JPH0457636A - 門型工作機械におけるラムバランス装置 - 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〕 本発明は、ラムを引き上げる方向のバランス力を有する
バランスシリンダを備えた門型工作機械のラムバランス
装置に関する。

〔背景技術〕

プラノミラー等の門型工作機械に装着されるラムには、
自重によって下方向の力が働く。しかも、この自重に、
ラムに取り付けられる各種アタッチメントヘッドの重量
も加わる。一方、ラムの上下動は、サーボモータにより
行なっているが、ラムおよびアタッチメントヘッドの重
量をそのままモータで駆動しようとすると、サーボモー
タに大きな駆動力が必要となり、かつ、ラム停止状態で
のモータの負荷も太き（なってしまう。

このため、従来から、この種工作機械のラムには、自重
およびアタッチメントヘッドの重量に見合ったバランス
手段が設けられている。

従来、このラムに掛かる重量をバランスさせるためには
、油圧を用いて行っていた。すなわち、ラムに取り付け
られるアタッチメントヘッドの最大重量と、アタッチメ
ントヘッドが取り付けられていない時の重量との平均値
を求めておいて、この平均値に見合った一定の圧力を、
ラムに連結されたバランスシリンダの油圧供給回路に設
定していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来は、アタッチメントヘッドの種類が少な
く、重量が大きく変化することが少なかつた。そのため
に、バランス圧力も一定値に設定しておけば良く、この
ように一定圧でも何ら問題は生じていなかった。

しかしながら、近年は、加工の高度化に伴い、アタッチ
メントヘッドの種類が大幅に増加し、その重量も、ラム
端カバー、アングルヘッド、５軸ヘツド等、ごく軽いも
のから非常に重いものと多段階にわたってきている。

この多段階にわたるアタッチメントヘッドの重量に対し
て、一種類の圧力値を設定しておくだけでは、いろいろ
と問題が生じてくるようになった。

すなわち、ラムに取付けられるアタッチメントヘッドの
重量が設定圧と大幅に変わった場合は、次のような問題
点が生じている。

■ラムの駆動軸に負荷の変動に伴う力が加わり、ラムの
上下動においてモータの駆動状態に変動が生じる。この
ため、上昇時と下降時とにおいて加工量に差（ヒステリ
シス）が生じ、高精度加工が行われない。

■ラムの駆動軸が負荷変動により歪を生じて変位する。

このため、ラムに取付けられる工具位置は、正しい位置
にないので、ＮＣ制御加工を行う場合に高精度を得るこ
とが難しい。

■ラム駆動用のサーボモータは、ラムを停止させている
状態の電流、すなわち、停止電流が増す結果、切削力と
して有効に使用できる駆動力が減る。

■アンバランスがひどい場合は、サーボモータの停止電
流が過大となり、停止電流によってサーボモータが焼け
る虞れもある。

本発明の目的は、アタッチメントヘッドがラムに取り付
けられた場合、アタッチメントヘッドの重量に拘らず、
常に最適なバランス圧を求めることが可能なバランスシ
リンダを有する門型工作機械におけるラムバランス装置
を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、一対のコラムに上下動自在に支持されたクロ
スレールと、このクロスレールに水平方向移動自在に支
持されたサドルと、このサドルに上下動自在に支持され
たラムと、このラムの重量を引き上げる方向に支持する
バランスシリンダとを具備した門型工作機械に用いられ
、前記バランスシリンダのバランス圧力を、前記ラムに
取り付けられるアタッチメントヘッドの重量に応じて可
変とする圧力調整手段を、バランスシリンダの圧力流体
供給回路に設けて門型工作機械におけるラムバランス装
置を構成したものである。

また、この門型工作機械におけるラムバランス装置にお
いて、バランスシリンダの圧力流体供給回路の途中に設
けられる圧力調整手段を、比例電磁式圧力調整弁により
構成し、この比例電磁式圧力調整弁により設定されるバ
ランスシリンダ、圧力を、前記ラムを上下動させるモー
タの電流値を監視することにより圧力のアンバランスを
検知して制御するようにしてもよい。

また、比例電磁式圧力調整弁を制御するアナログ電圧が
所定の許容値内に入るように圧力設定することが好まし
い。

〔作用〕

ラムにアタッチメントヘッドが取り付けられると、この
アタッチメントヘッドの重量に応じた圧力が圧力調整手
段によりバランスシリンダに与えられる。このため、ア
タッチメントヘッドの重量に拘らず、ラム側の荷重とバ
ランスシリンダの圧力とが、常に釣り合った状態となり
、ラム駆動用のモータに不要な負荷を生じさせない門型
工作機械におけるラムバランス装置となった。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、本実施例に係かる門型工作機械におけるラ
ムバランス装置の全体図が示されている。

同図によれば、基台１上に一対のコラム２．２が立設さ
れており、この一対のコラム２，２間には、クロスレー
ル３が上下動（Ｚ軸方向）自在に支持されている。これ
らの一対のコラム２，２とクロスレール３とにより、工
作機械は、全体として門型とされている。

クロスレール３には、水平（Ｙ軸）方向移動自在にサド
ル４が設けられており、さらにこのサドル４には、上下
動自在にラム５が支持されている。

このラム５には、構造および重量の異なる各種アタッチ
メントヘッド６が取り付けられる。アタッチメントヘッ
ド６は、ラム端カバー、アングルヘッド、５軸ヘツド等
、軽いものから重いものまで多段階のものが準備されて
おり、基台１の一端に設けられたアタッチメントヘッド
交換装置７によって、各種アタッチメントヘッド６の交
換がなされる。

サドル４の上方には、バランスシリンダ８が設けられて
いる。このバランスシリンダ８は、ラム５の自重と、ラ
ム５に取り付けられるアタッチメントヘッド６の重量と
から生じる負荷を吸収し、バランスさせる機能を有する
ものである。また、サドル４上には、ラム５を上下動さ
せるサーボモータ３１が設けられ、このサーボモータ３
１により、図示しないボールねじ軸を介してラム５を駆
動できるようなっている。

なお、９はワークＷを載置させるテーブルであり、ｌＯ
はアタッチメントヘッド６に取付けられる工具を交換す
る自動工具交換装置である。

第２図には、第１図の実施例におけるバランスシリンダ
８の油圧系統図が示されている。

同図によれば、バランスシリンダ８には、油圧タンク２
０からフィルタ２１および圧力流体供給回路としての油
圧回路２３を介して、油圧ポンプ２２によって圧油が供
給される。油圧回路２３の油圧ポンプ２２側には、シリ
ンダ８側から圧油が戻らないようにチエツク弁２４が設
けられている。

また、チエツク弁２４の近傍には圧カスイッ、チ２５が
接続されており、この圧力スイッチ２５は、シリンダ８
近傍に設けられた安全バルブ２６に接続されている。こ
の圧力スイッチ２５により所定圧力がないことが検知さ
れた場合は、安全バルブ２６が図示の状態に作動され、
シリンダ８からの圧油の戻りが停止されてラム５の落下
防止がなされている。

安全バルブ２６近傍には圧力計２７が設けられ、油圧回
路２３の圧力を常時見ることができる。

油圧回路２３の圧力スイッチ２５と、圧力計２７との間
には、リリーフ付減圧弁２８と、ソレノイド２９等から
構成された比例電磁式圧力調整弁３０が設けられている
。

この圧力調整弁３０によって、圧力調整手段が構成され
、バランスシリンダ８の圧力が制御されるようになって
いる。

第３図には、比例電磁式圧力調整弁３０に指令を出し、
制御するための制御回路構成図が示される。

ラム５の上下動用のＤＣサーボモータ３１には、図示し
ない電源から、サーボモータアンプ３２を介してモータ
３１の電力が供給される。このサーボモータ３１の駆動
電気回路からモータ電流信号が取り出される。

この電流信号は、制御回路内に設けられたアイソレーシ
ョンアンプ３３に送出され、このアイソレーションアン
プ３３からシーケンサ３４に入力される。

シーケンサ３４は、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器３４Ａ、
３４Ｂと、演算部３４Ｃとを備えて構成されており、ア
イソレーションアンプ３３から入力された電流信号を演
算し、アナログ電圧の電流出力値を決めて出力するもの
である。

３５は、圧力制御弁用パワー増幅器であって、シーケン
サ３４から出力されたバランス圧力を比例電磁式圧力調
整弁３０にアナログ電流値として出力するものである。

次に、本実施例の作用について、第４図のフローチャー
トをも参照して説明する。

第４図には、ＤＣサーボモータ３１を使用した場合にお
けるシーケンサ３４内で、比例電磁式圧力調整弁を制御
するアナログ電圧を設定する手順が示されている。

この処理手順を説明すると、ステップ１０１でバランス
補正起動信号がＯＮか否かが判断される。

この起動信号はアタッチメントの交換完了時に指令され
、通常はＯＦＦしているので別回路へ進み（ステップ１
１０）　、別回路における所定の処理がなされる。一方
、前述の起動信号がＯＮＬでいればステップ１０２に進
む。

ステップ１０２では、サーボモータ３１が停止している
か否か判断される。サーボモータ３１が停止していない
時、つまり、加工等のために移動中は、サーボモータの
停止中の位置決め補正用電流が読めないので、ステップ
１１１に進み、アラームを発する。サーボモータ３１が
停止していればステップ１０３に進み、サーボモータ３
１の停止中の電流信号値を読み込む。

電流信号値の読み込み後、ステップ１０３からステップ
１０４に進んだら、ステップ１０３で読み込んだ電流信
号値が所定の許容値Ａ内にあるか否か判断される。ここ
でＹＥＳなら、つまり電流信号値が所定の許容値Ａ内な
ら、バランスシリンダ８の圧力と、ラム側、すなわち、
ラム５とアタッチメントヘッド６等の重量とが丁度バラ
ンスしていることになるため、シリンダ８の圧力調整が
不要となり、エンドとなる。

ステップ１０４で電流信号値が所定の許容値Ａ内でない
時は、ステップ１０５に進む。

ステップ１０５においては、電流信号値の（＋）、（−
）が判断される。電流信号値が（＋）であれば、比例電
磁式圧力調整弁３０を制御するアナログ電圧が所定の許
容値Ａ内に入るように、ステップ１０６で現在の出力値
りに定数α（油圧を増加する量、例えば５ｋｇ）を加え
、新しい出力値ＮＤとして圧力制御用パワー増幅器３５
に出力される（ステップ１０７）。新しい出力値ＮＤの
出力後、比例電磁式圧力調整弁３０によるバランスシリ
ンダ８への供給圧が安定するまで、所定時間待ち（ステ
ップ１０８）、所定時間経過した後に、ステップ１０３
に戻る。

ステップ１０５において、電流信号値が（−）であれば
、ステップ１０９で現在の出力値りから定数αを減じ、
ステップ１０７に進む。

こうして、バランスシリンダ８による支持力がアタッチ
メントヘッド６とラム５との重量にバランスして、サー
ボモータ３１の電流信号値が所定の許容値Ａ内になるま
で、すなわち、ステ・ツブ１０４でＹＥＳとなるまで、
以上の動作が自動的に繰返される。

前述のような本実施例によれば、次のような効果がある
。

すなわち、ラム５は、ラム５に取り付けられたアタッチ
メントヘッド６の重量に対応する最適な圧力をもって、
つまり、釣り合った状態でノくランスシリンダ８によっ
て引き上げられている。その結果、駆動軸にもラム側の
負荷は掛からなくなり、ラム５上下動におけるヒステリ
シスはなく、高精度加工が行われる。

また、駆動軸にラム側の負荷が掛からなくなったので、
駆動軸やラム５等の歪もなくなり、ＮＣ制御加工におい
ても高精度加工が行われるようになった。

さらに、ラム５は、ラム側の重量と釣り合った圧力でバ
ランスシリンダ８に支持されているので、ラム５そのも
のの負荷は、サーボモータ３１に掛からず、従ってサー
ボモータ３１の停止電流は発生しない。このため、切削
力が減ることもなく、モータ３１が焼けることもない。

また、ラム５に取り付けられたアタッチメントヘッド６
の重量に対して、バランスシリンダ８に最適の圧力を与
えるには、バランス補正起動信号を制御信号によりＯＮ
させれば、シーケンサ３４で演算した最適値に対応した
油圧が、圧力調整手段としての比例電磁式圧力調整弁３
０からバランスシリンダ８に送られ、自動的にバランス
シリンダ８が働く。従って、操作が簡単である上に、多
段階の重量のアタッチメントヘッド６にも簡単に対応す
ることができる。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく
、次に示すような変形等を含むものである。

すなわち、本実施例では、シーケンサ３４の演算制御の
例としてＤＣサーボモータ３１を使用した場合で説明し
たが、ＡＣサーボモータであっても良い。

また、バランスシリンダ８に加わる油圧は、シーケンサ
３４および比例電磁式圧力調整弁３０により自動的に調
整するものに限らず、サーボモータ３１の電流値を図示
しない表示装置で視認し、この値に基づいて手動で圧力
調整弁を操作してもよい。従って、本発明における圧力
調整手段は、比例電磁式圧力調整弁３０に限らず、一般
の圧力調整弁等でもよく、要するに、圧力流体供給回路
における圧力流体の圧力を調整できる手段であれば足り
る。

更に、シーケンサ３４を始動させる場合、本実施例では
、ラム５にアタッチメント６が取り付けられた後で、バ
ランス補正起動信号の指令によって行、っているが、押
釦スイッチを設けておいて、ラム５にアタッチメント６
が取り付けられた後で、作業者が押釦スイッチを押して
信号が入るようにしてもよい。また、比例電磁式圧力調
整弁３０の制御は、シーケンサ３４に限らず、マイクロ
コンピュータ等の他の手段でもよい。

更に、バランスシリンダ８の本数も、１本に限らず、２
本以上でもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等
は、本発明の目的を達成できる範囲であれば、他の構造
等でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の門型工作機械におけるバ
ランス装置によれば、ラムに着脱自在とした複数種のア
タッチメントヘッド毎に異なる重量に対して、バランス
シリンダを最適な圧力でバランスさせたので下記の効果
がある。

すなわち、■ラムの上下動時におけるヒステリシスがな
くなり、高精度加工が可能となる。■ラムの歪がなくな
りＮＣ制御加工においても高精度加工が行われる。■ラ
ムの負荷がサーボモータに掛からずサーボモータの停止
電流が発生しない。

従って、切削力が減ることもなく、サーボモータが焼け
ることもない。

ムバランス装置の一実施例を示す全体正面図、第２図は
本実施例のバランスシリンダの油圧系統図、第３図は本
実施例の制御回路図、第４図は本実施例のシーケンサに
おけるフローチャートである。

２・・・コラム、３・・・クロスレール、５・・・ラム
、６・・・アタッチメントヘッド、８・・・バランスシ
リンダ、２２・・・油圧ポンプモータ、３０・・・圧力
調整手段としての比例電磁式圧力調整弁、３４・・・シ
ーケンサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対のコラムに上下動自在に支持されたクロスレ
   ールと、このクロスレールに水平方向移動自在に支持さ
   れたサドルと、このサドルに上下動自在に支持されたラ
   ムと、このラムの重量を引き上げる方向に支持するバラ
   ンスシリンダとを具備した門型工作機械に用いられ、前
   記バランスシリンダのバランス圧力を、前記ラムに取り
   付けられるアタッチメントヘッドの重量に応じて可変と
   する圧力調整手段を、バランスシリンダの圧力流体供給
   回路に設けたことを特徴とする門型工作機械におけるラ
   ムバランス装置。
2. （２）請求項１において、前記圧力調整手段は、圧力流
   体供給回路の途中に設けられる比例電磁式圧力調整弁に
   より構成され、この比例電磁式圧力調整弁により設定さ
   れるバランスシリンダ圧力は、前記ラムを上下動させる
   モータの電流値を監視することにより圧力のアンバラン
   スを検知して制御することを特徴とする門型工作機械に
   おけるラムバランス装置。
3. （３）請求項２において、比例電磁式圧力調整弁を制御
   するアナログ電圧が所定の許容値内に入るように圧力設
   定することを特徴とする門型工作機械におけるラムバラ
   ンス装置。