JP3025517B2 - 門型工作機械におけるラムバランス装置 - Google Patents

門型工作機械におけるラムバランス装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ラムを引き上げる方向のバランス力を有す
るバランスシリンダを備えた門型工作機械のラムバラン
ス装置に関する。
〔背景技術〕
プラノミラー等の門型工作機械に装着されるラムに
は、自重によって下方向の力が働く。しかも、この自重
に、ラムに取り付けられる各種アタッチメントヘッドの
重量も加わる。一方、ラムの上下動は、サーボモータに
より行なっているが、ラムおよびアタッチメントヘッド
の重量をそのままモータで駆動しようとすると、サーボ
モータに大きな駆動力が必要となり、かつ、ラム停止状
態でのモータの負荷も大きくなってしまう。
このため、従来から、この種工作機械のラムには、自
重およびアタッチメントヘッドの重量に見合ったバラン
ス手段が設けられている。
従来、このラムに掛かる重量をバランスさせるために
は、油圧を用いて行っていた。すなわち、ラムに取り付
けられるアタッチメントヘッドの最大重量と、アタッチ
メントヘッドが取り付けられていない時の重量との平均
値を求めておいて、この平均値に見合った一定の圧力
を、ラムに連結されたバランスシリンダの油圧供給回路
に設定していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、従来は、アタッチメントヘッドの種類が少
なく、重量が大きく変化することが少なかった。そのた
めに、バランス圧力も一定値に設定しておけば良く、こ
のように一定圧でも何ら問題は生じていなかった。
しかしながら、近年は、加工の高度化に伴い、アタッ
チメントヘッドの種類が大幅に増加し、その重量も、ラ
ム端カバー、アングルヘッド、5軸ヘッド等、ごく軽い
ものから非常に重いものと多段階にわたってきている。
この多段階にわたるアタッチメントヘッドの重量に対
して、一種類の圧力値を設定しておくだけでは、いろい
ろと問題が生じてくるようになった。
すなわち、ラムに取付けられるアタッチメントヘッド
の重量が設定圧と大幅に変わった場合は、次のような問
題点が生じている。
ラムの駆動軸の負荷の変動に伴う力が加わり、ラムの
上下動においてモータの駆動状態に変動が生じる。この
ため、上昇時と下降時とにおいて加工量に差(ヒステリ
シス)が生じ、高精度加工が行われない。
ラムの駆動軸が負荷変動により歪を生じて変位する。
このため、ラムに取付けられる工具位置は、正しい位置
にないので、NC制御加工を行う場合に高精度を得ること
が難しい。
ラム駆動用のサーボモータは、ラムを停止させている
状態の電流、すなわち、停止電流が増す結果、切削力と
して有効に使用できる駆動力が減る。
アンバランスがひどい場合は、サーボモータの停止電
流が過大となり、停止電流によってサーボモータが焼け
る虞れもある。
本発明の目的は、アタッチメントヘッドがラムに取り
付けられた場合、アタッチメントヘッドの重量に拘ら
ず、常に最適なバランス圧を求めることが可能なバラン
スシリンダを有する門型工作機械におけるラムバランス
装置を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、一対のコラムに上下動自在に支持されたク
ロスレールと、このクロスレールに水平方向移動自在に
支持されたサドルと、このサドルに上下動自在に支持さ
れたラムと、このラムにかかる重量の変動を検出する重
量検出手段と、前記ラムの重量を引き上げる方向に支持
するバランスシリンダとを具備した門型工作機械に用い
られ、前記バランスシリンダのバランス圧力を、前記ラ
ムに取り付けられるアタッチメントヘッドの重量に応じ
て可変とする圧力調整手段を、バランスシリンダの圧力
流体供給回路に設け、前記圧力調整手段は、前記重量検
出手段により検出された値が予め設定された所定の許容
範囲内にないときに作動開始する門型工作機械における
ラムバランス装置を構成したものである。
また、この門型工作機械におけるラムバランス装置に
おいて、バランスシリンダの圧力流体供給回路の途中に
設けられる圧力調整手段を、比例電磁式圧力調整弁によ
り構成し、この比例電磁式圧力調整弁により設定される
バランスシリンダ圧力を、前記ラムを上下動させるモー
タの電流値を重量検出手段により監視することにより圧
力のアンバランスを検知して制御するようにしてもよ
い。
また、重量検出手段は、当該重量検出手段により検出
された値が予め設定された所定の許容範囲内にないとき
に、許容範囲内に入るまで圧力調整手段を制御すること
が好ましい。
〔作用〕
ラムにアタッチメントヘッドが取り付けられると、こ
のアタッチメントヘッドの重量に応じた圧力が圧力調整
手段によりバランスシリンダに与えられる。このため、
ラム側の荷重とバランスシリンダの圧力とが、常に釣り
合った状態となり、ラム駆動用のモータに不要な負荷を
生じさせない門型工作機械におけるラムバランス装置と
なった。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図には、本実施例に係かる門型工作機械における
ラムバランス装置の全体図が示されている。
同図によれば、基台1上に一対のコラム2,2が立設さ
れており、この一対のコラム2,2間には、クロスレール
3が上下動(Z軸方向)自在に支持されている。これら
の一対のコラム2,2とクロスレール3とにより、工作機
械は、全体として門型とされている。
クロスレール3には、水平(Y軸)方向移動自在にサ
ドル4が設けられており、さらにこのサドル4には、上
下動自在にラム5が支持されている。
このラム5には、構造および重量の異なる各種アタッ
チメントヘッド6が取り付けられる。アタッチメントヘ
ッド6は、ラム端カバー、アングルヘッド、5軸ヘッド
等、軽いものから重いものまで多段階のものが準備され
ており、基台1の一端に設けられたアタッチメントヘッ
ド交換装置7によって、各種アタッチメントヘッド6の
交換がなされる。
サドル4の上方には、バランスシリンダ8が設けられ
ている。このバランスシリンダ8は、ラム5の自重と、
ラム5に取り付けられるアタッチメントヘッド6の重量
とから生じる負荷を吸収し、バランスさせる機能を有す
るものである。また、サドル4上には、ラム5を上下動
させるサーボモータ31が設けられ、そのサーボモータ31
により、図示しないボールねじ軸を介してラム5を駆動
できるようなっている。
なお、9はワークWを載置させるテーブルであり、10
はアタッチメントヘッド6に取付けられる工具を交換す
る自動工具交換装置である。
第2図には、第1図の実施例におけるバランスシリン
ダ8の油圧系統図が示されている。
同図によれば、バランスシリンダ8には、油圧タンク
20からフィルタ21および圧力流体供給回路としての油圧
回路23を介して、油圧ポンプ22によって圧油が供給され
る。油圧回路23の油圧ポンプ22側には、シリンダ8側か
ら圧油が戻らないようにチェック弁24が設けられてい
る。
また、チェック弁24の近傍には圧力スイッチ25が接続
されており、この圧力スイッチ25は、シリンダ8近傍に
設けられた安全バルブ26に接続されている。この圧力ス
イッチ25により所定圧力がないことが検知された場合
は、安全バルブ26が図示の状態に作動され、シリンダ8
からの圧油の戻りが停止されてラム5の落下防止がなさ
れている。
安全バルブ26近傍には圧力計27が設けられ、油圧回路
23の圧力を常時見ることができる。
油圧回路23の圧力スイッチ25と、圧力計27との間に
は、リリーフ付減圧弁28と、ソレノイド29等から構成さ
れた比例電磁式圧力調整弁30が設けられている。
この圧力調整弁30によって、圧力調整手段が構成さ
れ、バランスシリンダ8の圧力が制御されるようになっ
ている。
第3図には、比例電磁式圧力調整弁30に指令を出し、
制御するための制御回路構成図が示される。
ラム5の上下動用のDCサーボモータ31には、図示しな
い電源から、サーボモータアンプ32を介してモータ31の
電力が供給される。このサーボモータ31を駆動電気回路
からモータ電流信号が取り出される。
この電流信号は、制御回路内に設けられたアイソレー
ションアンプ33に送出され、このアイソレーションアン
プ33から重量検出手段としてのシーケンサ34に入力され
る。
シーケンサ34は、A/DおよびD/A変換器34A,34Bと、演
算部34Cとを備えて構成されており、アイソレーション
アンプ33から入力された電流信号を演算し、アナログ電
圧の電流出力値を決めて出力するものである。
35は、圧力制御弁用パワー増幅器であって、シーケン
サ34から出力されたバランス圧力を比例電磁式圧力調整
弁30にアナログ電流値として出力するものである。
次に、本実施例の作用について、第4図のフローチャ
ートをも参照して説明する。
第4図には、DCサーボモータ31を使用した場合におけ
るシーケンサ34内で、比例電磁式圧力調整弁を制御する
アナログ電圧を設定する手順が示されている。
この処理手順を説明すると、ステップ101でバランス
補正起動信号がONか否かが判断される。この起動信号は
アタッチメントの交換完了時に指令され、通常はOFFし
ているので別回路へ進み(ステップ110)、別回路にお
ける所定の処理がなされる。一方、前述の起動信号がON
していればステップ102に進む。
ステップ102では、サーボモータ31が停止しているか
否か判断される。サーボモータ31が停止していない時、
つまり、加工等のために移動中は、サーボモータの停止
中の位置決め補正用電流が読めないので、ステップ111
に進み、アラームを発する。サーボモータ31が停止して
いればステップ103に進み、サーボモータ31の停止中の
電流信号値を読み込む。
電流信号値の読み込み後、ステップ103からステップ1
04に進んだら、ステップ103で読み込んだ電流信号値が
所定の許容値A内にあるか否か判断される。ここでYES
なら、つまり電流信号値が所定の許容値A内なら、バラ
ンスシリンダ8の圧力と、ラム側、すなわち、ラム5と
アタッチメントヘッド6等の重量とが丁度バランスして
いることになるため、シリンダ8の圧力調整が不要とな
り、エンドとなる。
ステップ104で電流信号値が所定の許容値A内でない
時は、ステップ105に進む。
ステップ105においては、電流信号値の(+),
(−)が判断される。電流信号値が(+)であれば、比
例電磁式圧力調整弁30を制御するアナログ電圧が所定の
許容値A内に入るように、ステップ106で現在の出力値
Dに定数α(油圧を増加する量、例えば5kg)を加え、
新しい出力値NDとして圧力制御用パワー増幅器35に出力
される(ステップ107)。新しい出力値NDの出力後、比
例電磁式圧力調整弁30によるバランスシリンダ8への供
給圧が安定するまで、所定時間待ち(ステップ108)、
所定時間経過した後に、ステップ103に戻る。
ステップ105において、電流信号値が(−)であれ
ば、ステップ109で現在の出力値Dから定数αを減じ、
ステップ107に進む。
こうして、バランスシリンダ8による支持力がアタッ
チメントヘッド6とラム5との重量にバランスして、サ
ーボモータ31の電流信号値が所定の許容値A内になるま
で、すなわち、ステップ104でYESとなるまで、以上の動
作が自動的に繰返される。
前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。
すなわち、ラム5は、ラム5に取り付けられたアタッ
チメントヘッド6の重量に対応する最適な圧力をもっ
て、つまり、釣り合った状態でバランスシリンダ8によ
って引き上げられている。その結果、駆動軸にもラム側
の負荷は掛からなくなり、ラム5上下動におけるヒステ
リシスはなく、高精度加工が行われる。
また、駆動軸にラム側の負荷が掛からなくなったの
で、駆動軸やラム5等の歪もなくなり、NC制御加工にお
いても高精度加工が行われるようになった。
さらに、ラム5は、ラム側の重量と釣り合った圧力で
バランスシリンダ8に支持されているので、ラム5その
ものの負荷は、サーボモータ31に掛からず、従ってサー
ボモータ31の停止電流は発生しない。このため、切削力
が減ることもなく、モータ31が焼けることもない。
また、ラム5に取り付けられたアタッチメントヘッド
6の重量に対して、バランスシリンダ8に最適の圧力を
与えるには、バランス補正起動信号を制御信号によりON
させれば、シーケンサ34で演算した最適値に対応した油
圧が、圧力調整手段としての比例電磁式圧力調整弁30か
らバランスシリンダ8に送られ、自動的にバランスシリ
ンダ8が働く。従って、操作が簡単である上に、多段階
の重量のアタッチメントヘッド6にも簡単に対応するこ
とができる。
また、シーケンサ34は、サーボモータからの電流値を
読み取り、その電流値が予め設定された所定の範囲の値
内にないときだけ作動するようになっており、わずかな
重量の変化等の際まで、そのつど作動しないですむの
で、アタッチメントヘッド交換から運転再開までの時間
を短縮することができる。なお、本発明は前述の実施例
に限定されるものではなく、次に示すような変形等を含
むものである。
すなわち、本実施例では、シーケンサ34の演算制御の
例としてDCサーボモータ31を使用した場合で説明した
が、ACサーボモータであっても良い。
また、バランスシリンダ8に加わる油圧は、シーケン
サ34および比例電磁式圧力調整弁30により自動的に調整
するものに限らず、サーボモータ31の電流値を図示しな
い表示装置で視認し、この値に基づいて手動で圧力調整
弁を操作してもよい。従って、本発明における圧力調整
手段は、比例電磁式圧力調整弁30に限らず、一般の圧力
調整弁等でもよく、要するに、圧力流体供給回路におけ
る圧力流体の圧力を調整できる手段であれば足りる。
更に、シーケンサ34を始動させる場合、本実施例で
は、ラム5にアタッチメント6が取り付けられた後で、
バランス補正起動信号の指令によって行っているが、押
釦スイッチを設けておいて、ラム5にアタッチメント6
が取り付けられた後で、作業者が押釦スイッチを押して
信号が入るようにしてもよい。また、比例電磁式圧力調
整弁30の制御は、シーケンサ34に限らず、マイクロコン
ピュータ等の他の手段でもよい。
更に、バランスシリンダ8の本数も、1本に限らず、
2本以上でもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状
等は、本発明の目的を達成できる範囲であれば、他の構
造等でもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の門型工作機械における
バランス装置によれば、ラムにかかる重量の変動が検出
手段により検出され、その検出値が予め設定された許容
範囲にないとき、圧力調整手段が作動して、ラムにかか
る重量とバランスシリンダとをバランスさせるので、ラ
ムの上下動時におけるヒステリシスがなくなり、高精度
加工が可能となるという効果、ラムの歪みがなくなりNC
制御加工においても高精度加工を行えるという効果、ラ
ムの負荷がサーボモータにかからず、サーボモータの停
止電流が発生せず、従って、切削力が減ることもなく、
サーボモータが焼けることもないという効果がある。
また、圧力調整手段は、重量検出手段がラムにかかる
重量の変動を検知し、その値が予め設定された所定の範
囲内にないときだけ作動するようになっており、バラン
スさせるに至らないような重量の変化等の際まで、その
つど作動しないですむので、アタッチメントヘッド交換
から運転再開までの時間を短縮することができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る門型工作機械におけるラムバラン
ス装置の一実施例を示す全体正面図、第2図は本実施例
のバランスシリンダの油圧系統図、第3図は本実施例の
制御回路図、第4図は本実施例のシーケンサにおけるフ
ローチャートである。 2……コラム、3……クロスレール、5……ラム、6…
…アタッチメントヘッド、8……バランスシリンダ、22
……油圧ポンプモータ、30……圧力調整手段としての比
例電磁式圧力調整弁、34……シーケンサ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 47/26 B23Q 1/00 - 1/76

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対のコラムに上下動自在に支持されたク
    ロスレールと、このクロスレールに水平方向移動自在に
    支持されたサドルと、このサドルに上下動自在に支持さ
    れたラムと、このラムにかかる重量の変動を検出する重
    量検出手段と、前記ラムの重量を引き上げる方向に支持
    するバランスシリンダとを具備した門型工作機械に用い
    られ、前記ラムに取り付けられるアタッチメントヘッド
    の重量に応じて可変とする圧力調整手段が前記バランス
    シリンダの圧力流体供給回路に設けられ、前記圧力調整
    手段は、前記重量検出手段により検出された値が予め設
    定された所定の許容範囲内にないときに作動開始するこ
    とにより前記バランスシリンダのバランス圧力が保持さ
    れることを特徴とする門型工作機械におけるラムバラン
    ス装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記圧力調整手段は、
    前記圧力流体供給回路の途中に設けられる比例電磁式圧
    力調整弁により構成され、前記重量検出手段は、前記ラ
    ムを上下動させるモータの電流値を監視することにより
    圧力のアンバランスを検知して制御することを特徴とす
    る門型工作機械におけるラムバランス装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記重量検出
    手段は、当該重量検出手段により検出された値が予め設
    定された所定の許容範囲内にないときに、許容範囲内に
    入るまで前記圧力調整手段を制御することを特徴とする
    門型工作機械におけるラムバランス装置。
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