JPH03281148A - 過負荷トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、切削中に生じる工具の過負荷トル夕を検出
し、工具折損予知を行なうようにした過負荷トルク検出
装置に関する。

従来の技術 ■工具ホルダと一体の基準歯車とこの基準歯車に対し、
切削トルクに比例してねじれを生じる弾性変位部を介し
て連結された変位歯車を夫々別々の近接スイッチのよう
な位相検出器で検出して両歯車の位相差から信号処理部
で切削トルクを推定し、正常工具の場合と比較するもの
（特開昭５９−１４２０４９号）、 ■スピンドルに一体装着される回転部材に対し、チャッ
ク取付部材のねじ棒を相対回動可能に螺合し、回転部材
とチャック取付部材間のねじりコイルばねの設定伝達ト
ルクを越えると回転部材とチャック取付部材の位相がず
れ、これによってねじ棒がねじの作用で軸方向に変位し
て過負荷トルクを取出すもの（実公昭５４−１００６０
号）などがある。

発明が解決しようとする課題 前記■によれば、位相検出器を２つ持つので例えば、切
削屑の位相検出器への付着による誤作動が生じ易い。ま
た■によれば、過負荷トルク発生時にこれをねじ捧の軸
方向変位として取出すために、回転部材とチャック取付
部材の位相がかなり大きくずれるようにしであるのでね
じりコイルばねのねじり強さに抗してねじりコイルばね
の設定伝達トルクを大きく越えた場合でないと過負荷ト
ルクを検出できない難点がある。またこのように回転部
材とチャック取付部材の位相が大きくずれるのには時間
がかかるので、瞬時にスピンドルに停止指令が出力され
ない問題もある。

課題を解決するための手段 この発明は前記問題を解決するために、工具ホルダの過
負荷トルクをホルダ軸と工具保持筒に夫々設けた検出子
間の回転ずれどして検出するものにおいて、前記一方の
検出子の一対の検出表示部間に他方の検出子の検出表示
を挟んで一対の回転ずれの検出域を形成し、これらの検
出域を位相判定器で検出して対応する一対の検出信号を
比較して工具の過負荷トルクを判別するようにしたこと
３ を特徴とする。

作用 過負荷トルクの発生により一対の検出域の一方の間隔が
所定量波がり、他方の間隔が所定量縮まるのでこれらの
検出域を検出した検出信号を比較（差をとる）すること
によって、変位検出子の回転量の２倍の量が比較結果と
して含まれる。その為、一方の検出子に対する他方の検
出子の回動量を極めて小さく設定しても確実な過負荷ト
ルク検出が行なわれ、過負荷トルク発生時、瞬時に停止
指令等が出力できる。

実施例 第１図に示すように、ホルダ軸１はテーパシャンク２ａ
を有する本体２、本体２と一体の把持部３、本体２の中
心に軸方向摺動可能に挿通した支持軸４及び支持軸４を
前方（第１図左方）へ付勢するばね５を備えている。ば
ね５は後述の工具保持筒のドリル等の工具１３に生ずる
スラスト荷重を受けるもので、一定の設定スラスト荷重
を越えるまでは軸方向後方にたわまない。支持軸４の前
４ 端面ば円錐面６に形成されると共に、支持軸４にはスリ
ーブ７が遊嵌され、スリーブ７の後端面は円錐面８に形
成しである。これらの円錐面６．８を支承する大、小の
ピボット玉軸受９．１０が工具保持筒２０の支承筒２１
に嵌着しである。支持軸４に軸方向前方へ移動不能に装
着したスペーサ１１とスリーブ７の鍔部７ａとの間には
スプリング１２が介装され、このスプリング１２のばね
力で、２つの円錐面６．８を介してピボット玉軸受９．
１０に予圧が付与される。このばね力は、ピボット玉軸
受９．１０による摩擦トルクを必要最小とする予圧とな
るように設定しである。支承筒２１の前端には工具１３
を保持するコレットチャック２３が取付けである。

支承筒２１には連結筒２４が外周に一体螺合され、この
連結筒２４にはトルク伝達用のねじりコイルばね２５の
一端が接続され、ばね他端は前記把持部３に連結しであ
る。この連結筒２４には第２図に示すように、上下２本
の位置決めピン２６が植設され、この位置決めピン２６
と係脱する多数の係止孔２７を有する係止リング２８が
把持部３との間に介装したばね２９により前方へ付勢し
である。従ってねじりコイルばね２５のねじり強さは、
検出リング２８をばね力に抗して後方（第１図右方）へ
動かして係止孔２７と位置決めピン２６の係合を外し、
その状態で支承筒２１と連結筒２４を円周方向へ回動し
た後、検出リング２８の係止孔２７と位置決めピン２６
を係合させることにより調整される。検出リング２８の
外周には第３図に示すように、複数個の凹部３０（本図
では３個）が削設されてその間が円周方向に等角度間隔
（第４図に示す角度θ（１２０度）おき）の３つの変位
検出子３１に形成されている。第４図に示すように変位
検出子３１は工具ホルダの回転方向両縁が後述の近接ス
イッチ４５による検出開始又は検出終了を示す検出表示
部３２．３３となっている。

３つの凹部３０内へ向かって、保持部３から３つの基準
検出子３４が突設されている。各基準検出子３４は第４
図に示すように中央が突出した階段状を成し、中央突出
部３５の回転方向両縁が後述の近接スイッチ４５による
検出開始又は検出終了を示す一対の検出表示部３６．３
７となっており、回転方向１２０度の間に一対の検出表
示部３６．３７と対応する１対の検出表示部３２．３３
との間で一対の回転ずれの検出域３８．３９が形成され
、このような検出域３８．３９が三対膜けである。これ
らの検出域３８．３９を検出した時近接スイッチ４５は
ＯＦＦとなる。１つの基準検出子３４の低段部４０の一
側面には変位検出子３１の一側に設けた斜面３１ａと係
合する斜面４０ａが形成してあり、前記ねじりコイルば
ね２５のねじり力で両斜面３１ａ、４０ａが当接してい
る時、低段部４ｏの他側面４０ｂと対向する検出表示部
３３との間には僅かな円周方向の遊び（第４のａ、絶対
値２ａに対応するパルスカウント値が後述の設定値ｔよ
り大となるようにしである）があるようにしてあり、前
記一対の検出域３８．３９と中央突出部３５及び変位検
出子３１の円周方向長さＬは全て同じ（３０度）に設定
しである。

７− 前記斜面３１ａ、４０ａは過負荷スラスト荷重で変位検
出子３１が軸方向後方へ移動するとこれを、変位検出子
３１の回動としてとらえるためのものである。

前記検出域３８．３９を検出する近接スイッチ（位相判
定器）４５は、第１図に示すように主軸ヘッド１５の前
面に固着したブラケット１６に１個取付けである。この
近接スイッチ４５からの信号は第５図に示す過負荷トル
ク（又はスラスト荷重）の判別手段５０へ送られるよう
にしである。

判別手段５０において、５１は周波数−電圧変換器５２
と電圧−周波数変換器５３により近接スイッチ４５から
の信号パルスを平均し、所定倍数逓倍してスピンドル１
７の１回転で所定数の基準パルスを発生するようにした
スピンドル角度パルス発生器、５４は近接スイッチ４５
の信号の立下りで立上り、立上りで立下がる（近接スイ
ッチ４５がＯＦＦの間開く）ゲート回路、５５はゲート
回路５４が開いている間に入力されてくるスピンドル角
度パルスＰｓを加算又は減算するカウンタ− 、５６は近接スイッチ４５（７）ＯＮ、ＯＦＦ信号の１
周期でカウンター５５に対する加算又は減算指令を切換
えると共に、立上りで判定指令信号を比較回路５７へ出
力する加算、減算切換回路、５７は判定指令があった時
にカウンター５５内のカウント値が設定回路５８で予め
設定される設定値ｔを越えたかを判定する比較回路、５
９は比較回路５７で判定後に前記カウンター５５をリセ
ットするリセット回路、６０は比較回路５７での比較結
果が設定値ｔを越えたときに過負荷トルク（又はスラス
ト）検出信号を出力信号として出力する出力回路である
。前記設定値ｔは切削前の無負荷時に近接スイッチ４５
が前記一対の検出域３８．３９を検出した時のカウンタ
ー５５のパルスカウント値の差に許容値を加えたものが
設定される。

製作誤差がないとすると、この実施例では一対の検出域
３８．３９でのパルスカウント値の差はゼロとなる。尚
、スピンドル角度パルスＰｓは他にスピンドル１７の駆
動用サーボモータのエンコーダ出力を用いても良い。ま
た、スピンドル角度パルスＰｓに代えて一定周波数で時
間パルスを出力するようにし、これをカウンターでカウ
ントして前記一対の検出域３８．３９のカウント値の差
が設定値ｔを越えたら過負荷の出力信号を出力しても良
い。この場合、設定値はスピンドル１７の回転速度に依
存するので、回転速度に対する補正が必要である。

さて、前記のような構成によれば、正常切削時ホルダ軸
１の回転はねじりコイルばね２５を介して工具保持筒２
０へ伝えられ加工が行なわれる。

近接スイッチ４５からはＯＮ、ＯＦＦ信号が繰り返し出
力される。検出域３８ではＯＦＦ　（第６図Ａｌ）とな
り、この間にゲート回路５４が開き（第６図Ａ２）加算
、減算切換回路５６の加算指令（第６図Ａ３）のもとに
カウンター５５内にスピンドル角度パルスＰｓが加算さ
れ（第６図Ａ　４．　）、近接スイッチ４５が中央突出
部３５を検出してＯＮとなると（第６図Ａ５）ゲート回
路５４が閉じ（第６図Ａ６）減算に切換ねり（第６図Ａ
７）、再び近接スイッチ４５が検出域３９を検出してＯ
ＦＦとなると（第６図Ａ８）カウンター５５内に先程加
算したパルスカウント値からスピンドル角度パルスＰｓ
を減じ（第６図Ａ９）、近接スイッチ４５が変位検出子
３１を検出してＯＮとなると（第６図Ａｌ０）、判定指
令信号が出力されてカウンター５５内のカウント値が設
定値ｔと比較される。正常加工の場合、ねじりコイルば
ね２５により変位検出子３１と基準検出子３４の斜面３
１ａ、３４ａが当接した状態なので検出域３８．３９の
長さは同一であるからカウンター５５内のカウント値は
ゼロとなり、過負荷トルクの出力信号は出されない。

工具１３の切れ味が悪くなるか、もしくは切粉づまり等
によりトルクがねじりコイルばね２５で設定した伝達ト
ルクを越えると、変位検出子３１が基準検出子３４に対
して回転遅れを生じ、相対的に基準検出子３４が第４図
に示す遊びａだけ回転して低段部４０の側面４０ｂが検
出表示部３３に当接する。この相対回動により検出域３
８の円周方向長さはＬ−ａに、また検出域３９の円周方
１１− 向長さはＬ＋ａとなる。従って検出域３８で加算しく第
６図Ｂ１）、検出域３９で減算（第６図Ｂ２）した結果
は一２ａ（第６図８３）となり、その絶対値は設定値ｔ
より大となるので出力回路６０から過負荷トルクの出力
信号Ｃが出力される。

この過負荷トルクの出力信号Ｃによって、スピンド駆動
モータに停止指令を出力したり、あるいは、ステップバ
ック動作を指令したり、更にほこの出力信号を計数する
寿命カウンタを設けておき、寿命カウンタ内の計数値が
所定回数を越えたときに、加工途中でもその工具と同一
の新しい工具に工具交換を行なう。近接スイッチ４５の
検出タイミングによっては検出域３９で加算しく第６図
８４）。

検出域３８で減算する（第６図８５）こともあり、この
場合でも比較結果（差）の絶対値は２ａ（第６図８６）
となるので設定値しどの比較により過負荷トルクの検出
が行なわれることになる。尚、」二記した判別手段５０
はコンピュータによってソフトウェア的に処理しても良
い。

このように過負荷トルクの判別において、変位２− 検出子３１と基準検出子３４の相対回動量（遊び）の２
倍の値が比較結果として出力されてくるため、相対回動
量の値を極めて小さくしても過負荷トルクの検出が行な
われることになる。従ってねじりコイルばね２５で設定
した伝達トルクを僅かに越えた場合でも、瞬時にこれを
検出してその後の対応動作に移ることができる。

次に工具摩耗により、過負荷スラスト荷重が工具１３に
生じた場合について説明する。ばね５による設定スラス
ト荷重を越える過負荷スラスト荷重が工具１３に生じる
までばばね５は後方へたわまず、変位検出子３１と基準
検出子３４とは第４図に示す関係にある。工具１３に過
負荷スラスト荷重が生じると、工具保持筒２０と共に支
持軸４が本体２に対して後退する。これにより変位検出
子３１が基準検出子３４に対して後退し、斜面３１ａと
斜面３４ａとの係合により変位検出子３１が基準検出子
３４に対して回転方向と逆方向へ所定角度（本実施例の
場合遊びａ）だけ回動する。

この回動によって前記したと同様に検出域３８．３９間
でカウントされるパルス数に差が生じるので、これによ
り過負荷トルク荷重の検出信号が出力信号として出力さ
れる。

この実施例では過負荷スラスト荷重を検出するのに変位
検出子３１の軸方向移動を変位検出子３１の回転として
取出し、過負荷トルクの検出を行なう近接スイッチ４５
により検出するようにしたので、過負荷スラスト荷重検
出用に別に検出スイッチを設けなくても良い。

他の実施例 第７図に変位検出子３１と基準検出子３４の形状の他の
例を示す。尚１本実施例では前記実施例において過負荷
スラスト荷重の検出のための構造（第１図の支持軸４と
ばね５による支持軸４の摺動構造、検出子３１．３４の
間の斜面３１ａ、４０ａが省略してあり、支持軸４は本
体２と一体にしであるものとする。検出リング２８の変
位検出子３１の円周方向間隔の遠い一対の検出表示部３
２．３３間の円周方向の長さは間隔の短い一対の検出表
示部３２．３３間の長さしの３倍に設定しである。各変
位検出子３１の円周方向長さは同一（１５度）に設定し
である。一方、基準検出子３４の一対の検出表示部３６
．３７が前記一対の検出表示部３２．３３間に挟まれて
おり、回転方向後方の突出部３４ａとこれと対応する変
位検出子３１が前記実施例同様にねじりコイルばねで当
接している状態で、回転方向前方の突出部３４ｂとこれ
に対応する変位検出子３１との間に近接スイッチ４５の
動作特性から決定され、近接スイッチ４５では検出でき
ない隙間（円周方向の遊び）ｂが設けてあり、一対の変
位検出子３１と突出部３４ａ、３４．　ｂによって一対
の検出域３８．３９が形成される。前記隙間すの２倍の
絶対値２ｂに対応するスピンドル角度パルス数が設定値
ｔより大となるようにしである。この検出域３８．３９
は前記の長さしと同一としてあり、夫々近接スイッチ４
５により検出され近接スイッチ４５がＯＮ信号を出力す
る。過負荷トルクが生じると基準検出子３４が前記遊び
ｂだけ相対回動し、検出域３８の長さはＬ−ｂに、検出
域３９はＬ＋ｂとなる。

１５− 従って、近接スイッチ４５が検出域３８を検出してＯＮ
信号を出力している間にスピンドル角度パルスを加算し
、検出域３９を検出してＯＮ信号を出力している間に減
算すればカウンター５５のカウント値の絶対値は量２ｂ
に対応するスピンドル角度パルス数となり、この値は許
容負荷トルクの設定値しより大であるので過負荷トルク
の検出信号が得られることになる。

発明の効果 以上のようにこの発明の装置によれば、一方の検出子の
一対の検出表示部の間に他方の検出子の検出表示部を挟
んで一対の検出域を形成したので、過負荷トルクにより
一対の検出域の一方の間隔が所定量波がり、他方の間隔
が所定量縮まるため、この検出域に対応して出力される
検出信号を比較することにより過負荷トルクが生じたこ
とを判別することができる。しかも検出信号の比較結果
は、その差を判別することで基準検出子に対する変位検
出子の回動量の２倍の量が含まれてくるので、回動量を
極めて小さく設定しても確実な過負荷検１日− 出ができ、弾性変位部の設定トルク値を僅かに越えた場
合にも瞬時にこれを検出でき、工具の折損予知が確実と
なる。更に、基準検出子の間に変位検出子を挟んで検出
域を同一面内に変位させたので位相検出器を１つ設ける
だけでよく、構成が簡易となり、しかも切粉等の付着も
検出スイッチが２つの場合よりも少なくなり誤作動も少
なくし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置に用いる工具ホルダの断面図、第
２図は第１図の■−■断面図、第３図は第１図の■−■
断面図、第４図は基準検出子と変位検出子の円周方向展
開図、第５図は判別手段のブロック図、第６図は信号関
係図、第７図は基準検出子と変位検出子の他の実施例で
ある。 １・・・ホルダ軸、２０・・・工具保持筒、２５・・・
ねじりコイルばね、３１・・・変位検出子、３２．３３
．３６．３７・・・検出表示部、３４・・・基準検出子
、３８．３９・・・検出域、４５・・・近接スイッチ、
５０・・・判別手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ホルダ軸に工具保持筒をトルク伝達用の弾性変位部
   を介して所定量回動自在に連結し、ホルダ軸と工具保持
   筒の一方に設けた検出子と、他方に設けた検出子の間の
   回転ずれを検出して工具の過負荷トルクを検出するよう
   にした工具ホルダにおいて、前記一方の検出子の円周方
   向に所定間隔で設けた一対の検出表示部の間に、他方の
   検出子の検出表示部を挟んで一対の回転ずれの検出域を
   形成し、これらの検出域を検出する位置に位相判定器を
   配設し、前記一対の検出域に対応して位相判定器から出
   力される一対の検出信号の比較により、工具の過負荷ト
   ルクを判別する判別手段を備えて成ることを特徴とする
   過負荷トルク検出装置。