JPH0650404A

JPH0650404A - カム機構の過負荷防止装置

Info

Publication number: JPH0650404A
Application number: JP22215092A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yuzuhara; 秀男柚原; Toshio Kagami; 敏雄各務
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1994-02-22

Abstract

(57)【要約】【目的】工具交換装置等のカム機構において、カム回
転角に応じ過負荷を的確に判定してカム機構を確実に保
護する。【構成】ＮＣ制御装置２１に許容トルク定数記憶回路
２２、モータドライブ回路２３、モータ電流値測定回路
２４、過負荷判定回路２５、及びアラーム発生回路２６
を設ける。許容トルク定数記憶回路２２にカム回転角に
応じた許容トルク定数テーブルを格納する。モータ電流
値測定回路２４によりカム回転角毎のモータ電流値を測
定する。過負荷判定回路２５は許容トルク定数とモータ
電流値とを比較して過負荷を判定し、モータドライブ回
路２３にモータ停止指令を、アラーム発生回路２６にア
ラーム指令を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、カムをモータで回転
するカム機構における過負荷防止装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、マシニングセンタの工具交換装
置においては、カムがモータにより回転され、カムフォ
ロアを含む従節部を介し交換アームが駆動されて、工具
が主軸に抜き差しされる。この種のカム機構において
は、交換アームが衝突したり、摺動部が食い付いたりし
た場合に、機械的強度の低い従節部が過負荷によって破
損するおそれがある。そこで、従来、通常の１サイクル
運転中にモータが発生する最大トルクに基づき過負荷を
判定してモータを停止するように構成した過負荷防止装
置が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、モータが発
生するトルクは１サイクル中に大きく変動し、最大トル
ク発生時に、カム機構に作用する力が最大であるとは限
らない。例えば、図４に示すようなカム形状の場合、カ
ム回転角に対する変位量が小さいとき、つまり、リード
角が小さいときに、交換アームの衝突等に伴い、カムフ
ォロアやこれに連動するリンク機構の摺動部に楔作用に
よって逆方向の大きな力が加わる。しかしながら、この
逆荷重に対応したモータトルクの増大分は小さいため、
従来装置によっては、このときの過負荷を判定できず、
カム機構を保護できないという問題点があった。

【０００４】そこで、この発明の課題は、各種形状のカ
ムに汎用でき、カム回転角に応じ過負荷を的確に判定し
て、カム機構を確実に保護できる過負荷防止装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明の過負荷防止装置は、カムをモータで回
転するカム機構において、カム回転角に応じた許容トル
ク定数を記憶する手段と、モータ電流値を測定する手段
と、許容トルク定数及びモータ電流値に基づき過負荷を
判定してモータ停止指令を出力する手段とから構成され
る。

【０００６】

【作用】この発明の過負荷防止装置によれば、カム機構
の許容トルク定数がカム回転角に応じて設定されるた
め、モータ電流値が許容トルク定数に達した時点でモー
タを停止することにより、カム形状の如何を問わず、過
負荷を的確に判定して、カム機構の最も弱い部分を確実
に保護することができる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に基づいて説明する。図２はマシニングセンタの工具交
換装置を分解して示す概略図であり、モータ１には減速
機２を介して工具緩め用カム３、工具抜き差し用カム
４、及びアーム旋回用カム５が設けられている。工具緩
め用カム３はカムフォロア６を介してリンク７に連結さ
れ、リンク７のピン８が主軸９に挿入されている。工具
抜き差し用カム４はカム溝１０を備え、このカム溝１０
にはカムフォロア１１が係合している。カムフォロア１
１はリンク１２の中間部に設けられ、リンク１２は結節
摺動部１３、ロッド１４、及び連結片１５を介して交換
アーム１６に連結されている。アーム旋回用カム５には
カムフォロア１７が係合し、そのカムフォロア１７は旋
回軸１８を介して交換アーム１６に結合されている。

【０００８】図３は前記各カム３〜５の１回転に伴う交
換アーム１６の動きを示す線図であり、工具交換指令に
応答してモータ１が起動されると、まず、工具緩め用カ
ム３のカム形状に従いピン８によって主軸９の工具（図
示略）が緩められる。次いで、アーム旋回用カム５によ
り交換アーム１６が例えば６２゜右旋回され、その一端
部が工具に係止される。この状態で、工具抜き差し用カ
ム４により交換アーム１６が例えば１１８ｍｍ移動さ
れ、工具が主軸９から抜かれる。次に、交換アーム１６
が１８０゜左旋回され、その他端部に支持した工具が主
軸９の軸線と整合される。続いて、交換アーム１６が１
１８ｍｍ復帰移動され、工具が主軸９に差し込まれる。
その後、交換アーム１６は６２゜左旋回されて原位置に
復帰する。なお、工具緩め用カム３には動作確認用の近
接スイッチ１９が複数個付設されている。

【０００９】図４は工具抜き差し用カム４のカム形状を
例示する詳細図であり、カム溝１０は変形正弦曲線に沿
って形成され、交換アーム１６を移動しない等半径カム
部１０ａと、交換アーム１６を抜き方向へ移動する減径
カム部１０ｂと、交換アーム１６を抜き位置に保持する
等半径カム部１０ｃと、交換アーム１６を差し込み方向
へ移動する増径カム部１０ｄとを連続的に備えている。
Ｐは工具抜き差し用カム４の回転方向を示す。そして、
工具抜き差し用カム４、そのカム溝１０に係合するカム
フォロア１１等により本実施例のカム機構が構成されて
いる。

【００１０】図５はカム機構に加わる力の作用説明図で
ある。図において、Ｆt は交換アーム１６の衝突等によ
り動きの逆方向に作用する力、ＦはＦt によってカムフ
ォロア１１等カム軸に作用する力、ψはカム回転角毎に
異なるカム溝１０のリード角、ｒはカム軸郭半径、Ｑ´
はＦt によってカムフォロア１１等のカム軸に作用する
逆向きのトルクである。

【００１１】図６は工具抜き差し用カム４のカム特性図
の一部、たとえば抜き方向であり、カム回転角θh との
関係において、（ａ）は変位量Ｓ、（ｂ）は速度Ｖ、
（ｃ）は加速度Ａ、（ｄ）はトルクＱ、（ｅ）はリード
角ψを示す。（ｆ）は逆荷重Ｆt が作用したときにリー
ド角ψの楔作用で発生する力Ｆをカム回転角θh との関
係で示し、（ｇ）は逆荷重Ｆt によってカム軸に作用す
るトルクＱ´を示し、（ｈ）はカムフォロア１１等の最
も機械的に弱い部分の許容荷重Ｆs とトルクＱとの比率
を示す。

【００１２】（ｄ）の特性図において、Ｑc は慣性トル
ク、Ｑmax はカム軸に作用するトルクの最大値であり、
因みに、従来はこのＱmax に相当するモータ電流値に基
づいて過負荷を判定していた。（ｆ）及び（ｇ）の特性
図に示すように、逆荷重Ｆtが作用したときに、変位の
開始点及び終了点近くでは、カム軸に作用する力Ｆは大
きく、逆に、トルクＱ´は小さい。また、（ｈ）の特性
図に示すように、変位の開始点及び終了点近くではＦs
／Ｑの値は大きく、換言すれば、カム回転角θh に対応
した許容トルク定数Ｋn は非常に小さくなる。

【００１３】図１は上記カム特性を考慮して案出された
本実施例の過負荷防止装置のブロック図である。マシニ
ングセンタのＮＣ制御装置２１には、許容トルク定数記
憶回路２２、モータドライブ回路２３、モータ電流値測
定回路２４、過負荷判定回路２５、及びアラーム発生回
路２６が設けられている。許容トルク定数記憶回路２２
には、工具抜き差し用カム４のカム諸元及び許容荷重Ｆ
s に基づいて予め算出した許容トルク定数Ｋn がカム回
転角θh'に対応する数値テーブルでもって記憶されてい
る。モータ電流値測定回路２４はモータ１の絶対位置検
出器２７及びモータドライブ回路２３からの信号を入力
して、カム回転角θh 毎のモータ電流値Ｉh を測定す
る。そして、過負荷判定回路２５は許容トルク定数Ｋn
とモータ電流値Ｉh とを比較して過負荷を判定し、モー
タドライブ回路２３にモータ停止指令を、アラーム発生
回路２６にアラーム指令をそれぞれ出力するように構成
されている。

【００１４】したがって、本実施例の過負荷防止装置に
よれば、工具抜き差し用カム４及びカムフォロア１１等
を含むカム機構の許容トルク定数Ｋn がカム回転角θh'
に応じて予め設定されているため、工具交換動作中にお
いてモータ電流値Ｉh が許容トルク定数Ｋn に達した時
点で、モータ１が直ちに停止され、かつ、アラームが発
生される。それ故、カム形状の如何を問わず、過負荷を
的確に判定できて、カムフォロア１１または結節摺動部
１３等のカム機構における機械的に最も弱い部分を確実
に保護することができる。

【００１５】なお、この発明は上記実施例の工具交換装
置のみに適用されるものではなく、モータで回転される
カムを備えた各種のカム機構に応用して実施することが
でき、その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の
形状並びに構成を適宜に変更して具体化することも可能
である。

【００１６】

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明によれ
ば、カム回転角に応じて許容トルク定数を設定し、モー
タ電流値がその許容トルク定数に達した時点でモータを
停止するように構成したので、各種形状のカムに汎用で
き、カム回転角に応じて過負荷を的確に判定して、カム
機構を確実に保護できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す過負荷防止装置のブロ
ック図である。

【図２】工具交換装置のカム機構を示す分解概略図であ
る。

【図３】図２の交換アームの動きを示す線図である。

【図４】図２の工具抜き差し用カムのカム形状を例示す
る詳細図である。

【図５】カム機構に加わる力の作用説明図である。

【図６】工具抜き差し用カムのカム特性図である。

【符号の説明】

１・・モータ、２・・減速機、４・・工具抜き差し用カ
ム、１０・・カム溝、１１・・カムフォロア、１２・・
リンク、１３・・結節摺動部、１６・・交換アーム、２
１・・ＮＣ制御装置、２２・・許容トルク定数記憶回
路、２３・・モータドライブ回路、２４・・モータ電流
値測定回路、２５・・過負荷判定回路、２６・・アラー
ム発生回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カムをモータで回転するカム機構におい
て、カム回転角に応じた許容トルク定数を記憶する手段
と、モータ電流値を測定する手段と、許容トルク定数及
びモータ電流値に基づき過負荷を判定してモータ停止指
令を出力する手段とを備えることを特徴とするカム機構
の過負荷防止装置。