JPS6362645A - 旋削加工機械の力検出器 - 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、バイトを備えた旋削加工機械において、旋削
加工中バイトに作用する十分力、背分力および送置力の
３つの分力を検出する旋削加工機械の力検出器に関する
。

〔従来の技術〕

旋削加工中、ハイドには主分力、背分力および送置力が
作用する。これらの各分力を知ることは、単に切削現象
の研究に必要なばかりでなく、旋削加工の自動化、最適
切削条件の維持、ハイド切削部の摩耗、損傷の検出等に
欠くことのできない要件となる。

従来、上記３分力の検出には種々の検出器が用いられて
いるが、その中でも、本発明者が特願昭５９−１６３４
７３号により提案した平行平板構造より成る検出器を用
いるのが好適である。この場合、当該検出器は上記出願
の図面の第２図およびその説明に示されるように、バイ
トを取付ける刃物台に設置される（ただし背分力を検出
する検出器は省略されている）。なお、平行平板構造に
ついては上記出願の明細書中に詳述されているので、説
明は省略する。ところで、旋削加工においては、一台の
旋盤で種々の加工を行うのが通常であり、その際には、
実施される加工に適したバイトを選択して刃物台に取（
＝Ｊけ、加工が行われる。

したがって、発生する分力は各加工毎にその大きさの範
囲が異るのが通常である。しかしながら、上記のように
検出器を刃物台に取付ける手段では、検出器の定格は一
定であるので、加工の種類によっては検出器がその加工
の分力の検出に適さなくなる場合が生し好ましくない。

又、検出器を刃物台に取付けると刃物台の質量が含まれ
るので検出器に必要な高い固有振動数をとるのが困難で
ある。

本発明者はこれらの点を、考慮して、ハイドの発生分力
に適合した定格を有する検出器をそのバイト自体に設け
ること、即ち、各ハイＩ・それぞれをセンザ化すること
に想到し、これを昭和６０年１０月精機学会において発
表した。この考えに沿った構造を次回により説明する。

第３図（ａ）は検出器を備えたハイＩ・の斜視図、第３
図（ｂ）、　　（Ｃ）は第１図（ａ）に示すバイトにカ
バーを取付けた場合の平面図および側面図である。各図
で、１はバイトを示す。２はバイト１を刃物台（図示さ
れていない）に固定するための同定部、３はバイト１に
作用する力（主分力。

背分力、送分力）を検出する検出器が構成されている検
出部、４はハイｌ−１の先端部である。５は先端部４に
取付けられたチップ、６はチップ５を同定するクッショ
ン、７はチップ５を押圧する爪である。８ば固定部２に
ねじ９により取付けられたカバーであり、切削屑が検出
部に侵入するのを防止する。なお、図示されていないが
、カバー８の先端部４側の検出部との間にはゴム状のバ
ッキングを挿入して切削屑の侵入の防止をより完全に行
う場合が多い。

検出部３には、矢印Ｆ１方向の主分力を検出するための
平行平板構造３Ｆ１、矢印Ｆ２方向の背分力を検出する
ための平行平板構造３Ｆｚおよび矢印Ｆ３方向の送分力
を検出するだめの平行平板構造３Ｆ、がそれぞれ複数の
貫通孔を形成することにより構成されている。３Ｓ１．
３３２．３Ｓ３はそれぞれ平行平板構造３Ｆ＋　、３Ｆ
２．３Ｆｓの変形を検出するひずみゲージである。

次に、上記バイト１を用いた検出動作について説明する
。ハイド１は固定部２を用いて刃物台に固定される。一
方、被削物は、第３図（Ｃ）において紙面に垂直な軸に
取付けられ、同図で時計方向に回転せしめられ、チップ
５と接触することにより切削が行われる。この場合、デ
ツプ５のすくい面の方向はほぼ主分力の方向と同じであ
り、向きは反対となる。なお、バイト１の中心軸はずく
い面又はチップ５の取付面に対して垂直方向となってい
る。この切削加工中、バイト１には第３図（ｂ）、　　
（Ｃ’）に示す矢印Ｆ、向きの主分力、矢印Ｆ２向きの
背分力、および矢印Ｆ、向きの送分力が作用する。各分
力はチップ５がら先端部４、検出部３、固定部２を経て
刃物台に伝達される。

この伝達過程において、主分力は平行平板構造３　Ｆ　
＋　に対してこれに比例した曲げ変形を発生せしめるが
、他の平行平板構造３ＦＺ、３Ｆ３は平行平板構造の特
性により当該主分力に対して極めて高い剛性を示し、は
とんど変形しない。同様に、背分力および送分力はそれ
ぞれ平行平板構造３Ｆ２゜３Ｆ３に対してこれに比例し
た曲げ変形を発生せしめるが、他の平行平板構造にはほ
とんど影響を与えない。

これら各平行平板構造３Ｆ＋　、３Ｆｚ　、３Ｆ３の曲
げ変形の大きさはひずみゲージ３Ｓ＋、３Ｓｚ。

３３３を用いて電気信号としてとり出され、これにより
、主分力、背分力および送分力をそれぞれ独立して検出
することができる。

このように、上記バイト１はそれ自体に検出部３を有す
るので、加工に応じてバイトを交換しても、当該加工に
対して最適の定格をもった検出器を用いることができる
ので、精度のよい検出を行うことができ、さらに検出器
の固有振動数を高くすることができる。又、自動工具交
換装置に対して直ちに適用することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記ハイド１を用いて実際に各分力を検出し
てみると、検出部３による主分力および送置力の検出性
能は充分に満足し得る結果が得られるのに反し、背分力
の検出性能は不充分であるという問題点があった。

本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点を解決し
、主分力、送置力のみならず背分力の検出性能をも良好
なものとすることができる旋削加工機械の力検出器を提
供するにある。

さらに本発明の第２の目的は、上記のように背分力の検
出性能をも向上せしめるとともに、刃物台から突出する
ハイドの突出量を短縮することができ、かつ、３分力の
検出精度を向上せしめることができる旋削加工機械の力
検出器を提供するにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記第１の目的を達成するため、本発明は、棒状のバイ
トの中心軸に沿って当該バイトの切削部より後方部分に
平行平板構造を用いた力検出部を順に３つ配置し、これ
ら３つの平行平板構造の力検出軸方向を互いに直交せし
めるように構成し、かつ、中心軸方向を力検出軸方向と
する平行平板構造を前記中心軸の両側に設けた貫通孔に
より構成したことを特徴とする。

又、上記第２の目的を達成するため、本発明は、上記第
１の目的を達成するだめの構成に加えて、３つの力検出
部を覆うカバーをハイドと一体に構成したことを特徴と
する。

〔作　用〕

旋削加工中、バイトに作用する主分力、背分力および送
置力は、ハイドに設けられた３つの力検出部により検出
される。又、バイトの切削部で発生する熱は切削部と力
検出部との間でほぼ均一に拡散されて力検出部に伝わっ
てゆく。

〔実施例〕

ここで、本発明を実施例にしたがって説明する前に、当
該実施例を完成するに至った過程について説明する。本
発明者は、第３図（ａ）〜（Ｃ）に示す構造において、
何故背分力の検出性能が不充分となるのか、その理由を
種々探究した結果、これが背分力を検出する平行平板構
造３Ｆ２における局部的１時間的熱変形に起因すること
を見出した。即ち、第３図（ａ）〜（Ｃ）に示す構造に
おいては平行平板構造３Ｆ２は、チップ５と平行平板構
造３　Ｆ　＋　との間に中心軸に沿って介在し、しかも
チップ５に近接して設けられている。ところで、旋削加
工においてはチップ５に高温の熱が発生し、この熱は上
記構造においては大部分平行平板構造３Ｆｚを通るが、
その際、平行平板構造３ＦＺの複数貫通孔のため熱の流
れが阻止され、このため複数貫通孔により形成されてい
る薄肉の各平行平板のチップ５側の温度は反対側の温度
に比較して極めて高温となり、平行平板のチップ側部分
に延び変形を生じ反対側部分に縮み変形を生じ、この変
形は温度の時間的変化によって変化することが判明した
。

このようなチップの発熱による平行平板構造３Ｆ２の各
平行平板の変形は背分力とは無関係に生じるので、背分
力の正確な検出を不可能とし、当然ながらその検出性能
を著しく低下せしめるものである。

そこで、本発明者はこのような熱変形の問題を解決する
ため種々の対策を考案し、これらについて実験を行った
。そして、それらのうぢ熱変形に対して最も効果のある
手段は、チップ５に生じた熱が検出部に伝達されるまで
の間に、これをできるだけ拡散させるようにすることで
あり、そのためには両者の間にある程度の間隔を設ける
ことが必要であることが判った。このため、本発明者は
背分力検出用の平行平板構造３Ｆ２をそのまま送置力検
出用の平行平板構造３Ｆ、の後方に配置する構成を考え
た。第４図はこの構成の概略の平面図である。第４図で
第３図（ａ）に示す部分と同一部分には同一符号が付し
である。このように、平行平板構造３Ｆ２を後方に移動
配置したことにより先端部４に可成りの大きさの中間部
４ａを存在せしめることができる。この中間部４ａの存
在のため、チップ５で発生した熱は中間部４ａで拡散さ
れ、かつ、放熱されることになり、局部的。

時間的熱変形は大幅に緩和され、前記の問題点は解消さ
れる。

しかしながら、平行平板構造３Ｆ２を後方に配置するた
めには、バイｌ−１に切込み１０ａ、１０ｂを形成しな
ければならず、この結果バイト１にくびれ部分１１ａ、
１１．ｂを生じることになる。

ここで切込１０ａの深さは平行平板構造３Ｆ２がハイド
の中心部に配置されるため、ハイドの幅の半分以」−に
なり、従って（びれ部１．１２はバイトの幅の半分以下
と細くなる。これと同じように、１１ｂのくびれ部も細
くなり、バイトのチップ５から固定部２までの力の流れ
の中に、ハイド中心軸に非対称なくびれ部が２ケ所も存
在することになる。この構成により旋削加工を行うと、
くびれ部分１１ａ、ｌｌｂの存在のため、チップ５はそ
の主分力によりバイト１の中心軸まわりにねじり変形を
生じ、結果的に主分力方向のハイド１の剛性を低下せし
めると同時に通分力Ｆ３により紙面内の曲げ変形を生じ
、通分力方向のハイＩ−の剛性を低下せしめ、加工の寸
法精度を低下せしめるおそれが生じる。

さらに、ハイドの中心軸に関し非対称な細いくびれ部Ｌ
ｌａ、ｌｌｂが存在するため、パイ（・１の中心軸方向
の剛性、即ち背分力に対する剛性も低下する。ところで
、熱変形に対する前述の種々の対策中には、各検出部の
配置を種々変更する方法（各検出部を主分力方向に配置
する方法等）が含まれ、その配置の仕方によっては背分
力に対する剛性が低下するものも含まれていた。そして
、その場合の実験結果および検討から、このように背分
力に対する剛性が低下すると、バイトにびびり振動が発
生して切削面が荒れ、到底加工の寸法精度を確保するこ
とができず、結局、背分力に対する剛性は主分力および
通分力に対する剛性より加工の寸法精度に与える影響が
遥かに大であることが判明した。したがって、背分力に
対する剛性の点からも第４図に示す構成は採用し得ない
ことは明白となった。

以上のような検討を経た後到達したのが第１図に示す実
施例の構成である。以下本発明をこの実施例に基づいて
説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る力検出器を備えた
バイトの斜視図、第１図（ｂ）、　　（Ｃ）はそれぞれ
第１図（ａ）に示すバイトにカバーを取付けた場合の平
面図および側面図である。各図で、第３図に示す部分と
同一部分には同一符号を付して説明を省略する。３′は
検出部であり、主分力を検出するための平行平板構造３
Ｆ、およびひずみゲージ３Ｓ４、背分力を検出するため
の平行平板構造３Ｆ３およびひずみゲージ３Ｓ３、なら
びに、背分力を検出するための平行平板構造３Ｆ２′お
よびひずみゲージ３８２′で構成されている。４ａは先
端部４におけるチップ５と検出部３′との間の中間部分
を示す。１′は本実施例のバイトを示す。

本実施例と第３図（ａ）〜（Ｃ）に示す構成とは、検出
部における平行平板構造の配置および背分力を検出する
平行平板構造の構成が異なる。即ち、第３図（ａ）〜（
Ｃ）の構成においては、背分力を検出する平行平板構造
３Ｆ２が先端部４に配置されているのに対し、本実施例
では通分力を検出する平行平板構造３Ｆ、の後に配置さ
れている。そして、平行平板構造３Ｆ２′　の後方への
配置によりチップ５と最初の平行平板構造３　Ｆ　＋　
との間にチップ５に発生した熱をほぼ均一に拡散する中
間部分４ａが存在せしめられる。この中間部分４ａの大
きさは適宜定めることができる。又、平行平板構造３Ｆ
２′　は中心軸に対称Ｑこ配列された複数の方形貫通孔
により構成され、かつ、これら方形貫通孔はハイド１′
の中心軸に対して所定の傾きをもつＶ字形に配列されて
いる。このような平行平板構造３Ｆ２′　の検出原理は
特願昭５９−１６３４７３号に示されているので、その
説明は省略する。

なお、図中７！１　ばハイド１′を刃物台に取付ける取
付長さ、ρ２はバイト１′の固定部２の先端からチップ
５の先端までの長さ、β、はカバー８を固定部に取付け
るために要する取付長さを示す。

又、平行平板構造３Ｆ＋、３Ｆｉの貫通孔ば円形でなく
方形となっているが、両者は等価であり、いずれであっ
ても差支えない。

本実施例においては、チップ５に作用した主分力、通分
力、背分力はそれぞれ平行平板構造３Ｆ＋　、３Ｆ、３
．３Ｆ２’　　により検出される。又、チップ５に発生
した熱は中間部分４ａでほぼ均一に拡散されて平行平板
構造３Ｆ＋に伝達され、以後それぞれ均一の拡散状態で
平行平板構造３Ｆ３゜３Ｆ２′　に伝達される。

このように、本実施例では、背分力検出用の平行平板構
造を後方に移し、バイト先端部においてチップと検出部
との間に中間部分を設けたので、チップに発生した熱を
当該中間部分において拡散することができ、検出部にお
ける平行平板の熱度形を大幅に緩和することができる。

又、背分力検出用の平行平板構造にも、熱は当然拡散さ
れて伝達されるので、背分力を精度よく検出することが
できる。

さらに、背分力検出用の平行平板構造を中心軸に対称に
その両側に配列された複数の方形貫通孔により構成した
ので、背分力の伝達は中心軸に沿って行われることにな
り、背分力に対する剛性を高めることができ、加工精度
を向」二せしめることができるとともに、貫通孔の数、
平行平板の厚み等を適宜選択することにより、背分力検
出部の中心軸方向の長さを短くすることができ、これに
より後述する突出し量を短くすることができる。又、く
びれ部が存在してもこのくびれ部はバイトの中心軸を中
心として存在するので、主分力によるねじり変形も小さ
くなり、また、背分力検出用の方形穴を中心軸に対称に
７字形に配置することにより、切込部を小さく、または
なくすことができ、その結果、くびれ部の太さが増すた
め、送置力方向の剛性をほとんど低下させないので、加
工精度に影響を与えることはない。

第２図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の他の実施例に係る
力検出器を備えたハイドの一部破断乎面図および側面図
である。各図で、第１図（ａ）〜（Ｃ）に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。１２はカ
バーである。さきの実施例におけるカバー８は固定部２
にねじ９で取付けられていたが、本実施例のカバー１２
はバイト１′と一体構成となっている。このような一体
構成は、例えば、最初から精密鋳造で構成する方法、１
つのブロックから放電加工を用いて構成する方法、溶接
又はろう付げする方法等が用いられる。

ところで、一般に旋削加工機械においては、（１）バイ
トの剛性を増加してより精度の高い加工を可能とするた
め、および（２）旋削加工機械の種類や被旋削物の種類
によっては刃物台と被旋削物との間隔に制限があるため
、刃物台から突出するバイトの長さく突出し量）をでき
るだげ短かくすることが要望されている。本実施例では
、カバー１２をバイト１′を一体構成としたので、さき
の実施例を示すようにカバーを固定部２に取付ける取付
は長さＩ！、３が不要となり、その分突出し量を短かく
することができる。即ち、さきの実施例においては、突
出し量は（７！ｚ＋１ａ）であるが、本実施例において
は、突出し量はｆ！２であり、長さｊ！３だけ短縮する
ことができる。

このように、バイト１′と一体構成されたカバー１２は
突出し量を短縮できるという効果を有するが、これ以外
に次のような効果もある。即ち、さきの実施例のように
、カバー１２をねし９等で取付けた場合、この取付部を
ミクロ的にみると、バイト１′の固定部２とカバー８と
の間には多数の凹凸が存在し、したがって多数の接触点
が存在する。これらの接触点は力の伝達中に変形を生じ
、このため平行平板構造による検出特性（線形性や非履
歴性）に影響を与えこれらを低下させる。特に、カバー
８の開口端をゴム状のバッキングで封じたときこの傾向
が顕著に現れる。ところが、本実施例のカバー１２はバ
イト１′と一体構成とされているので、上記のような接
触点を生じることはなく、したがって検出部の検出特性
の悪化を防止することができる。

このように、本実施例では、背分力検出用の平行平板構
造を後方に移し、チップと検出部との間に間隔を設け、
又、背分力検出用の平行平板構造を中心軸両側に配列さ
れた方形貫通孔により構成したので、さきの実施例と同
じ効果を奏する。加えて、カバーをバイトと一体構成と
したので、突出し量を短くすることができるとともに力
の検出特性の悪化を防止することができる。

なお、上記実施例の説明では、平行平板構造の配置順と
して、前部に主分力検出用、中間に通分力検出用、後部
に背分力検出用を配置した例について説明したが、これ
に限ることはなく、それらの配置順は任意に選択するこ
とができる。

又、上記実施例の説明では、３つの平行平板構造を構成
する貫通孔として複数の方形貫通孔を例示したが、円形
その他平行平板を構成し得る形状のものであればよい。

さらに、貫通孔に複数でなく１つ構成することも可能で
ある。さらに又、背分力検出用の平行平板構造として７
字形に傾斜した方形貫通孔の配列による構成を例示した
が、逆にΔ形の傾斜でもよく、又、傾斜させず中心軸に
沿う直線状の配列により構成してもよい。ただし、傾斜
した配列により構成する場合の貫通孔としては、各平行
平板に中心軸に対する垂直性を保持させて検出精度を向
上させるため、方形貫通孔を用いるのが望ましい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の１つは、検出部をバイトの
切削部より後方に設けたので、平行平板構造における熱
変形を緩和することができ、これにより主分力、背分力
および通分力の検出精度を向上せしめることができる。

又、背分力検出用の平行平板構造を、中心軸の両側に設
けた貫通孔で構成したので、バイトの剛性の低下を防１
にすることができ、精度の良い旋削加工を行うことがで
きる。

又、本発明の他の１つは、上記第１の発明の構成に加え
、検出部を保護するカバーをパイＩ・と−体構成とした
ので、第１の発明と同じ効果を奏するとともに、ハイド
の突出し量を短くすることができ、これによりバイトの
剛性を高め、又、バイトの旋削機械への適用範囲を拡大
することができる。さらに、カバーの一体構成により接
触点をなくすことができ、これにより検出部の検出精度
を向」二せしめること力くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）は本発明の実施
例に係る力検出器を備えたバイトの斜視図、平面図およ
び側面図、第２図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の他の実
施例に係る力検出器を備えたハイドの一部破断平面図お
よび側面図、第３図（ａ）、（ｂ）。 （Ｃ）は従来の力検出器を備えたバイトの斜視図。 平面図および側面図、第４図は第１図（ａ）。 （ｂ）、　　（Ｃ）に示す構成を説明するためのバイト
の平面図である。 １′・・・バイト、３′・・・検出部、３Ｆ１゜３Ｆ２
’、３Ｆ３　　・・・平行平板構造、５・・・チップ、
８，１２・・・カバー。 第１図 （ａ） 第２図 第３図 （ａ） （ｂ） 手彰１祖１正書（自発） 昭和６２年　１月２４日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、先端に切削部を有する棒状のバイトを用いた旋
   削加工機械において、前記バイトにおける前記切削部よ
   り後方部分に平行平板構造を用いた３つの力検出部をそ
   れらの力検出軸方向が直交するように前記バイトの中心
   軸に沿つて順に配置し、前記中心軸方向を力検出軸方向
   とする平行平板構造を前記中心軸の両側に設けた貫通孔
   により構成したことを特徴とする旋削加工機械の力検出
   器（２）、特許請求の範囲第（１）項において、前記貫
   通孔は、複数貫通孔の配列より成ることを特徴とする旋
   削加工機械の力検出器（３）、特許請求の範囲第（２）
   項において、前記配列は、前記中心軸に対して傾きを有
   することを特徴とする旋削加工機械の力検出器（４）、
   先端に切削部を有する棒状のバイトを用いた旋削加工機
   械において、前記バイトにおける前記切削部より後方部
   分に平行平板構造を用いた３つの力検出部をそれらの力
   検出軸方向が直交するように前記バイトの中心軸に沿つ
   て順に配置し、前記中心軸方向を力検出軸方向とする平
   行平板構造を前記中心軸の両側に設けた貫通孔により構
   成し、前記各力検出部を覆うカバーを前記バイトと一体
   に設けたことを特徴とする旋削加工機械の力検出器