JP2000167739A - Machine tool - Google Patents

Machine tool

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JP2000167739A
JP2000167739A JP10346414A JP34641498A JP2000167739A JP 2000167739 A JP2000167739 A JP 2000167739A JP 10346414 A JP10346414 A JP 10346414A JP 34641498 A JP34641498 A JP 34641498A JP 2000167739 A JP2000167739 A JP 2000167739A
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JP
Japan
Prior art keywords
main shaft
magnetic bearing
spindle
correction data
bearing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10346414A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Akamatsu
良昭 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DMG Mori Co Ltd
Original Assignee
Mori Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mori Seiki Co Ltd filed Critical Mori Seiki Co Ltd
Priority to JP10346414A priority Critical patent/JP2000167739A/en
Publication of JP2000167739A publication Critical patent/JP2000167739A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide constant dynamic rigidity even in a low speed region when a main spindle is supported by a magnetic bearing. SOLUTION: In a machine tool 1 provided with a main spindle head 2' supporting a main spindle 3' by a thrust magnetic bearing 30 and radial magnetic bearings 10, 20 so as to rotate freely, a tapered part is provided on the front side of the main spindle 3', an angular ball bearing 4 is arranged at a position corresponding to the tapered part of the main spindle 3', an inside diameter part of its inner ring is formed into a tapered shape, and the main spindle 3' is pulled to the front side due to attraction force of the thrust magnetic bearing 30 when the number of revolutions of the main spindle 3' is reduced below a fixed number of revolutions. A tool compensation data change means 46 changing tool compensation data used in the drive and control in accordance with the number of revolutions of the main spindle 3' is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸が磁気軸受に
より支持された工作機械に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool having a main shaft supported by magnetic bearings.

【0002】[0002]

【従来の技術】主軸が磁気軸受により支持された、上記
工作機械の一例としての立形マシニングセンタを図4に
示す。尚、図4は、従来の立形マシニングセンタの要部
を一部ブロック図で示す正面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a vertical machining center as an example of the machine tool in which a main shaft is supported by magnetic bearings. FIG. 4 is a front view partially showing a main part of a conventional vertical machining center in a block diagram.

【0003】同図4に示すように、この(立形)マシニ
ングセンタ100は、主軸3を回転自在に支持する主軸
ヘッド2と、被加工物を固定,支持するテーブル(図示
せず)と、テーブル(図示せず)及び主軸ヘッド2を支
持する支持台(ベッド,コラムなど)(図示せず)と、
テーブル(図示せず)及び/又は主軸ヘッド2を移動さ
せ、テーブル(図示せず)と主軸ヘッド2とを相対的に
3次元3軸方向(X軸,Y軸,Z軸)に移動させる駆動
手段(図示せず)と、この駆動手段(図示せず)の作動
を数値制御する数値制御装置40とを備えている。以下
各部の詳細について説明する。
As shown in FIG. 4, a (vertical) machining center 100 includes a spindle head 2 for rotatably supporting a spindle 3, a table (not shown) for fixing and supporting a workpiece, and a table (not shown). (Not shown) and a support base (bed, column, etc.) for supporting the spindle head 2 (not shown);
Driving for moving a table (not shown) and / or the spindle head 2 and relatively moving the table (not shown) and the spindle head 2 in three-dimensional three-axis directions (X axis, Y axis, Z axis). And a numerical controller 40 for numerically controlling the operation of the driving means (not shown). Hereinafter, details of each unit will be described.

【0004】(主軸ヘッド部)前記主軸ヘッド2は、軸
線が垂直方向に向けられた主軸3と、この主軸3の後部
側(上部側)をラジアル方向に支持する後部ラジアル磁
気軸受10と、主軸3の前部側(下部側)を同じくラジ
アル方向に支持する前部ラジアル磁気軸受20と、この
後部ラジアル磁気軸受10,前部ラジアル磁気軸受20
間において前記主軸3をアキシアル方向に支持するスラ
スト磁気軸受30と、前記後部ラジアル磁気軸受10の
後部側に設けた後部アンギュラ玉軸受5と、前記前部ラ
ジアル磁気軸受20の前部側に設けた前部アンギュラ玉
軸受7とを備えている。尚、前記後部ラジアル磁気軸受
10,前部ラジアル磁気軸受20及びスラスト磁気軸受
30はその作動が前記数値制御装置40により制御され
るようになっている。
(Spindle Head) The spindle head 2 includes a spindle 3 whose axis is oriented vertically, a rear radial magnetic bearing 10 for supporting a rear side (upper side) of the spindle 3 in a radial direction, and a spindle. 3, a front radial magnetic bearing 20, which also supports the front side (lower side) in the radial direction, the rear radial magnetic bearing 10, and the front radial magnetic bearing 20.
A thrust magnetic bearing 30 for supporting the main shaft 3 in the axial direction therebetween, a rear angular ball bearing 5 provided on the rear side of the rear radial magnetic bearing 10, and a front magnetic ball bearing 20 provided on the front side of the front radial magnetic bearing 20. And a front angular ball bearing 7. The operation of the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, and the thrust magnetic bearing 30 is controlled by the numerical controller 40.

【0005】また、前記後部ラジアル磁気軸受10,後
部アンギュラ玉軸受5間には、主軸3のラジアル方向の
位置を検出する4個のセンサ16が半径方向同一平面内
に設けられ、前記前部ラジアル磁気軸受20,前部アン
ギュラ玉軸受7間には、同じく半径方向同一平面内に設
けられ、主軸3のラジアル方向の位置を検出する4個の
センサ25と、主軸3のアキシアル方向の位置を検出す
る2個のセンサ39が設けられている。
Also, between the rear radial magnetic bearing 10 and the rear angular ball bearing 5, four sensors 16 for detecting the position of the main shaft 3 in the radial direction are provided on the same plane in the radial direction. Between the magnetic bearing 20 and the front angular contact ball bearing 7, four sensors 25 are provided on the same plane in the radial direction and detect the radial position of the main shaft 3, and detect the axial position of the main shaft 3. Two sensors 39 are provided.

【0006】また、図中、6は駆動ロータであって、主
軸3を軸中心に回転させるビルトイン方式の駆動モータ
の一部を構成するものである。尚、この駆動モータのス
テータ及び上記主軸ヘッド2の各構成部分は図示しない
ハウジングに支持されている。
In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a drive rotor, which constitutes a part of a drive motor of a built-in system for rotating the main shaft 3 about an axis. The stator of the drive motor and the components of the spindle head 2 are supported by a housing (not shown).

【0007】前記後部ラジアル磁気軸受10は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ14と、このロー
タ14を保持する保持部材15と、同じく金属板を積層
して形成した積層体12及びこの積層体12に捲回した
コイル13からなる4個のステータ11とから構成され
るものであり、前記保持部材15はその内径部が前記主
軸3に外嵌,固定され、前記ステータ11は前記ハウジ
ング(図示せず)に保持されている。また、前記4個の
ステータ11は前記ロータ14の外周面に沿って均等に
配設されており、前記4個のセンサ16も同様に、前記
主軸3の外周面に沿い、前記ステータ11との対応関係
をもって均等に配設されている。前記ステータ11とロ
ータ14との間には、例えば0.5mm程度の空隙(エ
アギャップ)が設けられている。
The rear radial magnetic bearing 10 includes a rotor 14 formed by laminating ring-shaped metal plates, a holding member 15 for holding the rotor 14, a laminated body 12 formed by laminating metal plates, and The holding member 15 has an inner diameter portion fitted and fixed to the main shaft 3, and the holding member 15 is fixed to the stator 11. It is held in a housing (not shown). Further, the four stators 11 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 14, and the four sensors 16 are also disposed along the outer peripheral surface of the main shaft 3, and They are evenly arranged with a corresponding relationship. A gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is provided between the stator 11 and the rotor 14.

【0008】前記前部ラジアル磁気軸受20は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ24と、同じく金
属板を積層して形成した積層体22及びこの積層体22
に捲回したコイル23からなる4個のステータ21とか
ら構成されるものであり、前記ロータ24はその内径部
が前記主軸3に外嵌,固定され、前記ステータ21は前
記ハウジング(図示せず)に保持されている。また、前
記4個のステータ21は前記ロータ24の外周面に沿っ
て均等に配設されており、前記4個のセンサ25も同様
に、前記主軸3の外周面に沿い、前記ステータ21との
対応関係をもって均等に配設されている。前記後部ラジ
アル磁気軸受10におけると同様に、前記ステータ21
とロータ24との間にも、例えば0.5mm程度の空隙
(エアギャップ)が設けられている。また、前記主軸3
には2つのフランジ部8,9が形成されており、フラン
ジ部9の外周面が前記センサ25によって検出され、そ
の下端面が前記センサ39によって検出されるようにな
っている。また、前記ロータ24は、その前部側が前記
フランジ部8により係止されている。
The front radial magnetic bearing 20 includes a rotor 24 formed by laminating ring-shaped metal plates, a laminate 22 also formed by laminating metal plates, and a laminate 22 formed by laminating metal plates.
The rotor 24 has an inner diameter portion fitted and fixed to the main shaft 3 and the stator 21 is fixed to the housing (not shown). ) Is held. Further, the four stators 21 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 24, and the four sensors 25 are also disposed along the outer peripheral surface of the main shaft 3, with the stator 21. They are evenly arranged with a corresponding relationship. As in the rear radial magnetic bearing 10, the stator 21
A gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is also provided between the rotor and the rotor 24. In addition, the spindle 3
Are formed with two flange portions 8 and 9. The outer peripheral surface of the flange portion 9 is detected by the sensor 25, and the lower end surface thereof is detected by the sensor 39. The front side of the rotor 24 is locked by the flange 8.

【0009】前記スラスト磁気軸受30は、内径部が前
記主軸3に外嵌,固定されたロータ31と、リング状に
形成されたコイル33及びこのコイル33を保持する保
持リング34からなる後部ステータ32と、同じくリン
グ状に形成されたコイル36及びこのコイル36を保持
する保持リング37からなる前部ステータ35と、これ
ら後部ステータ32,前部ステータ35間に設けたスペ
ーサ38とからなる。尚、前記ロータ31の外周部には
フランジ部31aが形成されており、このフランジ部3
1aが前記後部ステータ32,前部ステータ35間に位
置している。また、前記フランジ部31aと前記後部ス
テータ32との間、及び前記フランジ部31aと前部ス
テータ35との間にも、例えば0.5mm程度の空隙
(エアギャップ)が設けられている。
The thrust magnetic bearing 30 has a rear stator 32 comprising a rotor 31 whose inner diameter is externally fitted to and fixed to the main shaft 3, a coil 33 formed in a ring shape, and a holding ring 34 holding the coil 33. And a front stator 35 comprising a coil 36 also formed in a ring shape and a holding ring 37 for holding the coil 36, and a spacer 38 provided between the rear stator 32 and the front stator 35. A flange 31a is formed on the outer periphery of the rotor 31.
1a is located between the rear stator 32 and the front stator 35. Also, a gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is provided between the flange portion 31a and the rear stator 32 and between the flange portion 31a and the front stator 35.

【0010】尚、前記アンギュラ玉軸受5,7は、その
内輪部と主軸3との間に例えば0.2mm程度の空隙
(エアギャップ)をもつように設けられており、通常の
状態においては軸受として機能するものではなく、例え
ば停電,故障など不測の異常が生じた際に、前記主軸3
をラジアル方向及びアキシアル方向に支持して、前記ス
テータ11,21、後部ステータ32、前部ステータ3
5及びロータ14,24,31の各部が損傷するのを防
止する役割を果たすものである。このため、前記アンギ
ュラ玉軸受5,7におけるエアギャップは、前記後部ラ
ジアル磁気軸受10,前部ラジアル磁気軸受20及びス
ラスト磁気軸受30におけるエアギャップよりも狭くな
っている。
The above-mentioned angular ball bearings 5, 7 are provided so as to have a gap (air gap) of, for example, about 0.2 mm between the inner ring portion and the main shaft 3. It does not function as the main shaft 3 when an unexpected abnormality such as a power failure or failure occurs.
Are supported in the radial direction and the axial direction, and the stators 11 and 21, the rear stator 32 and the front stator 3 are supported.
5 and a role to prevent each part of the rotors 14, 24, 31 from being damaged. For this reason, the air gap in the angular ball bearings 5 and 7 is smaller than the air gap in the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20 and the thrust magnetic bearing 30.

【0011】(数値制御装置部)前記数値制御装置40
は、例えば、前記駆動手段(図示せず)に備えられるロ
ータリエンコーダなどに接続し、機械座標系における前
記主軸3(主軸ヘッド2)の位置を随時算出する位置座
標算出部42と、加工に使用される工具の工具長に関す
る工具補正データ(図5)を記憶した工具補正データ記
憶部43と、この工具補正データ記憶部43に記憶され
た工具補正データ、及び前記位置座標算出部42により
算出された位置データを基に前記駆動手段(図示せず)
の作動を数値制御する駆動制御部41と、前記後部ラジ
アル磁気軸受10,前部ラジアル磁気軸受20及びスラ
スト磁気軸受30に電力を供給し、その作動を制御する
軸受制御部44と、前記センサ16,25,39に接続
し、これらからの信号を受信して主軸3の変位を検出す
る変位検出部45とを備えている。
(Numerical control unit) The numerical control unit 40
Is connected to a rotary encoder or the like provided in the driving means (not shown), and calculates a position of the spindle 3 (spindle head 2) in a machine coordinate system as needed, and is used for machining. The tool correction data storage unit 43 storing tool correction data (FIG. 5) related to the tool length of the tool to be performed, the tool correction data stored in the tool correction data storage unit 43, and the position coordinate calculation unit 42 The driving means (not shown) based on the position data
A drive control unit 41 for numerically controlling the operation of the motor, a bearing control unit 44 for supplying power to the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, and the thrust magnetic bearing 30 to control the operation, and the sensor 16 , 25, and 39, and receives signals from them, and detects a displacement of the main shaft 3.

【0012】前記軸受制御部44は、上述したように、
前記コイル13,23,33,36に所定の電力を供給
するものであり、前記変位検出部45により検出された
主軸3の変位に応じて前記コイル13,23,33,3
6に供給される電流を調節する。
As described above, the bearing control unit 44
A predetermined power is supplied to the coils 13, 23, 33, 36, and the coils 13, 23, 33, 3 are supplied in accordance with the displacement of the main shaft 3 detected by the displacement detector 45.
Adjust the current supplied to 6.

【0013】この軸受制御部44から所定の電力が前記
コイル13,23,33,36に供給されると、前記後
部ラジアル磁気軸受10のステータ11,前記前部ラジ
アル磁気軸受20のステータ21,並びに前記スラスト
磁気軸受30の後部ステータ32及び前部ステータ35
がそれぞれ電磁石となり、これによって前記ロータ1
4,24,31がそれぞれ吸引される。
When a predetermined power is supplied from the bearing control unit 44 to the coils 13, 23, 33, and 36, the stator 11 of the rear radial magnetic bearing 10, the stator 21 of the front radial magnetic bearing 20, and The rear stator 32 and the front stator 35 of the thrust magnetic bearing 30
Each become an electromagnet, whereby the rotor 1
4, 24 and 31 are respectively sucked.

【0014】前記後部ラジアル磁気軸受10において
は、4個のステータ11による4方向の吸引力がロータ
14に作用し、前部ラジアル磁気軸受20においも同様
に、4個のステータ21による4方向の吸引力がロータ
24に作用し、これら後部ラジアル磁気軸受10及び前
部ラジアル磁気軸受20によって前記主軸3がラジアル
方向に支持される。
In the rear radial magnetic bearing 10, the four stators 11 apply suction forces in four directions to the rotor 14, and similarly in the front radial magnetic bearing 20, the four stators 21 generate four directions. Attraction force acts on the rotor 24, and the main shaft 3 is radially supported by the rear radial magnetic bearing 10 and the front radial magnetic bearing 20.

【0015】上述したように、センサ16及びセンサ2
5により主軸3のラジアル方向の位置が検出されてお
り、前記主軸3が前記ステータ11間の中立位置からず
れた場合、及び前記ステータ21間の中立位置からずれ
た場合には、この位置ずれがセンサ16及びセンサ25
によってそれぞれ検出され、この検知信号に基づいて、
前記各ステータ11及びステータ21に供給される電力
が前記軸受制御部44により調節される。即ち、各ステ
ータ11とロータ14との間隔、及び各ステータ21と
ロータ24との間隔において、当該間隔が基準間隔より
も広くなっているステータ11及びステータ21に対し
ては供給電力が増加され、その吸引力が増加せしめられ
る一方、当該間隔が基準間隔よりも狭くなっているステ
ータ11及びステータ21に対しては供給電力が減少さ
れ、その吸引力が減少せしめられる。これにより、前記
主軸3は常に前記ステータ11間及び前記ステータ21
間の中立位置に位置するように制御される。
As described above, the sensors 16 and 2
5, the radial position of the main shaft 3 is detected. When the main shaft 3 deviates from the neutral position between the stators 11 and when the main shaft 3 deviates from the neutral position between the stators 21, this positional deviation Sensor 16 and sensor 25
Respectively, and based on this detection signal,
The power supplied to each of the stators 11 and 21 is adjusted by the bearing control unit 44. That is, in the interval between each stator 11 and the rotor 14, and in the interval between each stator 21 and the rotor 24, the supply power is increased for the stator 11 and the stator 21 in which the interval is wider than the reference interval, While the suction force is increased, the power supplied to the stators 11 and 21 whose intervals are narrower than the reference interval is reduced, and the suction force is reduced. Thereby, the main shaft 3 is always kept between the stators 11 and the stator 21.
It is controlled to be located at a neutral position between the two.

【0016】また、前記スラスト磁気軸受30において
は、後部ステータ32及び前部ステータ35によりロー
タ31のフランジ部31aが前後(上下)両方向の吸引
力を受けており、これによって主軸3が後部ステータ3
2と前部ステータ35との中間位置に位置するようにア
キシアル方向に支持されるようになっている。
Further, in the thrust magnetic bearing 30, the rear stator 32 and the front stator 35 cause the flange portion 31a of the rotor 31 to receive suction force in both front and rear (up and down) directions.
It is supported in the axial direction so as to be located at an intermediate position between the front stator 2 and the front stator 35.

【0017】上述したように、センサ39により主軸3
のアキシアル方向の位置が検出されており、主軸3が後
部ステータ32と前部ステータ35との中間位置からず
れた場合には、当該位置ずれがセンサ39によって検出
され、この検知信号に基づいて、前記後部ステータ32
及び前部ステータ35に供給される電力が前記軸受制御
部44により調節される。即ち、後部ステータ32とロ
ータ31のフランジ部31aとの間隔、及び前部ステー
タ35と前記フランジ部31aとの間隔において、当該
間隔が基準間隔よりも広くなっている後部ステータ32
若しくは前部ステータ35に対しては供給電力が増加さ
れて、その吸引力が増加せしめられる一方、当該間隔が
基準間隔よりも狭くなっている後部ステータ32若しく
は前部ステータ35に対しては供給電力が減少されて、
その吸引力が減少せしめられる。斯くしてロータ31は
常に後部ステータ32と前部ステータ35との中間位置
に位置するように制御され、これによって主軸3は適正
にアキシアル方向に支持される。
As described above, the main shaft 3 is detected by the sensor 39.
Is detected in the axial direction, and when the main shaft 3 is displaced from the intermediate position between the rear stator 32 and the front stator 35, the displacement is detected by the sensor 39, and based on this detection signal, The rear stator 32
The power supplied to the front stator 35 is adjusted by the bearing control unit 44. That is, in the interval between the rear stator 32 and the flange portion 31a of the rotor 31, and in the interval between the front stator 35 and the flange portion 31a, the rear stator 32 is wider than the reference interval.
Alternatively, the power supplied to the front stator 35 is increased, and the suction force is increased. On the other hand, the power supplied to the rear stator 32 or the front stator 35 whose interval is narrower than the reference interval is increased. Is reduced,
The suction force is reduced. In this way, the rotor 31 is controlled so as to be always located at an intermediate position between the rear stator 32 and the front stator 35, whereby the main shaft 3 is properly supported in the axial direction.

【0018】而して、この工作機械100によれば、主
軸3と直接接触することなく、電磁石の吸引力によって
当該主軸3がラジアル方向及びアキシアル方向に支持さ
れるので、極めて高い回転数で回転する主軸3を適正に
支持することができる。
According to the machine tool 100, the main shaft 3 is supported in the radial direction and the axial direction by the attractive force of the electromagnet without directly contacting the main shaft 3, so that the rotating speed is extremely high. The main shaft 3 can be appropriately supported.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した磁
気軸受10,20,30により主軸3を支持した主軸ヘ
ッド2にあっては、当該磁気軸受10,20,30の特
性上、主軸3の高速回転時における動剛性(振動に対す
る剛性)は十分であるものの、低速回転時における動剛
性が低いという問題があった。即ち、低速回転時におい
ては、加工に伴う振動などの外部振動に対して主軸3が
共振し易く、このために高精度な加工を行うことができ
ないのである。
However, in the spindle head 2 in which the spindle 3 is supported by the magnetic bearings 10, 20, 30 described above, due to the characteristics of the magnetic bearings 10, 20, 30, the speed of the spindle 3 is high. Although the dynamic rigidity (rigidity against vibration) during rotation is sufficient, there is a problem that the dynamic rigidity during low-speed rotation is low. That is, at the time of low-speed rotation, the main shaft 3 tends to resonate with external vibration such as vibration accompanying processing, and therefore, high-precision processing cannot be performed.

【0020】この主軸ヘッド2の動剛性に関するデータ
の一例を、図6に示す。同図に示すように、この主軸ヘ
ッド2においては、周波数fが125Hz(主軸3の回
転数に換算すると7500rpm)であるときに、動剛
性Kが最小の50gf/μmを示した。通常の切削にお
いては、1000gf/μm以上の動剛性が必要である
と言われており、この主軸ヘッド2について見ると、周
波数fが250Hz(主軸3の回転数に換算すると15
000rpm)以下の回転領域において、動剛性が不足
していると考えられる。尚、図中の破線は、主軸3をこ
ろがり軸受のみにより支持した主軸ヘッド2についての
動剛性を示したものであり、図に示すように、ころがり
軸受により主軸3を支持した場合には、主軸ヘッド2は
15000rpm以下の回転領域で所望の動剛性を備え
たものとなっている。
FIG. 6 shows an example of data relating to the dynamic rigidity of the spindle head 2. As shown in the drawing, in the spindle head 2, when the frequency f is 125 Hz (when converted into the number of revolutions of the spindle 3 is 7,500 rpm), the dynamic rigidity K shows a minimum value of 50 gf / μm. It is said that a dynamic stiffness of 1000 gf / μm or more is required in ordinary cutting. When the spindle head 2 is viewed, the frequency f is 250 Hz (which is 15
It is considered that the dynamic stiffness is insufficient in the rotation range of 000 rpm or less. The broken line in the figure shows the dynamic rigidity of the spindle head 2 in which the spindle 3 is supported only by the rolling bearing. As shown in the figure, when the spindle 3 is supported by the rolling bearing, The head 2 has a desired dynamic rigidity in a rotation range of 15,000 rpm or less.

【0021】各種加工の中には、超細径の穴あけ加工を
行う場合のように主軸3を超高速に回転させる必要のあ
る加工がある一方で、タップ加工のように主軸3を低速
で回転させる必要のある加工があり、これらの加工を1
台の工作機械で高精度に行うには、前記主軸ヘッドが低
速領域から超高速領域に至る全ての領域において一定以
上の動剛性を備えたものである必要がある。
Among various types of machining, there is machining that requires the spindle 3 to be rotated at an ultra-high speed, as in the case of drilling an ultra-small diameter hole, while rotating the spindle 3 at a low speed, such as tapping. There are processes that need to be performed, and these processes
In order to perform the operation with high accuracy using a single machine tool, it is necessary that the spindle head has a certain or more dynamic rigidity in all regions from a low speed region to an ultra high speed region.

【0022】本発明は、以上の実情に鑑みなされたもの
であって、主軸を磁気軸受により支持した場合に、低速
領域においても一定の動剛性を具備せしめることのでき
る工作機械の提供を目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a machine tool capable of having a constant dynamic rigidity even in a low speed region when a main shaft is supported by a magnetic bearing. I do.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するための本発明は、主軸、該主軸を回転自在に支
持するスラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受、並びに
該スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受を支持するハ
ウジングを備えた主軸ヘッドと、被加工物を固定,支持
する支持手段と、該支持手段及び/又は主軸ヘッドを移
動させる駆動手段と、前記主軸の位置を検出する位置検
出手段と、前記スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受
の作動を制御する軸受制御手段と、記憶された工具補正
データ及び前記位置検出手段により検出された位置デー
タを基に前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手
段とを備えた工作機械において、前記主軸の一部に、該
主軸の前部側に向かうに従って細径となるテーパ部を設
け、該主軸のテーパ部に対応した位置にアンギュラ玉軸
受を配設し、且つ該アンギュラ玉軸受の内輪の内径部
を、前記主軸の前部側に向かうに従って細径となるテー
パ状に形成し、前記軸受制御手段を、前記主軸の回転数
が一定の回転数よりも低くなると、前記スラスト磁気軸
受の吸引力によって前記主軸を前部側に引き寄せるよう
に前記スラスト磁気軸受を制御するものとして構成する
とともに、前記主軸ヘッドの駆動制御に使用される前記
工具補正データを前記主軸の回転数に応じて変更する工
具補正データ変更手段を設け、前記主軸の回転数が一定
の回転数より低くなると、前記主軸が前記スラスト磁気
軸受の吸引力によって軸方向前部側に移動し、前記主軸
のテーパ部と前記アンギュラ玉軸受の内輪のテーパ部が
係合して、前記主軸が前記アンギュラ玉軸受によって支
持され、且つ使用される前記工具補正データが前記工具
補正データ変更手段により前記主軸の回転数に応じて変
更され、変更された工具補正データを基に前記駆動手段
が数値制御されるように構成したことを特徴とするもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention provides a main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the main shaft, and the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing. A spindle head having a housing for supporting the workpiece, support means for fixing and supporting the workpiece, drive means for moving the support means and / or the spindle head, and position detection means for detecting the position of the spindle. Bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing; and numerical control means for numerically controlling the operation of the drive means based on the stored tool correction data and the position data detected by the position detection means. And a taper portion having a smaller diameter toward the front side of the main shaft is provided on a part of the main shaft, and a taper of the main shaft is provided. The angular contact ball bearing is disposed at a position corresponding to the portion, and the inner diameter portion of the inner ring of the angular contact ball bearing is formed in a tapered shape having a smaller diameter toward the front side of the main shaft. When the rotation speed of the main shaft is lower than a predetermined rotation speed, the thrust magnetic bearing is controlled so as to draw the main shaft toward the front side by the attraction force of the thrust magnetic bearing, and the main spindle head is configured. Tool correction data changing means for changing the tool correction data used for the drive control according to the rotation speed of the spindle, and when the rotation speed of the spindle becomes lower than a predetermined rotation speed, the spindle becomes the thrust magnetic. Due to the attraction force of the bearing, the main shaft moves to the front side in the axial direction, and the tapered portion of the main shaft engages with the tapered portion of the inner ring of the angular contact ball bearing. The tool correction data supported and used by the bearing is changed by the tool correction data changing means in accordance with the rotational speed of the spindle, and the driving means is numerically controlled based on the changed tool correction data. It is characterized by having comprised in.

【0024】本発明によると、前記主軸の回転数が一定
回転数よりも高い場合には、前記スラスト磁気軸受及び
ラジアル磁気軸受により前記主軸が支持される一方、前
記主軸の回転数が一定の回転数よりも低くなると、前記
スラスト磁気軸受の吸引力により前記主軸が軸方向前部
側に移動して、前記主軸のテーパ部と前記アンギュラ玉
軸受内輪のテーパ部が係合し、これによって前記主軸が
前記アンギュラ玉軸受により支持されるとともに、前記
スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受により支持され
る。このように、この発明によれば主軸を支持する手段
が主軸の回転数に応じて変更されるようになっている。
According to the present invention, when the rotational speed of the main shaft is higher than a predetermined rotational speed, the main shaft is supported by the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, while the rotational speed of the main shaft is constant. When the number is lower than the number, the attraction force of the thrust magnetic bearing moves the main shaft toward the front in the axial direction, and the tapered portion of the main shaft engages with the tapered portion of the inner ring of the angular ball bearing. Are supported by the angular ball bearings and supported by the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing. Thus, according to the present invention, the means for supporting the main shaft is changed according to the rotation speed of the main shaft.

【0025】ところで、上述したように、磁気軸受によ
り主軸を支持した主軸ヘッドにおいては、特定の回転数
以下の低速回転領域における動剛性が実切削に必要とさ
れる剛性よりも低くなっているが、ころがり軸受により
主軸を支持した主軸ヘッドにおいては、当該回転領域に
おける動剛性が実切削に必要とされる剛性よりも高いも
のとなっている。
By the way, as described above, in the spindle head in which the spindle is supported by the magnetic bearing, the dynamic rigidity in the low-speed rotation region below a specific rotation speed is lower than the rigidity required for actual cutting. In a spindle head having a spindle supported by a rolling bearing, the dynamic rigidity in the rotation region is higher than the rigidity required for actual cutting.

【0026】本発明によれば、磁気軸受により主軸を支
持した主軸ヘッドの動剛性に関する上述の特性を考慮し
て、動剛性が実切削に必要とされる剛性よりも低くなる
主軸の回転数を境に、当該回転数よりも高い回転領域で
は前記スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受により前
記主軸を支持するようにし、当該回転数よりも低い回転
領域では前記アンギュラ玉軸受,前記スラスト磁気軸受
及びラジアル磁気軸受により主軸を支持するようにする
ことができるので、主軸の全回転領域において、主軸ヘ
ッドの動剛性を実切削に必要とされる剛性よりも高くす
ることができ、これによりあらゆる加工を高精度に行う
ことができるようになる。
According to the present invention, the rotational speed of the spindle at which the dynamic rigidity is lower than the rigidity required for actual cutting is determined in consideration of the dynamic rigidity of the spindle head supporting the spindle by the magnetic bearing. In the rotation region higher than the rotation speed, the main shaft is supported by the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and in the rotation region lower than the rotation speed, the angular ball bearing, the thrust magnetic bearing, and the radial magnetic bearing are supported. Since the spindle can be supported by the bearing, the dynamic rigidity of the spindle head can be made higher than the rigidity required for actual cutting in the entire rotation range of the spindle. Will be able to do it.

【0027】尚、以上の説明から分かるように、上記一
定の回転数とは、主軸ヘッドの動剛性が実切削に必要と
される剛性よりも低くなる主軸の回転数を基準として、
任意に設定される回転数をいう。
As can be understood from the above description, the above-mentioned constant rotational speed is defined as a value based on the rotational speed of the spindle, at which the dynamic rigidity of the spindle head is lower than the rigidity required for actual cutting.
It refers to the number of rotations set arbitrarily.

【0028】また、この発明によれば、前記主軸の回転
数が一定の回転数より低くなり、主軸が軸方向前部側に
移動すると、使用される前記工具補正データが前記工具
補正データ変更手段により変更され、変更された工具補
正データに基づいて主軸ヘッドが駆動制御される。
According to the present invention, when the rotation speed of the spindle becomes lower than a predetermined rotation speed and the spindle moves to the front side in the axial direction, the tool correction data to be used is changed by the tool correction data changing means. The drive of the spindle head is controlled based on the changed tool correction data.

【0029】主軸の回転数が一定の回転数よりも高く、
主軸がその軸方向後部側に位置するように制御されてい
る場合と、主軸の回転数が一定の回転数よりも低く、主
軸がその軸方向前部側に位置するように制御されている
場合とでは、主軸に装着された工具の軸方向における刃
先位置が異なるため、双方の場合に、同じ工具補正デー
タを用いて主軸ヘッドを駆動制御し、加工を行うとする
と、加工される穴深さ,ねじ深さやボーリング加工深さ
が規定の寸法に仕上がらない、即ち加工精度が悪くなる
という問題を生じる。
The rotation speed of the main shaft is higher than a certain rotation speed,
When the main shaft is controlled to be located at the rear side in the axial direction, and when the rotation speed of the main shaft is lower than a certain rotation speed and the main shaft is controlled to be positioned at the front side in the axial direction. Since the position of the cutting edge in the axial direction of the tool mounted on the spindle is different in both cases, in both cases, if the drive of the spindle head is controlled using the same tool correction data to perform the machining, the depth of the hole to be machined is In addition, there is a problem that the thread depth and the boring processing depth are not finished to predetermined dimensions, that is, the processing accuracy is deteriorated.

【0030】この発明によれば、軸方向の位置が回転数
によって駆動制御される主軸の、当該軸方向における位
置に応じた工具補正データを使用して主軸ヘッドを駆動
制御しているので、このような問題を生じることがな
く、上述した主軸の位置制御に伴う加工精度の悪化を防
止することができる。
According to the present invention, the drive of the spindle head is controlled by using the tool correction data corresponding to the position in the axial direction of the spindle whose position in the axial direction is controlled by the rotation speed. Such a problem does not occur, and it is possible to prevent the processing accuracy from deteriorating due to the spindle position control described above.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。図1は本実施形態
に係る立形マシニングセンタの主要部を一部ブロック図
で示す正面図である。尚、同図に示すように本実施形態
に係る(立形)マシニングセンタ1はは、上述の図4に
示した従来のマシニングセンタ100を改良したもので
あり、その殆どの構成が上記従来のマシニングセンタ1
00における構成と同じである。従って、同じ構成部分
については同一の符号を付してその詳しい説明を省略す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front view partially showing a main part of a vertical machining center according to the present embodiment in a block diagram. As shown in the figure, the (vertical) machining center 1 according to the present embodiment is an improvement of the above-described conventional machining center 100 shown in FIG.
The configuration is the same as that of 00. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0032】図1及び図2に示したように、本実施形態
に係る主軸ヘッド2’は、主軸3’の一部にテーパ部3
aを形成した点、当該テーパ部3aに対応した位置にア
ンギュラ玉軸受4を設けた点が上記従来の主軸ヘッド2
とその構成が異なり、また、数値制御装置40’は、軸
受制御部44’の機能が前記軸受制御部44のそれと異
なる点、工具補正データ記憶部43’に記憶される工具
補正データの内容が前記工具補正データ記憶部43のそ
れと異なる点、及び工具補正データ変更部46を備えた
点が上記従来の数値制御装置40とその構成が異なる。
以下、各部の詳細について説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a spindle head 2 'according to the present embodiment has a tapered portion 3
a, and that an angular ball bearing 4 is provided at a position corresponding to the tapered portion 3a.
The configuration of the numerical control device 40 'is different from that of the bearing control unit 44 in that the function of the bearing control unit 44' is different from that of the bearing control unit 44, and the contents of the tool correction data stored in the tool correction data storage unit 43 'are different. The configuration of the conventional numerical control device 40 is different from that of the above-described conventional numerical control device 40 in that the configuration is different from that of the tool correction data storage unit 43 and that a tool correction data change unit 46 is provided.
Hereinafter, details of each unit will be described.

【0033】(主軸ヘッド部)上述したように、本例の
主軸ヘッド2’の主軸3’には、そのフランジ部9の前
部側(下方側)に、主軸3’の前部側に向かうに従って
細径となるテーパ部3aが形成され、このテーパ部3a
に対応した位置にアンギュラ玉軸受4が設けられてい
る。アンギュラ玉軸受4は、図2に示すように、その内
輪4aの内径部が、主軸3’の前部側に向かうに従って
細径となるテーパ状に形成されている。
(Spindle Head) As described above, the spindle 3 ′ of the spindle head 2 ′ of the present embodiment is located on the front side (lower side) of the flange 9, toward the front side of the spindle 3 ′. Is formed, the tapered portion 3a having a smaller diameter is formed.
The angular ball bearing 4 is provided at a position corresponding to. As shown in FIG. 2, the angular contact ball bearing 4 is formed in a tapered shape in which the inner diameter of the inner race 4a becomes smaller in diameter toward the front side of the main shaft 3 '.

【0034】(数値制御装置部)前記軸受制御部44’
は、上述した従来の軸受制御部44の機能に加えて、以
下の機能を備えている。即ち、この軸受制御部44’
は、前記主軸3’の回転数が一定の回転数よりも低くな
ると、前記前部ステータ35に供給される電力を前記後
部ステータ32に供給される電力よりも過大にし、前部
ステータ35による吸引力が後部ステータ32による吸
引力よりも大きくなるようにして、前記主軸3’を前部
側(下方側)に移動させる。一方、前記主軸3’の回転
数が一定の回転数よりも高い場合には、軸受制御手段4
4’は上述した従来の軸受制御部44と同様の制御を行
う。
(Numerical control unit) The bearing control unit 44 '
Has the following functions in addition to the functions of the conventional bearing control unit 44 described above. That is, the bearing control unit 44 '
When the rotation speed of the main shaft 3 ′ is lower than a certain rotation speed, the power supplied to the front stator 35 is made larger than the power supplied to the rear stator 32, and the suction by the front stator 35 is performed. The main shaft 3 'is moved toward the front (downward) so that the force is greater than the suction force by the rear stator 32. On the other hand, when the rotation speed of the main shaft 3 'is higher than a certain rotation speed, the bearing control means 4
4 'performs the same control as the above-described conventional bearing control unit 44.

【0035】本例では、主軸3’を前部側に移動させる
際の上記回転数を、主軸ヘッド2’が図6に示した動剛
性を備えているものとして、実切削に必要とされる動剛
性を下回ることとなる主軸3’の回転数、即ち、150
00rpmを基準に、若干の余裕を見て20000rp
mに設定した。但し、この回転数は、主軸ヘッド2’が
備える動剛性についての特性に応じて決定されるもので
あり、主軸ヘッド2’の動剛性が実切削に必要とされる
剛性よりも低くなる主軸の回転数を基準として、任意に
設定されるものである。
In the present embodiment, the number of rotations when the spindle 3 'is moved to the front side is required for actual cutting assuming that the spindle head 2' has the dynamic rigidity shown in FIG. The number of revolutions of the main shaft 3 ′, which falls below the dynamic rigidity, ie, 150
20000rpm with a little margin based on 00rpm
m. However, the number of revolutions is determined according to the characteristics of the dynamic rigidity provided in the spindle head 2 ′, and the rotational speed of the spindle in which the dynamic rigidity of the spindle head 2 ′ is lower than the rigidity required for actual cutting. It is arbitrarily set based on the number of rotations.

【0036】尚、主軸3’の回転数が20000rpm
よりも高い場合には、図2に示すように、主軸3’のテ
ーパ部3aとアンギュラ玉軸受4の内輪4aとの間に所
定の空隙が生じるようになっており、主軸3’の回転数
が20000rpmよりも低くなって主軸3’が前部側
に移動すると、主軸3’のテーパ部3aとアンギュラ玉
軸受4の内輪4aとが係合し、アンギュラ玉軸受4に所
定の予圧力が作用するようになっている。また、主軸
3’のテーパ部3aとアンギュラ玉軸受4の内輪4aと
が係合した際にも、前部ステータ35とロータ31のフ
ランジ部31aとの間には所定の空隙が確保されるよう
になっている。
The rotation speed of the main shaft 3 'is 20,000 rpm.
If it is higher than that, as shown in FIG. 2, a predetermined gap is formed between the tapered portion 3a of the main shaft 3 'and the inner ring 4a of the angular ball bearing 4, and the rotational speed of the main shaft 3' Is lower than 20,000 rpm, and the main shaft 3 ′ moves forward, the tapered portion 3 a of the main shaft 3 ′ engages with the inner ring 4 a of the angular ball bearing 4, and a predetermined preload acts on the angular ball bearing 4. It is supposed to. Also, when the tapered portion 3a of the main shaft 3 'is engaged with the inner ring 4a of the angular ball bearing 4, a predetermined gap is ensured between the front stator 35 and the flange portion 31a of the rotor 31. It has become.

【0037】前記工具補正データ記憶部43’は、主軸
3’の回転数が20000rpmよりも高い場合に使用
される工具補正データ、即ち、図3(a)に示した高速
回転時の工具補正データテーブルと、主軸3’の回転数
が20000rpmよりも低くなって主軸3’が前部側
に移動した場合に使用される工具補正データ、即ち、同
図(b)に示した低速回転時の工具補正データテーブル
の双方を記憶している。低速回転時の工具補正データ
は、主軸3’の軸方向の移動量を高速回転時の工具補正
データに加味することにより算出されるもので、例え
ば、低速回転時に主軸3’が前部側に0.3mm移動す
るとした場合、図3(a)に示した各工具の工具補正量
にそれぞれ0.3mmを加えることにより、同図3
(b)に示した工具補正量が得られる。
The tool correction data storage unit 43 'stores tool correction data used when the rotation speed of the spindle 3' is higher than 20000 rpm, that is, tool correction data at the time of high-speed rotation shown in FIG. Table and tool correction data used when the rotation speed of the spindle 3 ′ is lower than 20000 rpm and the spindle 3 ′ is moved to the front side, that is, the tool at the time of low-speed rotation shown in FIG. Both of the correction data tables are stored. The tool correction data at the time of low-speed rotation is calculated by adding the axial movement amount of the spindle 3 ′ to the tool correction data at the time of high-speed rotation. If the tool is moved by 0.3 mm, 0.3 mm is added to the tool correction amount of each tool shown in FIG.
The tool correction amount shown in (b) is obtained.

【0038】前記工具補正データ変更部46は、軸受制
御部44’からの制御信号を受信して、主軸3’の回転
数、即ち、主軸3’の軸方向の位置に応じた工具補正デ
ータを前記工具補正データ記憶部43’に記憶された工
具補正データから選択して駆動制御部41に送信する。
具体的には、主軸3’が高速回転位置にあるときには高
速回転時の工具補正データテーブルから該当する工具に
ついての工具補正データを読み出して駆動制御部41に
送信し、主軸3’が低速回転位置にあるときには低速回
転時の工具補正データテーブルから該当する工具につい
ての工具補正データを読み出して駆動制御部41に送信
する。そして、駆動制御部41は受信した工具補正デー
タを使用して前記駆動手段(図示せず)を数値制御す
る。
The tool correction data changing section 46 receives the control signal from the bearing control section 44 'and converts the tool correction data according to the rotation speed of the main shaft 3', that is, the axial position of the main shaft 3 '. The tool correction data is selected from the tool correction data stored in the tool correction data storage unit 43 'and transmitted to the drive control unit 41.
Specifically, when the spindle 3 'is in the high-speed rotation position, tool correction data for the corresponding tool is read from the tool correction data table at the time of high-speed rotation and transmitted to the drive control unit 41. , The tool correction data for the corresponding tool is read from the tool correction data table at the time of low-speed rotation and transmitted to the drive control unit 41. The drive control unit 41 numerically controls the drive unit (not shown) using the received tool correction data.

【0039】斯くして、このマシニングセンタ1によれ
ば、主軸3’の回転数が20000rpmよりも高い場
合には、主軸3’が後部ラジアル磁気軸受10,前部ラ
ジアル磁気軸受20及びスラスト磁気軸受30により支
持される一方、主軸3’の回転数が20000rpmよ
りも低くなると、前部ステータ35の増大した吸引力に
より主軸3’が軸方向前部側に移動して、主軸3’のテ
ーパ部3aとアンギュラ玉軸受4の内輪4aが係合する
結果、主軸3’は後部ラジアル磁気軸受10,前部ラジ
アル磁気軸受20,スラスト磁気軸受30及びアンギュ
ラ玉軸受4により支持される。
Thus, according to the machining center 1, when the rotation speed of the main shaft 3 ′ is higher than 20000 rpm, the main shaft 3 ′ is connected to the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20 and the thrust magnetic bearing 30. On the other hand, when the rotation speed of the main shaft 3 'becomes lower than 20000 rpm, the increased suction force of the front stator 35 moves the main shaft 3' to the front side in the axial direction, and the tapered portion 3a of the main shaft 3 ' As a result, the main shaft 3 ′ is supported by the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, the thrust magnetic bearing 30, and the angular ball bearing 4.

【0040】このように、高速回転時には、当該高速回
転領域において実切削に必要とされる剛性よりも高い動
剛性を与える後部ラジアル磁気軸受10,前部ラジアル
磁気軸受20及びスラスト磁気軸受30により主軸3’
を支持するようにし、低速回転時には、当該低速回転領
域において実切削に必要とされる剛性よりも高い動剛性
を与えるアンギュラ玉軸受4を加えて主軸3’を支持す
るようにしているので、主軸ヘッド2’の動剛性を、低
速回転から高速回転に至る主軸3’の全回転領域におい
て、実切削に必要とされる剛性よりも高いものとするこ
とができ、これによりあらゆる加工を高精度に行うこと
ができるようになる。
As described above, at the time of high-speed rotation, the main shaft is formed by the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, and the thrust magnetic bearing 30, which provide dynamic stiffness higher than required for actual cutting in the high-speed rotation region. 3 '
During low-speed rotation, the main shaft 3 ′ is supported by adding an angular ball bearing 4 that provides a higher dynamic rigidity than the rigidity required for actual cutting in the low-speed rotation region. The dynamic rigidity of the head 2 'can be made higher than the rigidity required for actual cutting in the entire rotation range of the main shaft 3' from low-speed rotation to high-speed rotation, so that any machining can be performed with high precision. Will be able to do it.

【0041】尚、前記アンギュラ玉軸受4は、例えば停
電,故障など不測の異常が生じた際に、前記主軸3’を
ラジアル方向及びアキシアル方向に支持して、前記ステ
ータ11,21、後部ステータ32、前部ステータ35
及びロータ14,24,31の各部が損傷するのを防止
する役割をも果たしている。また、本例では、主軸ヘッ
ド2’の静剛性(曲げ剛性及びねじり剛性)を考慮し
て、前記アンギュラ玉軸受4を主軸3’の前部側に設け
た。
The angular contact ball bearing 4 supports the main shaft 3 'in the radial and axial directions when an unexpected abnormality such as a power failure or failure occurs, for example, so that the stators 11 and 21 and the rear stator 32 are supported. , Front stator 35
And also serves to prevent the rotors 14, 24, 31 from being damaged. In this embodiment, the angular ball bearing 4 is provided on the front side of the spindle 3 'in consideration of the static rigidity (bending rigidity and torsional rigidity) of the spindle head 2'.

【0042】また、このマシニングセンタ1によれば、
主軸3’の回転数、即ち、主軸3’の軸方向の位置に応
じた工具補正データが、工具補正データ記憶部43’に
格納された工具補正データの中から工具補正データ変更
部46の処理によって抽出され、抽出された工具補正デ
ータを基に、駆動制御部41により駆動手段(図示せ
ず)が駆動される。具体的には、主軸3’の回転数が2
0000rpmよりも高く、主軸3’がその軸方向後部
側に位置している場合には、工具補正データ変更部46
は、工具補正データ記憶部43’に格納された、図3
(a)に示した高速回転時の工具補正データテーブルの
中から、該当する工具についての工具補正データを読み
出して駆動制御部41に送信し、主軸3’の回転数が2
0000rpm以下となり、主軸3’がその軸方向前部
側に位置するように制御されている場合には、図3
(b)に示した低速回転時の工具補正データテーブルの
中から、該当する工具についての工具補正データを読み
出して駆動制御部41に送信する。そして、駆動制御部
41は受信した工具補正データを使用して前記駆動手段
(図示せず)を数値制御する。
According to the machining center 1,
The tool correction data corresponding to the rotation speed of the main shaft 3 ′, that is, the axial position of the main shaft 3 ′ is processed by the tool correction data changing unit 46 from the tool correction data stored in the tool correction data storage unit 43 ′. The driving means (not shown) is driven by the drive control unit 41 based on the extracted tool correction data. Specifically, the rotation speed of the main shaft 3 ′ is 2
If the spindle 3 ′ is higher than 0000 rpm and the spindle 3 ′ is located on the rear side in the axial direction, the tool correction data changing unit 46
3 is stored in the tool correction data storage unit 43 ′,
The tool correction data for the corresponding tool is read from the tool correction data table at the time of high-speed rotation shown in (a) and transmitted to the drive control unit 41, and the rotation speed of the spindle 3 'is 2
0000 rpm or less, and when the main shaft 3 ′ is controlled to be located on the front side in the axial direction, FIG.
From the tool correction data table at the time of low-speed rotation shown in (b), tool correction data for the corresponding tool is read and transmitted to the drive control unit 41. The drive control unit 41 numerically controls the drive unit (not shown) using the received tool correction data.

【0043】主軸3’の回転数が20000rpmより
も高く、主軸3’がその軸方向後部側に位置するように
制御されている場合と、主軸3’の回転数が20000
rpm以下となり、主軸3’がその軸方向前部側に位置
するように制御されている場合とでは、主軸3’に装着
された工具の軸方向における刃先位置が異なるため、双
方の場合に、同じ工具補正データを用いて主軸ヘッド
2’を駆動制御し、加工を行うとすると、加工された穴
深さ,ねじ深さやボーリング加工深さが規定の寸法に仕
上がらない、即ち加工精度が悪くなるという問題を生じ
る。本例では、軸方向の位置が回転数によって駆動制御
される主軸3’の、当該軸方向における位置に応じた工
具補正データを使用して主軸ヘッド2’を数値制御して
いるので、このような問題を生じることがなく、主軸
3’の位置制御に伴う加工精度の悪化を防止することが
できる。
When the rotational speed of the main shaft 3 'is higher than 20,000 rpm and the main shaft 3' is controlled so as to be located on the rear side in the axial direction, the rotational speed of the main shaft 3 'is 20,000.
rpm or less, and when the main shaft 3 ′ is controlled to be located on the front side in the axial direction, the cutting edge position in the axial direction of the tool mounted on the main shaft 3 ′ is different. If the spindle head 2 'is driven and controlled using the same tool correction data to perform machining, the machined hole depth, screw depth, and boring machining depth will not be finished to specified dimensions, that is, machining accuracy will be poor. The problem arises. In this example, the spindle head 2 'is numerically controlled using tool correction data corresponding to the axial position of the spindle 3' whose position in the axial direction is drive-controlled by the rotational speed. It is possible to prevent the machining accuracy from deteriorating due to the position control of the spindle 3 'without causing any serious problem.

【0044】以上本発明の実施形態について説明した
が、本発明の具体的な態様がこれに限られるものでない
ことは言うまでもなく、例えば、後部ラジアル磁気軸受
10,前部ラジアル磁気軸受20,スラスト磁気軸受3
0及びアンギュラ玉軸受3を設ける位置関係は本例に限
られるものではない。また、本発明に係る主軸の支持方
法は上例の立形工作機械に用いられる主軸ヘッドのみに
適用し得るものではなく、当然に、横形工作機械に用い
られる主軸ヘッドにも適用することができ、本発明に係
る主軸ヘッドも当然に横形工作機械に用いることができ
る。
Although the embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the specific aspects of the present invention are not limited to this. For example, the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, the thrust magnetic Bearing 3
The positional relationship where the 0 and angular ball bearings 3 are provided is not limited to this example. In addition, the method of supporting a spindle according to the present invention is not only applicable to the spindle head used in the vertical machine tool of the above example, but can be naturally applied to a spindle head used in a horizontal machine tool. The spindle head according to the present invention can of course be used for a horizontal machine tool.

【0045】また、上例では、主軸3’が軸方向後部側
に位置する際に使用される工具補正データと、主軸3’
が軸方向前部側に位置する際に使用される工具補正デー
タの両方を工具補正データ記憶部43’に記憶し、主軸
3’の位置に応じてこれらのデータ使い分けるようにし
たが、これに限られるものではなく、例えば、工具補正
データ記憶部43’に上記いずれかの工具補正データを
記憶し、工具補正データ変更部46において、記憶され
た工具補正データに主軸3’の軸方向の移動量を加算若
しくは減算して、主軸3’の位置に応じた工具補正デー
タを算出し、算出された工具補正データを基に主軸ヘッ
ド2’が駆動制御されるように構成しても良い。
In the above example, the tool correction data used when the main shaft 3 'is located at the rear side in the axial direction and the main shaft 3'
Are stored in the tool correction data storage unit 43 ', and these data are selectively used in accordance with the position of the spindle 3'. The present invention is not limited to this. For example, any one of the above-described tool correction data is stored in the tool correction data storage unit 43 ′, and the stored tool correction data is stored in the tool correction data changing unit 46 in the axial direction of the spindle 3 ′. The amount may be added or subtracted to calculate tool correction data corresponding to the position of the spindle 3 ', and the drive of the spindle head 2' may be controlled based on the calculated tool correction data.

【0046】また、上例では、工具補正データ変更部4
6が軸受制御部44’の制御信号を受信して主軸3’の
軸方向の位置を認識するように設けたが、工具補正デー
タ変更部46が駆動制御部41の制御信号を受信して主
軸3’の軸方向の位置を認識するように構成しても良
い。
In the above example, the tool correction data changing unit 4
6 receives the control signal of the bearing control unit 44 'and recognizes the axial position of the spindle 3', but the tool correction data changing unit 46 receives the control signal of the drive control unit 41 and You may comprise so that the position of 3 'of an axial direction may be recognized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る立形マシニングセンタ
の主要部を一部ブロック図で示す正面図である。
FIG. 1 is a front view partially showing a main part of a vertical machining center according to an embodiment of the present invention in a block diagram.

【図2】図1に示した主軸の一部を拡大して示す拡大図
である。
FIG. 2 is an enlarged view showing a part of a main shaft shown in FIG. 1 in an enlarged manner.

【図3】実施形態に係る立形マシニングセンタの工具補
正データ記憶部に格納される工具補正データを説明する
ための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for describing tool correction data stored in a tool correction data storage unit of the vertical machining center according to the embodiment.

【図4】従来の立形マシニングセンタの主要部を一部ブ
ロック図で示す正面図である。
FIG. 4 is a front view partially showing a main part of a conventional vertical machining center in a block diagram.

【図5】従来の立形マシニングセンタの工具補正データ
記憶部に格納される工具補正データを説明するための説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining tool correction data stored in a tool correction data storage unit of a conventional vertical machining center.

【図6】従来の主軸ヘッドの動剛性に関する特性を示し
たグラフである。
FIG. 6 is a graph showing characteristics relating to dynamic rigidity of a conventional spindle head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マシニングセンタ 2 主軸ヘッド 3 主軸 4 前部アンギュラ玉軸受 5 後部アンギュラ玉軸受 6 駆動ロータ 10 後部ラジアル磁気軸受 11,21 ステータ 14,24,31 ロータ 20 前部ラジアル磁気軸受 30 スラスト磁気軸受 31a フランジ部 32 後部ステータ 35 前部ステータ 16,25,39 センサ 40 数値制御装置 41 駆動制御部 42 位置算出部 43,43’ 工具補正データ記憶部 44,44’ 軸受制御部 45 変位検出部 46 工具補正データ変更部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machining center 2 Main shaft head 3 Main shaft 4 Front angular ball bearing 5 Rear angular ball bearing 6 Drive rotor 10 Rear radial magnetic bearing 11, 21 Stator 14, 24, 31 Rotor 20 Front radial magnetic bearing 30 Thrust magnetic bearing 31a Flange part 32 Rear stator 35 Front stator 16, 25, 39 Sensor 40 Numerical control unit 41 Drive control unit 42 Position calculation unit 43, 43 'Tool correction data storage unit 44, 44' Bearing control unit 45 Displacement detection unit 46 Tool correction data change unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主軸、該主軸を回転自在に支持するスラ
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受、並びに該スラスト
磁気軸受及びラジアル磁気軸受を支持するハウジングを
備えた主軸ヘッドと、被加工物を固定,支持する支持手
段と、該支持手段及び/又は主軸ヘッドを移動させる駆
動手段と、前記主軸の位置を検出する位置検出手段と、
前記スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受の作動を制
御する軸受制御手段と、記憶された工具補正データ及び
前記位置検出手段により検出された位置データを基に前
記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備え
た工作機械において、 前記主軸の一部に、該主軸の前部側に向かうに従って細
径となるテーパ部を設け、該主軸のテーパ部に対応した
位置にアンギュラ玉軸受を配設し、且つ該アンギュラ玉
軸受の内輪の内径部を、前記主軸の前部側に向かうに従
って細径となるテーパ状に形成し、 前記軸受制御手段を、前記主軸の回転数が一定の回転数
よりも低くなると、前記スラスト磁気軸受の吸引力によ
って前記主軸を前部側に引き寄せるように前記スラスト
磁気軸受を制御するものとして構成するとともに、 前記主軸ヘッドの駆動制御に使用される前記工具補正デ
ータを前記主軸の回転数に応じて変更する工具補正デー
タ変更手段を設け、 前記主軸の回転数が一定の回転数より低くなると、前記
主軸が前記スラスト磁気軸受の吸引力によって軸方向前
部側に移動し、前記主軸のテーパ部と前記アンギュラ玉
軸受の内輪のテーパ部が係合して、前記主軸が前記アン
ギュラ玉軸受によって支持され、且つ使用される前記工
具補正データが前記工具補正データ変更手段により前記
主軸の回転数に応じて変更され、変更された工具補正デ
ータを基に前記駆動手段が数値制御されるように構成し
たことを特徴とする工作機械。
1. A spindle head having a main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the main shaft, a housing supporting the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and a work to be fixed and supported. Supporting means, a driving means for moving the supporting means and / or the spindle head, and a position detecting means for detecting a position of the spindle.
Bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing; and numerical control means for numerically controlling the operation of the drive means based on the stored tool correction data and the position data detected by the position detection means. In a machine tool comprising: a part of the main shaft, a tapered portion having a smaller diameter toward the front side of the main shaft is provided, and an angular ball bearing is provided at a position corresponding to the tapered portion of the main shaft. And the inner diameter of the inner ring of the angular ball bearing is formed in a tapered shape having a smaller diameter toward the front side of the main shaft. When lowered, the thrust magnetic bearing is configured to be controlled so as to draw the main shaft toward the front side by the attraction force of the thrust magnetic bearing, and the main shaft head is controlled. Providing tool correction data changing means for changing the tool correction data used for dynamic control in accordance with the rotation speed of the spindle; and when the rotation speed of the spindle is lower than a certain rotation speed, the spindle becomes the thrust magnetic bearing. Is moved toward the front side in the axial direction by the attraction force, and the tapered portion of the main shaft engages with the tapered portion of the inner ring of the angular ball bearing, whereby the main shaft is supported by the angular ball bearing and used. A machine tool wherein tool correction data is changed by the tool correction data changing means in accordance with the rotational speed of the spindle, and the driving means is numerically controlled based on the changed tool correction data. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7812493B2 (en) 2007-03-23 2010-10-12 Jtekt Corporation Spindle apparatus
JP2010280039A (en) * 2009-06-05 2010-12-16 Canon Inc Polishing device
JP7454381B2 (en) 2020-01-09 2024-03-22 オークマ株式会社 Tool spindle position correction device for machine tools

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