JPH0665454B2 - Tool mounting adapter with load detector - Google Patents

Tool mounting adapter with load detector

Info

Publication number
JPH0665454B2
JPH0665454B2 JP63059824A JP5982488A JPH0665454B2 JP H0665454 B2 JPH0665454 B2 JP H0665454B2 JP 63059824 A JP63059824 A JP 63059824A JP 5982488 A JP5982488 A JP 5982488A JP H0665454 B2 JPH0665454 B2 JP H0665454B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
load
tool
detector
adapter
shaft portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63059824A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02116454A (en
Inventor
利道 町野
誠二 織田
喜八郎 東保
雅博 角崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyama Prefecture
Original Assignee
Toyama Prefecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyama Prefecture filed Critical Toyama Prefecture
Priority to JP63059824A priority Critical patent/JPH0665454B2/en
Priority to US07/316,968 priority patent/US4924713A/en
Priority to DE3908175A priority patent/DE3908175C2/en
Priority to GB8919718A priority patent/GB2223544B/en
Priority to EP19890123017 priority patent/EP0377145A3/en
Publication of JPH02116454A publication Critical patent/JPH02116454A/en
Publication of JPH0665454B2 publication Critical patent/JPH0665454B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、切削工具に加わる切削荷重を検出する検出器
を備えた荷重検出器付き工具取り付けアダプタに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tool mounting adapter with a load detector that includes a detector that detects a cutting load applied to a cutting tool.

[従来の技術] 近年、FMCやFMS等の生産システムの実用化に伴ない、マ
シニングセンタやNC旋盤等の工作機械は無人運転される
ようになり、ワーク加工中における異常監視を行なうた
めの切削状態のインプロセス計測が強く望まれ、特に工
具の異常と大きな関りをもつ切削力及び切削抵抗の測定
が大きな課題となっている。
[Prior Art] With the recent commercialization of production systems such as FMC and FMS, machine tools such as machining centers and NC lathes have come to be operated unattended, and cutting conditions for monitoring abnormalities during workpiece machining. In-process measurement is strongly desired, and measurement of cutting force and cutting force, which have a great relation to tool abnormalities, is a major issue.

従来、切削力や切削抵抗の測定には、ストレインゲージ
や水晶振動子を治具等に組込んで行なう歪測定や主軸モ
ータの負荷電流の測定が試みられている。
Conventionally, for the measurement of cutting force and cutting resistance, strain measurement performed by incorporating a strain gauge or a crystal oscillator into a jig or the like, and measurement of a load current of a spindle motor have been attempted.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、歪測定にあっては、検出器が高価である
と共に検出器自体の剛性が低いために過大な力が加わる
と破損し易い。また歪測定及びモータ負荷電流の測定の
いずれにあっても、小径ドリルやタップ等の小さい切削
力又は切削抵抗を測定する場合には、検出感度が低いた
めにノイズ等の影響を受け、的確に切削力や切削抵抗を
測定することが困難であり、工作機械の無人運転を妨げ
る大きな要因となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in strain measurement, since the detector is expensive and the rigidity of the detector itself is low, it is easily damaged when an excessive force is applied. In both strain measurement and motor load current measurement, when measuring a small cutting force or cutting resistance such as a small diameter drill or tap, the detection sensitivity is low, so it is affected by noise etc. It is difficult to measure the cutting force and cutting resistance, which has been a major factor in preventing unmanned operation of machine tools.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、工作機械や切削工具の構造を変更することなく切
削工具に加わる荷重を直接且つ正確に測定できるように
した新規な荷重検出器付き工具取り付けアダプタを提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a novel load detection capable of directly and accurately measuring a load applied to a cutting tool without changing the structure of a machine tool or a cutting tool. An object is to provide a tool attachment adapter with a tool.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するため本発明にあっては、一端に工具
ホルダ1が取り付けられ、他端に工具8が取り付けられ
る軸部11と、荷重検出器18を挟持しかつ前記軸部11に対
して回動可能なスペーサリング14、15と、前記スペーサ
リング14、15に係止され軸部11が回転する場合に前記ス
ペーサリング14、15の回転を禁止する回転係止部材20
と、各一方が前記軸部11と共に回動可能に取り付けら
れ、各他方が前記スペーサリング14、15を共に回動可能
に挟持するスラストベアリング12、13とを備え、前記荷
重検出器18は更に、圧電材料層21の両面に電極層22a、2
2bを形成した円形のフィルムシートの中央に前記軸部11
が貫通するための通し穴を形成することにより環状に形
成したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, according to the present invention, a shaft 11 having a tool holder 1 attached to one end and a tool 8 attached to the other end, and a load detector 18 are sandwiched. And the spacer rings 14 and 15 that are rotatable with respect to the shaft portion 11, and the rotation that prohibits the rotation of the spacer rings 14 and 15 when the shaft portion 11 is locked by the spacer rings 14 and 15 and rotates. Locking member 20
And thrust bearings 12, 13 each of which is rotatably attached together with the shaft portion 11 and the other one rotatably holds the spacer rings 14, 15 together, and the load detector 18 further includes , Electrode layers 22a, 2 on both sides of the piezoelectric material layer 21.
The shaft portion 11 is formed at the center of the circular film sheet forming 2b.
Is formed in an annular shape by forming a through hole for penetrating.

本発明はまた、前記荷重検出器18が軸部11の周回り方向
に4分割されて各分割検出部18a〜18dが軸部11を中心と
して対象に配置され、軸部11に直交する分割検出部18a
〜18dの各検出信号によりXY方向の荷重を検出すること
を特徴とする。
According to the present invention, the load detector 18 is divided into four in the circumferential direction of the shaft portion 11 so that the respective division detection portions 18a to 18d are arranged with the shaft portion 11 as a center and the division detection orthogonal to the shaft portion 11 is performed. Part 18a
It is characterized in that the load in the XY directions is detected by each detection signal of ~ 18d.

[作用] このような本発明の荷重検出器付き工具取り付けアダプ
タにあっては、検出器としてフィルムシート状の圧電セ
ンサを用いていることから、厚さが0.2mm程度と薄く且
つ軽量であるため、アダプタに検出器を組込んで切削工
具に加わる切削荷重を直接的に検出することができる。
[Operation] In such a tool attachment adapter with a load detector of the present invention, since a film sheet-shaped piezoelectric sensor is used as a detector, the thickness is as thin as about 0.2 mm and is lightweight. By incorporating a detector in the adapter, the cutting load applied to the cutting tool can be directly detected.

またフィルムシート状の圧電センサは外部回路の切換え
によって1Kgfから1000Kgfを越える広い範囲でスラスト
荷重を検出することができ、且つ分解能力も100gf程度
と高く、小径ドリルやタップであっても工具に加わる切
削荷重を正確に検出することができる。
In addition, the film sheet type piezoelectric sensor can detect thrust load in a wide range from 1 Kgf to 1000 Kgf by switching the external circuit, and has a high disassembling capacity of about 100 gf, and even a small diameter drill or tap can be added to the tool The cutting load can be detected accurately.

更にフィルムシート状の圧電センサは、膜厚が薄いため
に切削荷重を受けても変形量(圧縮歪)はごく僅かであ
り、加工精度に影響を及ぼすことはない。
Further, since the film sheet piezoelectric sensor has a small film thickness, the deformation amount (compressive strain) is very small even when subjected to a cutting load, and does not affect the processing accuracy.

更にまた、圧電センサの感度を決める圧電定数(単位力
当りの電荷発生量)は荷重を受ける面積の大小ににかか
わらず一定であるため、面積を大きくすることで単位面
積当りの荷重を低減して高い剛性を得ることができる。
Furthermore, since the piezoelectric constant (charge generation amount per unit force) that determines the sensitivity of the piezoelectric sensor is constant regardless of the size of the area that receives the load, increasing the area reduces the load per unit area. And high rigidity can be obtained.

また、本発明にあっては、軸部11の一端には工具ホルダ
1が取り付けられ、他端には工具8が取り付けられるよ
うにアダプタ構成としたので、工具ホルダ1側の工作機
械や工具8の構造を変更することなく工具8に加わる荷
重を直接且つ正確に測定できる。
Further, in the present invention, since the tool holder 1 is attached to one end of the shaft portion 11 and the tool 8 is attached to the other end, the machine tool on the tool holder 1 side and the tool 8 are attached. The load applied to the tool 8 can be directly and accurately measured without changing the structure.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示した説明図である。[Embodiment] FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention.

第1図において、1は工具ホルダーであり、主軸装着側
にテーパ軸部2が形成され、先端側にフランジ溝3を備
えたフランジ4が形成されており、フランジ4の下端面
中央より軸方向に破線で示す工具取付穴5が形成されて
いる。この工具ホルダー1は例えばMAS規格等に従って
寸法と形状をもち、全ての工作機械の主軸に対し標準品
として着脱することができる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a tool holder having a taper shaft portion 2 formed on a spindle mounting side and a flange 4 having a flange groove 3 formed on a tip side thereof. A tool mounting hole 5 shown by a broken line is formed. The tool holder 1 has a size and shape according to, for example, the MAS standard, and can be attached and detached as a standard product to the spindle of all machine tools.

工具ホルダー1に続いては切削荷重を検出するための検
出器を設けるアダプタ6が設けられる。アダプタ6は上
部に工具ホルダー1の工具取付穴5に装着する取付軸7
を一体に有し、また下部には切削工具として例えばドリ
ル8を取付けるためのチャック9を固着している。アダ
プタ6はチャック9と一体に形成しても良いが、アダプ
タ6を全ての切削工具に対し標準品として使用できるよ
うにするため、アダプタ6に対しチャック9等の工具取
付部材を着脱自在に設けることが望ましい。勿論、アダ
プタ6に対してはチャック9を設けずに、直接ドリル8
等の切削工具を取付けることもできる。
Following the tool holder 1 is an adapter 6 provided with a detector for detecting the cutting load. The adapter 6 has a mounting shaft 7 that is mounted on the tool mounting hole 5 of the tool holder 1 at the top.
, And a chuck 9 for attaching a drill 8 as a cutting tool is fixed to the lower part. The adapter 6 may be formed integrally with the chuck 9, but in order to use the adapter 6 as a standard product for all cutting tools, a tool attachment member such as the chuck 9 is detachably provided on the adapter 6. Is desirable. Of course, the chuck 9 is not provided for the adapter 6, and the drill 8 is directly used.
It is also possible to attach a cutting tool such as.

工具ホルダー1の工具取付穴5に取付軸7をもって装着
したアダプタ6は、フランジ10とフランジ10に対して小
径の軸部11を有し、フランジ10、軸部11、更に工具ホル
ダー1のフランジ4によって軸受部を形成している。
The adapter 6 mounted with the mounting shaft 7 in the tool mounting hole 5 of the tool holder 1 has a flange 10 and a shaft portion 11 having a smaller diameter than the flange 10. The flange 10, the shaft portion 11, and the flange 4 of the tool holder 1 To form the bearing part.

このアダプタ6の工具ホルダー1に対する装着で形成さ
れた軸受部、即ち工具ホルダー1のフランジ4とアダプ
タ6のフランジ10の間の軸部11には、軸方向に一対のス
ラストベアリング12,13が組込まれ、スラストベアリン
グ12と13の間にスペーサリング14,15、更にスワッシャ
リング16を介してフィルムシート状の圧電センサを用い
た検出器18を挟み込み状態で装着している。
A pair of thrust bearings 12, 13 are assembled in the axial direction in the bearing portion formed by mounting the adapter 6 on the tool holder 1, that is, the shaft portion 11 between the flange 4 of the tool holder 1 and the flange 10 of the adapter 6. A detector 18 using a film sheet type piezoelectric sensor is mounted in a sandwiched state between the thrust bearings 12 and 13 with spacer rings 14 and 15 and a washer ring 16 interposed.

更に、スラストベアリング12と13の間にスワッシャリン
グ16を介して検出器18を挟み込み固定するスペーサリン
グ14,15の外周には回転係止部材20が装着されている。
但し、回転係止部材20はスペサリング14,15の回転方向
の動きは規制するが、軸方向については変位自在となる
ように連結されている。
Further, a rotation locking member 20 is mounted on the outer circumference of the spacer rings 14 and 15 for sandwiching and fixing the detector 18 via the washer ring 16 between the thrust bearings 12 and 13.
However, the rotation locking member 20 is connected so as to be displaceable in the axial direction, although it restricts the movement of the spacer rings 14 and 15 in the rotation direction.

第2図は第1図のアダプタ6における検出器18の取付け
構造の拡大説明図である。
FIG. 2 is an enlarged explanatory view of the mounting structure of the detector 18 in the adapter 6 of FIG.

第2図から明らかなように、工具ホルダー1に対するア
ダプタ6の装着でフランジ4,10の間に形成された軸部11
には、スラストベアリング12,13の間にスペーサリング1
4と15を組込み、スペーサリング14と15の間にスワッシ
ャリング16を介して検出器18を挟み込み状態で組込んで
いる。スペーサリング14と15の間にスワッシャリング16
を介して挟み込まれた検出器18の両側にはOリング19a,
19bが設けられ、検出器18をシールしている。
As is apparent from FIG. 2, when the adapter 6 is attached to the tool holder 1, the shaft portion 11 formed between the flanges 4 and 10 is formed.
A spacer ring 1 between the thrust bearings 12,13
4 and 15 are incorporated, and the detector 18 is incorporated between the spacer rings 14 and 15 with the washer ring 16 interposed therebetween. 16 washer ring between spacer rings 14 and 15
On both sides of the detector 18 sandwiched by the O-rings 19a,
19b is provided to seal the detector 18.

このようなアダプタ6に対する検出器18の組込み構造に
あっては、工作機械の主軸によって工具ホルダー1及び
アダプタ6が回転されても、検出器18を挟み込んだスペ
ーサリング14,15は第1図に示したように回転係止部材2
0によって回転が止められており、検出器18が回転する
ことはない。
In such a built-in structure of the detector 18 with respect to the adapter 6, even if the tool holder 1 and the adapter 6 are rotated by the spindle of the machine tool, the spacer rings 14 and 15 sandwiching the detector 18 are shown in FIG. Rotation locking member 2 as shown
The rotation is stopped by 0, and the detector 18 does not rotate.

一方、アダプタ6の先端に装着したドリル8等による切
削加工時の切削荷重はアダプタ6の軸方向に加わり、こ
の切削荷重はアダプタ6のフランジ10と工具ホルダー1
のフランジ4との間にスラストベアリング12,13、更に
スペーサリング14,15及びスワッシャリング16を介して
挟み込んでいる検出器18に加わることになる。
On the other hand, the cutting load at the time of cutting by the drill 8 attached to the tip of the adapter 6 is applied in the axial direction of the adapter 6, and this cutting load is applied to the flange 10 of the adapter 6 and the tool holder 1.
The thrust bearings 12 and 13, the spacer rings 14 and 15 and the washer ring 16 between the thrust bearings 12 and 13, and the detector 18 which is sandwiched therebetween.

第3図は第1,2図に示したアダプタ6に組込まれる検出
器18を示した断面図であり、第4図にその平面図を一部
破断して示す。
FIG. 3 is a sectional view showing the detector 18 incorporated in the adapter 6 shown in FIGS. 1 and 2, and FIG.

第3図において、検出器18は中央に圧電材料層21をも
ち、この圧電材料層21の両側に電極層22a,22bを形成
し、更に電極層22a,22bの外側に絶縁シート23a,23bを接
着剤等により固着しており、電極層22a,22bからはそれ
ぞれリード線24a,24bが引き出されている。
In FIG. 3, the detector 18 has a piezoelectric material layer 21 in the center, electrode layers 22a and 22b are formed on both sides of the piezoelectric material layer 21, and insulating sheets 23a and 23b are provided outside the electrode layers 22a and 22b. It is fixed by an adhesive or the like, and lead wires 24a, 24b are drawn out from the electrode layers 22a, 22b, respectively.

このような構造をもつ検出器18は、圧電材料層21と両側
に形成した電極層22a,22bとによってフィルムシート状
の圧電センサ(圧電フィルム)を構成しており、両面側
から荷重を受けると信号電荷を荷重に応じて発生する。
The detector 18 having such a structure constitutes a film sheet type piezoelectric sensor (piezoelectric film) by the piezoelectric material layer 21 and the electrode layers 22a and 22b formed on both sides, and when a load is applied from both sides, A signal charge is generated according to the load.

この圧電材料層21と電極層22a,22bで成るフィルムシー
ト状の圧電センサの厚さは0.2mm程度であり、検出感度
を決める圧電定数(単位力当たりの発生電荷量)は力を
受ける面積の大小に係わらず一定となる。このため圧電
センサの面積を大きくすることにより単位面積当たりに
加わる荷重を低減し、感度を低下させることなく圧電セ
ンサの剛性を大きくすることができる。更に、0.2mm程
度の厚さをもつ圧電センサはヤング率が小さくとも力に
よる変形量はごく僅かであり、第1図に示したように工
具ホルダー1のフランジ4とアダプタ6のフランジ10と
の間にスラストベアリング12,13を介して挟み込んで
も、圧電センサの変形歪による加工精度への影響は問題
とならない。
The thickness of the film sheet piezoelectric sensor composed of the piezoelectric material layer 21 and the electrode layers 22a and 22b is about 0.2 mm, and the piezoelectric constant (amount of electric charge generated per unit force) that determines the detection sensitivity is It is constant regardless of size. Therefore, by increasing the area of the piezoelectric sensor, the load applied per unit area can be reduced, and the rigidity of the piezoelectric sensor can be increased without lowering the sensitivity. Further, a piezoelectric sensor having a thickness of about 0.2 mm has a very small amount of deformation due to force even if the Young's modulus is small, and as shown in FIG. 1, the flange 4 of the tool holder 1 and the flange 10 of the adapter 6 are Even if it is sandwiched between the thrust bearings 12 and 13, there is no problem with the influence of the deformation strain of the piezoelectric sensor on the processing accuracy.

更に、圧電センサを用いた検出器18からの荷重検出信号
の取出しは電荷増幅回路(チャージアンプ)を使用して
行なう。電荷検出回路は周知のように入力容量として圧
電センサが接続されることから、圧電センサにおける荷
重に応じた発生電荷量に応じた信号電圧を出力する。ま
た、検出器18は第1図のようにアダプタ6に組込んだ状
態で所定の初期荷重を受けていることから、切削加工時
の荷重検出に先立って電荷検出回路に設けた帰還コンデ
ンサを放電リセットすることで、零点調整を行なった後
に荷重検出を行なう。
Further, the load detection signal is taken out from the detector 18 using the piezoelectric sensor by using a charge amplification circuit (charge amplifier). As is well known, the charge detection circuit is connected with a piezoelectric sensor as an input capacitance, and therefore outputs a signal voltage according to the amount of generated charge according to the load on the piezoelectric sensor. Further, since the detector 18 receives a predetermined initial load in the state of being incorporated in the adapter 6 as shown in FIG. 1, the feedback capacitor provided in the charge detection circuit is discharged prior to load detection during cutting. By resetting, the load is detected after the zero point adjustment.

このような圧電センサを用いた検出器18によれば、電荷
増幅回路(チャージアンプ)に設けた帰還コンデンサの
容量を切換えることにより、1Kgfから1000Kgfまでの広
い範囲に亘って荷重を検出することができ、且つ100gf
程度の高い分解能が得られる。
According to the detector 18 using such a piezoelectric sensor, the load can be detected over a wide range from 1 Kgf to 1000 Kgf by switching the capacitance of the feedback capacitor provided in the charge amplification circuit (charge amplifier). Yes, and 100gf
A high degree of resolution can be obtained.

次に、上記の実施例の作用を説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.

第1図に示す本発明の工具ホルダー装置を工作機械の主
軸に装着してアダプタ6を介してチャック9に装着した
ドリル8によりワークの切削加工を開始すると、主軸ヘ
ッドもしくはワークテーブルが一定速度で加工送りされ
る。
When the tool holder device of the present invention shown in FIG. 1 is mounted on a spindle of a machine tool and cutting of a workpiece is started by a drill 8 mounted on a chuck 9 via an adapter 6, the spindle head or the work table moves at a constant speed. Processing is sent.

このときドリル8には切削抵抗に応じた軸方向の切削荷
重が加わり、このドリル8の切削荷重はアダプタ6のフ
ランジ10と工具ホルダー1のフランジ4との間にスラス
トベアリング12,13、スペーサリング14,15、更にスワッ
シャリング16を介して挟み込んだ検出器18に作用し、検
出器18のリード線24a,24bを入力接続している電荷増幅
回路(チャージアンプ)からは軸方向の切削荷重に応じ
た信号電圧が得られる。
At this time, a cutting load in the axial direction is applied to the drill 8 according to the cutting resistance, and the cutting load of the drill 8 is between the flange 10 of the adapter 6 and the flange 4 of the tool holder 1 and the thrust bearings 12, 13 and the spacer ring. 14, 15 and the cutting load in the axial direction from the charge amplification circuit (charge amplifier) that acts on the detector 18 sandwiched via the washer ring 16 and inputs and connects the lead wires 24a and 24b of the detector 18. A signal voltage corresponding to is obtained.

このためドリル8の刃の摩耗により切削抵抗が増加した
り、ドリル8が折れたような場合には、異常な切削荷重
の検出信号が得られるため、この検出信号に基づいてプ
ロセッサ等により適切な対応処置をとることができる。
更に、検出器18による切削荷重の検出出力は充分な分解
能をもっていることから、加工進行状況に応じて所定の
切削荷重の基準パターンを決め、この基準パターンに実
際の切削荷重が追従するようにフィードバック制御を行
なうこともできる。
For this reason, when the cutting resistance increases due to the wear of the blade of the drill 8 or the drill 8 is broken, a detection signal of an abnormal cutting load is obtained. Corresponding measures can be taken.
Furthermore, since the detection output of the cutting load by the detector 18 has sufficient resolution, a reference pattern of a predetermined cutting load is determined according to the processing progress state, and feedback is provided so that the actual cutting load follows this reference pattern. Control can also be performed.

第5図は第1図のアダプタ6に装着される検出器の他の
実施例を示した説明図であり、この実施例にあっては、
スペーサリング14と15の間にスワッシャリング16を介し
て挾み込む検出器を、軸周回りに4分割して検出器18a,
18b,18c,18dとしたことを特徴とする。
FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the detector mounted on the adapter 6 of FIG. 1, and in this embodiment,
The detector sandwiched between the spacer rings 14 and 15 via the washer ring 16 is divided into four around the shaft circumference, and the detector 18a,
It is characterized by being 18b, 18c, 18d.

ここで軸方向に直交するX,Y座標を図示のように設定し
たとすると、検出器18aと18bが中心対しY軸方向に配列
され、検出器18cと18dが中心に対しX軸方向に配列され
る。
If the X and Y coordinates orthogonal to the axial direction are set as shown in the figure, the detectors 18a and 18b are arranged in the Y axis direction with respect to the center, and the detectors 18c and 18d are arranged in the X axis direction with respect to the center. To be done.

このように検出器を検出器18a〜18dに4分割することに
より、軸方向、即ちZ軸方向の荷重に加え、Y軸方向及
びX軸方向の荷重も検出することができる。
By dividing the detector into the detectors 18a to 18d in this manner, not only the load in the axial direction, that is, the Z-axis direction, but also the loads in the Y-axis direction and the X-axis direction can be detected.

即ち、検出器18a〜18dの検出信号の合計又は平均を求め
ることでZ軸方向の荷重を検出でき、また検出器18aと1
8bの検出信号の差を取ることで軸方向の荷重を検出で
き、更に検出器18cと18dの検出信号の差を取ることでX
軸方向の荷重を検出することができる。
That is, the load in the Z-axis direction can be detected by obtaining the sum or average of the detection signals of the detectors 18a to 18d, and the detectors 18a and 1
The load in the axial direction can be detected by taking the difference between the detection signals of 8b, and X by taking the difference between the detection signals of detectors 18c and 18d.
Axial load can be detected.

[発明の効果] 以上説明してきたように本発明によれば、工具に加わる
切削荷重(スラスト荷重)を検出する検出器としてフィ
ルムシート状の圧電センサを用いていることから、圧電
センサは極めて薄く且つ軽量であるため、アダプタに検
出器を組込んで切削工具に加わる切削荷重を直接検出す
ることができる。
As described above, according to the present invention, since the film sheet piezoelectric sensor is used as the detector for detecting the cutting load (thrust load) applied to the tool, the piezoelectric sensor is extremely thin. Moreover, since it is lightweight, it is possible to directly detect the cutting load applied to the cutting tool by incorporating a detector in the adapter.

また、フィルムシート状の圧電センサは外部回路の追加
によって1Kgfから1000Kgfを越える広い範囲で荷重を検
出することができ、且つ分解能も100gfと高いため、重
切削は勿論のこと小径ドリルやタップであっても工具に
加わる切削荷重を正確に検出することができる。
In addition, the film sheet type piezoelectric sensor can detect loads in a wide range from 1 Kgf to 1000 Kgf by adding an external circuit and has a high resolution of 100 gf, so it is not only heavy cutting but also a small diameter drill or tap. However, the cutting load applied to the tool can be accurately detected.

また、フィルムシート状の圧電センサは膜厚が薄いため
に切削荷重を受けても変形量(圧縮歪)はごく僅かであ
り、主軸に工具を装着する工具ホルダー装置に圧電セン
サを設けていても加工精度に影響を及ぼすことはない。
Further, since the film sheet type piezoelectric sensor has a small film thickness, the amount of deformation (compressive strain) is very small even when subjected to a cutting load, and even if the tool holder device for mounting the tool on the spindle is provided with the piezoelectric sensor. It does not affect the processing accuracy.

更に、圧電センサの感度を決める圧電定数(単位力当た
りの電荷発生量)は荷重を受ける面積の大小に係わらず
一定であるため、センサ面積を大きくすることで端子面
積当たりの荷重を低減して切削荷重に対し高い剛性を得
ることができる。
Furthermore, since the piezoelectric constant (the amount of electric charge generated per unit force) that determines the sensitivity of the piezoelectric sensor is constant regardless of the size of the area that receives the load, increasing the sensor area reduces the load per terminal area. High rigidity can be obtained against cutting load.

また、本発明にあっては、軸部11の一端には工具ホルダ
1が取り付けられ、他端には工具8が取り付けられるよ
うにアダプタ構成としたので、工具ホルダ1側の工作機
械や工具8の構造を変更することなく工具8に加わる荷
重を直接且つ正確に測定できる。
Further, in the present invention, since the tool holder 1 is attached to one end of the shaft portion 11 and the tool 8 is attached to the other end, the machine tool on the tool holder 1 side and the tool 8 are attached. The load applied to the tool 8 can be directly and accurately measured without changing the structure.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示した説明図; 第2図は第1図の検出器装着部分を取り出して示した拡
大説明図; 第3図は本発明で用いる検出器の断面図; 第4図は第3図の検出器を一部破断して示した平面図; 第5図は本発明で用いる検出器の他の実施例を示した説
明図である。 1:工具ホルダー 2:テーパ軸部 3:フランジ溝 4,10:フランジ 5:取付穴 6:アダプタ 7:取付軸 8:ドリル 9:チャック 11:軸部 12,13:スラストベアリング 14,15:スペーサリンク 16:スワッシャリング 18:検出器(フィルムシート状圧電センサ) 19a,19b:Oリング 20:回転係止部材 21:圧電材料層 22a,22b:電極層 23a,23b:絶縁シート 24a,24b:リード線
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention; FIG. 2 is an enlarged explanatory view showing a detector mounting portion of FIG. 1 taken out; FIG. 4 is a plan view in which the detector of FIG. 3 is partially broken; FIG. 5 is an explanatory view showing another embodiment of the detector used in the present invention. is there. 1: Tool holder 2: Tapered shaft part 3: Flange groove 4, 10: Flange 5: Mounting hole 6: Adapter 7: Mounting shaft 8: Drill 9: Chuck 11: Shaft part 12, 13: Thrust bearing 14, 15: Spacer Link 16: Washer ring 18: Detector (Film sheet piezoelectric sensor) 19a, 19b: O-ring 20: Rotation locking member 21: Piezoelectric material layer 22a, 22b: Electrode layer 23a, 23b: Insulation sheet 24a, 24b: Lead

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東保 喜八郎 富山県高岡市二上町150番地 富山県工業 技術センター中央研究所内 (72)発明者 角崎 雅博 富山県富山市飯野字殿田割25―4 富山県 工業技術センター富山研究所内 (56)参考文献 特開 平1−222851(JP,A) 特開 昭49−86067(JP,A) 特開 昭60−34295(JP,A) 実開 昭58−136208(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kihachiro Toho 150 Nikamicho, Takaoka-shi, Toyama Prefecture Central Research Institute, Toyama Prefectural Industrial Technology Center (72) Inventor Masahiro Kakuzaki 25-4 Tomodawari, Iino, Toyama, Toyama Prefecture Toyama Prefectural Industrial Technology Center, Toyama Research Institute (56) Reference JP-A 1-222851 (JP, A) JP-A-49-86067 (JP, A) JP-A-60-34295 (JP, A) Actual development Sho-58- 136208 (JP, U)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端に工具ホルダ1が取り付けられ、他端
に工具8が取り付けられる軸部11と、 荷重検出器18を挟持しかつ前記軸部11に対して回動可能
なスペーサリング14、15と、 前記スペーサリング14、15に係止され軸部11が回転する
場合に前記スペーサリング14、15の回転を禁止する回転
係止部材20と、 各一方が前記軸部11と共に回動可能に取り付けられ、各
他方が前記スペーサリング14、15を共に回動可能に挟持
するスラストベアリング12、13とを備え、 前記荷重検出器18は更に、圧電材料層21の両面に電極層
22a、22bを形成した円形のフィルムシートの中央に前記
軸部11が貫通するための通し穴を形成することにより環
状に形成したことを特徴とする荷重検出器付き工具取り
付け用アダプタ。
1. A shaft ring 11 having a tool holder 1 attached to one end thereof and a tool 8 attached to the other end thereof, and a spacer ring 14 sandwiching a load detector 18 and rotatable with respect to the shaft portion 11. 15 and a rotation locking member 20 that is locked to the spacer rings 14 and 15 to prevent the rotation of the spacer rings 14 and 15 when the shaft 11 rotates, and one of them is rotatable together with the shaft 11. And thrust bearings 12 and 13 each of which is rotatably sandwiched between the spacer rings 14 and 15, and the load detector 18 further includes electrode layers on both sides of the piezoelectric material layer 21.
An adapter for mounting a tool with a load detector, which is formed in an annular shape by forming a through hole through which the shaft portion 11 penetrates in the center of a circular film sheet on which 22a and 22b are formed.
【請求項2】前記荷重検出器18が軸部11の周回り方向に
4分割されて各分割検出部18a〜18dが軸部11を中心とし
て対象に配置され、軸部11に直交する分割検出部18a〜1
8dの各検出信号によりXY方向の荷重を検出することを特
徴とする荷重検出器付き工具取り付け用アダプタ。
2. The load detector 18 is divided into four in the circumferential direction of the shaft portion 11, and the respective division detection portions 18a to 18d are arranged with the shaft portion 11 as the center, and the division detection orthogonal to the shaft portion 11 is performed. Part 18a-1
A tool mounting adapter with a load detector, which detects the load in the XY directions by each 8d detection signal.
JP63059824A 1988-03-14 1988-03-14 Tool mounting adapter with load detector Expired - Lifetime JPH0665454B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63059824A JPH0665454B2 (en) 1988-03-14 1988-03-14 Tool mounting adapter with load detector
US07/316,968 US4924713A (en) 1988-03-14 1989-02-28 Transducer to detect force which is applied to machine tool when machining workpiece and its attaching structure
DE3908175A DE3908175C2 (en) 1988-03-14 1989-03-13 Stress detector device
GB8919718A GB2223544B (en) 1988-03-14 1989-08-31 Feed-screw support structure
EP19890123017 EP0377145A3 (en) 1988-03-14 1989-12-13 Axial pretension-adjusting device for roller bearings and spindle nuts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63059824A JPH0665454B2 (en) 1988-03-14 1988-03-14 Tool mounting adapter with load detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02116454A JPH02116454A (en) 1990-05-01
JPH0665454B2 true JPH0665454B2 (en) 1994-08-24

Family

ID=13124363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63059824A Expired - Lifetime JPH0665454B2 (en) 1988-03-14 1988-03-14 Tool mounting adapter with load detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0665454B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100232894A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-16 The Boeing Company Adaptor with Interchangeable Load Sensing Elements
KR101220409B1 (en) * 2010-12-20 2013-01-09 숭실대학교산학협력단 Milling machine having dynamometer for measuring cutting force

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5210632B2 (en) * 1972-03-02 1977-03-25
JPS5638894B2 (en) * 1972-12-11 1981-09-09
JPS58136208U (en) * 1982-03-10 1983-09-13 株式会社日立製作所 Load converter for drill damage detection
JPS6034295A (en) * 1983-08-03 1985-02-21 株式会社日立製作所 Sensor for cutaneous sensation

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02116454A (en) 1990-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4924713A (en) Transducer to detect force which is applied to machine tool when machining workpiece and its attaching structure
Panzera et al. Development of a three-component dynamometer to measure turning force
Santochi et al. A sensor-integrated tool for cutting force monitoring
US4558312A (en) Position detecting device
CN106181578B (en) A kind of rotary milling force snesor measuring torque and axial force
EP0156073A2 (en) Combination loading sensor
JP2005519265A (en) Acoustic sensor for monitoring the machining process of machine tools
JPH01222851A (en) Method for detecting thrust force of main spindle of machine tool
JPH0665454B2 (en) Tool mounting adapter with load detector
US5211060A (en) Bidirectional force sensor
CN108732992B (en) Method for detecting errors of rotary table of machine tool of numerical control machining center
JPH02303752A (en) Torque detector for machine tool
JP3267919B2 (en) Spindle condition detector for air bearing machine tools
US5571040A (en) Method and device for detecting blade flexure and blade flexure control device for use with a slicing machine
JPS5969245A (en) Device for detecting cutting condition
JPH01234138A (en) Detector for machine tool and detector fitting structure
JPH0367823B2 (en)
JP3540634B2 (en) Processing device using rotary positioning device and tool
JPS62251048A (en) Cutting force monitoring method
CN114425720B (en) Robot spindle system with cutting force and vibration monitoring function and implementation method
RU2116165C1 (en) Spindle assembly of metal-cutting machine tool
CN216859112U (en) Rotation axis positioning accuracy detection device
JP2000321153A (en) Method and device for detecting torque, thrust force, and radial force, and polishing device
JP2024055168A (en) Sensor system and machine tool
JPH1133880A (en) Measuring device of nc lathe