JPS629851A - 計装バイトホルダ - Google Patents

計装バイトホルダ

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JPS629851A
JPS629851A JP61121421A JP12142186A JPS629851A JP S629851 A JPS629851 A JP S629851A JP 61121421 A JP61121421 A JP 61121421A JP 12142186 A JP12142186 A JP 12142186A JP S629851 A JPS629851 A JP S629851A
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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】 発明の背景 本発明は、機械加工中に切削用挿入体にかかる切削力を
検知しかつそれによって該力を監視する装置を内蔵する
バイトホルダに関する。
無人化した機械加工装置を適切に設けるために切削工程
を監視する装置の開発に最近かなりの努力が払われてい
る。このような装置による検知のために考慮される因子
には、力、トルク、たわみ、温度、振動、動力等が含ま
れる。
本発明の装置は、機械加工中切削挿入体にかかる切削力
の大きさおよび（または）力成分間の比の値を検知する
ためのバイトホルダの計装をめざすものである。実際に
は、監視される力は切削作用に対するバイト挿入体（す
なわち切削用挿入体）の応答の結果生ずる力である。
力検知器は一般に「動力計」と呼ばれる。このような力
検知器用の動力計は、バイトホルダに取り付けた検知器
を包含し、そのバイトホルダはハウジング内に装着され
る。ワイヤひずみゲージ動力計がこのように用いられて
きたが、約２という低いゲージ率（すなわち１、ひずみ
信号を電圧信号に変換する能力）のために感度があまり
良くない。
その結果、ワイヤひずみゲージの使用時には、ゲージ部
（すなわち、ひずみゲージを取り付けである所）が加工
可能系において可能な最少断面をもつように、長い張り
出しを有するバイトホルダを用いる必要があった。この
ような構成はバイトホルダの剛性を減らすという固有の
欠点がある。また、この種の動力計は応答振動数も低い
。半導体ひずみゲージ動力計はもっと感度が良い（すな
わちゲージ率が約１２０である）が、このような動力計
は応答振動数がやはり低い（すなわち数百ヘルツ）。圧
電式動力計（例えばキストラ−（Ｋｉｓｔｌｅｒ　）圧
電式３成分旋盤動力計９２６３型）は感度と応答振動数
とがより高い。しかし、商用旋盤動力計の応答振動数は
やはり低い。なぜなら、検知器（すなわち荷重セル）が
ハウジング内にあって重い質量が荷重セル上にかかるか
らである。応答振動数が低いことに加えて、ハウジング
付き検知装置がかさばり、工作機械タレットに取り付け
るには不便である。
力検知能力を高める試みとして、イギリスのマンチェス
ターにおける第２４回国際工作機械設計・研究会議（１
９８３年８月３１日〜９月１日）でリントストロム（Ｌ
ｌｎｄｓｔｒｏｍ　）とリンドバーグ（Ｌｉｎｄｂｅｒ
ｇ）によって発表された論文は、圧電要素を用いた一成
分力検知器をバイトホルダ内のバイト挿入体の直下に取
り付けた力監視装置を記載している。この装置では、切
削力の法線成分が荷重セルの一隅で作用する。荷重セル
がどのようなものであっても、このような力の作用によ
って荷重セルに曲げモーメントがかかり、圧電前型セル
が実質的に耐え得ないような応力が生ずる。
発明の説明 前記のリントストロムとリンドバーグの力監視装置に対
し、本発明に於ける荷重セルの装着は。
荷重セルに曲げモーメン！・をかけることなく、主とし
て圧縮力とせん断力を荷重セルにかけることになり、そ
れらによる応力の作用は圧電結晶が適切に耐えうるちの
である。
この改良は、多成分力検知器（すなわち荷重セル）をバ
イトホルダに切削用挿入体の下方において埋め込み、そ
の力検知器を、機械加工中切削挿入体にかかる切削力の
合力が力検知器のほぼ中心を通るように位置づけること
によって達成される。
好適構成では、３成分圧電式力検知器が用いられる。切
削力の合力が荷重セルの中心を通るようにすることによ
り、荷重セルの圧電要素に曲げ応力がかからない。合力
の方向は一般に一定ではない。なぜならそれは工具形状
と切削条件によるからである。しかし、３成分動力計は
この欠点を無くする。というのは、法線方向の力だけで
なく、力の２つの成分が存在する時は（すなわち、合力
が荷重セルの中心を通るが荷重セルの面に垂直でない時
は）、それらの成分も記録することが可能であるからで
ある。記録と読出し中、実際に測定される力の３成分は
、その後適当な余弦、正弦、加算および平方根増幅器系
の使用により半径方向、軸方向および法線方向の切削力
成分に分解される。
このような増幅器系とそれに組み込みうる要素は市販さ
れている。
バイトホルダにおける荷重セルの位置は、荷重セルとバ
イト挿入体との間のバイトホルダの質量が最少に保たれ
るような位置である。
荷重セルを（前述のリントドストロム等の装置における
ように）切削挿入体の直下に設けると、荷重セルは挿入
体（例えば１／２インチ×１／２インチまたは１インチ
×１インチのもの）より大きくなりえない。この制限は
、測定しうる切削力の大きさを自動的に制限する。他方
、本発明による構成は、切削挿入体よりずっと大きな荷
重セルの使用を可能にし、従って、はるかに大きな力を
測定しうる（例えば１／２インチ×１／２インチの挿入
体を１インチ×１インチの荷重セルと共に用いうる）。
また、挿入体の形は、心合わせ・方向づけ基準に合う限
り、荷重セルの形に合致する必要がない［例えば、切削
挿入体を３角形または円形（平面図）にしそして荷重セ
ルを正方形または長刀形（平面図）にしてもよい）］。
本発明の構成、用法、目的、利点等をさらに明らかにす
るため、次に添付図面によって本発明を説明する。
本発明の製造と使用の態様と方式 添付図面の第１図において、計装バイトホルダ１０が、
機械加工中回転するように取り付けられた加工物１１に
隣接して示され、切削挿入体１２は加工物に対して切削
位置にある。
工場自動化の努力目標の一部は、無人化した機械加工装
置の実現に成功することである。切削工程を監視する簡
単で信頼しうる装置の開発が、この目標の達成に重要で
ある。切削作用に対するバイト挿入体１２の力応答の監
視が、ここに開示した計装バイトホルダ１０の目的であ
る。このような装置の一実施例の構成要素が第２図の計
装バイトホルダ１０の分解図に示され、また第３．４．
５図にも示されている。図示のように本構造体は主支持
ベース１６と、バイト挿入鉢受は入れへこみ１８を形成
したバイト挿入体支持体１７と、バイト挿入体１２との
その支持板１９からなる。止め具２０とその締結具がバ
イト挿入体１２と支持板１９を適所に保持する。
ベース１６に形成された空洞２１は３成分圧電式力検知
器２２を受は入れ、検知器２２は（それを貫通する）穴
２４が穴２６と整合するように傾斜平面２３に載置され
る。穴２６は次のような角度、すなわち、その中心線が
バイト挿入体１２の切削作用発生部分を通るように整合
されるような角度で支持ベース１６を貫通している。組
立構造体において、支持体１７は空洞２１内にその側面
か支持体の垂直表面に近接するが接触しないように置か
れ、そして支持体１７の下側が検知器２２の上面に載置
される。組立位置におけるボルト２７は穴２６と穴２４
を貫通して支持体１７の下側のねじ穴２８にねじ込まれ
る。図示してないが、穴２４．２６はボルト２７の軸と
密接にはまり合うような寸法をもつ。第５図に示すよう
に、好適構成において、軸線Ｘ−Ｘはボルト２７の長手
方向中心線と合致し、力険知器２２の中心と挿入体１２
の外側先端１２ａを通り、そして互いに平行な平面２３
．２５に垂直である。通常の切削加工中切削力の合力は
切削工程の一部分だけの間、軸線Ｘ−Ｘと一致する。ボ
ルト２７は部品１６，１７．２２を適当な関係に締結し
かつ予荷重を検知器２２に与えるという二重の目的に役
立つ。予荷重は、荷重セル内のせん新要素が、摩擦とし
て表れる水平力を検知しうるために必要である。
穴２６の中心線（およびそれに垂直な而２３）を適当な
角度に位置づけることにより、検知器２２は、切削力の
合力が荷重セル２２のほぼ中心（すなわち穴２４の中心
）を通るような角度に方向づけられる。接続導線３１，
３２．３３が、荷重セル２２にかかる圧縮力とせん断力
によって生ずる電気信号を導く。合力の方向は一般に一
定ではなく、従って、非理想加工状態では、合力の２つ
のせん断成分が存在し、３本の導線３１，３２゜３３の
すべてによって従来の増幅記録系（図示せず）に導かれ
る電気信号出力として検知される。
可能な限り、荷重セル２２は支持体１７の質量を最少に
するように位置づけられる。また、支持体１７は支持ベ
ース１６と同じ材料（例えばＡｌ５Ｉ４３４０鋼）また
は、好ましくは、支持ベース１６の材料より軽い（すな
わち密度が低い）がそれより強い材料、例えばチタン合
金で製作されつる。支持体１７をこのような強いそして
密度のより低い材料で作ってその質量を減らすことによ
り、検知器の固有振動数が増す。本発明の装置の構成に
用いた市販装置は、３成分検知用のキストラ−（Ｋｌｓ
ｔｌｅｒ　）石英力変換器（９２５１型）であった。
キストラ−９２５１型変換器を用いた計装バイトホルダ
１０の振動数応答の測定を行った。振動数の関数として
発生した情報（位相と振幅比）が、バイト先端（すなわ
ち挿入体１２）に計装ハンマでＺ方向（すなわち、刃に
垂直な方向）に衝撃を与えそして同方向の力応答を測定
することによって得られた。この情報は第６ａ図（位相
対振動数）と第６ｂ図（振幅比対振動数）に示しである
。これらのデータのグラフに生ずる初期の鋭い偏差は、
装置の第１固を振動数である３、　　７７５ｋＨｚの値
における位相と振幅比の相関を示す。これは、同じ大き
さの力を測定しうる商用動力計の場合の約６００１１ｚ
の振動数応答の値に匹敵する。
【図面の簡単な説明】 第１図は回転加工物の機械加工のための位置にある本発
明の計装バイトホルダを示す概略平面図、第２図は本発
明の計装バイトホルダの構成部品を示す概略分解図、第
３図は本発明の計装バイトホルダの概略側面図、第４図
は本発明の計装バイトホルダの前端の概略立面図、第５
図は本発明の実施に要する心合わせ・方向づけをより良
く例示するために第３図と第４図のほぼ中間でバイトホ
ルダを見た場合の部分切取概略立面図、第６ａ図と第６
ｂ図はそれぞれ本発明の構成における動力計の位相およ
び振幅応答を示す図である。 １０：計装バイトホルダ、１２：バイト挿入体（切削挿
入体）、１６：主支持ベース、１７：バイト挿入体支持
体、１９：支持板、２０：止め具、２２：力検知器（荷
重セル）、２７：ボルト。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）機械加工中バイトホルダによって支持された切削
    挿入体にかかる切削力を監視する装置の一部として埋め
    込まれた検知手段を備える前記バイトホルダにおいて、
    多成分検知器を前記切削挿入体の下方において前記バイ
    トホルダに埋め込み、前記力検知器を前記切削挿入体に
    かかる切削力の合力が機械加工中前記力検知器のほぼ中
    心を通るように位置づけるようにしたバイトホルダ。
  2. （２）前記力検知器は圧電式力検知器である、特許請求
    の範囲第（１）項記載のバイトホルダ。
  3. （３）前記力検知器に予荷重をかける手段をさらに含む
    特許請求の範囲第（１）項記載のバイトホルダ。
  4. （４）前記力検知器に垂直な力成分と共に、存在する場
    合は、前記合力の２つのせん断成分を検知する手段を設
    けた特許請求の範囲第（１）項記載のバイトホルダ。
  5. （５）前記力検知器は少なくとも一つの寸法が前記切削
    挿入体の任意の寸法よりかなり大きい、特許請求の範囲
    第（１）項記載のバイトホルダ。
  6. （６）前記力検知器の平面図形が前記切削挿入体の平面
    図形とかなり異なる特許請求の範囲第（１）項記載のバ
    イトホルダ。
  7. （７）組立状態の前記バイトホルダは複数の部品で構成
    され、これら部品の第１および第２部品が前記力検知器
    の相反する表面に当接する互いに平行な平面を有し、前
    記切削挿入体は前記第１部品に支持されている、特許請
    求の範囲第（１）項記載のバイトホルダ。
  8. （８）前記平面は前記力検知器の中心と前記切削挿入体
    の外側先端とを通る線に概して垂直である、特許請求の
    範囲第（７）項記載のバイトホルダ。
  9. （９）前記第１部品の質量を前記切削挿入体の構造的支
    持と前記第１および第２部品の組立とに要する最少限度
    に減らした特許請求の範囲第（７）項記載のバイトホル
    ダ。
JP61121421A 1985-05-30 1986-05-28 計装バイトホルダ Granted JPS629851A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/739,346 US4671147A (en) 1985-05-30 1985-05-30 Instrumented tool holder
US739346 1985-05-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS629851A true JPS629851A (ja) 1987-01-17
JPH0246349B2 JPH0246349B2 (ja) 1990-10-15

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ID=24971864

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61121421A Granted JPS629851A (ja) 1985-05-30 1986-05-28 計装バイトホルダ

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US (1) US4671147A (ja)
EP (1) EP0203490B1 (ja)
JP (1) JPS629851A (ja)
AT (1) ATE46643T1 (ja)
DE (1) DE3665827D1 (ja)

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