JPH0675816B2 - Mounting structure for machine tool detector - Google Patents
Mounting structure for machine tool detectorInfo
- Publication number
- JPH0675816B2 JPH0675816B2 JP63059822A JP5982288A JPH0675816B2 JP H0675816 B2 JPH0675816 B2 JP H0675816B2 JP 63059822 A JP63059822 A JP 63059822A JP 5982288 A JP5982288 A JP 5982288A JP H0675816 B2 JPH0675816 B2 JP H0675816B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detector
- machine tool
- feed screw
- screw shaft
- piezoelectric sensor
- 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
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 65
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
- B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
- B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
本発明は、ワーク加工時の切削力又は切削抵抗を検出す
る工作機械用検出器の取り着け構造に関する。The present invention relates to a mounting structure for a machine tool detector that detects a cutting force or a cutting resistance during machining of a workpiece.
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。 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。In recent years, with the practical use of production systems such as FMC and FMS, machine tools such as machining centers and NC lathes have become unmanned, and in-process measurement of cutting conditions for monitoring abnormalities during workpiece machining has become possible. The measurement of cutting force and cutting force, which is strongly desired and has a great relation to tool abnormalities, has become a major issue. 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.
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。 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、大きな切削力及び切削抵抗に耐える剛性をもち、
また高い検出感度によって小さな切削力及び切削抵抗で
あっても正確に検出することができ、無人化運転のため
のインナプロセス計測を適切に行なうことのできる工作
機械用検出器の取り着け構造を提供することを目的とす
る。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. The present invention has been made in view of such conventional problems, and has rigidity to withstand a large cutting force and cutting resistance,
In addition, the high detection sensitivity enables accurate detection of even small cutting forces and cutting resistances, providing a mounting structure for machine tool detectors that can properly perform inner process measurement for unmanned operation. The purpose is to do.
この目的を達成するため本発明にあっては、圧電材料層
2の両面に電極層3a、3bを形成した円形のフィルムシー
トの中央に工作機械の送りネジシャフト11が貫通するた
めの通し穴5を形成することにより環状に形成した圧電
センサ1により、工作機械の切削力又は切削抵抗を検出
する工作機械用検出器の取り付け構造であって、前記送
りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15a、15b
の内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリング15
a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と前記圧電セン
サ1の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間にお
いて前記圧電センサ1がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように且つ前記送りネジシャフト11が前記通
し穴5を貫通するように取り付けたことを特徴とする。 本発明はまた、圧電材料層2の両面に電極層3a、3bを形
成した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネ
ジシャフト11が貫通するための通し穴5を形成すること
により環状に形成した圧電センサ1により、工作機械の
切削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り
付け構造であって、前記送りネジシャフト11の軸端にサ
ポートベアリング15a、15bの内環を嵌合すると共に、前
記サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラスト
方向側に前記圧電センサ1の収納部を形成し、該収納部
に前記圧電センサ1を収納し且つ前記送りネジシャフト
11が前記通し穴5を貫通するように取り付け、スペーサ
リング25を前記サポートベアリング15bの外環19に組み
込むことを特徴とする。To achieve this object, according to the present invention, a through hole 5 for allowing a feed screw shaft 11 of a machine tool to penetrate through the center of a circular film sheet having electrode layers 3a and 3b formed on both surfaces of a piezoelectric material layer 2 is formed. A mounting structure of a machine tool detector that detects a cutting force or a cutting resistance of a machine tool by a piezoelectric sensor 1 formed in an annular shape by forming a support bearing 15a at the axial end of the feed screw shaft 11. 15b
Fit the inner ring of the support bearing 15
The piezoelectric sensor 1 is sandwiched by the spacer rings 20a, 20b between the thrust direction end faces of the outer rings 19, 21 of the a, 15b and the end face 18a of the bearing hole 18a in which the accommodating portion of the piezoelectric sensor 1 is formed. Further, the feed screw shaft 11 is attached so as to penetrate the through hole 5. The present invention also forms an annular shape by forming a through hole 5 for the feed screw shaft 11 of a machine tool to penetrate in the center of a circular film sheet having electrode layers 3a and 3b formed on both surfaces of the piezoelectric material layer 2. The mounting structure of a machine tool detector that detects the cutting force or cutting resistance of a machine tool by the piezoelectric sensor 1 described above, and the inner rings of the support bearings 15a and 15b are fitted to the axial ends of the feed screw shaft 11. At the same time, a housing portion for the piezoelectric sensor 1 is formed on the thrust bearing sides of the outer rings 19, 21 of the support bearings 15a, 15b, and the piezoelectric sensor 1 is housed in the housing portion and the feed screw shaft is formed.
11 is attached so as to penetrate the through hole 5, and the spacer ring 25 is incorporated into the outer ring 19 of the support bearing 15b.
このような本発明の工作機械用検出器の取り付け構造に
あっては、サポートベアリング15a、15bの外環19、21の
スラスト方向端面と圧電センサ1の収納部が形成された
軸受穴18aの端面18aの間において圧電センサ1がスペー
サリング20a、20bにより挟持されるように取り付けたの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ1を工作機械に取り付けることができる。 本発明は更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、
21のスラスト方向側に圧電センサ1の収納部を形成した
ので、圧電センサ1をサポートベアリング15a、15bに一
体で組み込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧
電センサ1の収納スペースを別途確保する必要がないの
で、工作機械自体の構造を大きく変更することなく圧電
センサ1を工作機械に取り付けることができる。また本
発明の工作機械用検出器の取り付け構造にあっては、検
出器がフィルムシート状の圧電センサであることから、
大きな切削力又は切削抵抗を受けても検出器の剛性が高
いために破損することはなく、また膜厚が薄いために切
削力や切削抵抗を受けても検出器の変形はごく僅かであ
り、加工精度に影響を及ぼさない。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を大きくするこ
とによって容易に高めることができ、更に面積を大きく
することで単位面積当りの荷重を低減して剛性を更に高
めることができる。 また検出感度が高いことから1Kgfから1,000Kgfを超える
までの広い測定レンジをもち、切削力及び切削抵抗の小
さい小径ドリルやタップであっても正確に切削力や切削
抵抗を測定することができる。In such a mounting structure for a machine tool detector of the present invention, the thrust bearing end faces of the outer rings 19, 21 of the support bearings 15a, 15b and the end face of the bearing hole 18a in which the accommodating portion of the piezoelectric sensor 1 is formed. Since the piezoelectric sensor 1 is mounted between the spacers 18a so as to be sandwiched by the spacer rings 20a and 20b, the piezoelectric sensor 1 can be mounted on the machine tool without significantly changing the structure of the machine tool itself. The present invention further includes an outer ring 19 of the support bearings 15a and 15b,
Since the storage portion of the piezoelectric sensor 1 is formed on the thrust direction side of 21, the piezoelectric sensor 1 can be integrally incorporated in the support bearings 15a and 15b, and therefore a storage space for the piezoelectric sensor 1 is separately secured in the bearing hole 18a. Since it is not necessary, the piezoelectric sensor 1 can be attached to the machine tool without significantly changing the structure of the machine tool itself. Further, in the mounting structure for the machine tool detector of the present invention, since the detector is a film sheet piezoelectric sensor,
Even if it receives a large cutting force or cutting resistance, it will not be damaged due to the high rigidity of the detector, and since the film thickness is thin, the deformation of the detector will be minimal even if it receives a cutting force or cutting resistance, Does not affect processing accuracy. Further, the sensitivity of the detector can be easily increased by increasing the area of the piezoelectric sensor, and by further increasing the area, the load per unit area can be reduced and the rigidity can be further increased. In addition, because of its high detection sensitivity, it has a wide measurement range from 1 Kgf to over 1,000 Kgf and can accurately measure the cutting force and cutting resistance even with small diameter drills and taps with small cutting force and cutting resistance.
第1図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造で使
用する検出器を示した断面図であり、第2図にその平面
図を一部破断して示す。 第1図において、切削力又は切削抵抗による力を検出す
るトランスデューサとしての検出器1は、中央に圧電材
料を用いた圧電材料層2を有し、圧電材料層2の両面に
電極層3a,3bを形成しており、電極層3a,3bの外側に絶縁
シート4a,4bを接着等により固着し、圧電材料層2と電
極層3a,3bによってフィルムシート状の圧電センサが形
成されている。具体的には圧電フィルムとして知られた
PZTに代表される圧電素子を使用することができ、この
圧電素子はフィルム状で厚さが0.2mm程度である。また
ヤング率が小さくても荷重を受けたときの変形は微小で
あることから、後の説明で明らかにするように、工作機
械の送りネジ機構に直接組込んでも圧電素子の変形によ
る加工精度は問題とならない。更に、圧電素子の圧電定
数(単位力当たりの発生電荷量)は力を受ける面積の大
小に係わらず一定であるため、面積を大きくすることに
より感度を低下させることなく単位面積当たりの荷重を
減らして剛性を大きくすることができる。 第1図において、更に検出器1は中央に工作機械の送り
ネジシャフト等を貫通するための通し穴5を形成してお
り、更に第2図に想像線で示すように検出器1を取付け
固定するためのボルト通し穴6を設けるようにしてもよ
い。 この第1,2図に示した検出器1によれば、検出器1の検
出出力を取出す電荷増幅回路(チヤージアンプ)のコン
デンサ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測定することができ、且つ100gf程
度の分解能を実現することができる。 次に、第1,2図に示した検出器1の工作機械に対する本
発明の取り付け構造を説明する。 まず、検出器を設けるNC工作機械には種々の形態のもの
があるが、第3図に示すNC旋盤及び第4図に示す立形マ
シニングセンタがその代表的なものである。 第3図のNC旋盤において、ワークの切削を行なうための
運動は矢印に示すようにX,Z軸の2方向であり、また第
4図のマシニングセンタにおいてはX,Y,Z軸の3方向で
ある。 ここで、第4図のマシニングセンタを例にとると、ワー
ク切削のためのX,Y,Z軸方向の運動はいずれもパルスモ
ータの回転をボールネジ機構によって直線運動に変換す
ることによって得られる。 即ち、第5図において、ベッド7上にY軸方向に移動自
在に設けられるサドル12のY軸方向の運動は、ベッド7
に設けたパルスモータ9aで送りネジシャフト10aを回転
し、送りネジシャフト10aに螺合した送りナット11aの直
線運動をサドル12に伝える。また、サドル12上に設置さ
れるワークテーブル(図示せず)のX軸方向への運動
は、サドル12に設けたパルスモータ9bで送りネジシャフ
ト10bを回転し、送りネジシャフト10bに螺合した送りナ
ット11bの直線運動をワークテーブルに伝える。 更に、コラム13による主軸ヘッド14のZ軸方向の運動
は、コラム13に設けたパルスモータ9cによって送りネジ
シャフト10cを回転し、送りネジシャフト10cに螺合した
送りナット11cの直線運動を主軸ヘッド14に伝えてZ軸
方向に移動する。 この第5図に示したボールネジ機構による直線運動への
変換から明らかなように、送りネジシャフト10a〜10cに
加わるワーク加工時の軸方向の分力Faは、それぞれの方
向の切削力Fcとスライド面における摩擦抵抗Ffの和とし
て与えられる。 Fa=Fc+Ff ・・・(1) そこで、本発明は、第1,2図に示した検出器1につい
て、前記第(1)式における送りネジシャフトの軸方向
の分力Faを測定するように工作機械に取付ける。 尚、前記第(1)式に示す切削力Fcを分離して測定する
ことは実験的には可能であるが、実際の機械に検出器1
を組込んで測定する場合には大きな問題があり、本発明
にあっては検出器1によって切削力Fcに摩擦抵抗Ffを加
えた力Faを測定できるようにする。このように摩擦抵抗
Ffを加えて切削力Fcを測定することは、摩擦抵抗Ffも切
削力Fcに比例して増減するものであることから、摩擦抵
抗Ffを含んでも両者の和を実質的切削力として測定する
ことに問題はない。更に、摩擦抵抗が切削力に比べかな
り小さいということからも実用上は問題にならない。 第6図は本発明の検出器取付構造の実施例を示した説明
図であり、この実施例にあっては送りネジシャフトのボ
ールねじサポート用軸受に検出器を設けるようにしたこ
とを特徴とする。 第6図において、ワークテーブル又は工具台に連結され
る送りナット11を螺合した送りネジシャフト10は、左側
の軸端を軸受部17に組込んだ一対のサポートベアリング
15a,15bにより回転自在に支持されると共に、右側の軸
端をボールベアリング15cにより回転自在に支持されて
おり、サポートベアリング15a,15bを組込んだボールね
じサポート用の軸受部17に第1,2図に示した検出器1を
装着している。 軸受部17に対する検出器1の取付構造は第8図に取出し
て示すようになる。 即ち、検出器1は内側に位置するサポートベアリング15
bと固定側となる軸受穴18の端面18aとの間に組込まれ
る。具体的にはサポートベアリング15bの外環(アウタ
ーリング)19と軸受穴18の端面18aとの間に一対のスペ
ーサリング20a,20bに挟み込まれた状態で検出器1が組
込まれ、軸受穴18の外側に組込んだサポートベアリング
15aの外環21の端面に対する外側からの押え金22のボル
ト締め固定で検出器1が締付け固定される。また、検出
器1を両側から挟み付けたスペーサリング20a,20bはL
字形の断面形状をもっており、内側及び外側の摺接面に
は内部に組込んだ検出器1をシールするためのOリング
23を介在している。 このような第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受
部17に検出器1を組込んだ取付構造にあっては、切削加
工時におけるワークテーブルからの切削抵抗又は工具台
からの切削力は送りネジシャフト10の回転による送りナ
ット11の左右方向の移動で送りネジシャフト10の軸方向
に作用し、軸受部17に設けたサポートベアリング15bの
外環19を介してスペーサリング20aと20bの中に挟み込ん
だ検出器1に加わる。 具体的には送りネジシャフト10に左方向の切削力又は切
削抵抗に応じた荷重が加わると、検出器1の圧縮力が低
減され、送りネジシャフトに右方向の切削力又は切削抵
抗に応じた力が加わると検出器1の圧縮力は逆に増大す
る。勿論、切削加工を開始する際に検出器1の検出出力
を取出す電荷増幅回路の帰還回路に設けたコンデンサは
放電リセットされてその電圧出力が初期状態とされてい
ることから、送りナット11の移動方向に応じて極性が異
なり且つ送りネジシャフト10の受ける切削力又は切削抵
抗に比例した出力電圧を取出すことができる。 第8図は第6,7図に示した送りネジシャフト10の軸受部1
7に検出器1を組込むための他の組込み構造を示した断
面図である。 即ち、第6,7図の実施例にあっては、検出器1を組込む
ためのスペースをサポートベアリング15a,15bを組込む
軸受穴18に新たに追加しなければならず、その分だけ設
計変更を伴う。そこで、第8図の構造にあっては、軸受
穴18を変更することなく検出器1を取付けるようにして
いる。即ち、第8図の実施例にあっては、サポートベア
リング15bの外環19の右端を切欠いて検出器収納部24を
形成し、検出器収納部24の中に検出器1を組込んで外側
からL字形のスペーサリング25を固着し、スペーサリン
グ25の内側と外側の接触面には検出器1をシールするた
めのOリング23を設ける。 このような第8図の取付構造にあっては、サポートベア
リング15bと一体に検出器1を組込むことができるた
め、第7図に示すように軸受穴18に検出器の設置スペー
スを別途確保する必要がなく、より実用的である。 尚、上記の実施例にあっては、ワークテーブル又は工具
台の送りねじ機構に検出器を組込む場合を例にとるもの
であったが、同様に、主軸系の送りネジ機構に設けた送
りナット又はサポート軸受に検出器を組込むようにして
もよい。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a detector used in the mounting structure for a machine tool detector according to the present invention, and FIG. In FIG. 1, a detector 1 as a transducer that detects a force due to a cutting force or a cutting resistance has a piezoelectric material layer 2 using a piezoelectric material in the center, and electrode layers 3a and 3b are provided on both surfaces of the piezoelectric material layer 2. The insulating sheets 4a and 4b are fixed to the outside of the electrode layers 3a and 3b by adhesion or the like, and the piezoelectric material layer 2 and the electrode layers 3a and 3b form a film sheet type piezoelectric sensor. Specifically known as piezoelectric film
A piezoelectric element typified by PZT can be used, and this piezoelectric element has a film shape and a thickness of about 0.2 mm. In addition, even if the Young's modulus is small, the deformation when a load is applied is very small, so as will be made clear later, even if it is directly incorporated into the feed screw mechanism of a machine tool, the processing accuracy due to the deformation of the piezoelectric element will be small. It doesn't matter. Furthermore, since the piezoelectric constant of the piezoelectric element (generated charge amount per unit force) is constant regardless of the size of the area that receives the force, increasing the area reduces the load per unit area without lowering the sensitivity. The rigidity can be increased. In FIG. 1, the detector 1 further has a through hole 5 formed in the center for penetrating a feed screw shaft of a machine tool, and the detector 1 is attached and fixed as shown by an imaginary line in FIG. You may make it provide the bolt through hole 6 for doing. According to the detector 1 shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to measure over a wide range from 1 kgf to 1000 kgf by switching the capacitor capacity of the charge amplification circuit (charge amplifier) that extracts the detection output of the detector 1. And a resolution of about 100 gf can be realized. Next, the mounting structure of the present invention to the machine tool of the detector 1 shown in FIGS. 1 and 2 will be described. First, although there are various types of NC machine tools provided with a detector, the NC lathe shown in FIG. 3 and the vertical machining center shown in FIG. 4 are typical ones. In the NC lathe shown in Fig. 3, the motion for cutting the workpiece is in two directions of X and Z axes as shown by the arrow, and in the machining center of Fig. 4, it is in three directions of X, Y and Z axes. is there. Here, taking the machining center of FIG. 4 as an example, movements in the X, Y, and Z-axis directions for cutting a workpiece are all obtained by converting the rotation of a pulse motor into a linear movement by a ball screw mechanism. That is, in FIG. 5, the movement of the saddle 12, which is provided on the bed 7 so as to be movable in the Y-axis direction, in the Y-axis direction is
The feed screw shaft 10a is rotated by the pulse motor 9a provided in the saddle 12 to transmit the linear movement of the feed nut 11a screwed to the feed screw shaft 10a to the saddle 12. The movement of the work table (not shown) installed on the saddle 12 in the X-axis direction is such that the pulse motor 9b provided on the saddle 12 rotates the feed screw shaft 10b to screw it onto the feed screw shaft 10b. Transmits linear movement of feed nut 11b to the work table. Further, in the Z-axis direction movement of the spindle head 14 by the column 13, the feed screw shaft 10c is rotated by the pulse motor 9c provided in the column 13, and the linear movement of the feed nut 11c screwed onto the feed screw shaft 10c is performed by the spindle head. Move to Z-axis by telling 14. As is clear from the conversion into linear motion by the ball screw mechanism shown in FIG. 5, the axial component force Fa applied to the feed screw shafts 10a to 10c at the time of machining the work is the cutting force Fc in each direction and the slide force. It is given as the sum of the frictional resistance Ff on the surface. Fa = Fc + Ff (1) Therefore, according to the present invention, the detector 1 shown in FIGS. 1 and 2 may measure the component force Fa in the axial direction of the feed screw shaft in the formula (1). Install on a machine tool. Although it is possible experimentally to separately measure the cutting force Fc shown in the equation (1), it is possible to use the detector 1 in the actual machine.
However, in the present invention, the detector 1 can measure the force Fa obtained by adding the frictional resistance Ff to the cutting force Fc. Thus friction resistance
Since the cutting force Fc is measured by adding Ff, the frictional resistance Ff also increases or decreases in proportion to the cutting force Fc, so even if the frictional resistance Ff is included, the sum of the two should be measured as the actual cutting force. There is no problem with. Further, since the frictional resistance is considerably smaller than the cutting force, there is no practical problem. FIG. 6 is an explanatory view showing an embodiment of the detector mounting structure of the present invention. In this embodiment, the detector is provided on the ball screw support bearing of the feed screw shaft. To do. In FIG. 6, a feed screw shaft 10 screwed with a feed nut 11 connected to a work table or a tool table is a pair of support bearings in which a left shaft end is incorporated in a bearing portion 17.
It is rotatably supported by 15a, 15b, and the right shaft end is rotatably supported by a ball bearing 15c.The ball bearing support bearing part 17 incorporating the support bearings 15a, 15b is provided with 2 The detector 1 shown in Fig. 2 is attached. The mounting structure of the detector 1 on the bearing 17 is as shown in FIG. That is, the detector 1 has the support bearing 15 located inside.
It is assembled between b and the end surface 18a of the bearing hole 18 on the fixed side. Specifically, the detector 1 is installed in a state of being sandwiched between the pair of spacer rings 20a and 20b between the outer ring (outer ring) 19 of the support bearing 15b and the end surface 18a of the bearing hole 18, and Support bearing built in outside
The detector 1 is clamped and fixed by bolting the presser foot 22 from the outside to the end surface of the outer ring 21 of 15a. In addition, the spacer rings 20a and 20b that sandwich the detector 1 from both sides are L
An O-ring having a V-shaped cross-section, and the inner and outer sliding contact surfaces seal the detector 1 incorporated inside.
23 intervening. In the mounting structure in which the detector 1 is incorporated in the bearing portion 17 of the feed screw shaft 10 shown in FIGS. 6 and 7 as described above, the cutting resistance from the work table or the cutting from the tool base during cutting is performed. The force acts in the axial direction of the feed screw shaft 10 by the horizontal movement of the feed nut 11 due to the rotation of the feed screw shaft 10, and through the outer ring 19 of the support bearing 15b provided in the bearing portion 17 the spacer rings 20a and 20b. Join the detector 1 sandwiched inside. Specifically, when a load corresponding to the cutting force or cutting resistance in the left direction is applied to the feed screw shaft 10, the compressive force of the detector 1 is reduced, and the feed screw shaft is adjusted to the cutting force or cutting resistance in the right direction. When a force is applied, the compressive force of the detector 1 increases conversely. Of course, since the capacitor provided in the feedback circuit of the charge amplification circuit that takes out the detection output of the detector 1 when the cutting process is started is discharge reset and the voltage output is in the initial state, the movement of the feed nut 11 is moved. It is possible to take out an output voltage having different polarities depending on the direction and proportional to the cutting force or cutting resistance received by the feed screw shaft 10. FIG. 8 shows the bearing portion 1 of the lead screw shaft 10 shown in FIGS.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another built-in structure for incorporating the detector 1 in 7. That is, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, a space for incorporating the detector 1 has to be newly added to the bearing hole 18 for incorporating the support bearings 15a and 15b. Accompany. Therefore, in the structure shown in FIG. 8, the detector 1 is mounted without changing the bearing hole 18. That is, in the embodiment of FIG. 8, the detector housing 24 is formed by cutting out the right end of the outer ring 19 of the support bearing 15b, and the detector 1 is assembled in the detector housing 24 to form the outside. To L-shaped spacer ring 25, and an O-ring 23 for sealing the detector 1 is provided on the inner and outer contact surfaces of the spacer ring 25. In the mounting structure of FIG. 8 as described above, the detector 1 can be assembled integrally with the support bearing 15b, so that a mounting space for the detector is separately secured in the bearing hole 18 as shown in FIG. No need, more practical. In the above-mentioned embodiment, the case where the detector is incorporated into the feed screw mechanism of the work table or the tool base is taken as an example, but similarly, the feed nut provided in the feed screw mechanism of the main spindle system is used. Alternatively, the detector may be incorporated in the support bearing.
以上説明してきたように本発明によれば、サポートベア
リング15a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と圧電
センサ1の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間
において圧電センサ1がスペーサリング20a、20bにより
挟持されるように取り付けたので、工作機械自体の構造
を大きく変更することなく圧電センサ1を工作機械に取
り付けることができる。 更に、サポートベアリング15a、15bの外環19、21のスラ
スト方向側に圧電センサ1の収納部を形成したので、圧
電センサ1をサポートベアリング15a、15bに一体で組み
込むことができ、したがって、軸受穴18aに圧電センサ
1の収納スペースを別途確保する必要がないので、工作
機械自体の構造を大きく変更することなく圧電センサ1
を工作機械に取り付けることができる。 また実施例特有の効果として、本発明の工作機械用検出
器の取り付け構造にあっては、工作機械の切削力又は切
削抵抗を検出する検出器にフィルムシート状の圧電セン
サを使用していることから、荷重変化に対する検出感度
が高く、例えば検出器の検出出力を取出す電荷増幅回路
のコンデンサ容量を切換えることで1kgf程度の小さな切
削力又は切削抵抗から1000kgfを越える大きな切削力又
は切削抵抗を高い分解能をもって測定することができ、
その結果、工具異常は勿論のこと、切削力又は切削抵抗
の検出出力に基づいて一定の切削力又は切削抵抗を得る
ためのフィードバック制御も可能となる。 また、検出器はフィルムシート状の圧電センサを用いて
いることから、膜圧が薄いために切削力や切削抵抗に応
じた力を受けても検出器の厚み方向の変形はごく僅かで
あり、送りナットや送りネジシャフトの軸受け部分に組
込んでも工作機械の加工精度に影響を及ぼすことはな
い。 更に、検出器の感度は圧電センサの面積を変えても一定
であることから、圧電センサの面積を大きくすることに
よって単位面積当たりの荷重を低減させ、これによって
検出器の剛性を高めることができる。 更に、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出器で
あることから、厚さが0.2mm以下と極めて薄く小型で且
つ軽量であることから容易に工作機械における切削力又
は切削抵抗の検出部分に直接組込むことができる。 更にまた、フィルムシート状の圧電センサを用いた検出
器であることから。量産化が容易であり、検出器のコス
トを大幅に低減することができる。As described above, according to the present invention, the piezoelectric sensor 1 is provided between the thrust-direction end surfaces of the outer rings 19, 21 of the support bearings 15a, 15b and the end surface 18a of the bearing hole 18a in which the accommodating portion of the piezoelectric sensor 1 is formed. Is mounted so as to be sandwiched by the spacer rings 20a and 20b, the piezoelectric sensor 1 can be mounted on the machine tool without significantly changing the structure of the machine tool itself. Furthermore, since the accommodating portion for the piezoelectric sensor 1 is formed on the thrust bearing side of the outer rings 19, 21 of the support bearings 15a, 15b, the piezoelectric sensor 1 can be integrally incorporated in the support bearings 15a, 15b, and therefore the bearing holes Since it is not necessary to separately secure a storage space for the piezoelectric sensor 1 in 18a, the piezoelectric sensor 1 can be used without significantly changing the structure of the machine tool itself.
Can be attached to a machine tool. Further, as an effect peculiar to the embodiment, in the mounting structure of the machine tool detector of the present invention, a film sheet piezoelectric sensor is used as a detector for detecting the cutting force or the cutting resistance of the machine tool. Therefore, the detection sensitivity to load changes is high.For example, by switching the capacitor capacity of the charge amplification circuit that extracts the detection output of the detector, a high cutting force or cutting resistance of 1 kgf to 1000 kgf can be obtained. Can be measured with
As a result, not only tool abnormality but also feedback control for obtaining a constant cutting force or cutting resistance based on the detection output of the cutting force or cutting resistance is possible. Further, since the detector uses a piezoelectric sensor in the form of a film sheet, the deformation in the thickness direction of the detector is very slight even when receiving a force corresponding to the cutting force or the cutting resistance due to the thin film pressure. Even if it is installed in the bearing part of the feed nut or the feed screw shaft, it does not affect the machining accuracy of the machine tool. Further, since the sensitivity of the detector is constant even if the area of the piezoelectric sensor is changed, the load per unit area can be reduced by increasing the area of the piezoelectric sensor, and thus the rigidity of the detector can be increased. . Furthermore, because it is a detector that uses a film sheet piezoelectric sensor, it is extremely thin with a thickness of 0.2 mm or less, is small, and is lightweight, so it is easy to directly detect the cutting force or cutting resistance of machine tools. Can be incorporated. Furthermore, because it is a detector that uses a film sheet piezoelectric sensor. Mass production is easy, and the cost of the detector can be greatly reduced.
第1図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造で使
用する検出器を示した断面図; 第2図は第1図の検出器を一部破断して示した平面図; 第3図はNC旋盤の説明図; 第4図は立形マシニングセンタの説明図; 第5図はマシニングセンタのボールネジ機構を示した分
解組立図; 第6図は本発明の工作機械用検出器の取り付け構造の実
施例を示した説明図; 第7図は第6図の軸受部分を取出して示した説明図; 第8図は検出器をサポートベアリングに一体に組む取付
構造を示した説明図である。 1:検出器 2:圧電材料層 3a,3b:電極層 4a,4b:絶縁シート 5:通し穴 6:ボルト穴 7:ベッド 9a〜9c:パルスモータ 10,10a〜10c:送りネジシャフト 11,11a〜11c:送りナット 12:サドル 13:コラム 14:主軸ヘッド 15a,15b:サポートベアリング 15c:ボールベアリング 17:軸受部 18:軸受穴 19,21:外環(アウターリング) 20a,20b,25:スペーサリング 22:押え金 23:Oリング 24:検出器収納部FIG. 1 is a cross-sectional view showing a detector used in the mounting structure for a machine tool detector of the present invention; FIG. 2 is a plan view showing the detector of FIG. 1 partially broken away; Is an explanatory view of an NC lathe; FIG. 4 is an explanatory view of a vertical machining center; FIG. 5 is an exploded view showing a ball screw mechanism of the machining center; FIG. 6 is an implementation structure of a machine tool detector of the present invention. Fig. 7 is an explanatory view showing an example; Fig. 7 is an explanatory view showing the bearing portion of Fig. 6 taken out; Fig. 8 is an explanatory view showing a mounting structure in which a detector is integrally assembled with a support bearing. 1: Detector 2: Piezoelectric material layer 3a, 3b: Electrode layer 4a, 4b: Insulation sheet 5: Through hole 6: Bolt hole 7: Bed 9a to 9c: Pulse motor 10, 10a to 10c: Lead screw shaft 11, 11a ~ 11c: Feed nut 12: Saddle 13: Column 14: Spindle head 15a, 15b: Support bearing 15c: Ball bearing 17: Bearing part 18: Bearing hole 19, 21: Outer ring (outer ring) 20a, 20b, 25: Spacer Ring 22: Presser foot 23: O-ring 24: Detector storage
───────────────────────────────────────────────────── 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 昭49−86067(JP,A) 特開 昭50−7182(JP,A) 特開 昭62−188649(JP,A) 特開 昭60−85854(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── 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 (56) Reference JP-A-49-86067 (JP, A) JP-A-50-7182 (JP, A) JP-A-62-188649 (JP, A) JP-A-60- 85854 (JP, A)
Claims (2)
した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネジ
シャフト11が貫通するための通し穴5を形成することに
より環状に形成した圧電センサ1により、工作機械の切
削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り付
け構造であって、 前記送りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15
a、15bの内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリン
グ15a、15bの外環19、21のスラスト方向端面と前記圧電
センサ1の収納部が形成された軸受穴18aの端面18aの間
において前記圧電センサ1がスペーサリング20a、20bに
より挟持されるように且つ前記送りネジシャフト11が前
記通し穴5を貫通するように取り付けたことを特徴とす
る工作機械用検出器の取り付け構造。1. A circular film sheet having electrode layers 3a and 3b formed on both sides of a piezoelectric material layer 2 is formed in an annular shape by forming a through hole 5 through which a feed screw shaft 11 of a machine tool penetrates in the center thereof. A mounting structure of a machine tool detector for detecting a cutting force or a cutting resistance of a machine tool by the piezoelectric sensor 1 described above, wherein a support bearing 15 is provided at an axial end of the feed screw shaft 11.
While fitting the inner rings of a and 15b, the thrust bearing end faces of the outer rings 19 and 21 of the support bearings 15a and 15b and the end face 18a of the bearing hole 18a in which the accommodating portion of the piezoelectric sensor 1 is formed. A mounting structure for a machine tool detector, characterized in that the piezoelectric sensor 1 is mounted so as to be sandwiched by spacer rings 20a, 20b, and the feed screw shaft 11 penetrates the through hole 5.
した円形のフィルムシートの中央に工作機械の送りネジ
シャフト11が貫通するための通し穴5を形成することに
より環状に形成した圧電センサ1により、工作機械の切
削力又は切削抵抗を検出する工作機械用検出器の取り付
け構造であって、 前記送りネジシャフト11の軸端にサポートベアリング15
a、15bの内環を嵌合すると共に、前記サポートベアリン
グ15a、15bの外環19、21のスラスト方向側に前記圧電セ
ンサ1の収納部を形成し、該収納部に前記圧電センサ1
を収納し且つ前記送りネジシャフト11が前記通し穴5を
貫通するように取り付け、スペーサリング25を前記サポ
ートベアリング15bの外環19に組み込むことを特徴とす
る工作機械用検出器の取り付け構造。2. A circular film sheet having electrode layers 3a and 3b formed on both sides of a piezoelectric material layer 2 is formed in an annular shape by forming a through hole 5 through which a feed screw shaft 11 of a machine tool penetrates at the center thereof. A mounting structure of a machine tool detector for detecting a cutting force or a cutting resistance of a machine tool by the piezoelectric sensor 1 described above, wherein a support bearing 15 is provided at an axial end of the feed screw shaft 11.
While accommodating the inner rings of a and 15b, a housing portion of the piezoelectric sensor 1 is formed on the thrust bearing sides of the outer rings 19 and 21 of the support bearings 15a and 15b, and the piezoelectric sensor 1 is housed in the housing portion.
A mounting structure for a machine tool detector, characterized in that the feed screw shaft 11 is mounted so as to pass through the through hole 5, and the spacer ring 25 is incorporated in the outer ring 19 of the support bearing 15b.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63059822A JPH0675816B2 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Mounting structure for machine tool 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 |
|---|---|---|---|
| JP63059822A JPH0675816B2 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Mounting structure for machine tool detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234138A JPH01234138A (en) | 1989-09-19 |
| JPH0675816B2 true JPH0675816B2 (en) | 1994-09-28 |
Family
ID=13124302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63059822A Expired - Lifetime JPH0675816B2 (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Mounting structure for machine tool detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0675816B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023115588A (en) * | 2022-02-08 | 2023-08-21 | 株式会社東芝 | Sensor unit and sensor system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0775816B2 (en) * | 1989-01-21 | 1995-08-16 | 洋太郎 畑村 | Axial force measuring device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638894B2 (en) * | 1972-12-11 | 1981-09-09 | ||
| JPS564375B2 (en) * | 1973-05-22 | 1981-01-29 | ||
| JPS6085854A (en) * | 1983-10-18 | 1985-05-15 | Komatsu Ltd | Method of detecting abnormality of multi-edged tool |
| JPS62188649A (en) * | 1986-02-12 | 1987-08-18 | Murata Mach Ltd | Method and device for supervising tool wearing |
-
1988
- 1988-03-14 JP JP63059822A patent/JPH0675816B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023115588A (en) * | 2022-02-08 | 2023-08-21 | 株式会社東芝 | Sensor unit and sensor system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01234138A (en) | 1989-09-19 |
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 | |
| JP2011500331A (en) | Tool holder and stepwise sheet forming method using the tool holder | |
| CN204413981U (en) | There is the rolling bearing pretightening adjusting device of measuring ability | |
| NL8301122A (en) | GUIDING CONSTRUCTION FOR A TOOL TOOL. | |
| US5042309A (en) | Apparatus and method for sensing a thrust load applied to a spindle of a machine tool | |
| US4563906A (en) | Load measurement apparatus including miniature instrumented hydrostatic cell | |
| JPS58196970A (en) | Grinder | |
| US7802374B1 (en) | Capacitive digital caliper | |
| JPH0675816B2 (en) | Mounting structure for machine tool detector | |
| JPS60138410A (en) | Detecting head in straight line size | |
| JPH0665454B2 (en) | Tool mounting adapter with load detector | |
| JPH04231829A (en) | Intervening type force sensor having pallalelized disk measuring element and integrated amplifier | |
| JPH02136729A (en) | Device that dynamically compensates for the eccentricity of a rotating body | |
| JPH02303752A (en) | Torque detector for machine tool | |
| JP3136816B2 (en) | Robot arm with torque sensor | |
| JPH0769231B2 (en) | Load detection device using piezoelectric sensor | |
| JPS62251048A (en) | Cutting force monitoring method | |
| WO2022210720A1 (en) | Bearing device, spindle device, and spacer | |
| JPS6071905A (en) | Length measuring device for wide range | |
| JPH07113588B2 (en) | Force-moment sensor | |
| CN118700025B (en) | Detection device and grinding machine on-line detection system | |
| JPH0230212Y2 (en) | ||
| CN120890340B (en) | Device and method for detecting thermal elongation of screw rod | |
| RU2116165C1 (en) | Spindle assembly of metal-cutting machine tool | |
| JPH0775816B2 (en) | Axial force measuring device |