JP2000005977A - 工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型でエネルギー消費が少ない磁気軸受を用
いて加減速や方向変化に拘らず所定の位置決め精度が得
られるようにする。 【解決手段】 ＮＣ制御装置３０により主軸モータ２４
を回転駆動しつつＸ−Ｙ平面内を移動させることによ
り、主軸２６に取り付けられた回転工具２８によってＺ
軸テーブル２２に配設された被加工物に所定の加工を行
う工作機械１０において、主軸２６を回転可能に保持し
ている磁気軸受のバイアス電流Ｉ_B を制御する軸受制御
装置３８は、ＮＣ制御装置３０からサーボモータ１２、
１６のモータ電流Ｉ_M 、主軸２６の移動加減速度ａを取
り込み、主軸２６の加減速時にバイアス電流Ｉ_B を高く
して軸受剛性を増大させる。なお、変位センサ３６によ
って検出した主軸２６の位置ずれ情報をＮＣ工作機械に
供給し、その位置ずれを相殺するように主軸ハウジング
３２の目標位置を補正するようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の制御装置
に係り、特に、主軸が磁気軸受によって保持されている
工作機械の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】(a) エンドミルやグラインダ等の回転工
具が取り付けられる主軸と、(b) 軸受を介して前記主軸
を軸心まわりに回転可能に保持している主軸ハウジング
と、(c) 前記主軸を軸心まわりに回転させる回転装置
と、(d) 前記主軸ハウジングを移動させる移動装置とを
有し、(e) 前記主軸を回転させながら前記主軸ハウジン
グを移動させることにより前記回転工具で所定の加工を
行う工作機械が、各種の産業分野で広く用いられている
が、主軸回転速度の高速化（例えば２〜３万回転／分以
上）に対応するため上記軸受として主軸を非接触で支持
する磁気軸受を用いることが考えられている。特開平９
−１１２５５８号公報に記載されている装置はその一例
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに磁気軸受で主軸を保持する場合、主軸ハウジングの
移動速度や移動方向が変化する部分で、主軸や回転工具
の慣性により主軸ハウジングに対して主軸が位置ずれ
し、加工誤差を生じる可能性がある。磁気軸受は、主軸
と電磁石との間に０．５〜１．０ｍｍ程度のギャップが
存在するため、軸受剛性によっては慣性で数μ〜数十μ
程度の位置ずれが生じて加工精度が損なわれる場合があ
るのである。また、このような磁気軸受を用いる工作機
械は、高能率加工を行うために主軸ハウジングを高速送
り（例えば１５ｍ／分以上、０．２Ｇ以上）することが
一般的であるため、大きな加減速や方向変化で大きな慣
性が発生して主軸先端の高精度位置決めが困難となる。
なお、主軸ハウジングに対する主軸の位置ずれは、例え
ば主軸ハウジングの中心など主軸が存在する位置として
予め定められた基準位置、言い換えれば移動装置によっ
て主軸ハウジングを移動させる際に位置決め制御する基
準となる位置で主軸が存在すべき位置、からの位置ずれ
を意味し、軸心と直角な径方向の位置ずれは勿論軸心方
向の位置ずれも含む。

【０００４】一方、磁気軸受は、一般にバイアス電流
（電磁石の励磁電流）の制御で軸受剛性を変えることが
できるため、加減速や方向変化に拘らず所定の位置決め
精度が得られるように軸受剛性を予め大きめに設定する
ことも考えられるが、発熱や耐久性などを考慮すると必
要以上に大型の磁気軸受を採用しなければならず、コス
ト高になるとともにエネルギー消費も増大する。磁気軸
受は、主軸の回転停止時にも主軸ハウジング内で主軸を
浮遊状態で保持する必要があるため、消費電力が問題に
なるのである。

【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、小型でエネルギー消
費が少ない磁気軸受を用いて加減速や方向変化に拘らず
所定の位置決め精度が得られるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明は、(a) 回転工具が取り付けられる主軸
と、(b) 軸受剛性を制御可能な磁気軸受を介して前記主
軸を軸心まわりに回転可能に保持している主軸ハウジン
グと、(c) 前記主軸を軸心まわりに回転させる回転装置
と、(d) 前記主軸ハウジングを移動させる移動装置とを
有し、(e) 前記主軸を回転させながら前記主軸ハウジン
グを移動させることにより前記回転工具で所定の加工を
行う工作機械の制御装置であって、(f) 前記移動装置に
よる前記主軸ハウジングの移動情報を取り込んで、その
主軸ハウジングの移動速度または移動方向が変化する部
分で前記磁気軸受の軸受剛性を増大させる剛性制御手段
を有することを特徴とする。

【０００７】第２発明は、(a) 回転工具が取り付けられ
る主軸と、(b) 磁気軸受を介して前記主軸を軸心まわり
に回転可能に保持している主軸ハウジングと、(c) 前記
主軸を軸心まわりに回転させる回転装置と、(d) 前記主
軸ハウジングを移動させる移動装置とを有し、(e) 前記
主軸を回転させながら前記主軸ハウジングを移動させる
ことにより前記回転工具で所定の加工を行う工作機械の
制御装置であって、(f) 前記移動装置によって前記主軸
ハウジングが移動させられる際に、その主軸ハウジング
に対する前記主軸の位置ずれを逐次検出する位置ずれ検
出手段と、(g)その主軸の位置ずれを相殺するように前
記移動装置による前記主軸ハウジングの位置決め制御を
補足する補足手段とを有することを特徴とする。

【０００８】

【発明の効果】第１発明では、移動装置による主軸ハウ
ジングの移動情報を取り込んで、主軸ハウジングの移動
速度または移動方向が変化する部分で磁気軸受の軸受剛
性を増大させるため、加減速時や方向変化時の慣性によ
る主軸の位置ずれが防止され、高い位置決め精度で高精
度の加工を行うことができるとともに、小型で安価な磁
気軸受を用いることが可能で、常時高い軸受剛性で支持
する大型の磁気軸受を用いる場合に比較して装置が安価
に構成されるとともにエネルギー消費が節減される。

【０００９】第２発明では、移動装置によって主軸ハウ
ジングが位置決めされながら移動させられる際に、その
主軸ハウジングに対する主軸の位置ずれを逐次検出し、
その主軸の位置ずれを相殺するように移動装置による主
軸ハウジングの位置決め制御が補足されるため、加減速
時や方向変化時の慣性による主軸の位置ずれに拘らず被
加工物に対する主軸更には回転工具の位置ずれが防止さ
れる。これにより、高い位置決め精度で高精度の加工を
行うことができるとともに、小型で安価な磁気軸受を用
いることが可能で、常時高い軸受剛性で軸受する大型の
磁気軸受を用いる場合に比較して装置が安価に構成され
るとともにエネルギー消費が節減される。

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで、回転工具としてはエンド
ミルやグラインダ等の回転切削工具が好適に用いられ
る。磁気軸受は、例えば軸方向の２箇所で軸心と直角な
ＸＹ方向の位置決めを行うとともに、Ｚ方向（軸方向）
の位置決めを行う５自由度制御系のものなど種々の軸受
を採用できる。回転装置は、別体に構成された電動モー
タを主軸に連結して回転駆動するものでも良いが、主軸
自体をロータとしてステータを主軸ハウジングに組み込
んだビルトインタイプの電動モータが好適に用いられ
る。移動装置は、例えばＮＣデータに従って予め定めら
れた移動経路に沿って所定の移動速度で主軸ハウジング
とテーブルをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ相対移動させるＣＮＣ
（コンピュータ数値制御）移動装置が好適に用いられ
る。この移動装置は、古典的位置決めフィードバック制
御によるものの他、ロバスト制御、現代制御理論を利用
したものなど、種々の制御形態を採用できる。なお、移
動装置は、主軸ハウジングを３次元的に移動させるもの
でも良いが、主軸の軸心と直交する一平面内で移動させ
るものや、主軸の軸心方向へ直線移動させるものでも良
いなど、種々の移動態様が可能である。

【００１１】剛性制御手段は、主軸ハウジングの移動速
度の変化部分および移動方向の変化部分の両方で軸受剛
性を増大させるものでも良いが、移動速度のみに基づい
てその変化部分で軸受剛性を増大させるものでも良い
し、移動方向のみに基づいてその変化部分で軸受剛性を
増大させるものでも良い。移動速度や移動方向が変化す
る全ての部分で軸受剛性を増大させる必要はなく、それ
等の変化に起因して主軸が慣性で位置ずれした場合に加
工過多になって加工精度が損なわれる部分、例えば主軸
ハウジングが減速される部分だけ軸受剛性を増大させる
など、軸受剛性の増大部位は要求加工精度などを考慮し
て適宜設定される。

【００１２】剛性制御手段は、慣性で主軸が位置ずれす
る前に軸受剛性を増大させる必要があるため、例えば主
軸ハウジングを移動させるサーボモータのモータ電流
（立上り電流やブレーキ電流を含む）、ＮＣデータ、主
軸の実際の送り速度や加速度など主軸送りに関する送り
パラメータ等の移動情報を移動装置から取り込み、それ
等の変化等に基づいて軸受剛性をフィードフォワード制
御することが望ましい。例えば、主軸ハウジングの移動
経路において加減速が生じる時には、先ず移動装置のサ
ーボモータのモータ電流（負荷電流）が増加するため、
そのモータ電流の増加時に磁気軸受のバイアス電流（電
磁石の励磁電流）を増加させて軸受剛性を増大させるよ
うにすれば、実際に主軸ハウジングの送り速度が変化し
て主軸が慣性で位置ずれする前に軸受剛性を高めること
ができる。なお、モータ電流が定常値となり、送り速度
が定速になったら、バイアス電流を定常の値まで減少さ
せれば良い。

【００１３】剛性制御手段によるバイアス電流の増加量
或いはバイアス電流値は、一連の移動経路における最大
慣性や要求加工精度等に基づいて予め一定値が定められ
ても良いが、例えば主軸の回転数、主軸ハウジングの移
動加速度、主軸および回転工具の質量、要求加工精度
（位置決め精度）等をパラメータとする演算式やデータ
マップなどからバイアス電流値、或いはバイアス電流の
増加量などを求めて、その値に従ってバイアス電流を制
御するようにしても良い。

【００１４】第２発明の位置ずれ検出手段は、例えば主
軸ハウジングに対する主軸の位置ずれの向きおよび大き
さ（寸法）を検出するように、主軸ハウジングの中心線
まわりに配設された複数の非接触式変位センサなどによ
って構成され、補足手段は、例えば移動装置によって移
動させるべき主軸ハウジングの目標位置を、上記位置ず
れと反対方向へ位置ずれと略同じ大きさだけずらすよう
に構成される。移動装置による主軸ハウジングの移動方
向および加速時か減速時かによって目標位置の補正方向
を決めることも可能で、その場合は位置ずれ検出手段に
より主軸の位置ずれ量のみを検出し、その位置ずれ量だ
け目標位置を補正方向へずらすようにしても良いなど、
種々の態様を採用できる。

【００１５】主軸ハウジングに対する主軸の位置ずれ
は、例えば主軸ハウジングの中心など主軸が存在する位
置として予め定められた基準位置、言い換えれば移動装
置によって主軸ハウジングを移動させる際に位置決め制
御の基準となる位置で主軸が存在すべき位置、からの位
置ずれを意味し、軸心と直角な径方向の位置ずれは勿論
軸心方向の位置ずれも含む。位置ずれ検出手段は、必ず
しも全移動経路で主軸の位置ずれを検出する必要はな
く、位置ずれが生じ易い移動速度または移動方向が変化
する部分だけ位置ずれを検出するものでも良い。また、
補足手段は、位置ずれ量だけでなく、その位置ずれ量の
変化速度（１回微分値）や変化加速度（２回微分値）を
加味して目標位置を補正するようにしても良い。

【００１６】なお、第２発明では、必ずしも磁気軸受の
軸受剛性が制御可能である必要はない。

【００１７】以下、第１発明の実施例を図面を参照しつ
つ詳細に説明する。図１(a) の工作機械１０は、Ｘ軸サ
ーボモータ１２により送りねじを介してＸ軸方向へ移動
させられるＸ軸テーブル１４と、そのＸ軸テーブル１４
に配設されたＹ軸サーボモータ１６により送りねじを介
してＸ軸方向と直角なＹ軸方向へ移動させられるＹ軸テ
ーブル１８と、Ｚ軸サーボモータ２０により送りねじを
介してＸ軸方向およひＹ軸方向と直角なＺ軸方向へ移動
させられるＺ軸テーブル２２とを備えている。Ｘ−Ｙ平
面を自在に移動させられるＹ軸テーブル１８には、Ｚ軸
方向と平行に回転装置としての主軸モータ２４が配設さ
れ、そのロータである主軸２６にチャック等を介してエ
ンドミル等の回転工具２８が取り付けられている一方、
Ｚ軸テーブル２２には被加工物が配設される。そして、
ＮＣ制御装置３０により、主軸モータ２４を所定の回転
速度で回転駆動しつつ、その主軸モータ２４と被加工物
とを予め定められた移動経路に沿って相対移動させるこ
とにより、主軸２６に取り付けられた回転工具２８によ
って被加工物に所定の切削加工などを行う。

【００１８】ＮＣ制御装置３０には、各サーボモータ１
２、１６、２０に取り付けられたロータリエンコーダ
（位置検出手段）等からそれぞれ位置信号が供給され、
主軸２６（厳密には主軸ハウジング３２）と被加工物と
の実際の相対位置を検出しながら目標位置との偏差を逐
次検出してフィードバック制御することにより、予め定
められた移動経路（ＮＣデータ）に従って主軸２６と被
加工物（Ｚ軸テーブル２２）とを相対移動させるように
なっている。また、この時の主軸２６の移動速度は、例
えば３０ｍ／分程度以上の高速送りが行われるが、図２
に矢印で示す移動経路に沿って主軸２６が移動させられ
る場合、点線で囲った移動方向が変化するコーナー部Ｃ
では、加工精度を確保するために送り速度が低減され
る。

【００１９】主軸モータ２４は、磁気軸受によって主軸
（ロータ）２６を非接触で軸心まわりに回転可能に保持
するもので、図１(b) に示すように主軸ハウジング３２
には複数（図では等角度間隔で４つ）の電磁石３４が配
設されている。詳しい説明は省略するが、本実施例では
５自由度制御系の磁気軸受が用いられている。また、主
軸ハウジング３２に対する主軸２６の位置を非接触で検
出する複数の変位センサ３６が配設され、これ等の変位
センサ３６によって主軸ハウジング３２の中心線（基準
位置）に対する主軸２６の位置ずれを検出しながら、軸
受制御装置３８により所定の位置決め精度が得られるよ
うに電磁石３４のバイアス電流（励磁電流）Ｉ_B がフィ
ードバック制御され、軸受剛性が逐次調整される。これ
により、バイアス電流Ｉ_B を必要最小限に維持しながら
所定の位置決め精度が得られ、磁気軸受によるエネルギ
ー消費量が節減される。なお、このように磁気軸受で主
軸２６が保持されていることから、本実施例では例えば
２万〜３万回転／分程度の高速で主軸２６が回転駆動さ
れ、サーボモータ１２、１６、２０による高速送り（主
軸２６と被加工物との相対移動）と相まって高能率加工
が行われる。

【００２０】ここで、このような磁気軸受においては、
主軸２６と電磁石３４との間に０．３〜０．５ｍｍ程度
のギャップが存在するため、本実施例のように主軸２６
（厳密には主軸ハウジング３２）を高速送りする場合、
前記図２のコーナー部Ｃなどで送り速度が急に変化する
と、主軸２６や回転工具２８が慣性で主軸ハウジング３
２に対して位置ずれし、回転工具２８が進行方向に食い
込んで加工精度を損なう場合がある。軸受制御装置３８
によるバイアス電流Ｉ_B のフィードバック制御は、主軸
２６が実際に位置ずれしてからバイアス電流Ｉ_B を変更
するものであるため、必ずしも十分な応答性が得られ
ず、コーナー部Ｃなどで送り速度が急に大きく変化した
場合の主軸２６や回転工具２８の位置ずれには対応でき
ない。主軸２６を移動させるＸ軸サーボモータ１２およ
びＹ軸サーボモータ１６、それ等をフィードバック制御
などで制御するＮＣ制御装置３０は移動装置として機能
しており、主軸２６を軸心と交差（実施例では直交）す
る方向へ移動させる。

【００２１】このような加工精度の低下を防止するた
め、上記軸受制御装置３８にはＮＣ制御装置３０から主
軸２６の移動情報が供給され、その移動情報に基づいて
バイアス電流Ｉ_B をフィードフォワード制御することに
より、磁気軸受の軸受剛性を高くしてコーナー部Ｃなど
で送り速度が急に変化した場合の主軸２６や回転工具２
８の位置ずれを防止するようになっている。軸受制御装
置３８はマイクロコンピュータを備えて構成されてお
り、例えば図３に示すフローチャートに従って信号処理
を行う。軸受制御装置３８による各種制御のうち図３の
各ステップを実行する部分は剛性制御手段として機能し
ている。

【００２２】図３において、ステップＳ１では移動情報
としてサーボモータ１２、１６のモータ電流Ｉ_M 、およ
びそれ等によって移動させられる主軸２６の移動の加減
速度ａ（ｍ／ｓ² ）を読み込む。サーボモータ１２、１
６のモータ電流Ｉ_M は、主軸２６の移動速度Ｖを変化さ
せる際に増大させられるため、このモータ電流Ｉ_M の変
化から主軸２６の移動の加減速を予測できる。また、主
軸２６の加減速度ａは、例えばサーボモータ１２、１６
に取り付けられたロータリエンコーダから供給される位
置信号から算出され、サーボモータ１２、１６をフィー
ドバック制御する際に求められるが、主軸２６の主軸ハ
ウジング３２等に加速度センサなどを設けて測定するよ
うにしても良い。

【００２３】ステップＳ２ではモータ電流が増加したか
否か、具体的にはＸ軸サーボモータ１２、Ｙ軸サーボモ
ータ１６のうち何れか一方でもモータ電流が予め定めら
れた所定値以上増加したか否かを判断し、増加した場合
はステップＳ３で主軸２６の移動の加減速度ａが実際に
所定値以上増加したか否かを判断する。加減速度ａの増
加とは、加速や減速の程度が大きくなることを意味し、
減速時に減速度（速度が減少する割合）が大きくなる場
合も含む。そして、主軸２６の移動の加減速度ａが実際
に増加した場合はステップＳ６を実行し、バイアス電流
Ｉ_B を増加して電磁石３４の吸引力を高くすることによ
り磁気軸受の軸受剛性を高くし、主軸ハウジング３２の
移動の加減速に伴う主軸２６や回転工具２８の慣性に起
因する位置ずれを抑制する。

【００２４】磁気軸受の静的、動的負荷容量すなわち剛
性は、図４の(a) に示すような特性を有し、剛性を増加
させるためには最大負荷容量である静的負荷容量を増加
させる。そのためには電磁石３４の吸引力に対応するバ
イアス電流Ｉ_B を増加させて対応する。最大負荷容量
は、周波数ｆ＝０の時であり、主軸送りの状態で周波数
ｆ＝０ということはないため、動剛性Ｇで考える。この
動剛性Ｇは、バイアス電流Ｉ_B に対して図４の(b) に示
すような関係を有し、且つ周波数ｆすなわち主軸２６の
回転数によって変化するため、結局次式(1) に示すよう
にバイアス電流Ｉ _B および周波数ｆをパラメータとする
演算式やデータマップ等で表される。一方、主軸２６お
よび回転工具２８の慣性力Ｆ（Ｎ）は、それ等の質量ｍ
（ｋｇ）および加減速度ａから次式(2) に従って求めら
れ、要求加工精度を補償する許容変位量εを満足する動
剛性Ｇは次式(3) に従って求められる。したがって、こ
の(3) 式を満足する動剛性Ｇが得られるバイアス電流Ｉ
_B ^* を(1) 式から求め、前記ステップＳ６では、そのバ
イアス電流Ｉ_B ^* で電磁石３４を励磁するように前記フ
ィードバック制御に優先してフィードフォワード制御を
行う。周波数ｆは、前記変位センサ３６の信号の変化周
期から求めることができるが、主軸モータ２４の回転数
を表す信号をＮＣ制御装置３０から取り込むようにして
も良い。 Ｇ＝ｇ（Ｉ_B ，ｆ） ・・・(1) Ｆ＝ｍ・ａ ・・・(2) Ｇ≧Ｆ／ε ・・・(3)

【００２５】なお、上例ではバイアス電流Ｉ_B ^* が、周
波数ｆ、質量ｍ、加減速度ａ、および許容変位量εをパ
ラメータとして求められるが、主軸２６の回転数が予め
一定に設定されている場合、すなわち周波数ｆが一定
で、且つ質量ｍが一定の場合には、許容変位量εおよび
加減速度ａをパラメータとする次式(4) の関係から、許
容変位量εを満足するバイアス電流Ｉ_B ^* を求めること
ができる。また、加減速度ａが一定の場合は、その加減
速度ａおよび許容変位量εから加減速時のバイアス電流
Ｉ_B ^* を予め求めておき、加減速時にはその一定のバイ
アス電流Ｉ_B ^* で電磁石３４を励磁するようにしても良
い。 Ｉ_B ^* ＝ｉ（ａ，ε） ・・・(4)

【００２６】図３に戻って、ステップＳ２の判断がＮＯ
すなわちサーボモータ１２、１６のモータ電流が所定値
以上増加していない場合は、ステップＳ４を実行し、そ
れ等のモータ電流が予め定められた所定値以上減少した
か否かを判断する。そして、モータ電流が減少していな
い場合は、一連の処理を終了して所定のサイクルタイム
でステップＳ１以下を繰り返すが、モータ電流が減少し
た場合はステップＳ５で主軸２６の移動の加減速度ａが
実際に減少したか否かを判断する。加減速度ａの減少と
は、加速や減速の程度が小さくなることを意味し、マイ
ナスの減速度が０に近づく場合も含む。そして、主軸２
６の移動の加減速度ａが実際に減少した場合はステップ
Ｓ７を実行し、前記ステップＳ６とは逆にバイアス電流
Ｉ_B を減少させることにより、定常時におけるバイアス
電流Ｉ_B に近づける。この時のバイアス電流Ｉ_B も、ス
テップＳ６と同様に演算式やデータマップ等から求める
ことができる。

【００２７】このように本実施例では、軸受制御装置３
８が主軸２６の移動情報を取り込んで、主軸２６の移動
の加減速度が増加する部分でバイアス電流Ｉ_B を増加し
て磁気軸受の軸受剛性を増大させるため、加減速時の慣
性による主軸２６、回転工具２８の位置ずれが防止さ
れ、高い位置決め精度で高精度の加工を行うことができ
るとともに、小型で安価な磁気軸受を用いることが可能
で、常時高い軸受剛性で支持する大型の磁気軸受を用い
る場合に比較して装置が安価に構成されるとともにエネ
ルギー消費が節減される。

【００２８】なお、上例ではサーボモータ１２、１６の
モータ電流が増加し且つ主軸２６の移動の加減速度ａが
増加した場合にバイアス電流Ｉ_B を増加させるようにな
っているが、それ等の何れか一方の条件だけでバイアス
電流Ｉ_B の増加制御を行うようにしても良いし、慣性力
Ｆが発生する主軸２６の移動の加減速中はバイアス電流
Ｉ_B の増加制御を継続するようにしても良い。また、慣
性による主軸２６や回転工具２８の位置ずれが加工精度
に影響するのは主軸２６の移動の減速時である場合が多
いため、その減速時だけバイアス電流Ｉ_B の増加制御を
行うようにしても良いなど、バイアス電流Ｉ_B の増加制
御を行う条件は適宜定められる。

【００２９】次に、第２発明の実施例を説明する。な
お、以下の実施例において、前記実施例と実質的に共通
する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略す
る。

【００３０】図５の工作機械４０の基本構成は前記工作
機械１０と同じであるが、軸受制御装置４２は、ＮＣ制
御装置４４から主軸２６の移動情報を取り込むことな
く、前記図１(b) に示すように変位センサ３６からの信
号に基づいてバイアス電流Ｉ_Bをフィードバック制御す
るだけである。ＮＣ制御装置４４には、主軸２６を移動
させて加工を行う過程で、前記変位センサ３６によって
検出される主軸２６の主軸ハウジング３２に対する位置
ずれの向きおよび大きさを表す位置ずれ情報ΔＲが軸受
制御装置４２を介して逐次供給されるようになってお
り、ＮＣ制御装置４４は、その位置ずれ情報ΔＲが表す
位置ずれを相殺するようにＮＣデータによる主軸ハウジ
ング３２の移動経路を補足（補正）することにより、そ
の内部に浮遊支持されている主軸２６を目標位置に高い
精度で位置決めしながら移動させる。この実施例では変
位センサ３６が位置ずれ検出手段として機能している。

【００３１】主軸ハウジング３２を移動させる移動装置
として機能するＮＣ制御装置４４は、位置ずれ情報ΔＲ
からＸ軸方向の位置ずれ量ΔＸ_R （ｍｍ）およびＹ軸方
向の位置ずれ量ΔＹ_R （ｍｍ）を求め、そのＸ軸方向位
置ずれ量ΔＸ_R 、Ｙ軸方向位置ずれ量ΔＹ_R だけ目標位
置をずらしてフィードバック制御を行う。図６は、主軸
ハウジング３２のＸ軸方向位置を逐次位置決め制御しな
がらＮＣデータに従って移動させるＸ軸方向フィードバ
ック制御部５０の機能ブロック線図で、Ｘ_refはＸ軸方
向の目標位置（パルス）、Ｘ_fbはＸ軸方向の位置フィー
ドバックパルス（パルス）、Ｘ_mag は位置ずれ情報ΔＲ
によるＸ軸方向位置ずれパルス（パルス）で、比較器５
２はε＝Ｘ_ref −Ｘ_fb−Ｘ_mag に従って偏差カウンタ溜
りパルスε（パルス）を算出する。位置フィードバック
パルスＸ_fbは、換算器５４により現在のＸ軸方向位置Ｘ
（ｍｍ）にエンコーダの検出ゲインＫ₄ （パルス／ｍ
ｍ）を掛算して求められたもので、Ｘ軸方向位置ずれパ
ルスＸ_mag は、換算器５６によりＸ軸方向位置ずれ量Δ
Ｘ_R に変位センサ３６の検出ゲインＫ₅ （パルス／ｍ
ｍ）を掛算して求められたものである。本実施例では、
比較器５２および換算器５６が、慣性による主軸２６の
位置ずれを相殺するように移動装置、すなわちＮＣ制御
装置４４による主軸ハウジング３２の位置決め制御を補
足する補足手段として機能している。

【００３２】また、換算器５８は、偏差カウンタ溜りパ
ルスεにＤ／Ａ変換器ゲインＫ₁ （Ｖ／パルス）を掛算
することにより速度指令Ｖ_ref （Ｖ）を算出し、演算器
６０は、速度指令Ｖ_ref にＫ₂ ／（１＋Ｔｓ）を掛算す
ることにより速度Ｖ（ｒｐｍ）を算出し、演算器６２
は、速度ＶにＫ₃ ／ｓを掛算することによりＸ軸方向の
移動量Ｘ（ｍｍ）を算出する。Ｋ₂ は速度制御系のゲイ
ン（Ａ／Ｖ）で、Ｔは速度制御系の時定数（ｓｅｃ）
で、Ｋ₃ は機構部の移動量換算係数（ｍｍ／ｒｅｖ）で
ある。

【００３３】なお、図示は省略するが、主軸２６のＹ軸
方向位置を逐次位置決め制御しながらＮＣデータに従っ
て移動させるＹ軸方向フィードバック制御部について
も、上記Ｘ軸方向フィードバック制御部５０と同様に構
成されており、Ｙ軸方向位置ずれ量ΔＹ_R に基づいてＹ
軸方向の目標位置を補正しながらフィードバック制御す
るようになっている。

【００３４】本実施例では、ＮＣ制御装置４４によって
主軸ハウジング３２がＸ−Ｙ平面内を移動させられる際
に、主軸ハウジング３２に対する主軸２６の位置ずれを
変位センサ３６により逐次検出し、その主軸２６の位置
ずれを相殺するようにＮＣ制御装置４４による主軸ハウ
ジング３２の位置決め制御が補足されるため、加減速時
や方向変化時の慣性による主軸２６の位置ずれに拘らず
被加工物に対する主軸２６更には回転工具２８の位置ず
れが防止される。これにより、高い位置決め精度で高精
度の加工を行うことができるとともに、小型で安価な磁
気軸受を用いることが可能で、常時高い軸受剛性で軸受
する大型の磁気軸受を用いる場合に比較して装置が安価
に構成されるとともにエネルギー消費が節減される。

【００３５】なお、図７に示すＸ軸方向フィードバック
制御部７０のように、微分器７２によってＸ軸方向位置
ずれ量ΔＸ_R を微分することによりＸ軸方向位置ずれ速
度ｆ _XR（ｍｍ／ｓ）を算出するとともに、更にそのＸ軸
方向位置ずれ速度ｆ_XRを微分器７４により微分すること
によりＸ軸方向位置ずれ加速度ａ_RX（ｍｍ／ｓ² ）を算
出し、それ等を加味してＸ軸方向位置ずれパルスＸ_mag
を算出するようにしても良く、より応答性の高い制御が
行われるようになる。なお、換算器７６、７８は、Ｘ軸
方向位置ずれ速度ｆ_XR、Ｘ軸方向位置ずれ加速度ａ_RXに
それぞれゲインＫ₆ 、Ｋ₇ を掛算することにより、それ
等をパルスに換算する。この場合は、これ等の微分器７
２、７４、換算器７６、７８を含んで補足手段が構成さ
れる。

【００３６】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であ
り、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良
を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の一実施例である工作機械の構成図
で、(a) はＮＣ制御装置によって主軸を相対移動させる
部分を説明する図で、(b) は軸受制御装置によって磁気
軸受を制御する部分を説明する図である。

【図２】ＮＣ制御装置によって移動させられる主軸モー
タの移動経路の一例を示す図である。

【図３】図１の装置において、主軸モータの移動の加減
速時に磁気軸受の軸受剛性を増大させる際の作動を説明
するフローチャートである。

【図４】磁気軸受の一般的な特性を説明する図である。

【図５】第２発明の一実施例である工作機械の構成図
で、図１の(a) に相当する図である。

【図６】図５の装置におけるＮＣ制御装置のＸ軸方向フ
ィードバック制御部を説明するブロック線図である。

【図７】図５の装置におけるＮＣ制御装置のＸ軸方向フ
ィードバック制御部の別の例を説明するブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１０、４０：工作機械 １２：Ｘ軸サーボモータ（移動装置） １６：Ｙ軸サーボモータ（移動装置） ２４：主軸モータ（回転装置） ２６：主軸 ２８：回転工具 ３０、４４：ＮＣ制御装置（移動装置） ３２：主軸ハウジング ３６：変位センサ（位置ずれ検出手段） ３８：軸受制御装置（剛性制御手段） ５２：比較器（補足手段） ５６、７６、７８：換算器（補足手段） ７２、７４：微分器（補足手段） Ｉ_M ：モータ電流（移動情報） ａ：加減速度（移動情報） ΔＲ：位置ずれ情報

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C001 KA02 KB10 TA02 TB05 TB06 TC03 3C045 FD16 3J102 AA01 BA03 BA19 CA09 CA19 DA02 DA03 DA09 DB06 DB10 DB11 DB37 GA07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転工具が取り付けられる主軸と、軸受
   剛性を制御可能な磁気軸受を介して前記主軸を軸心まわ
   りに回転可能に保持している主軸ハウジングと、前記主
   軸を軸心まわりに回転させる回転装置と、前記主軸ハウ
   ジングを移動させる移動装置とを有し、前記主軸を回転
   させながら前記主軸ハウジングを移動させることにより
   前記回転工具で所定の加工を行う工作機械の制御装置で
   あって、 前記移動装置による前記主軸ハウジングの移動情報を取
   り込んで、該主軸ハウジングの移動速度または移動方向
   が変化する部分で前記磁気軸受の軸受剛性を増大させる
   剛性制御手段を有することを特徴とする工作機械の制御
   装置。
2. 【請求項２】 回転工具が取り付けられる主軸と、磁気
   軸受を介して前記主軸を軸心まわりに回転可能に保持し
   ている主軸ハウジングと、前記主軸を軸心まわりに回転
   させる回転装置と、前記主軸ハウジングを移動させる移
   動装置とを有し、前記主軸を回転させながら前記主軸ハ
   ウジングを移動させることにより前記回転工具で所定の
   加工を行う工作機械の制御装置であって、 前記移動装置によって前記主軸ハウジングが移動させら
   れる際に、該主軸ハウジングに対する前記主軸の位置ず
   れを逐次検出する位置ずれ検出手段と、 該主軸の位置ずれを相殺するように前記移動装置による
   前記主軸ハウジングの位置決め制御を補足する補足手段
   とを有することを特徴とする工作機械の制御装置。