(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上にターンテーブルが主軸を中心として回転可能に設けられているとともに、そのターンテーブルの側方に立設されたコラムの上部側面にクロスレールが設けられており、そのクロスレールの一側面に、サドルが左右方向へ移動可能に設けられており、サドルに工具を保持するラムが上下動可能に設けられた工作機械において、工具に加わる荷重を検知するためのトルク検知装置であって、
工作機械のサドル及びラムの位置に応じて許容される荷重を記憶するための許容荷重記憶部と、
現在の工作機械のサドルおよびラムの位置とターンテーブルにかかるトルクとに基づいて工具に加わる荷重を算出し、前記許容荷重記憶部の情報と比較し、現状の荷重が許容値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定の結果、許容荷重を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段とを有することを特徴とするトルク検知装置。
【請求項２】
前記クロスレールが水平状態を保ったまま上下動可能に設けられており、前記許容荷重記憶部が、工作機械のクロスレール・サドル・ラムの位置に対応した許容荷重を記憶したものであることを特徴とする請求項１に記載のトルク検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、門形構造を有する立形旋盤等の工作機械において主軸に加わるトルク（荷重）を検知するためのトルク検知装置（荷重検知装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワークの大型化に伴って立形旋盤等の門形構造を有する工作機械が増加してきている。門形構造を有する工作機械は、ベッド上にターンテーブルが主軸を中心として回転可能に設けられているとともに、そのターンテーブルの左右に立設されたコラムの前面に、クロスレールが水平状態を保ったまま上下動可能に設けられている。さらに、クロスレールの前面には、刃物台が左右方向へ移動可能に設けられており、その刃物台には、長尺なラムが、上下動可能に設けられている。そして、ラムの下端に装着される工具によって、ターンテーブル上のワークに加工を施すことができるようになっている。かかる門形構造を有する工作機械によれば、刃物台を左右に移動させたり、ラムを上下させたりすることによって、大型ワークに加工を施すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した門形構造を有する工作機械においては、大型ワークに深穴加工を施す場合には、ラムを長く突き出す必要があるため、加工時のトルクによって、ラムが損傷する可能性もある。そのような弊害を防止するために、ラムの径を大きくしたり、ターンテーブルの耐用トルクを小さくしたりすることも可能であるが、ラムのサイズを大きくすると、小さな内径の加工が困難となるし、ターンテーブルの耐用トルクを小さくすると、重切削の際にトルク不足となってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、ラムを大径化したりターンテーブルの耐用トルクを低減したりすることなく従来の門形構造を有する工作機械における問題点を解消するために、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を防止することが可能な門形構造を有する工作機械用のトルク検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内、請求項１に記載された発明は、ベッド上にターンテーブルが主軸を中心として回転可能に設けられているとともに、そのターンテーブルの側方に立設されたコラムの上部側面にクロスレールが設けられており、そのクロスレールの一側面に、サドルが左右方向へ移動可能に設けられており、サドルに工具を保持するラムが上下動可能に設けられた工作機械において、工具に加わる荷重を検知するためのトルク検知装置（荷重検知装置）であって、工作機械のサドル及びラムの位置に応じて許容される荷重を記憶するための許容荷重記憶部と、現在の工作機械のサドルおよびラムの位置とターンテーブルにかかるトルクとに基づいて工具に加わる荷重を算出し、前記許容荷重記憶部の情報と比較し、現状の荷重が許容値を超えているか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定の結果、許容荷重を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記クロスレールが水平状態を保ったまま上下動可能に設けられており、前記許容荷重記憶部が、工作機械のクロスレール・サドル・ラムの位置に対応した許容荷重を記憶したものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載のトルク検知装置によれば、門形構造を有する工作機械のラムや工具に加わるトルクが適正なものであるか否かを判断し、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を効果的に防止することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載のトルク検知装置によれば、サドルの位置やラムのサドルからの突き出し量に加えてベッドに対してコラムに発生するモーメントも加味して許容切削力を決定するので、ラムや工具に加わるトルクが適正なものであるか否かをより正確に判断することが可能となり、過剰なトルクによってラムや工具が損傷してしまう事態を非常に効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】トルク検知装置を搭載した立形旋盤の正面図である。
【図２】トルク検知装置を搭載した立形旋盤の右側面図である。
【図３】トルク検知装置の構成を示すブロック図である。
【図４】許容切削力記憶部に記憶されているデータ（ラムのＺ軸への突出量に対応した許容切削力）を示す説明図である。
【図５】トルク検知装置による過剰トルクの報知処理の内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る工作機械用のトルク検知装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
＜トルク検知装置を搭載した工作機械の構造＞
図１、図２は、本発明に係るトルク検知装置を搭載した工作機械である立形旋盤を示したものであり、立形旋盤Ｍは、ベッド１の中央上部に、円盤状のターンテーブル４が設けられており、図示しない駆動装置（モータ）によって、主軸３を中心として回転可能（C軸方向）になっている。また、ベッド１の左右には、一対のコラム７，７を立設されており、それらのコラム７，７の前面に、水平な棒状のクロスレール９が、図示しない駆動装置によって、水平状態を保持したまま上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に架設されている。さらに、クロスレール９の前面には、刃物台として機能するサドル１２が、図示しない駆動装置によって、左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられている。そして、サドル１２の下方には、略四角柱状のラム１３が、図示しない駆動装置によって、上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられており、当該ラム１３の先端には、工具を装着するためのチャック１４が設けられている。
【００１３】
上記した主軸３、Ｘ・Ｙ軸の送り軸等を駆動させるための駆動装置であるモータは、後述する制御装置によって駆動制御されるようになっている（図３参照）。また、それらの各モータには、回転数や回転時のトルクを検出するための検出部（センサ等）が接続されている（図３参照）。
【００１４】
＜トルク検知装置の構成＞
図３は、上記した立形旋盤Ｍの制御機構を示すブロック図であり、立形旋盤Ｍの作動を制御する制御装置２１は、加工プログラム、工具マガジンやタレット、ラム１３に取り付けられる工具等に関する情報(突出量等)を入力するための入力部２２、入力部２２より入力された情報を記憶保持するための記憶部２３、加工の際に加工プログラムを読み込んで解釈し指令するためのプログラム解釈部２４、プログラム解釈部２４より出された指令に基づいてモータへ電力を供給するための制御部２５、立形旋盤Ｍの状態に応じて許容される切削力を記憶させるための許容切削力記憶部２６、現在の立形旋盤Ｍの状態より切削力を求めて許容切削力記憶部２６の情報と比較し、現状の切削力が許容値を超えているか否かを判定する判定部２７等によって構成されている。加えて、許容切削力記憶部２６には、予め、図４の如き、ラム１３のＺ軸への突出量に対応した許容切削力（Ｎ）のデータ（実験により求められたもの）が記憶されている。
【００１５】
また、制御装置２１は、図示しないインターフェイスを介して、主軸３、Ｘ・Ｙ軸の送り軸等を駆動させるためのモータ３１，３１・・、それらの各モータ３１，３１・・の回転数やトルクを検出するための検出部３２，３２・・、許容切削力を超えていると判定された場合にその事態を作業者に報知するための報知手段である表示部（モニタ）３３等と接続されている。そして、制御装置２１の入力部２２、記憶部２３、プログラム解釈部２４、制御部２５、許容切削力記憶部２６、判定部２７、モータ３１，３１・・、検出部３２，３２・・、表示部（モニタ）３３によって、トルク検知装置４１が構成された状態になっている。
【００１６】
＜トルク検知装置の作動内容＞
上記の如く構成されたトルク検知装置４１によるワーク加工（数値制御による加工）時のトルク制御（過剰トルクの報知処理）の内容について、図５のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００１７】
過剰トルクの報知処理においては、入力手段２を利用して、作業者によって、加工プログラム、工具マガジンやタレット、主軸３に取り付けられている工具等に関連した情報(突出量等)が入力されると、まず、ステップ（以下、単にＳで示す）１で、それらの入力された情報が、記憶部２３に記憶保持される。また、Ｓ２で、プログラム解釈部２４が、記憶部２３に記憶された加工プログラムを読み込んで、その内容を解釈し、Ｓ３で、各種のモータを駆動させるための「駆動信号」を制御部２５へ送信する。そのようにＳ３で制御部２５に「駆動信号」が送信されると、制御部２５は、「駆動信号」に基づいて、モータの駆動を制御する。
【００１８】
上記の如くモータが駆動すると、Ｓ４で、検出部３２によってモータの駆動に伴ってターンテーブル４に発生しているトルクが検出される。さらに、Ｓ５で、モータの駆動の結果としてのラム１３、クロスレール９、サドル１２の位置が検出される。そして、S６で、それらのトルクの値、各部材の位置に関する情報が、判定部２７に送信される。そのようにトルクの値、各部材の位置に関する情報が判定部２７に送信されると、Ｓ７で、判定部２７によって、送信されたトルクの値、各部材の位置に関する情報に基づいて、実際に工具に加わっている切削力が算出される。
【００１９】
一方、Ｓ５でラム１３の位置（すなわち、突出量）等が検出されると、Ｓ８で、許容切削力記憶部２６に記憶されている「ラムのＺ軸への突出量に対応した許容切削力（Ｎ）のデータ」が呼び出され、Ｓ９で、当該データから、検出部３２から送信されたラム１３の突出量（実際の突出量）と対応した許容切削力が算出される。
【００２０】
上記の如く、Ｓ９で許容切削力が算出されると、Ｓ１０において、算出された許容切削力と、Ｓ７で算出された切削力（すなわち、実際に工具に加わっている切削力）の大小が比較される。そして、Ｓ１０で“ＹＥＳ”と判断された場合には、Ｓ１１で、表示部３３が所定の態様の表示を実行することにより、実際に工具に加わっている切削力が理論上の許容切削力を上回っている事態を報知する。かかる報知により、作業者は、ラム１３の突出量の低減や工具の回転数の低減等の適当な措置を講ずることが可能となる。
【００２１】
＜トルク検知装置による効果＞
トルク検知装置４１は、上記の如く、立形旋盤Ｍの状態に応じて許容される切削力を記憶するための許容切削力記憶部２６と、現在の立形旋盤Ｍの状態より切削力を求め、許容切削力記憶部２６の情報と比較し、現状の切削力が許容値を超えているか否かを判定する判定部２７と、判定部２７による判定の結果、許容切削力を超えていると判定された場合にその事態を報知する報知手段である表示部３３とを有しているため、ラム１３や工具に加わるトルクが適正なものであるか否かを判断し、過剰なトルクによってラム１３や工具が損傷してしまう事態を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、トルク検知装置４１は、許容切削力記憶部２６が、立形旋盤Ｍのラム１３・クロスレール９・サドル１２の位置に対応した許容切削力を記憶したものであるため、ラム１３や工具に加わるトルクが適正なものであるか否かをよりきわめて正確に判断することができるので、過剰なトルクによってラム１３や工具が損傷してしまう事態を非常に効果的に防止することができる。
【００２３】
＜トルク検知装置の変更例＞
なお、本発明に係るトルク検知装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、制御装置、駆動装置、検出部、表示部等の形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて適宜変更することができる。また、トルク検知装置を設置する門形構造を有する工作機械の構成も、上記実施形態の態様に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。
【００２４】
たとえば、本発明に係るトルク検知装置は、上記実施形態の如く、トルクが過剰になった場合（すなわち、実測値が予め設定された許容値を上回った場合）に、その事態をモニタに表示するものに限定されず、報知ランプを所定の態様で点灯・点滅させるものや、所定の警報音を発するもの等に変更することも可能である。また、トルクが所定の閾値を上回った場合に、加工動作を一時的に停止するもの等に変更することも可能である。更に、上記実施形態ではサドルやラム、クロスレールの位置のみで許容切削力を求めているが、ラムの中心に対する工具の径方向刃先位置やラム先端面から工具先端までの長さを加味して許容切削力を求めるようにしても良い。更にまた、機械の構成としては門形構造に限らずコラムが１つの所謂シングルコラムの工作機械に適用可能である他、クロスレールがコラムに対し固着され上下動しない形式の工作機械にも適用可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のトルク検知装置は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、門形構造を有する各種の工作機械用のトルク検知装置として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１・・ベッド
３・・主軸
４・・ターンテーブル
７・・コラム
９・・クロスレール
１２・・サドル
１３・・ラム
２２・・入力部
２３・・記憶部
２４・・プルグラム解釈部
２５・・制御部
２６・・許容切削力記憶部
２７・・判定部
３１・・モータ
３２・・検出部
３３・・記憶部
Ｍ・・立形旋盤
４１・・トルク検知装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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