JPH02198746A - Measuring device for axial tension - Google Patents
Measuring device for axial tensionInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は軸力測定装置にかかり、例えば、工作機械にお
ける主軸やテーブル等の運動体による直線方向の力(以
下、軸力という)を測定する軸力測定装置に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention is applied to an axial force measuring device, and measures the force in a linear direction (hereinafter referred to as axial force) due to a moving body such as a spindle or table in a machine tool, for example. This invention relates to an axial force measuring device.
(従来の技術)
従来、この種の軸力測定は、例えば工作機械において、
ツールやワークその他工作機械の構成要素の破損、折損
等を防止するために必要とされている。そして、従来の
軸力測定装置においては。(Prior art) Conventionally, this type of axial force measurement has been carried out, for example, in machine tools.
It is necessary to prevent damage or breakage of tools, workpieces, and other machine tool components. And in the conventional axial force measuring device.
例えば工作機械の主軸やテーブル等の運動体側で軸力を
測定するべく、これらの運動体に歪ゲージ等のセンサを
取り付け、このセンサの出力信号がら軸力を測定するこ
とが一般的であった。For example, in order to measure the axial force on a moving body such as the main shaft or table of a machine tool, it was common to attach a sensor such as a strain gauge to these moving bodies and measure the axial force based on the output signal of this sensor. .
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら従来の軸力測定装置では、主軸モータ、送
りモータ等の駆動源やギア等の動力伝達機構により、測
定するべき軸力以外のカが外乱として加わるため、所期
の軸力を正確に測定することができないという問題があ
った。また、回転体では、そこからの信号伝達が非常に
難しくなるという欠点があった。(Problem to be Solved by the Invention) However, in conventional axial force measuring devices, forces other than the axial force to be measured are added as disturbances by drive sources such as the spindle motor and feed motor, and power transmission mechanisms such as gears. There was a problem in that the desired axial force could not be accurately measured. Furthermore, a rotary body has the disadvantage that signal transmission from it becomes extremely difficult.
更に、上記以外の軸力8Iす定手段として、ピエゾ素子
や歪ゲージを用いた6分力テーブルを使用する方法も、
老木ら、5些るが1周知のように、この6分力テーブル
は一般に中小荷重向きであって大荷重による軸力測定に
は不適当である。更に、6分力テーブルを用いた軸力測
定は、工作機械による加工運転とは切り離して別個独立
に行なう必要があり、この6分力テーブルを工作機械に
据え付ける手間がかかると共に加工中に並行して軸力測
定を行ない、この測定結果を用いて加工条件を変更する
こと等ができないという問題があった。Furthermore, as a means of determining the axial force 8I other than the above, there is also a method of using a 6-component force table using a piezo element or a strain gauge.
As is well known by Oiki et al., this 6-component force table is generally suitable for small to medium loads and is not suitable for measuring axial force under large loads. Furthermore, axial force measurement using a 6-component force table needs to be carried out separately and independently from the machining operation of the machine tool, which requires time and effort to install this 6-component force table on the machine tool, and it is difficult to measure the axial force in parallel during machining. There was a problem in that it was not possible to measure the axial force and use the measurement results to change the machining conditions.
本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、直線運動する運動体の軸力
をロードセルによって外乱等の影響を受けることなく正
確に測定し、しかも上記ロードセルを工作機械等に予め
作り込むことによって据え付けの手間をなくし、かつ加
工運転と並行した軸力8+11定を可能とした構成簡単
な軸力測定装置を提供することにある。The present invention was proposed to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to accurately measure the axial force of a linearly moving body without being affected by disturbances, etc., and to To provide an axial force measuring device with a simple configuration, which eliminates the trouble of installation by pre-fabricating a load cell into a machine tool or the like, and which enables constant axial force 8+11 in parallel with machining operation.
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するため、本発明は、工作機械の主軸ヘ
ッドやテーブル等の運動体の直線運動方向に対して相対
的にほぼ静止している系にロードセルを取り付け、前記
運動体が直線運動する際の力を前記ロードセルによって
測定することを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a load cell in a system that is substantially stationary relative to the linear motion direction of a moving body such as a spindle head or a table of a machine tool. The present invention is characterized in that the force when the moving body moves linearly is measured by the load cell.
また1本発明にかかる軸力測定装置は主として工作機械
に適用することが予定されており、その場合には、運動
体が工作機械の主軸であってこの主軸に取付けられたベ
アリングを圧接するカラーにロードセルを設け、あるい
は、運動体がテーブルや主軸ヘッド等であってこれらを
19[動するボールスクリューのナツト部にロードセル
を設けることが好ましい。In addition, the axial force measuring device according to the present invention is planned to be mainly applied to machine tools, and in that case, the moving body is the main shaft of the machine tool, and a collar that presses a bearing attached to the main shaft is used. It is preferable to provide a load cell in the nut of the ball screw that moves the moving body such as a table or a spindle head.
更に、テーブルや主軸ヘッド等の運動体に設定値以上の
力が加わった際に、この力の方向に沿つて移動子が一定
の変位だけ移動したことを検出して前記運動体の移動を
停止させて安全側に退避させるように構成された。特願
昭63−206054号にかかるフェイルセイフシステ
ムにも本発明は適用可能であり、その場合には、前記移
動子を備えていて運動体からの力に応動するアクチュエ
ータにロードセルを備えることが望ましい。Furthermore, when a force exceeding a set value is applied to a moving object such as a table or spindle head, it is detected that the mover has moved by a certain amount of displacement along the direction of this force, and the movement of the moving object is stopped. The structure was designed to allow the pilot to evacuate to the safe side. The present invention can also be applied to the fail-safe system disclosed in Japanese Patent Application No. 63-206054, and in that case, it is desirable to include a load cell in the actuator that is equipped with the movable element and responds to the force from the moving body. .
(作用)
本発明によれば、直線運動する運動体の軸力が、この運
動体に対して相対的にほぼ静止している系に加わり、こ
の系に設けられたロードセルに前記軸力に応じた電気信
号を生じさせる。従って、この電気信号を測定すること
により、運動体の軸力を測定することができる。(Function) According to the present invention, the axial force of a linearly moving moving body is applied to a system that is substantially stationary relative to this moving body, and the load cell provided in this system responds to the axial force. generates an electrical signal. Therefore, by measuring this electrical signal, the axial force of the moving body can be measured.
(実施例) 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
まず、第1図ないし第5図は本発明の第1実施例を示す
ものであり、この実施例は、本発明にかかる軸力測定装
置をマシニングセンタ等の工作機械の主軸ベアリングの
ハウジング内に組み込んだものである。First of all, FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention, and this embodiment incorporates the axial force measuring device according to the present invention into the housing of the main shaft bearing of a machine tool such as a machining center. It is something.
第1図において、1は直線運動する運動体としての主軸
であり、この主軸1にはその軸方向に沿って複数のベア
リング2が装着されている。これらのベアリング2の間
には、ベアリング2の内輪カラー3及び外輪カラー4.
5が適宜配置されている。また、最上段のベアリング2
の内輪2Aと主軸1の頭部IAとの間には、軸方向に長
い内輪カラー6が配置されている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a main shaft as a moving body that moves linearly, and a plurality of bearings 2 are mounted on the main shaft 1 along its axial direction. Between these bearings 2, there are an inner ring collar 3 and an outer ring collar 4 of the bearing 2.
5 are appropriately arranged. Also, the top bearing 2
An axially long inner ring collar 6 is disposed between the inner ring 2A and the head IA of the main shaft 1.
更に、7はベアリング2及び各カラー3〜6を収容する
ハウジングであり、このハウジング7の上端部内側には
外輪押え8が設けられており、かかる外輪押え8はボル
ト9によりハウジング7の上端部に締め付は可能となっ
ている。Furthermore, 7 is a housing that accommodates the bearing 2 and each of the collars 3 to 6. An outer ring holder 8 is provided inside the upper end of the housing 7, and the outer ring holder 8 is attached to the upper end of the housing 7 by a bolt 9. Tightening is possible.
一方、最上段のベアリング2の外@2Bと外輪押え8と
の間には、ロードセルを構成するリング状の軸力センサ
カラー10が取付けられている。この軸力センサカラー
10は、外輪押え8の締め付けにより、最上段のベアリ
ング2を圧接する方向の予圧が与えられるものであり、
その構成は第2図に示すとおりである。すなわち、リン
グ状の本体11の外周面中央部に幅広の溝12が形成さ
れ、また。On the other hand, a ring-shaped axial force sensor collar 10 constituting a load cell is attached between the outer ring holder 8 and the outer ring holder 8 of the uppermost bearing 2. This axial force sensor collar 10 is given a preload in the direction of pressing the uppermost bearing 2 by tightening the outer ring holder 8.
Its configuration is as shown in FIG. That is, a wide groove 12 is formed in the center of the outer peripheral surface of the ring-shaped main body 11.
本体11の内周面中央部には幅狭の溝13が形成されて
いると共に、前記溝12にはその外周面を四分する位置
に歪ゲージ14がそれぞれ固着されて構成されている。A narrow groove 13 is formed in the center of the inner peripheral surface of the main body 11, and strain gauges 14 are fixed to each of the grooves 12 at positions that divide the outer peripheral surface thereof into four quarters.
そして、歪ゲージ14が固着された溝12の内部には、
歪ゲージ14を保護するためにシリコンゴム16が充填
されている。Inside the groove 12 to which the strain gauge 14 is fixed,
Silicone rubber 16 is filled to protect the strain gauge 14.
ここで、第2図におけるa部を拡大して示したものが第
3図である。同図に基づいて各部の寸法関係の一例を述
べると、いま、前記溝12底面までの軸力センサカラ−
10の直径D(第2図参照)が80mであるとき、溝1
2の幅L8は4〜5mm、溝13の幅L2は1mであり
、また、これらの溝12.13の間の薄肉部15の肉厚
dは0.5++nとなっている。Here, FIG. 3 is an enlarged view of section a in FIG. 2. To describe an example of the dimensional relationship of each part based on the same figure, the axial force sensor collar up to the bottom of the groove 12 will now be described.
When the diameter D of groove 1 (see Figure 2) is 80 m, groove 1
The width L8 of the grooves 12 and 13 is 4 to 5 mm, the width L2 of the grooves 13 is 1 m, and the thickness d of the thin portion 15 between these grooves 12 and 13 is 0.5++n.
なお、上記軸力センサカラ−10は、運動体である主軸
1と共に主軸ヘッドの構成要素として直線運動するもの
であるが、主軸1に対しては、軸方向には相対的にほぼ
静止した系を構成している。The axial force sensor collar 10 moves linearly as a component of the spindle head together with the main shaft 1, which is a moving body, but it is a system that is almost stationary in the axial direction with respect to the main shaft 1. It consists of
しかして、第1図に示した主軸1及びベアリング2の関
係は、第4図に示すようなばね系のモデルとして考える
ことができる。すなわち、第1図において主軸1にその
軸方向に沿って力が加わった場合、ベアリング2は弾性
変形するため、このベアリング2を第4図に示すように
ばね20.1.202(ばね定数をそれぞれに、、に2
とする)によって置き換えることができる。一方、第4
図における101を運動体としての主軸、301を前記
ベアリング2(ばね201.202)を軸方向両側から
押えている第1図の外輪カラー4,5や外輪押え8等の
略静止系とする。Therefore, the relationship between the main shaft 1 and the bearing 2 shown in FIG. 1 can be considered as a spring system model as shown in FIG. 4. That is, when a force is applied to the main shaft 1 along its axial direction in FIG. 1, the bearing 2 is elastically deformed. to each,, to 2
) can be replaced by On the other hand, the fourth
In the figure, 101 is a main shaft as a moving body, and 301 is a substantially stationary system such as outer ring collars 4 and 5 and outer ring retainer 8 shown in FIG.
このようなモデルにおいて、始めに主軸101には力f
0が加わっており、この状態で第4図の矢印す方向に外
部から軸力fexが加わったとする。In such a model, a force f is initially applied to the main shaft 101.
0 is applied, and in this state, assume that an axial force fex is applied from the outside in the direction of the arrow in FIG.
この軸力fexは、第5図に示す如く互いに逆向きの力
Δf1及びΔf2としてばね201.202によりそれ
ぞれ分担され、ばね201については、そのばね定数に
1による変位特性線X、に従って変位ΔXを生じる。一
方、ばね202については、そのばね定数に2による変
位特性線x2に従って同じ大きさの変位ΔXを生じる。This axial force fex is shared by the springs 201 and 202 as mutually opposite forces Δf1 and Δf2, respectively, as shown in FIG. 5, and the spring 201 has a displacement ΔX according to a displacement characteristic line arise. On the other hand, the spring 202 produces the same displacement ΔX according to the displacement characteristic line x2 whose spring constant is 2.
すなわち5軸力fax、ばね定数に0.に、及び変位Δ
Xの間には。In other words, 5-axis force fax, spring constant 0. , and the displacement Δ
Between X.
fax=Δf1+Δf、=に、Δx+に、ΔX=(k1
+によ)ΔX
という関係がある。fax=Δf1+Δf, =, Δx+, ΔX=(k1
There is a relationship called ΔX.
ここで、ばね定数に、、に、が既知であるとすれば、軸
力fexはばね201.202の変位ΔXを求めれば算
出可能となる。そしてこの変位ΔXは、第4図から明ら
かなように略静止系301側から検出することができる
。Here, assuming that the spring constants are known, the axial force fex can be calculated by finding the displacement ΔX of the springs 201 and 202. As is clear from FIG. 4, this displacement ΔX can be detected from the substantially stationary system 301 side.
上記のモデルにおいて変位ΔXを略静止系301側から
測定することは、第1図の実施例においてベアリング2
による歪を略静止系から測定することに相当し、換言す
れば、第1図における略静止系である軸力センサカラ−
10の位置でベアリング2による歪を検出することで主
軸1の軸力を測定することが可能となる。In the above model, measuring the displacement ΔX from the substantially stationary system 301 side means that in the embodiment shown in FIG.
This corresponds to measuring the strain due to the axial force sensor color from a substantially stationary system.
By detecting the strain caused by the bearing 2 at the position 10, it becomes possible to measure the axial force of the main shaft 1.
すなわち、第1図において、前述した如く軸力センサカ
ラ−10には外輪押え8によって予圧が加わっている。That is, in FIG. 1, a preload is applied to the axial force sensor collar 10 by the outer ring presser 8 as described above.
この状態で主軸1の軸力は内輪カラー6から最上段のベ
アリング2の内輪2Aに伝わり、その後、軸力の一部は
次段のベアリング2の内輪2A→内輪カラー3→更に次
段のベアリング2の内輪2A→・・・・・の経路で伝達
される。また。In this state, the axial force of the main shaft 1 is transmitted from the inner ring collar 6 to the inner ring 2A of the uppermost bearing 2, and then part of the axial force is transferred from the inner ring 2A of the next-stage bearing 2 to the inner ring collar 3 to the next-stage bearing. The signal is transmitted through the route from the inner ring 2A of 2 to... Also.
最上段のベアリング2の内輪2Aに伝わった軸力の残部
は、ベアリング2のボール−ベアリング2の外輪2B→
次段のベアリング2の外輪2B→外軸カラー4→更に次
段のベアリング2の外輪2B→・・・・・・の経路で伝
達される。The remainder of the axial force transmitted to the inner ring 2A of the top bearing 2 is the ball of the bearing 2 - the outer ring 2B of the bearing 2 →
It is transmitted along the path of the outer ring 2B of the next stage bearing 2 → the outer shaft collar 4 → the outer ring 2B of the next stage bearing 2 →...
このため、最上段のベアリング2の外輪2Bに常時圧接
されている軸力センサカラ−1Oには、上記外輪2Bに
加わる力の反力が加わり、前述した薄肉部15が歪むこ
とによって主軸1の軸力に比例した電気信号を歪ゲージ
14がら得ることができるものである。Therefore, the reaction force of the force applied to the outer ring 2B is applied to the axial force sensor collar 1O, which is constantly pressed against the outer ring 2B of the uppermost bearing 2, and the above-mentioned thin wall portion 15 is distorted, thereby causing the axis of the main shaft 1. An electrical signal proportional to the force can be obtained from the strain gauge 14.
なお、軸力センサカラ−10を上記実施例のように外輪
押え8の直下に配置すれば、歪ゲージ14の出力電気信
号を内輪カラー6の外側から容易に取り出すことができ
る利点があるが、軸カセンサカラー10の位置はこれに
何ら限定されるものではなく、電気信号の取り出しに支
障が無ければ第1図の外輪カラー4,5等の位置でもよ
い。Incidentally, if the axial force sensor collar 10 is arranged directly under the outer ring retainer 8 as in the above embodiment, there is an advantage that the output electric signal of the strain gauge 14 can be easily taken out from the outside of the inner ring collar 6. The position of the sensor collar 10 is not limited to this in any way, and may be in the position of the outer ring collars 4, 5, etc. in FIG. 1 as long as it does not interfere with the extraction of electrical signals.
次に、第6図及び第7図は本発明の第2実施例を示して
おり、この実施例は、本発明にかかる軸力測定装置を、
マシニングセンタのx、y、z各軸のボールスクリュー
に取付けられたナツト部に設けたものである。例えば第
6図は、直線運動する運動体としてのテーブル30をX
軸に沿って移動させるためのボールスクリュー40のナ
ツト部に本発明を適用した例である。この場合にも、ナ
ツト部20はテーブル30の直線運動方向に対して相対
的にほぼ静止した系を構成している。Next, FIGS. 6 and 7 show a second embodiment of the present invention, in which the axial force measuring device according to the present invention is
It is installed in the nut section attached to the ball screws of each of the x, y, and z axes of the machining center. For example, in FIG. 6, the table 30 as a moving body that moves linearly is
This is an example in which the present invention is applied to a nut portion of a ball screw 40 for moving along an axis. In this case as well, the nut portion 20 constitutes a system that is substantially stationary relative to the direction of linear movement of the table 30.
すなわち同図において、ボールスクリュー40に螺着さ
れたナツト部20は、テーブル30から突設されたアー
ム31にナツト21によって一体的に固着されている。That is, in the figure, the nut portion 20 screwed onto the ball screw 40 is integrally fixed to the arm 31 protruding from the table 30 by the nut 21.
ナツト部20には、その外周面中央部に幅広の溝22が
形成され、また、内周面中央部には幅狭の溝23が形成
されていると共に、前記溝22にはその外周面を四分す
る位置に歪ゲージ24がそれぞれ固着されている。更に
、第6図のb部を拡大した第7図から明らかなように、
溝22と溝23との間には薄肉部25が形成されている
。また、歪ゲージ24が固着された溝22の内部には、
発泡性または弾性の小さいシリコンゴム26及び耐油性
シリコンゴム27が充填されている。なお、第7図にお
いて、例えば、薄肉部25の肉厚dは0.5mm、溝2
3のl1lITL2は1+w+であり、また、溝23の
コーナ一部23aは半径0.2mmのアール状に形成さ
れている。The nut portion 20 has a wide groove 22 formed at the center of its outer circumference, and a narrow groove 23 formed at the center of its inner circumference. Strain gauges 24 are fixed at each of the quarter positions. Furthermore, as is clear from Fig. 7, which is an enlarged view of part b in Fig. 6,
A thin wall portion 25 is formed between the groove 22 and the groove 23. Moreover, inside the groove 22 to which the strain gauge 24 is fixed,
It is filled with silicone rubber 26 having low foamability or elasticity and oil-resistant silicone rubber 27. In FIG. 7, for example, the thickness d of the thin portion 25 is 0.5 mm, and the groove 2
3, l1lITL2 is 1+w+, and a corner portion 23a of the groove 23 is formed in a rounded shape with a radius of 0.2 mm.
このように1本実施例ではナツト部20自体がロードセ
ルを構成しており、かかるロードセルは以下のようにし
てテーブル30のX軸方向の軸力を測定する。すなわち
、第6図において、ボールスクリュー40の回転により
ナツト部20がボールスクリュー40に沿って移動し、
これに伴ってアーム31を介してテーブル30がX軸方
向に移動することになるが、この時ナツト部20とアー
ム31との間に力の損失がないと仮定すると、テーブル
30のX軸方向の力はナツト部20の前記ロードセルに
よって測定することができる。つまり、ナツト部20が
受けるテーブル30のアーム31からの反力によって第
7図に示したロードセルの薄肉部25が歪むことにより
。As described above, in this embodiment, the nut portion 20 itself constitutes a load cell, and this load cell measures the axial force of the table 30 in the X-axis direction in the following manner. That is, in FIG. 6, the nut portion 20 moves along the ball screw 40 due to the rotation of the ball screw 40,
Along with this, the table 30 will move in the X-axis direction via the arm 31, but assuming that there is no loss of force between the nut portion 20 and the arm 31 at this time, the table 30 will move in the X-axis direction. The force can be measured by the load cell in the nut part 20. That is, the thin wall portion 25 of the load cell shown in FIG. 7 is distorted due to the reaction force from the arm 31 of the table 30 that the nut portion 20 receives.
前記反力、換言すればテーブル30のX軸方向の軸力に
比例した電気信号を歪ゲージ24から得ることができ、
第1実施例と同様に略静止系からの軸力測定が可能とな
る。An electric signal proportional to the reaction force, in other words, the axial force of the table 30 in the X-axis direction can be obtained from the strain gauge 24,
As in the first embodiment, axial force can be measured from a substantially stationary system.
次いで、第8図及び第9図は本発明の第3実施例を示し
ている。この実施例は1本発明にかかる軸力測定装置を
フェイルセイフシステムを組み込んだマシニングセンタ
のアクチュエータに適用したものである。このフェイル
セイフシステム及びアクチュエータは、発明者が特願昭
63−206054号として既に提案したものであり、
その概酩を以下に説明する。Next, FIGS. 8 and 9 show a third embodiment of the present invention. In this embodiment, an axial force measuring device according to the present invention is applied to an actuator of a machining center incorporating a fail-safe system. This fail-safe system and actuator have already been proposed by the inventor in Japanese Patent Application No. 63-206054,
The outline will be explained below.
このフェイルセイフシステムは、工作機械の主軸やテー
ブルの如き運動体から設定値以上の力が加わった際に、
この力の方向に沿って移動する移動子と、この移動子の
初期位置を設定するストッパーと、移動子を支持して予
め設定された一定の力を移動子に作用させる油圧機構の
ような力作用体とを備えており、前記移動子が運動体か
らの力を受けて一定の変位だけ移動したことを検出して
運動体の移動を停止させ、システムを安全側に退避させ
るものである。This fail-safe system is capable of
A mover that moves along the direction of this force, a stopper that sets the initial position of this mover, and a force such as a hydraulic mechanism that supports the mover and applies a preset constant force to the mover. The system is equipped with a working body, and detects that the movable element has moved by a certain amount in response to a force from the movable body, stops the movement of the movable body, and evacuates the system to a safe side.
また、前記アクチュエータはこのフェイルセイフシステ
ムの構成要素であって運動体からの力に応動するもので
あり、N動体から設定値以上の力が加わった際にこの力
の方向に沿って移動する移動子と、この移動子の初期位
置を設定するストッパーとを少なくとも備え、移動子を
内部または外部に設けられた力作用体により支持して予
め設定された一定の力を移動子に作用させるものである
。In addition, the actuator is a component of this fail-safe system and responds to the force from the moving object, and when a force greater than a set value is applied from the moving object, it moves along the direction of this force. and a stopper for setting the initial position of the slider, and the slider is supported by a force applying body provided inside or outside to apply a preset constant force to the slider. be.
例えば、第8図は力作用体として油圧を用いたフェイル
セイフシステムをマシニングセンタに組み込んだもので
あり、図中、51はコラム、52は運動体としての主軸
ヘッド、53はツールホルダ54に取付けられたツール
55を回転させるためのモータ、56はワーク、30は
前述の如く運動体としてのテーブル、57はベース、5
8はサドル、40はテーブル30をX軸方向に移動させ
るためのボールスクリュー20Aはこのボールスクリュ
ー40に螺着されたナツト部である。For example, FIG. 8 shows a machining center incorporating a fail-safe system that uses hydraulic pressure as a force applying body. In the figure, 51 is a column, 52 is a spindle head as a moving body, and 53 is attached to a tool holder 54. 56 is a workpiece; 30 is a table as a moving body as described above; 57 is a base;
8 is a saddle, and 40 is a ball screw 20A for moving the table 30 in the X-axis direction, which is a nut screwed onto the ball screw 40.
また、59は原理的に油圧シリンダと同様のアクチュエ
ータであり、このアクチュエータ59はテーブル30と
ナラ1一部20Aとの間、主軸ヘッド52とこの主軸ヘ
ッド52をZ方向に移動させるボールスクリュー60の
ナツト部61との間、更には、ベース57とサドル58
との間に設けられたボールスクリューにも設けられてい
る。これらのアクチュエータ59からの油圧はすべて1
つにつながり、外部に設けられたアキュムレータ62に
接続されている。このアキュムレータ62には油圧モー
タ63が付属しており、油圧モータ63の回転位置をN
Cプログラムにより変えることでアクチュエータ59の
動作点、すなわちテーブル30や主軸ヘッド52に加わ
る力の設定値を例えばloOkgf、 500kgf、
100100Oに変えることができるようになってい
る。Further, 59 is an actuator which is similar in principle to a hydraulic cylinder, and this actuator 59 is connected between the table 30 and the oak 1 part 20A, between the spindle head 52 and a ball screw 60 that moves the spindle head 52 in the Z direction. between the nut part 61, and further between the base 57 and the saddle 58.
A ball screw is also provided between the The hydraulic pressure from these actuators 59 is all 1
It is connected to an accumulator 62 provided outside. A hydraulic motor 63 is attached to this accumulator 62, and the rotational position of the hydraulic motor 63 is set to N.
By changing the operating point of the actuator 59, that is, the setting value of the force applied to the table 30 and the spindle head 52, by changing the C program, for example, loOkgf, 500kgf,
It can be changed to 100100O.
次に、アクチュエータ59の具体的構成の一例を第9図
に示す。なお、第9図では、テーブル30とナツト部2
0Aとの間に設けられたアクチュエータ59が示されて
いるが、他の部分に設けられるアクチュエータについて
も基本的な構成は同一である。Next, an example of a specific configuration of the actuator 59 is shown in FIG. In addition, in FIG. 9, the table 30 and the nut part 2
Although the actuator 59 provided between 0A and 0A is shown, the basic configuration is the same for actuators provided in other parts.
同図において、64はボールスクリュー40が螺着され
た中抜き構造のシリンダ、65はシリンダ64と同心上
に配置された中抜き構造のシリンダであり、これらのシ
リンダ64.65によって第8図におけるナツト部20
Aが構成され、シリンダ65の端部にテーブル30のア
ーム31が一体的に連結されている。In the figure, 64 is a cylinder with a hollow structure to which the ball screw 40 is screwed, and 65 is a cylinder with a hollow structure arranged concentrically with the cylinder 64. Nut part 20
The arm 31 of the table 30 is integrally connected to the end of the cylinder 65.
ここで、シリンダ64.65は運動体であるテーブル3
0に対して、フェイルセイフシステムにおける移動子と
して作用している。Here, the cylinders 64 and 65 are the table 3 which is a moving body.
0, it acts as a mover in a fail-safe system.
シリンダ64.65内には中抜き構造のピストン66が
設けられており、このピストン66とシリンダ64゜6
5との間には図示するごとく油が充填されている。A piston 66 with a hollow structure is provided in the cylinder 64.65, and the piston 66 and the cylinder 64.
5 is filled with oil as shown in the figure.
そしてこの油は、第8図に示した外部のアキュムレータ
62に達している。また、67はピストン66に連結さ
れた磁性体からなる腕であり、シリンダ64゜65にそ
れぞれ間接的に固定されたコイル内蔵の誘導式近接スイ
ッチ68が上記腕67に対向するように配置されている
。This oil then reaches an external accumulator 62 shown in FIG. Further, 67 is an arm made of a magnetic material connected to the piston 66, and an inductive proximity switch 68 with a built-in coil that is indirectly fixed to the cylinders 64 and 65 is arranged to face the arm 67. There is.
このアクチュエータ59において、ボールスクリュー4
0の回転によりシリンダ65を介してテーブル30に力
が加わり、その反力がアキュムレータ62による設定値
以上になると、フェ“イルセイフシステムが動作してピ
ストン66が相対的に図の左方向に移動する。これによ
り、磁性体からなる腕67と誘導式近接スイッチ68と
の間の距離が離れるため。In this actuator 59, the ball screw 4
0 rotation applies force to the table 30 via the cylinder 65, and when the reaction force exceeds the set value by the accumulator 62, the failsafe system operates and the piston 66 moves relatively to the left in the figure. This increases the distance between the arm 67 made of magnetic material and the inductive proximity switch 68.
運動体としてのテーブル30に設定値以上の力が加わっ
たことを誘導式近接スイッチ68から電気信号として取
り出すことができる。The fact that a force exceeding a set value is applied to the table 30 as a moving body can be outputted as an electric signal from the inductive proximity switch 68.
上記アクチュエータ59において、シリンダ65は直線
運動するテーブル30に対して相対的にほぼ静止してお
り、第6図及び第7図のナツト部20とほぼ同様の位置
に1本発明にかかる軸力測定装置のロードセルを作り込
むことが可能である。すなわち、第9図に示すようにシ
リンダ65の外周面中央部に幅広の溝72が形成され、
また内周面中央部には幅狭の溝73が形成されている。In the actuator 59, the cylinder 65 is substantially stationary relative to the linearly moving table 30, and one cylinder 65 is located at substantially the same position as the nut portion 20 in FIGS. 6 and 7 for axial force measurement according to the present invention. It is possible to build a load cell into the device. That is, as shown in FIG. 9, a wide groove 72 is formed in the center of the outer peripheral surface of the cylinder 65,
Further, a narrow groove 73 is formed in the center of the inner peripheral surface.
そして、溝72の底面にはその外周面を四分する位置に
歪ゲージ74がそれぞれ固着され、溝72の内部には発
泡性または弾性の小さいシリコンゴム76及び耐油性シ
リコンゴム77が充填されている。更に、溝72と溝7
3との間には薄肉部75が形成され、上記各構成要素が
全体としてロードセルを構成している。Strain gauges 74 are fixed to the bottoms of the grooves 72 at positions that divide the outer circumferential surface into quarters, and the insides of the grooves 72 are filled with silicone rubber 76 having low foamability or elasticity and oil-resistant silicone rubber 77. There is. Furthermore, groove 72 and groove 7
A thin wall portion 75 is formed between the load cell and the load cell.
この実施例においても、直線運動するテーブル30のX
軸方向の力に応じてロードセルの薄肉部75が歪み、上
記軸力に比例した電気信号を歪ゲージ74から得ること
ができ、略静止系からのテーブル30の軸力測定が可能
になる。特にこの実施例では、こうして測定した軸力に
基づき、前述のアキュムレータ62による力の設定値つ
まりフェイルセイフシステムが動作する力の設定値をリ
アルタイムで変えることができ、常に最適な動作設定値
を有するフェイルセイフシステムを実現することができ
る。Also in this embodiment, the X of the table 30 moving linearly is
The thin wall portion 75 of the load cell is distorted in response to the axial force, and an electric signal proportional to the axial force can be obtained from the strain gauge 74, making it possible to measure the axial force of the table 30 from a substantially stationary system. In particular, in this embodiment, based on the axial force thus measured, the force set value by the aforementioned accumulator 62, that is, the force set value at which the fail-safe system operates can be changed in real time, and the optimum operating set value is always maintained. A fail-safe system can be realized.
また、この実施例において、ロードセルは第9図におけ
るピストン66のC部や、シリンダ64のd部に設ける
ことも可能である。Further, in this embodiment, the load cell can also be provided at the C section of the piston 66 or the D section of the cylinder 64 in FIG.
なお、本発明は上記各実施例に限らず、直線運動する種
々の運動体の軸力測定に適用することができる。更に本
発明は、工作機械を始めとした機械の軸力を測定し、リ
アルタイムで連動して運動体の送りや回転等を適応制御
するシステムに応用することができる。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be applied to measuring the axial force of various moving bodies that move linearly. Further, the present invention can be applied to a system that measures the axial force of a machine such as a machine tool and adaptively controls the feed, rotation, etc. of a moving body in real time.
(発明の効果)
以上述べたように本発明によれば、直線運動する運動体
の軸力を略静止系に設けたロードセルによって検出する
ものであるから、運動体側に存在するモータ等の旺動源
やギアのような動力伝達機構の運動による外乱を受ける
ことなく、運動体の軸力を正確に測定することができる
。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, since the axial force of a linearly moving moving body is detected by a load cell installed in a substantially stationary system, the motor, etc., present on the moving body side can be activated. The axial force of a moving body can be accurately measured without being affected by disturbances due to the movement of power transmission mechanisms such as power sources and gears.
また、ロードセル自体の構造は極めて簡単であるから、
低コストにて本発明にかかる軸力測定装置を提供するこ
とができる。Also, since the structure of the load cell itself is extremely simple,
The axial force measuring device according to the present invention can be provided at low cost.
更に、このロードセルは、工作機械の主軸ベアリングハ
ウジング内やボールスクリューのナツト部等に予め作り
込んでおくことが可能であり、従来のように6分カテー
ブル等を軸力測定のためにその都度据え付ける手間を解
消することができ。Furthermore, this load cell can be built in advance into the main spindle bearing housing of a machine tool or the nut of a ball screw, making it possible to use a 6-minute table etc. each time to measure the axial force, as in the past. You can eliminate the hassle of installation.
また、大荷重の軸力測定も可能である。同時に。It is also possible to measure axial force under large loads. at the same time.
工作機械による加工運転と並行して軸力測定を行なうこ
とができるから、測定した軸力に応じて迅速に加工条件
等を変更することができ、高効率、高精度の加ニジステ
ムを実現することができる。Since the axial force can be measured in parallel with the machining operation of the machine tool, machining conditions etc. can be quickly changed according to the measured axial force, realizing a highly efficient and highly accurate machining system. Can be done.
加えて1本発明を用いれば、ある加工条件のもとでの運
動体の力のデータを蓄積することができ、これをNGコ
ンピュータ等により解析することによってツールの寿命
や破損、折損予測等を行なうことができる。すなわち、
これらの蓄積データを利用することで工作機械自身が最
適の加工条件を自動的に選択、設定することが可能とな
り、工作機械にいわゆる自己学習機能を持たせることが
可能となる。In addition, by using the present invention, it is possible to accumulate data on the force of a moving body under certain processing conditions, and by analyzing this data using an NG computer, etc., it is possible to predict tool life, damage, breakage, etc. can be done. That is,
By using this accumulated data, the machine tool itself can automatically select and set the optimal machining conditions, making it possible to equip the machine tool with a so-called self-learning function.
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例を示すもので
、第1図は要部説明図、第2図は軸力センサカラーの説
明図、第3図は第2図におけるa部拡大説明図、第4図
はこの実施例と等測的なばね系のモデル図、第5図はそ
のカー変位特性図。
第6図及び第7図は本発明の第2実施例を示すもので、
第6図は要部説明図、第7図は第6図におけるb部拡大
説明図、第8図及び第9図は本発明の第3実施例を示す
もので、第8図はマシニングセンタの概略構成図、第9
図はアクチュエータの断面図である。
fs6図
1・・・主軸
10・・・軸力センサカラ−
12,13,22,23,72,73・・・溝14.2
4.74・・・歪ゲージ
20 、2OA・・・ナツト部
40・・・ボールスクリュー
64.65・・・シリンダ
7・・・ハウジング
15.25.75・・・薄肉部
30・・・テーブル
59・・・アクチュエータ
第7図Figures 1 to 5 show a first embodiment of the present invention, in which Figure 1 is an explanatory diagram of the main part, Figure 2 is an explanatory diagram of the axial force sensor collar, and Figure 3 is a diagram of the a in Figure 2. FIG. 4 is a model diagram of a spring system isometrically similar to this embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing its Kerr displacement characteristics. 6 and 7 show a second embodiment of the present invention,
FIG. 6 is an explanatory diagram of the main part, FIG. 7 is an enlarged explanatory diagram of part b in FIG. 6, FIGS. 8 and 9 show a third embodiment of the present invention, and FIG. Configuration diagram, No. 9
The figure is a sectional view of the actuator. fs6 Fig. 1... Main shaft 10... Axial force sensor collar 12, 13, 22, 23, 72, 73... Groove 14.2
4.74...Strain gauge 20, 2OA...Nut part 40...Ball screw 64.65...Cylinder 7...Housing 15.25.75...Thin wall part 30...Table 59 ...Actuator Figure 7
Claims (4)
からの力をロードセルによって測定することを特徴とす
る軸力測定装置。(1) An axial force measuring device characterized in that it receives a force from a linearly moving moving body and measures the force from the moving body using a load cell.
けられたベアリングに圧接されたカラーにロードセルを
設けてなる請求項(1)記載の軸力測定装置。(2) The axial force measuring device according to claim 1, wherein the moving body is a main shaft of a machine tool, and the load cell is provided on a collar that is pressed into contact with a bearing attached to the main shaft.
スクリューのナット部にロードセルを設けてなる請求項
(1)記載の軸力測定装置。(3) The axial force measuring device according to claim (1), wherein a load cell is provided in a nut portion of a ball screw for driving a moving body in a machine tool.
った際に、この力の方向に沿って移動子が一定の変位だ
け移動したことを検出して前記運動体の移動を停止させ
るフェイルセイフシステムにおいて、前記移動子を備え
たアクチュエータにロードセルを設けてなる請求項(1
)記載の軸力測定装置。(4) When a force exceeding a set value is applied to a moving body in a machine tool, it is detected that the mover has moved by a certain amount of displacement along the direction of this force, and the movement of the moving body is stopped. Claim 1: In the safe system, a load cell is provided in the actuator provided with the mover.
) Axial force measuring device described.
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JPH0775816B2 JPH0775816B2 (en) | 1995-08-16 |
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JP1012716A Expired - Lifetime JPH0775816B2 (en) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | Axial force measuring device |
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