is to provide a spindle that can detect torque, thrust force, and bending force. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has flanges at both ends and is supported by an air bearing.One end of the rotor is provided with means for fixing a tool, and the other end is provided with a tool fixing means on the circumference. is connected to the motor via a ring-shaped joint in which one part is connected to the input side and the other part to the output side, and a sensor detects the torsion of this ring, and a flange on the joint side is connected to the motor in the rotor axial direction. A sensor for detecting the displacement and inclination of the sensor is disposed. The rotor has flanges at both ends - the rotor part and the flange part are supported by an air bearing part.A collet chuck for fixing a tool is attached to one end of the rotor, and the other end is attached to a part of the circumference. is connected to the motor via a ring-shaped joint in which the input side and the other part are connected to the output side, and a non-contact displacement sensor is disposed facing the outer peripheral surface of this ring, and It is characterized in that non-contact displacement sensors are arranged concentrically every 90 degrees facing the flange surface. [Operation] According to the above configuration, when torque is applied to the tip of the tool, the elastic ring is displaced in the radial direction. The magnitude of the torque is detected from this amount of displacement, and since the flange that makes up the thrust bearing is displaced in the axial direction due to thrust force, and the flange is tilted due to bending force, four The non-contact displacement sensor can detect thrust force and bending force by detecting the axial displacement and inclination of the flange portion. [Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described based on FIGS. 1 and 2. Rotor 2 and flanges 3a, 3 supported by radial air bearing 5 and thrust air bearings 4a, 4b
A tool 6 is gripped by a nut 8 in a collet chuck 7 at the tip of the spindle 1 which is formed by a screwdriver. Further, the rear end of the spindle 1 is connected to an output shaft 12 of a motor via an elastic ring 11. Note that 13 is a motor rotor, and 14 is a motor stator. elastic ring 1
1 has a marker 15, and non-contact displacement sensor 10a, 1
0b is installed facing the outer peripheral surface of the elastic ring 11. Also, a non-contact displacement sensor 9a is provided opposite the flange 3b.
, 9b, 9c, and 9d are arranged concentrically every 90 degrees. Now, when torque, thrust force, and bending force are applied to tool 6,
Since the elastic ring 11 deforms in the radial direction by an amount corresponding to the magnitude of the torque, the amount of deformation is detected by a non-contact displacement sensor loa.
, 10b, and the respective amplifiers 21a-21
By processing the output of b in the arithmetic circuit 23, the magnitude of the torque can be detected. Further, the flange 3b constituting the thrust bearing undergoes axial displacement due to thrust force and inclination due to bending force. The outputs of the four non-contact displacement sensors placed opposite the flange 3b are each Δa. If Δb, ΔC, Δd, the displacement in the axial direction is ΔS=(Δ
a+Δb+ΔC+Δd)/4 The amount of slope is Δ=J ((Δa+Δb)”+ (Δb−Δd)”
) /4. Therefore, non-contact displacement sensors 9a, 9b, 9c. 9d, respective amplifiers 22a, 22b, 22c, 2
By processing the output from 2d by the arithmetic circuit 23 based on the above equation, the thrust force and bending force can be determined. [Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to accurately know the torque, thrust force, and bending force applied to the tool, so it is possible to perform machining without breaking the tool or damaging the workpiece. .
第1図は本発明の一実施例の要部断面図、第2図は本実
施例の検出部の斜視図、第3図は従来例のトルク及びス
ラスト力の検出装置の概念図である。
■・・・−・・・・・・・・・・スピンドル2・・・・
・・・−・・・・・・・ロータ3・・・・・−一−−・
・・・−・フランジ4−・・・・・・・・・・・・・・
スラストベアリング5・−・・・・・・・・−・・・−
ラジアルベアリング6・・・・・・・・・・・−・・・
ドリル7・−・・−・・−・−−m−・コレットチャッ
ク8−・・・−・・・・・−・・−ナツト9・−・・−
・・−・・−非接触変位センサ10・・−・・・・・・
・・・非接触変位センサ11・・・・・・・・・・−・
弾性リング12・・・・・・・・・・・・モータシャフ
ト13・・−・−・・・・・−・モータロータ14・・
・・−・−・・−・・モータステータ15・・・・・・
・・−・・・マーカ
21.22−・・アンプFIG. 1 is a sectional view of a main part of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a detection section of this embodiment, and FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional torque and thrust force detection device. ■・・・−・・・・・・・・・ Spindle 2・・・・
・・・−・・・・・・Rotor 3・・・・・・−1−−・
・・・−・Flange 4−・・・・・・・・・・・・・・・
Thrust bearing 5・・・・・・・・・・・・−
Radial bearing 6・・・・・・・・・・・・-・・・
Drill 7・−・・−・・−・−−m−・Collet chuck 8−・・・−・・・−・・−Nut 9・−・・−
・・・・・Non-contact displacement sensor 10 ・・−・・・・・・
...Non-contact displacement sensor 11...
Elastic ring 12...Motor shaft 13...--Motor rotor 14...
・・−・−・・−・・Motor stator 15・・・・・・
...Marker 21.22-...Amplifier
Claims (1)
れたロータの一端に工具の固定手段を備え、他端を円周
上の一部が入力側と他の一部が出力側とそれぞれ連結さ
れたリング状の継ぎ手を介してモータと結合し、このリ
ングの捩れを検出するセンサと、前記継ぎ手側のフラン
ジのロータ軸方向の変位及び傾きを検出するセンサとを
配置したことを特徴とするトルク、スラスト、曲げ力検
知スピンドル。 2、ロータの両端にフランジを有し、ロータ部及びフラ
ンジ部をエアーベアリング部で支持された該ロータの一
端に工具を固定するコレットチャックを取付け、他端を
円周上の一部が入力側と他の一部が出力側とそれぞれ連
結されたリング状の継ぎ手を介してモータと結合し、こ
のリングの外周面に対面して非接触変位センサを配置し
、且つ前記継ぎ手側のフランジ面に対向して、非接触変
位センサを同心円上に90度おきに配置したことを特徴
とするトルク、スラスト、曲げ力検知スピンドル。[Claims] 1. A rotor having flanges at both ends and supported by an air bearing is provided with a tool fixing means at one end, and the other end is arranged such that one part on the circumference is the input side and the other part is the input side. A sensor is connected to the motor via a ring-shaped joint connected to the output side, and a sensor for detecting the torsion of the ring and a sensor for detecting the displacement and inclination of the flange on the joint side in the rotor axial direction are arranged. A torque, thrust, and bending force sensing spindle. 2. The rotor has flanges at both ends, and the rotor and flange are supported by air bearings. A collet chuck for fixing tools is attached to one end of the rotor, and a part of the circumference of the other end is attached to the input side. and the other part are connected to the motor via ring-shaped joints connected to the output side, and a non-contact displacement sensor is disposed facing the outer peripheral surface of this ring, and a flange surface on the joint side is connected to the motor. A torque, thrust, and bending force detection spindle, characterized in that non-contact displacement sensors are arranged facing each other on a concentric circle every 90 degrees.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1286418A JPH03149158A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Torque-thrust-bending force detecting spindle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1286418A JPH03149158A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Torque-thrust-bending force detecting spindle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03149158A true JPH03149158A (en) | 1991-06-25 |
Family
ID=17704133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1286418A Pending JPH03149158A (en) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | Torque-thrust-bending force detecting spindle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03149158A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2019507021A (en) * | 2015-12-22 | 2019-03-14 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | Sensor module and tool holder for cutting tools |
-
1989
- 1989-11-02 JP JP1286418A patent/JPH03149158A/en active Pending
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