SE516966E

SE516966E - Method and apparatus for measuring transmissible torque at a tool chuck or the like

Info

Publication number: SE516966E
Application number: SE0100981A
Authority: SE
Inventors: Gustav Svensson
Original assignee: Gustav Svensson
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2001-01-19
Also published as: SE516966C2; SE0100981L; SE0100981D0

Description

TEKNISKT OMRÅDE Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och en anordning för mätning och beräkning av det maximalt överförbara vridande momentet mellan en verktygschuck och ett i denna genom friktionskraft fasthållet verktyg med hjälp av en mätanordning, varvid verktyget är monterat i chucken med en fasthållningskraft som avses vara tillräckligt stor för att hålla fast verktyget under en kommande bearbetningsoperation . TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and a device for measuring and calculating the maximum transferable torque between a tool chuck and a tool held therein by frictional force by means of a measuring device, the tool being mounted in the chuck with a holding force which is intended to be sufficient. large to hold the tool during an upcoming machining operation.

BAKGRUND En verktygschuck, i vilken ett verktyg med företrädesvis cylinderformigt skaft hålls fast genom friktion mellan verktygets skaft och omgivande ytor, förmår att överföra ett vridande moment mellan verktygsmaskinens spindel och verktyget som är en funktion av den kraft som hydrauliska membran, klämbackar och liknande utövar på verktygets skaft. Det överförbara vridande momentet mellan chuck och verktyg måste vara större än det vridande moment som maskinens spindel utövar på chucken för att verktyget inta ska lossna. Om verktyget skulle lossna under en bearbetningsoperation kan stora och kostsamma ska-dor uppkomma på såväl maskin som verktyg och arbets-stycke. BACKGROUND A tool chuck, in which a tool with a preferably cylindrical shaft is held by friction between the tool shaft and surrounding surfaces, is capable of transmitting a rotating torque between the tool machine spindle and the tool which is a function of the force exerted by hydraulic diaphragms, clamping jaws and the like. tool shaft. The transferable torque between the chuck and the tool must be greater than the torque applied by the machine spindle to the chuck for the tool to loosen. Should the tool come loose during a machining operation, large and costly damage can occur to the machine as well as the tool and workpiece.

För att kontrollera att chucken kan överföra ett tillräckligt stort vridande moment monteras i dag chucken på ett fast underlag och verktyget förses med en vridarm försedd med en momentmätare eller en mätare för den kraft som anbringas i vridarmens fria ände. Det maximalt överförbara vridande momentet, eller motsvarande kraft på vridarmen, kan avläsas omedelbart innan en glidning inträffar mellan de inre ytorna i chucken och skaftet på verktyget. To check that the chuck can transmit a sufficiently large rotating torque, the chuck is today mounted on a solid surface and the tool is provided with a rotary arm equipped with a torque meter or a gauge for the force applied to the free end of the rotary arm. The maximum transferable torque, or equivalent force on the rotary arm, can be read immediately before a slip occurs between the inner surfaces of the chuck and the shaft of the tool.

Nackdelarna med den hittills kända metoden för sådan mätning är att den är osmidig genom att det inte finns någon för ändamålet avsedd fixtur för mätningen och att det inte finns lämpliga don för att montera vridarmen på verktyget. Genom att den kända metoden är omständlig och tidskrävande blir den inte utnyttjad i önskad utsträck-ning med följd att för dåligt fasthållna verktyg sätts upp i verktygsmaskiner som skadas då verktyget lossnar. The disadvantages of the hitherto known method for such measurement are that it is inflexible in that there is no purpose-built fixture for the measurement and that there are no suitable devices for mounting the rotary arm on the tool. Because the known method is cumbersome and time-consuming, it is not utilized to the desired extent, with the result that tools that are poorly held are set up in machine tools that are damaged when the tool comes loose.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett enklare sätt att utföra den ovan nämnda mätningen samt en tillhörande mätningsanordning. Förfarandet för mätning och beräkning av det maximalt överförbara vridande momentet mellan en verktygschuck och ett i denna genom friktionskraft fasthållet verktyg åstadkommes med hjälp av en för ändamålet utvecklad mätanordning med vars hjälp friktionskraften på verktyget i chucken mätes axiellt i stället för radiellt, vilket ger ett mycket mer förenklat mätförfärande. Vid mätning monteras verktyget i chucken med en fasthållningskraft som avses vara tillräckligt stor för att hålla fast verktyget under en kommande bearbetningsoperation. Chucken med verktyget placeras i ett mätstativ, inspänd mellan en första inspänningspunkt på stativet och ett i stativet anordnat kraftalstrande organ, som utgör en andra inspänningspunkt. En kraft riktas axiellt med hjälp av det kraftalstrande organet mot verktyget till dess att en glidning registreras mellan chucken och verktyget, varvid storleken på kraften indikeras, registreras och omräknas till ett maximalt överförbart vridande moment antingen för hand med hjälp av beräk-ningstabeller eller med fördel med hjälp av en registrerings- och beräkningsanordning. DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a simpler way of performing the above-mentioned measurement and an associated measuring device. The method for measuring and calculating the maximum transferable torque between a tool chuck and a tool held therein by frictional force is effected by means of a measuring device developed for the purpose by means of which the frictional force on the tool in the chuck is measured axially instead of radially. more simplified measurement procedure. When measuring, the tool is mounted in the chuck with a holding force that is intended to be large enough to hold the tool during an upcoming machining operation. The chuck with the tool is placed in a measuring frame, clamped between a first clamping point on the frame and a force-generating member arranged in the frame, which constitutes a second clamping point. A force is directed axially by means of the force generating means towards the tool until a slip is registered between the chuck and the tool, the magnitude of the force being indicated, registered and converted to a maximum transferable torque either by means of calculation tables or advantageously by means of a recording and calculating device.

Det kraftalstrande organet kan utgöras av en hydraulisk cylinder som står i hydraulisk förbindelse med en pump och med nämnda registreringsanordning för mätning och registrering av det hydrauliska trycket. Pumpen kan även vara ersatt av andra ekvivalenta tryckgivande organ. Alternativet kan det kraftalstrande organet utgöras av en manuellt driven eller motordriven skruv- mutteranordning eller liknande mekanisk anordning. Vidare kan medel vara förutsedda för registrering av en glidning mellan chucken och verktyget. Sådana medel kan t ex utgöras av meka-niskt/elektriskt arbetande switchar eller liknande. Även induktivt eller optiskt arbetande givare kan användas för att indikera när glidning inträffar. I registreringsanordningen ingår med fördel också medel för beräkning av det maximalt överförbara vridande momentet. The force generating means may be constituted by a hydraulic cylinder which is in hydraulic connection with a pump and with said recording device for measuring and recording the hydraulic pressure. The pump can also be replaced by other equivalent pressure sensing means. Alternatively, the force generating means may be a manually driven or motor driven screw nut device or similar mechanical device. Furthermore, means may be provided for registering a slip between the chuck and the tool. Such means may, for example, consist of mechanically / electrically operating switches or the like. Inductive or optically operated sensors can also be used to indicate when slipping occurs. The recording device advantageously also includes means for calculating the maximum transferable torque.

I det utförande av uppfinningen, där det kraftalstrande organet utgörs av en hydraulisk cylinder, kan glidningen mellan chuck och verktyg indikeras genom observa-tion av det tryckfall som inträffar i det hydrauliska systemet i glidningsögonblicket. Storleken på det hydrauliska trycket omedelbart före tryckfallet utgör ett mått på den axiella kraften och kan omräknas till ett överförbart vridande moment. I detta fall bortfaller behovet av särskilda medel för att indikera glidningen. I ett alter-nativt utförande av uppfinningen kan åtminstone en tråd-töj ningsgivare vara anordnad på mätstativet för att indikera storleken på den axiella kraften på verktyget. In the embodiment of the invention, where the force generating member is constituted by a hydraulic cylinder, the sliding between chuck and tool can be indicated by observing the pressure drop which occurs in the hydraulic system at the moment of sliding. The magnitude of the hydraulic pressure immediately before the pressure drop is a measure of the axial force and can be converted to a transferable torque. In this case, the need for special means to indicate the slip disappears. In an alternative embodiment of the invention, at least one wire strain gauge may be provided on the measuring frame to indicate the magnitude of the axial force on the tool.

Det ligger inom ramen för uppfinningen att en-dast indikera att fasthållningskraften på verktyget är tillfredsställande i stället för att indikera den maxima-la fasthållningskraft som uppnås strax innan en glidning inträffar mellan chucken och verktyget. Presentationen av mätresultatet kan t ex därvid begränsas till att en grön lampa på anordningen tänds vid tillfredsställande, och en röd tänds vid otillfredsställande fasthållningskraft. It is within the scope of the invention to only indicate that the holding force on the tool is satisfactory instead of indicating the maximum holding force achieved just before a slippage occurs between the chuck and the tool. The presentation of the measurement result can, for example, be limited to a green light on the device being lit at satisfactory, and a red one being lit at unsatisfactory holding force.

Ytterligare detaljer och kännetecken rörande föreliggande uppfinning framgår av beskrivningen till figurblad nedan samt av patentkraven. Further details and features relating to the present invention appear from the description of the figure sheets below and from the claims.

Förfarandet enligt uppfinningen är inte begränsat till användning av en fristående mätanordning av det slag som beskrivs nedan utan är tillämpbart i olika slags an-ordningar och även i själva verktygsmaskinen, i vilken mätningen kan göras med chucken monterad på maskinens spindel, eller i en i maskinen ingående anordning. The method according to the invention is not limited to the use of a stand-alone measuring device of the type described below but is applicable in various kinds of devices and also in the machine tool itself, in which the measurement can be made with the chuck mounted on the machine spindle, or in a machine input device.

Föreliggande uppfinning är inte heller begränsad till att användas för mätning på verktyg i verktygschuckar utan är tillämpbart i alla sammanhang i vilka man hål- ler fast en axel i en klämanordning med hjälp av friktionskraft för att överföra ett vridande moment mellan delarna. Sådana tillämpningar är ekvivalenta med tillämp-ningen på verktygschuckar, varför objekten chuck och verktyg används för att beskriva uppfinningen även i patentkraven . The present invention is also not limited to being used for measuring tools in tool chucks, but is applicable in all contexts in which a shaft is held in a clamping device by means of frictional force to transmit a rotating torque between the parts. Such applications are equivalent to the application to tool chucks, so the objects chuck and tools are used to describe the invention also in the claims.

BESKRIVNING TILL FIGURBLAD Uppfinningen beskrivs nedan i form av ett utförings-exempel i anslutning till bifogade figurblad. Figur 1 visar schematiskt en anordning för mätning av det överförbara vridande momentet mellan en hydraulisk chuck och ett i denna fastsatt verktyg. Figur 2 visar delar av anordningen enligt figur 1 uppförstorad. DESCRIPTION OF FIGURE SHEETS The invention is described below in the form of an exemplary embodiment in connection with the accompanying figure sheets. Figure 1 schematically shows a device for measuring the transferable torque between a hydraulic chuck and a tool fixed therein. Figure 2 shows parts of the device according to figure 1 enlarged.

En hydraulisk chuck 1 försedd med ett verktyg 2 uppvisande ett skaft 2.1, som stuckits in i en öppning vid chuckens 1 fria ände, är placerad i ett mätstativ 3, som är anslutet till en registreringsanordning 4 så som visas på figur 1. Registreringsanordningen 4 uppvisar en display 4.1 för mätresultat, dvs företrädesvis överförbart vridande moment uttryckt i Nm. Mätstativet 3, som visas uppförstorat på figur 2, innefattar en basplatta 3.1 som uppbär två vertikala pelare 3.2, vilkas fria ändar är försedda med gängor. Ett ok 3.3 sträcker sig mellan pelarna 3.2, som löper i var sitt hål i oket 3.3, och bärs upp av en nedre mutter 3.4 på en av pelarna 3.2 när ingen chuck 1 med verktyg 2 är monterad i stativet 3. Okets 3.3 höjdläge under mätning är inställbart med hjälp av två övre muttrar 3.5. A hydraulic chuck 1 provided with a tool 2 having a shaft 2.1, which is inserted into an opening at the free end of the chuck 1, is placed in a measuring frame 3, which is connected to a recording device 4 as shown in figure 1. The recording device 4 has a display 4.1 for measurement results, ie preferably transferable torque expressed in Nm. The measuring frame 3, which is shown enlarged in Figure 2, comprises a base plate 3.1 which supports two vertical pillars 3.2, the free ends of which are provided with threads. A yoke 3.3 extends between the pillars 3.2, which run in each hole in the yoke 3.3, and is supported by a lower nut 3.4 on one of the pillars 3.2 when no chuck 1 with tool 2 is mounted in the stand 3. Yoke 3.3 height position during measurement is adjustable using two upper nuts 3.5.

I okets 3.3 centrum, beläget mellan pelarna 3.2, är en hydraulisk cylinder 5 monterad och innefattar en kolv 5.1, som är rörlig i en riktning mot basplattan 3.1, och som påverkas av hydraulvätska under tryck från en til-loppsledning 5.2, som är ansluten till en pump, ej visad på figurerna via registreringsanordningen 4. Två retur-fjädrar 5.3 är anordnade på kolvens 5.1 undersida, vilka uppbärs av ett lock 5.4, genom vilket en kolvstång 5.5 skjuter ned mot och står i kontakt med det uppåtvända verktyget 2. In the center of the yoke 3.3, located between the columns 3.2, a hydraulic cylinder 5 is mounted and comprises a piston 5.1, which is movable in a direction towards the base plate 3.1, and which is actuated by hydraulic fluid under pressure from a supply line 5.2, which is connected to a pump, not shown in the figures via the recording device 4. Two return springs 5.3 are arranged on the underside of the piston 5.1, which are supported by a lid 5.4, through which a piston rod 5.5 projects downwards and is in contact with the upwardly facing tool 2.

En givare 6, uppvisande ett kontaktorgan 6.1, är monterad på verktygets 2 skaft 2.1 med hjälp av en perma-nent magnet 6.2. Givaren 6 är placerad på skaftet 2.1 så att en spalt A = 0,1 mm erhålls mellan kontaktorganet 6.1 och chuckens 1 övre ände. Givaren 6 står i förbindelse med registreringsanordningen 4 via en första elektrisk ledning 6.2. Stativet 3 är förbundet med registreringsanordningen 4 genom en andra elektriskt ledning 6.3. A sensor 6, having a contact member 6.1, is mounted on the shaft 2.1 of the tool 2 by means of a permanent magnet 6.2. The sensor 6 is placed on the shaft 2.1 so that a gap A = 0.1 mm is obtained between the contact member 6.1 and the upper end of the chuck 1. The sensor 6 is connected to the recording device 4 via a first electrical line 6.2. The stand 3 is connected to the recording device 4 by a second electrical cable 6.3.

Vid mätning av det maximalt överförbara vridande momentet mellan chucken 1 och verktyget 2 placeras chucken 1 med monterat verktyg 2 i mätstativet 3 varefter de övre muttrarna 3.5 ansättes så att kolvstången 5.5 anligger lätt mot verktygets 2 övre ände. Därefter startas pumpen för hydraulvätska, varvid kolvstången 5.5 utövar en kraft på verktyget 2. När en glidning inträffar mellan chucken 1 och verktygets 2 skaft 2.1, registreras denna genom att kontaktorganet 6.1 sluter strömkretsen genom registreringsanordningen 4, i vilken det aktuella hydrauliska trycket avläses och omräknas till ett maximalt tillåtet vridande moment som presenteras på displayen 4.1. When measuring the maximum transferable torque between the chuck 1 and the tool 2, the chuck 1 with mounted tool 2 is placed in the measuring frame 3, after which the upper nuts 3.5 are set so that the piston rod 5.5 abuts easily against the upper end of the tool 2. Then the pump for hydraulic fluid is started, whereby the piston rod 5.5 exerts a force on the tool 2. When a slip occurs between the chuck 1 and the shaft 2.1 of the tool 2, this is registered by the contact means 6.1 closing the circuit through the recording device 4, in which the current hydraulic pressure is read and recalculated to a maximum permissible torque presented on the display 4.1.

Claims

Method for measuring and calculating the maximum transferable torque between a tool chuck (1) and a tool (2) held therein by frictional force by means of a measuring device (3,4,5), characterized in that the tool (2) is mounted in the chuck (1) with a holding force which is intended to be large enough to hold the tool during an upcoming machining operation, that the chuck (1) with the tool (2) is placed in a measuring stand (3), clamped between a first clamping point on the stand ( 3) and a force generating means (5) arranged in the frame, which constitutes a second clamping point, that a force is directed towards the tool (2), and that the magnitude of the force on the tool is indicated, registered and converted into a transferable torque.

Method according to claim 1, characterized in that the force is indicated at the moment when a slippage occurs between the chuck (1) and the tool (2).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the force-generating means consists of a hydraulic cylinder (5), and that the hydraulic pressure is indicated and converted to a maximum transferable torque by means of a recording and calculating device (4).

Device for measuring and calculating the maximum transferable torque between a tool chuck (1) and a tool (2) held therein by frictional force by means of a measuring device (3,4,5), the tool (2) having a shaft (2.1) mounted in the chuck (1) with a holding force intended to be large enough to hold the tool during an upcoming machining operation, characterized in that it comprises a measuring frame (3) having a first clamping point for the tool (2), and a force generating means (5) arranged in the frame, which constitutes a second clamping point for the tool, and that means (4) are provided for measuring and recording the force from the force generating means (5) and for calculating the maximum transferable torque .

Device according to claim 4, characterized in that means (6) are provided for detecting a slippage between the chuck (1) and the tool (2).

Device according to claim 4 or 5, characterized in that the force-generating means consists of a hydraulic cylinder (5), that the cylinder (5) is in hydraulic connection with a pump, and that the recording device (4) is intended for measuring and recording the hydraulic pressure.

Device according to claim 6, characterized in that the measuring frame (3) has a base plate (3.1), on which the first clamping point is located, and that the cylinder (5) is mounted in a yoke (3.3) which is connected to the base plate (3.1). ) via pillars (3.2).

Device according to Claim 7, characterized in that the distance of the yoke (3.3) from the base plate (3.1) is adjustable.

Device according to claim 7, characterized in that the pillars (3.2) at their free ends are provided with threads on which nuts (3.5) are displaceable and against which the yoke (3.3) abuts during measurement.