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JP2516382B2 - 磁気軸受を主軸にもつ加工装置 - Google Patents

磁気軸受を主軸にもつ加工装置

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Publication number
JP2516382B2
JP2516382B2 JP62280516A JP28051687A JP2516382B2 JP 2516382 B2 JP2516382 B2 JP 2516382B2 JP 62280516 A JP62280516 A JP 62280516A JP 28051687 A JP28051687 A JP 28051687A JP 2516382 B2 JP2516382 B2 JP 2516382B2
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JP
Japan
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electromagnet
radial
machining
processing
rotary spindle
Prior art date
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Application number
JP62280516A
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Inventor
恵徳 安藤
隆治 飯嶋
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Seiko Seiki KK
Original Assignee
Seiko Seiki KK
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Publication date
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Priority to KR1019880014479A priority patent/KR970003147B1/ko
Priority to DE8888310398T priority patent/DE3878832T2/de
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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、磁気軸受により支承された回転スピンドル
の一端部に設けられた加工具により加工作業を行うよう
な、磁気軸受を主軸にもつ加工装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、電磁石に流れる電流値を所定の条件に制御
することにより加工条件を制御して、タイムリーな最適
加工条件での加工を実現して加工精度、加工能率を向上
させるものである。
〔従来の技術および問題点〕
従来の加工装置は、ワークの材質や加工具、あるいは
加工方法等によって一律に加工条件が決められるため、
加工具の切れ味その他各種原因により生ずる切削抵抗な
どの加工負荷の変化に対応した、タイムリーな最適加工
条件での加工を行なうことが難しく、このために加工精
度や加工能率を向上させることが難しいという問題点が
あった。
この問題点を解決するため、スピンドル駆動モータに
供給される電力を利用して加工制御する加工装置や、加
工負荷時の軸受圧力変化を利用して加工制御する加工装
置がある（特公昭52−17594号、特公昭53−34676号、特
公昭51−2158号、特公昭52−26356号）。
しかしながら、このような従来の加工装置にあって
は、回転数、軸受摩擦トルク、軸受温度等で検出器の出
力が変化する点、検出感度が低い点、あるいは応答速度
が遅い点等の問題点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで本発明は前記問題点を解決するため、一端部に
加工具を設けた回転スピンドルと、この回転スピンドル
を磁気力によって非接触に支承する半径方向電磁石（5,
6）および軸方向電磁石（11,12）と、前記回転スピンド
ルの半径方向および軸方向の位置を検出する半径方向位
置検出器および軸方向位置検出器と、前記回転スピンド
ルの浮上位置を制御するために、前記半径方向位置検出
器および軸方向位置検出値のそれぞれの出力に応じて前
記半径方向および軸方向電磁石にそれぞれ励磁電流を供
給する磁気軸受制御手段（20）と、ワークテーブルを移
動させるテーブル駆動手段と、 ワークテーブルの位置を判別するテーブル位置判別手段
（48）と、前記テーブル位置判別手段の検出結果に応じ
て、前記半径方向電磁石に流れる電流が前記検出結果に
対応する目標電流値と一致するような切り込み速度でテ
ーブルを移動させるか、予め定められた目標位置まで急
速にワークテーブルを移動させるかを選択して、前記テ
ーブル駆動手段を制御することにより前記回転スピンド
ルに加わる加工負荷を前記検出結果に応じて加工段階ご
とに一定に制御する加工制御手段と、を備えた構成とし
たものである。
〔作用〕
このような構成の磁気軸受を主軸にもつ加工装置によ
れば、加工制御手段が、電磁石に流れる電流値に基づい
て、加工段階にあわせた最適な加工負荷で一定に加工す
ることができ、また、制御手段が、電磁石に流れる電流
値を基に加工具の劣化状況を判定して加工具修正指令を
出力するので、加工精度および加工能率を向上させるこ
とができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１〜５図は本発明による磁気軸受を主軸にもつ加
工装置の第１実施例を示す図である。
第１図に示す研削加工装置１において、２はその外形
を構成する本体であり、この本体２の軸線部には回転ス
ピンドル３が配置されている。回転スピンドル３の両端
部周囲には、この回転スピンドル３を磁気浮上させて軸
受支持するラジアル電磁石５、６が、本体２側に設けら
れている。
回転スピンドル３の長さ方向中間部には、回転スピン
ドル３を回転駆動するモータ８と、回転スピンドル３の
フランジ部10を介して回転スピンドル３の軸方向の変位
が規制する一対のアキシャル電磁石11,12が、本体２側
に設けられている。
ラジアル電磁石５の近傍には、ラジアル電磁石５の内
径側先端部と回転スピンドル３との間の隙間を検知して
回転スピンドル３の半径方向の位置を検知する位置セン
サ14（位置検出器）が、本体２側に設けられている。ラ
ジアル電磁石６の近傍には、やはり回転スピンドル３の
半径方向の位置を検知する位置センサ15（位置検出器）
が、本体２側に設けられている。また、回転スピンドル
３の一端側（図中左端側）に形成された段部3aの近傍に
は、回転スピンドル３の軸方向の位置を検知する位置セ
ンサ16（位置検出器）が、本体２側に設けられている。
回転スピンドル３の一端側の小径部3bおよび他端側の
小径部3cの周囲にはそれぞれ、ラジアル電磁石５、６が
通電をOFFされて回転スピンドル３の磁気浮上力を失っ
たときに小径部3b、3cを介して回転スピンドル３を直
接、軸受支持する保護ベアリング18、19が、本体２側に
設けられている。
回転スピンドル３の小径部3bの先端部には、回転スピ
ンドル３が回転することによりワーク（図示せず）を研
削加工する加工具としての円柱状の砥石21が設けられて
いる。
ラジアル電磁石５、６はそれぞれ第２図に示すよう
に、回転スピンドル３の上下、左右横近傍に各１個、計
４個ずつ（5a〜5d、6a〜6d）設けられている。このラジ
アル電磁石５、６は回転スピンドルを半径方向に支承し
ており、半径方向電磁石と称することもできる。さらに
この半径方向電磁石は、以下に説明するように、接線方
向電磁石と法線方向電磁石により構成されていると見做
すことができる。
ラジアル電磁石5a（6a）、5c（6c）は磁気軸受制御装
置20（制御手段）により制御されて、回転スピンドル３
を上下方向中立位置に磁気浮上させるとともに、砥石21
にかかる加工負荷の接線方向の分力に対抗する磁力を発
生する（接線方向電磁石）。また、ラジアル電磁石5b
（6b）、5d（6d）は回転スピンドル３を水平方向中立位
置に磁気浮上させるとともに、砥石21にかかる加工負荷
の法線方向（切込み方向）の分力に対抗する磁力を発生
する（法線方向電磁石）。
ワークの回転スピンドル３に対する切り込み移動はサ
ーボモータ26の回転により図外のボールネジを介して駆
動される。接線方向電磁石5a（6a）に流れる電流は変流
器28により測定され、その電流は変換器31により適当な
アナログ信号に変換され、さらにA/D変換器36によりデ
ジタル信号に変換されてから、マイクロコンピュータ45
（加工制御手段）の内部バス46に入力される。
サーボモータ26の回転数はエンコーダ48により測定さ
れ、この回転数から図外の切込みテーブルの位置を判別
する。すなわち、エンコーダ48からの信号はパルス整形
回路と方向判別回路50、位置カウンタ51を経て内部バス
46に入力される。マイクロコンピュータ45はキーボード
43により所定電流値、所定比較値その他の所定データを
内部バス46に入力させて、RAM54に記憶させたり、変
更、消去したりする。
マイクロコンピュータ45のCPU55（マイクロプロセッ
サ）は一般のものと同様、ROM53に格納されたプログラ
ムに従って、内部バス46に入力されたりROM53やRAM54に
記憶された各種データの解読、演算、制御等の作用を行
なう。内部バス46を通ってD/A変換器56に出力されたデ
ジタル信号はそこでアナログ信号（電圧信号）に変換さ
れ、さらにサーボドライバ60はその信号電圧に基づいて
サーボモータ26を回転させて、切込みテーブルを所定制
御量だけ移動させる。また内部バス46を通ってCRTある
いは液晶デイスプレイ等により構成される表示装置58に
出力されたデジタル信号により、表示装置58は命令等の
所定の事項を表示する。
このような磁気軸受を主軸にもつ研削加工装置１にあ
っては、たとえば第３図に示す切込み状態図において、
まずワークが切込みテーブルによって砥石21近傍のＡ位
置へ急速度で送られ、次にそのＡ位置からＢ位置までの
範囲では粗研削としての切込みが行なわれる。このとき
砥石21は法線方向（切込み方向）に一定負荷を受けた状
態のままＡ位置からＢ位置まで切込み送りが行なわれ
る。このため、法線方向電磁石5b、6bあるいは5d、6dに
は常に一定値の電流が流れるよう、マイクロコンピュー
タ45によりサーボモータ26を介して制御される。
次の、Ｂ位置からＣ位置までの範囲では精研削として
の切込みが行なわれ、このときも砥石21は法線方向に一
定負荷を受けた状態のままＢ位置からＣ位置まで切込み
送りが行なわれ、法線方向電磁石5b等にも常に一定値の
電流が流れるよう、マイクロコンピュータ45によりサー
ボモータ26を介して制御される。
すなわち、第４図、第５図に基づいて説明すると、切
込みテーブルの送りをスタートさせた後、エンコーダ48
からの信号により同テーブルの位置を読み込む（P1）。
切込みテーブルの現在位置がＡ位置より手前の急速送り
の範囲であるときは、第４図におけるスイッチ41はＡ端
子側と接続し、エンコーダ48からの信号により目標位置
と比較しながらサーボドライバー60はサーボモータ26を
サーボ制御して、同テーブルをＡ位置まで急速送りさせ
る（P2）。
また、エンコーダ48からの信号による切込みテーブル
の現在位置が研削完了点（Ｃ位置）に達したことを読み
込んだときは、サーボドライバ60はサーボモータ26をサ
ーボ制御して、同テーブルをＣ位置から後退送りさせる
（P3）。
切込みテーブルの現在位置がＡ位置からＢ位置までの
粗研削範囲にあるときは、法線方向電磁石5b等に流れる
電流値を粗研削時の一定値（目標電流）に設定する（P
4）。切込みテーブルの現在位置がＢ位置からＣ位置ま
での精研削範囲にあるときは、法線方向電磁石5b等に流
れる電流値を精研削時の一定値（目標電流）に設定する
（P5）。上記P4、P5のときはスイッチ41はＢ端子側と接
続される。
すなわち、まず法線方向電磁石5b等に流れる電流値Ｉ
を読み込み（P6）、次にその電流値Ｉと予め設定された
目標電流値との偏差Ｅを演算し（P7）、さらにこの偏差
ＥにゲインＫを乗算して（P8）電流値Ｉが目標電流値と
常に一致するような切込み送り速度でサーボモータ26が
回転するよう、サーボドライバ60に指令を出力する（P
9）。
このようにして、粗研削範囲および精研削範囲におけ
る法線方向のそれぞれの負荷が独自に一定になるようサ
ーボモータ26を制御することにより、ワークの円筒度を
向上させる等高精度の加工を行なうことができる。
第６図、第７図には本発明の第２実施例を示す。この
第２実施例においては、切込みテーブルの送り速度が一
定しているものについて用いられる。
まず、エンコーダ48からの信号により切込みテーブル
の位置を読み込み（P1）、同テーブルの現在位置が粗研
削範囲にあるときは、後述する比較電流値を粗研削時の
一定値に設定（P2）、同テーブルの現在位置が精研削範
囲にあるときは同比較電流値を精研削時の一定値に設定
する（P3）。そして、次に法線方向電５磁石ｂ等に流れ
る電流値Ｉを読み込み（P4）、その電流値Ｉが予め設定
した比較電流値を越えたことを判別したときは、砥石21
が摩耗したと判断して、研削完了後に次の研削サイクル
の前に砥石修正工程を入れるよう表示装置58に指令を出
力する（P5）。
このようにして、マイクロコンピュータ45は砥石21が
摩耗いたことを判断して加工具修正指令を出力すること
により、ワークを常に最適の切れ味の砥石21で加工する
ことにより高精度、高能率の加工を行なうことができ
る。
第８〜10図には本発明の第３実施例を示す。研削方法
の中には第８図に示すように、研削加工終了前に、スパ
ークアウトといって、ワークの送り位置を停止したまま
で工具ホルダ部の弾性復元力だけで研削加工を行なう工
程を入れて、加工精度を向上させようとするものがあ
る。このスパークアウトは従来、タイマーで加工時間を
一律に設定して行なわれているため、ときには必要以上
の加工時間をかけて加工サイクル全体にかかる時間を増
やし、加工能率が低下する場合があった。
この第３実施例はこの点を解決するために用いられる
もので、スパークアウト研削中にエンコーダ48からの信
号により法線方向電磁石5b等に流れる電流値Ｉを読み込
み（P1）、その電流値Ｉが予め設定した比較電流値以下
となったことを判別したときは、さらにスパークアウト
を続けても無駄であると判断して研削を完了させる（P
2）。このようにして、スパークアウト時間をタイマ設
定時間より短くすることにより、加工時間を短縮して加
工能率を向上させることができる。
第11図、第12図は本発明の第４実施例を示す。この第
４実施例は、法線方向電磁石5b等の他に接線方向電5a
（6a）、5c（6c）からも電流値を読み込み、前者の電流
値Inと後者の電流値Ihとの比から砥石21の摩耗を判断し
て、加工具修正指令を出力するものである。
すなわち、まずエンコーダ48からの信号により切込み
テーブルの位置を読み込み（P1）、同テーブルの現在位
置が粗研削範囲にあるときは、後述する比較値を粗研削
時の一定値に設定し（P2）、同テーブルの現在位置が精
研削範囲にあるときは同比較値を精研削時の一定値に設
定する（P3）。そして次に法線方向電磁石5b等に流れる
電流値Inを読み込み（P4）、さらに法線方向電磁石5a等
に流れる電流値Ihを読み込む（P5）。そして電流値Inと
Ihとの比Ｉを演算し（P6）、このＩが予め設定した比較
値より大きいときは砥石21が摩耗したと判断して、研削
完了後に次の研削サイクルの前に砥石修正工程を入れる
よう表示装置58に指令を出力する（P7）。砥石21が摩耗
してくると、回転スピンドル３が受ける接線方向分力と
法線方向分力との比が変化するからである。
このようにして、マイクロコンピュータ45は砥石21が
摩耗したことを判断して加工具修正指令を出力すること
により、ワークを常に最適の切れ味の砥石21で加工する
ことにより高精度、高能率の加工を行なうことができ
る。
なお、上記実施例においてはワークを砥石（回転スピ
ンドル）に対して移動するようにしたが、逆に砥石をワ
ークに対して切込み移動するようにしてもよい。
また、上記実施例においては電磁石を上下左右十字方
向に配置したが、電磁石を斜め十字方向、すなわちいわ
ゆる×形の方向に配置して、それらに流れる電流値を複
合的に読み込んで回転スピンドル３にかかる法線方向あ
るいは接線方向の力を演算するようにしてもよい。
また、上記実施例においては本発明による磁気軸受を
主軸にもつ加工装置を砥石による研削加工装置に用いた
が、ミーリング、ドリリング等の他の加工装置を用いて
もよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、電磁石に流れる
電流値に基づいて加工制御手段が加工条件を最適なもの
に制御するにより、タイムリーな最適加工条件での加工
を実現して加工精度、加工能率を向上させることができ
る。
特に前記第１実施例によれば、粗研削範囲および精研
削範囲における法線方向のそれぞれの負荷が独自に一定
になるようサーボモータを制御することにより、ワーク
の円筒度を向上させるなど高精度の加工を行なうことが
できる。
また前記第２、第４実施例によれば、加工制御手段は
砥石が摩耗したことを判断して加工具修正指令を出力す
ることにより、ワークを常に最適の切れ味の砥石で加工
することにより高精度、高能率の加工を行なうことがで
きる。
さらに前記第３実施例によれば、スパークアウト時間
をタイマ設定時間より短くするとにより、加工時間を短
縮して加工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１〜５図は本発明による磁気軸受を主軸にもつ加工装
置の第１実施例を示す図であり、第１図はその全体構成
図、第２図はこの加工制御手段のブロック図、第３図は
加工具あるいは切込みテーブルの切込み状態図、第４図
は制御概念図、第５図はその制御手順を示すフローチャ
ート図、第６図、第７図は本発明の第２実施例を示す図
であり、第６図はその制御概念図、第７図はその制御手
順を示すフローチャート図、第89、10図は本発明の第３
実施例を示す図であり、第８図は切込み状態図、第９図
は制御概念図、第10図はその制御手順を示すフローチャ
ート図、第11図、第12図は本発明の第４実施例を示す図
であり、第11図はその制御概念図、第12図はその制御手
順を示すフローチャート図である。 １……研削加工装置 ２……本体 ３……回転スピンドル 3a……段部 3b、3c……小径部 ５（5a/5d）、６（6a〜6d）……ラジアル電磁石 ８……モータ 10……フランジ部 11、12……アキシャル電磁石 14、15、16……位置センサ（位置検出器） 18、19……保護ベアリング 20……磁気軸受制御装置（制御手段） 21……砥石 26……サーボモータ 28……変流器 31……変換器 36……A/D変換器 41……スイッチ 43……キーボード 45……マイクロコンピュータ（加工制御手段） 46……内部バス 48……エンコーダ 50……パルス整形回路、方向判別回路 51……位置カウンタ 53……ROM 54……RAM 55……CPU 56……D/A変換器 58……表示装置 60……サーボドライバ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一端部に加工具を設けた回転スピンドル
    と、この回転スピンドルを磁気力によって非接触に支承
    する半径方向電磁石および軸方向電磁石と、前記回転ス
    ピンドルの半径方向および軸方向の位置を検出する半径
    方向位置検出器および軸方向位置検出器と、前記回転ス
    ピンドルの浮上位置を制御するために、前記半径方向位
    置検出器および軸方向位置検出値のそれぞれの出力に応
    じて前記半径方向および軸方向電磁石にそれぞれ励磁電
    流を供給する磁気軸受制御手段と、ワークテーブルを移
    動させるテーブル駆動手段と、ワークテーブルの位置を
    判別するテーブル位置判別手段と、前記テーブル位置判
    別手段の検出結果に応じて、前記半径方向電磁石に流れ
    る電流が前記検出結果に対応する目標電流値と一致する
    ような切り込み速度でテーブルを移動させるか、予め定
    められた目標位置まで急速にワークテーブルを移動させ
    るかを選択して、前記テーブル駆動手段を制御すること
    により前記回転スピンドルに加わる加工負荷を前記検出
    結果に応じて加工段階ごとに一定に制御する加工制御手
    段と、を備えることを特徴とする磁気軸受を主軸にもつ
    加工装置。
  2. 【請求項２】加工制御手段が、テーブル位置判別手段の
    検出結果に応じて、半径方向電磁石を構成する法線方向
    電磁石に流れる電流を加工段階ごとの設定値と比較して
    加工具の状態を判定し、この判定結果に基づいて加工具
    修正指令を出力することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の磁気軸受を主軸にもつ加工装置。
  3. 【請求項３】加工制御手段が、テーブル位置判別手段の
    検出結果に応じて、半径方向電磁石を構成する法線方向
    電磁石に流れる電流と半径方向電磁石を構成する接線方
    向電磁石に流れる電流との比を加工段階ごとの設定値と
    比較して加工具の状態を判定し、この判定結果に基づい
    て加工具修正指令を出力することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載の磁気軸受を主軸にもつ加工装置。
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