Chuck opening/closing device for numerically controlled lathe
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SOLUTION: When the spindle 2 is rotated, the rotating speed of the spindle 2 is detected and the position of the chuck pawl 4 is detected, centrifugal force to be received by the chuck pawl 4 is calculated in accordance with the detection results, and the rotation of the servo motor 12 is controlled to apply force resisting to the centrifugal force to the workpiece gripping force of the chuck pawl 4. Thus, even if the chuck pawl 4 receives the centrifugal force when the spindle 2 is rotated, the set workpiece gripping force is held constant without being changed.
COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT，下面是Chuck opening/closing device for numerically controlled lathe专利的具体信息内容。
主軸と一体に回転すると共に、軸方向に移動して前記チャック爪の開閉動作を行なうボールネジ軸と、
前記ボールネジ軸に嵌合し、前記ボールネジ軸に対し相対的に回転することで前記ボールネジ軸を軸方向に移動させるボールネジナットと、
前記ボールネジナットを回転させるサーボモータと、
を有する数値制御旋盤のチャック開閉装置において、
前記チャック爪のワーク把握径を検出するワーク把握径検出手段と、
主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記検出したワーク把握径と前記検出した回転速度とに基づいて前記チャック爪が受ける遠心力を算出する遠心力算出手段と、
主軸が回転しているときに、前記ボールネジ軸の回転と同期した速度で前記ボールネジナットを回転させると共に、前記ボールネジ軸と前記ボールネジナットとの間に回転位相差を発生させ前記ボールネジ軸を軸方向に移動させるように前記サーボモータを制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記算出した遠心力に対抗する力を前記チャック爪のワーク把握力に加えるように前記サーボモータを制御する、
ことを特徴とする数値制御旋盤のチャック開閉装置。
前記遠心力算出手段は、さらに、前記チャック爪の重量に基づいて遠心力を算出することを特徴とする数値制御旋盤のチャック開閉装置。
本発明は、数値制御旋盤のチャック開閉装置、特にワークを把握するチャック爪の開閉動作をサーボモータの駆動により行なう数値制御旋盤のチャック開閉装置に関する。
従来から、数値制御旋盤においては、サーボモータの駆動によりチャック爪の開閉動作を行なうチャック開閉装置を装備するものが知られている。
この種のチャック開閉装置は、例えば、主軸に設けられたチャック爪と、主軸と一体に回転すると共に軸方向に移動してチャック爪の開閉動作を行なうボールネジ軸と、この軸に嵌合するボールネジナットと、このナットに接続されたサーボモータとを有する。 サーボモータの駆動により、ボールネジナットがボールネジ軸に対し相対的に回転し、ボールネジ軸が軸方向に移動して、チャック爪の開閉動作が行なわれる。 このようなチャック爪の開閉動作は、通常、主軸が停止した状態で行なわれる。
下記特許文献１には、主軸が停止しているときに、チャック爪がワークを把握する力であるワーク把握力を設定し、その設定値に応じてサーボモータを制御してチャック爪を開閉する数値制御旋盤が記載されている。
上記特許文献１のようなサーボモータの駆動によりチャック爪の開閉動作を行なう数値制御旋盤においては、主軸が停止しているときに設定されたワーク把握力でチャック爪がワークを把握することができる。 しかしながら、主軸が回転することにより、チャック爪が遠心力を受けるので、設定されたワーク把握力が変動してしまうという問題があった。
本発明の目的は、サーボモータの駆動によりチャックを開閉する数値制御旋盤のチャック開閉装置であって、主軸が回転しているときでも、チャック爪のワーク把握力を一定に保持することができる数値制御旋盤のチャック開閉装置を提供することにある。
本発明は、主軸に設けられ、ワークを把握するチャック爪と、主軸と一体に回転すると共に、軸方向に移動して前記チャック爪の開閉動作を行なうボールネジ軸と、前記ボールネジ軸に嵌合し、前記ボールネジ軸に対し相対的に回転することで前記ボールネジ軸を軸方向に移動させるボールネジナットと、前記ボールネジナットを回転させるサーボモータと、を有する数値制御旋盤のチャック開閉装置において、前記チャック爪のワーク把握径を検出するワーク把握径検出手段と、主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記検出したワーク把握径と前記検出した回転速度とに基づいて前記チャック爪が受ける遠心力を算出する遠心力算出手段と、主軸が回転しているときに、前記ボールネジ軸の回転と同期した速度で前記ボールネジナットを回転させると共に、前記ボールネジ軸と前記ボールネジナットとの間に回転位相差を発生させ前記ボールネジ軸を軸方向に移動させるように前記サーボモータを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記算出した遠心力に対抗する力を前記チャック爪のワーク把握力に加えるように前記サーボモータを制御することを特徴とする。
また、前記遠心力算出手段は、さらに、前記チャック爪の重量に基づいて遠心力を算出することができる。
本発明の数値制御旋盤のチャック開閉装置は、サーボモータの駆動によりチャックを開閉する数値制御旋盤のチャック開閉装置であって、主軸が回転しているときでも、チャック爪ワーク把握力を一定に保持することができる。
本発明に係る数値制御旋盤のチャック開閉装置の実施形態について、図１を用いて説明する。 図１は、数値制御旋盤のチャック開閉装置１の概略構成を示す図である。
主軸２は、主軸台（図示せず）に回転可能に支持され、主軸モータ３によって回転駆動される。 主軸２は中空の軸であり、軸方向に伸びる孔にはボールネジ軸（ドローバー）５が挿入されている。 主軸２の先端には、ワーク（図示せず）を把握するチャック爪４が設けられている。 また、主軸２の外周には、歯車６Ａが固定されており、この歯車６Ａは後述する歯車６Ｂに噛合う。
ボールネジ軸５は、主軸２と一体に回転すると共に、主軸２に対し軸方向に移動できるように設けられている。 ボールネジ軸５の端部には、マスタージョウ７を介してチャック爪４が接続されている。 ボールネジ軸５が軸方向に移動すると、マスタージョウ７が径方向に回動し、チャック爪４が開閉する。
ボールネジ軸５には、ボールネジナット８が嵌合している。 ボールネジナット８がボールネジ軸５に対し相対的に回転することにより、ボールネジ軸５が軸方向に移動する。 ボールネジナット８の外周には、歯車９Ａが固定されている。 歯車９Ａは、主軸２と平行なドローバー駆動軸１０に固定される歯車９Ｂに噛合う。
ドローバー駆動軸１０には、第一クラッチ１１を介してサーボモータ１２が接続されている。 サーボモータ１２は、数値制御により任意の回転速度で動作することができる。
また、ドローバー駆動軸１０には、第二クラッチ１３を介して歯車６Ｂが接続されている。 歯車６Ｂは、前述した主軸２に固定される歯車６Ａに噛合う。 従来においては、主軸２が回転するとき、第二クラッチ１３の接続により、主軸２がドローバー駆動軸１０、そしてボールネジナット８に連結する。 このような構成により、主軸２とボールネジ軸５の回転に同期してボールネジナット８が回転するので、ボールネジ軸５が軸方向に移動することなくチャック爪４の把握状態を保持することができる。
次に、主軸２に対してワークを着脱するときのチャック開閉装置１の動作について説明する。 なお、ワークを着脱するときは、主軸２が停止している状態である。
サーボモータ１２が動作すると、サーボモータ１２の動力が第一クラッチ１１を介してドローバー駆動軸１０に伝達される。 ドローバー駆動軸１０に伝達された動力は、歯車９Ｂと歯車９Ａを介してボールネジナット８に伝達され、ボールネジナット８が回転する。 このとき、第二クラッチ１３を遮断させるため、ドローバー駆動軸１０から歯車６Ｂ，歯車６Ａを介して主軸２への動力の伝達が防止される。 主軸２が停止状態であるため、ボールネジ軸５も停止している。 これにより、ボールネジナット８は、ボールネジ軸５に対して相対的に回転する。 この回転により、ボールネジ軸５が軸方向に移動し、チャック爪４が開閉する。 この開閉動作の詳細について次に説明する。
チャック爪４がワークを把握する場合、ボールネジ軸５がチャック爪４に対して反対側、すなわち紙面の左側に向かって移動するようにサーボモータ１２を制御する。 そうすると、ボールネジ軸５の移動により、マスタージョウ７が径方向の内側に向かい回動し、それに接続されたチャック爪４が径方向の内側、すなわち閉じる方向に移動しワークを把握する。 一方、チャック爪４からワークを取り外す場合、ボールネジ軸５がチャック爪４側、すなわち紙面の右側に向かって移動するようにサーボモータ１２を制御する。 そうすると、ボールネジ軸５の移動により、マスタージョウ７が径方向の外側に向かい回動し、それに接続されたチャック爪４が径方向の外側、すなわち開く方向に移動しワークを取り外す。 このように、主軸２が停止しているときにサーボモータ１２を制御してボールネジ軸５を軸方向に移動させることで、ワークを着脱することができる。
本発明に係るチャック開閉装置１は、主軸２が回転しているとき、その回転によりチャック爪４が受ける遠心力に対抗する力をチャック爪４のワーク把握力に加えるようにサーボモータ１２を回転制御することを特徴とする。 具体的には、主軸２が回転しているときに、そのときの主軸２の回転速度とチャック爪４の位置とを検出し、これらの検出結果に基づいてチャック爪４が受ける遠心力を算出し、その遠心力に対抗する力をチャック爪４のワーク把握力に加えるようにサーボモータ１２を回転制御することを特徴とする。 なお、遠心力に対抗する力とは、遠心力と同等の力であって、遠心力が生じる向きと反対方向の力である。 これにより、主軸２が回転しているときにチャック爪４が遠心力を受けたとしても、遠心力に対向する力をワーク把握力に加えるようにサーボモータ１２を制御するので、ワーク把握力に対する遠心力の影響を無くすことができ、設定されたワーク把握力が変動することなく一定に保持することができる。
本発明に係るチャック開閉装置１の制御動作の一例について図２を用いて説明する。 図２は、主軸２が回転しているときに、ワーク把握力を一定に保つようにサーボモータ１２を制御する制御動作のフローチャートである。
まず、チャック爪４のワーク把握径を検出する（ステップＳ１００）。 ワーク把握径は、チャック爪４がワークを把握する部分を、主軸軸心を中心とする円弧で結んで規定される円の差し渡しの距離である。 これに限らず、ワーク把握径を、軸からチャック爪４の重心までの距離で表すこともできる。 このように、ワーク把握径を検出することで、チャック爪４の位置を検出することができる。
そして、主軸２の回転速度を検出する（ステップＳ１１０）。 ここで、回転速度が先の検出値に対して変化しているならば、以下のステップを実施する。
検出したワーク把握径と主軸２の回転速度、それにチャック爪４とマスタージョウ７との重量に基づいてチャック爪４が受ける遠心力を算出する（ステップＳ１２０）。 図３に示されるチャックを用いる場合、主軸２の回転速度によりチャック爪４が受ける遠心力は、マスタージョウ７が受ける遠心力による荷重を相殺して算出する。
次に、チャック爪４が受ける遠心力と対抗する力をチャック爪４のワーク把握力に加えるためのボールネジ軸５の軸移動量を次式により算出する（ステップＳ１３０）。
そして、そのボールネジ軸５の軸移動量に見合う、ボールネジ軸５とボールネジナット８の回転位相差を、式４で求めたボールネジ軸５の軸移動量をボールネジのリードＬで割ることにより算出する（ステップＳ１４０）。
サーボモータ１２を加速（減速）し、ボールネジ軸５とボールネジナット８の位相を、算出した回転位相差になるまで変更する（ステップＳ１５０）。 このとき、第二クラッチ１３を遮断するため、主軸２とドローバー駆動軸１０の間の動力の伝達が防止される。 そのため、サーボモータ１２の動作により発生させたボールネジ軸５とボールネジナット８の回転位相差によって、その分だけドローバー駆動軸１０が軸方向に移動し、チャック爪４のワーク把握力に、遠心力に対抗する力が加わる。
本実施形態によれば、主軸２が回転しているときにチャック爪４が遠心力を受けたとしても、遠心力に対抗する力をワーク把握力に加えるようにサーボモータ１２を制御するので、設定されたワーク把握力が変動することなく一定に保つことができる。
１ チャック開閉装置、２ 主軸、４ チャック爪、５ ボールネジ軸、８ ボールネジナット、１２ サーボモータ。
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