JP2002005164A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハウジング等の温度が変化しても、高精度に
ワークを加工でき、また過度の温度上昇等の異常時に、
その異常が容易に認識できて、至急に対処できるように
する。また、ハウジングの温度変化を未然に防止する。 【解決手段】 静圧気体軸受または静圧磁気複合軸受を
用いたスピンドル装置において、ハウジングの温度測定
手段７６と、その温度測定値から所定の出力を求める温
度測定対応出力手段７７とを設ける。この所定の出力
は、例えば、温度測定値を主軸先端または工具のアキシ
アル位置に換算した換算値とする。また、この出力は、
温度測定値または前記換算値を設定値と比較して求めた
異常信号としても良い。ハウジング５の冷却手段７１に
対しては、主軸回転数の変化に応じて冷却力をフィード
フォワード制御すると共に、異常時の制御を行う冷却制
御手段８２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高速切削加工装置
や研削加工装置等に装備されるスピンドル装置、特に静
圧気体軸受や、静圧磁気複合軸受を備えたスピンドル装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高能率で高精度な加工を行うためには、
高速回転が可能で、かつ高回転精度を有するスピンドル
装置が必要となる。この要求に対し、静圧気体軸受や、
静圧気体軸受に磁気軸受を一体化した静圧磁気複合軸受
（例えば、特願平１０−９７５０５号）等の非接触軸受
が採用されている。図９は、静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置の一例を示す。これら非接触軸受を用いたスピン
ドル装置では、図９の例に示すように、主軸４に鍔部４
ａを持ち、この鍔部４ａの両端面を利用してアキシアル
軸受面を構成するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような静圧気体軸
受スピンドル装置や静圧磁気複合軸受スピンドル装置で
は、図９の例で説明するように、主軸端に取付けられて
いる工具１１の先端のアキシアル位置（Ｃ寸法）は、ス
ピンドル装置取付位置Ｐから主軸鍔部４ａまでのハウジ
ング５の寸法（Ｂ寸法）と、主軸鍔部４ａから工具先端
までの主軸４の寸法（Ａ寸法）によって変化する。ハウ
ジング取付位置Ｐは、スピンドル位置決め機構７５で進
退駆動されるハウジング設置台７４にハウジング５を取
付けた位置である。静圧気体軸受スピンドル装置や静圧
磁気複合軸受スピンドル装置を高速回転させると、静圧
気体軸受部での損失（風損）によって、主軸４およびハ
ウジング５の温度が上昇し、これらの温度上昇に伴う軸
方向熱膨張量から、工具先端のアキシアル位置（Ｃ寸
法）は変化する。このため、高精度な加工が困難になる
という課題があった。

【０００４】この発明の目的は、ハウジング等の温度が
変化しても、高精度にワークを加工でき、また主軸回転
数の変化時に、ハウジング温度の変化が未然に防止でき
て、一層の高精度化が図れるスピンドル装置を提供する
ことである。この発明の他の目的は、ハウジング温度の
過度の上昇等の異常時に、その異常が容易に認識でき
て、至急に対処が図れるようにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明を実施形態に対
応する図１と共に説明する。このスピンドル装置（１）
は、主軸（４）を、静圧気体軸受、または静圧気体軸受
と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受（６〜
９）で支持したスピンドル装置において、スピンドルハ
ウジング（５）の温度測定手段（７６）と、この温度測
定手段（７６）の温度測定値から所定の出力を求める温
度測定対応出力手段（７７）と、スピンドルハウジング
（５）を冷却する冷却手段（７１）と、この冷却手段
（７１）を制御する冷却制御手段（８２）とを設けたも
のである。

【０００６】温度測定対応出力手段（７７）の前記所定
の出力は、次の〜、すなわち、 ．前記温度測定手段（７６）の出力（つまり温度測定
値）、 ．前記温度測定手段（７６）の温度測定値を、所定の
熱変位演算により主軸先端のアキシアル位置若しくは主
軸先端に取付けられた部材（１１）のアキシアル位置に
換算した換算値、および ．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較
して求められた異常信号、のうちの少なくとも一つであ
る。なお、冷却制御手段（８２）による制御のために
は、上記〜のうちの少なくともは含み、，の
うちの両方または片方を含むことが望ましい。前記換算
値は、位置データとして取扱可能な値であれば良く、実
際の位置データに対して比例した値や、基準位置からの
変位量を示す値であっても良い。

【０００７】前記冷却制御手段（８２）は、主軸（４）
を回転させる回転数を設定した主軸回転数設定手段（９
１）の回転数、または主軸（４）の回転数を検出する主
軸回転数センサ（９２）の出力である回転数と、前記温
度測定対応出力手段（７７）の出力に応答して前記冷却
手段（７１）の冷却力を制御するものである。

【０００８】この構成によると、静圧気体軸受の損失
（風損）等による発熱でスピンドル装置（１）の温度が
上昇しても、温度測定対応出力手段（７７）から出力さ
れる温度測定値や、熱変位演算されたアキシアル位置の
換算値により、送り量を補正することができ、高精度に
ワークを加工することができる。温度測定対応出力手段
（７７）の出力が異常信号である場合は、ハウジング温
度の過度の上昇などのスピンドル異常時に、その異常信
号を外部で検出してスピンドル装置（１）を停止するな
どの適宜の処理が迅速に行える。また、冷却制御手段
（８２）により、温度測定対応出力手段（７７）の温度
測定結果に応じた出力で冷却手段（７１）を制御するこ
とによりハウジング（５）の適正な冷却が行える。冷却
制御手段（８２）は、さらに主軸回転数設定手段（９
１）の回転数、または主軸回転数センサ（９２）から得
られる主軸回転数に応じて冷却手段（７１）による冷却
力を制御するため、主軸（４）の温度変化要因である回
転数が変化したときに、ハウジング（５）の温度が実際
に変化するまでに冷却力を制御し、温度変化を抑制する
ことができる。冷却手段（７１）による冷却力の制御
は、冷却媒体の温度を変えるか、または冷却媒体の流量
を増減することで行える。

【０００９】前記冷却制御手段（８２）による主軸回転
数に応じた制御と、温度測定対応出力手段（７７）の温
度測定結果に応じた制御の組み合わせは、例えば次のよ
うに行う。すなわち、冷却制御手段（８２）は、前記主
軸回転数設定手段（９１）の回転数または主軸回転数セ
ンサ（９２）の回転数に応じた冷却手段（７１）の冷却
力の制御をフィードフォワード制御で行い、かつ前記温
度測定対応出力手段（７７）の出力に応じて前記冷却手
段（７１）の冷却力を制御するものとする。このように
主軸回転数に応じた制御をフィードフォワード制御とす
ることにより、温度測定対応出力手段（７７）の出力に
応じた制御と組み合わせながら、主軸回転数に応じた制
御が簡単に行える。温度測定対応出力手段（７７）の出
力に応じた制御は、温度測定対応出力手段（７７）から
出力された異常信号に応答して冷却手段（７１）の冷却
力を強めるように制御するものとしても良い。

【００１０】前記冷却制御手段（８２）による前記フィ
ードフォワード制御は、運転途中で前記主軸回転数設定
手段（９１）の回転数または主軸回転数センサ（９２）
の回転数に変化があった場合に、回転数増加のときは冷
却力を強め、回転数低下のときは冷却力を弱める制御を
行うものとする。運転開始時は、前記冷却制御手段（８
２）は、例えば、主軸回転数設定手段（９１）の設定回
転数に応じて冷却手段（７３）の初期冷却力の調整を行
うものとする。

【００１１】この発明において、前記主軸（４）の設置
されたハウジング（５）を主軸（４）の軸方向に移動さ
せるスピンドル位置決め機構（７５）を設け、前記温度
測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値ま
たは前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を
制御する温度補正手段（８３）を設けても良い。このよ
うにスピンドル位置決め機構（７５）を設けた場合に、
温度測定値やその換算値でスピンドル位置を温度補正制
御することにより、高精度にワークを加工することがで
きる。

【００１２】この発明において、前記静圧気体軸受また
は静圧磁気複合軸受（６〜９）を制御する機能を基本機
能としたスピンドルコントローラ（３）を設け、前記温
度測定対応出力手段（７７）を前記スピンドルコントロ
ーラ（３）に設け、温度測定対応出力手段（７７）の前
記所定の出力を、上記スピンドルコントローラ（３）の
外部に出力する外部出力手段（７８）を設けても良い。
このように外部出力手段（７８）を設けることで、この
スピンドル装置（１）を装備した加工装置（１３）の数
値制御装置（１４）や他の情報処理手段で、前記出力を
用い、スピンドル位置の熱変位補正や温度異常時の制御
を簡単に行うことができる。

【００１３】この発明において、前記外部出力手段（７
８）は、このスピンドル装置（１）の外部に通信回線
（８７）を介して送信するものであっても良い。このよ
うに通信回線（８７）を介して送信可能とすることで、
遠隔地の情報処理手段により、このスピンドル装置
（１）の熱変位状況を監視し、適宜の指令を与えたり、
統計処理を施したりすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図５と共に説明する。このスピンドル装置１は、スピ
ンドル装置本体２と、スピンドルコントローラ３とで主
に構成される。スピンドル装置本体２は、主軸４を、ハ
ウジング５に設置された複数のラジアル型の静圧磁気複
合軸受６，７とアキシアルの静圧磁気複合軸受８，９と
で支持し、スピンドル駆動源１０を設けたものである。
各々の静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧気体軸受と磁気
軸受を複合させたものであり、スピンドルコントローラ
３で制御される。主軸４は、先端に工具１１を把持する
チャック１２を有している。スピンドル装置１は、冷却
手段７１を有しており、この冷却手段７１は、ハウジン
グ５に設けたウォータージャッケット等の冷却媒体路７
２と、この冷却媒体路７２に冷却水等の冷却媒体を循環
させる冷却ユニット７３とで構成される。このスピンド
ル装置１は、高速切削装置や研削装置等の加工装置１３
に装備されており、加工装置１３の加工装置機械部１３
ａは数値制御装置１４で制御される。スピンドル装置１
のハウジング５は、ハウジング設置台７４に固定され、
ハウジング設置台７４と共にスピンドル位置決め機構７
５によりスピンドル軸方向に進退させられる。ハウジン
グ設置台７４は、基台（図示せず）にガイドを介して進
退自在に設置されている。スピンドル位置決め機構７５
は、サーボモータとボールねじ機構等からなる。

【００１５】この実施形態のスピンドル装置１は、この
ような基本構成のスピンドル装置において、ハウジング
５に温度測定手段７６を設けると共に、スピンドルコン
トローラ３に温度測定対応出力手段７７、外部出力手段
７８、記憶手段７９、書き込み手段８０、読み出し手段
８１を設け、さらに数値制御装置１４に冷却制御手段８
２、温度補正手段８３、強制停止手段８８、および警報
手段８９を設けたものである。また、主軸４には、低熱
膨張材料、例えばインバー材等の低熱膨張軟磁性材など
が用いられている。

【００１６】スピンドル装置本体２につき、図２〜図５
と共に説明する。このスピンドル装置１は、加工装置１
３のビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、
スピンドル駆動源１０は、各軸受６〜９の設置されたハ
ウジング５内に設置されている。このモータからなるス
ピンドル駆動源１０は、主軸４に一体に設けたられたロ
ータ２１と、ハウジング５に設置されたステータ２２と
で構成される。ハウジング５は略円筒状に形成されてい
る。スピンドル駆動源１０は、ビルトイン型とせずに、
ハウジング５の外部に設けて伝達機構を介して主軸４に
回転伝達するものであっても良い。各軸受６〜９とスピ
ンドル駆動源１０の配置は、この例では、主軸４の前部
（工具側部）および後部をラジアル型の静圧磁気複合軸
受６，７で支持し、その中間をアキシアル型の静圧磁気
複合軸受８，９で支持し、後端にスピンドル駆動源１０
を配置した構成としてある。上記配置に代えて、両ラジ
アル型軸受６，７の中間にスピンドル駆動源１０を配置
し、アキシアル型軸受８，９を主軸４の任意位置に配置
しても良い。また、アキシアル型軸受８，９は、非接触
軸受であれば良く、静圧磁気複合軸受に代えて、単独の
磁気軸受または静圧気体軸受を用いても良い。

【００１７】ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７
は、互いに同じ構成のものであり、片方の軸受６につ
き、図３に横断面を示すと共に、図４に縦断面を拡大し
て示す。静圧磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受
６Ａ，７Ａと磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたもの
である。この明細書で言う複合化とは、静圧および磁気
の両形式の軸受を共通部分が生じるように組み合わせる
ことを意味し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面と
に共通部分（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を
生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部
の部品が共通化されるものであれば良い。

【００１８】この実施形態では、図４に示すように、磁
気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受
６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、軸受構成部品
の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるように
してある。コア２３は、軸方向に離れた一対の主コア部
２３ａ，２３ａと、これら主コア部２３ａ，２３ａを連
結した連結コア部２３ｂと、両主コア部２３ａ，２３ａ
のスピンドル側端から対向して延びる延出部２３ｃ，２
３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成されている。主コア部
２３ａと延出部２３ｃの内径側面は、主軸４と所定の磁
気ギャップを形成する円筒面とされている。磁気軸受６
Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結コア部２３ｂにコイル
２５を巻装したものである。コイル２５は、樹脂材等の
非磁性体２６に埋め込まれている。

【００１９】静圧気体軸受６Ａ，７Ａは、コア２３およ
び非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に
軸受隙間ｄを形成する静圧軸受面６Ａａ，７Ａａと、コ
ア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸
受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成され
る。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開口
した給気孔２４の先端に設けられている。図３に階段断
面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方向
複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジン
グ５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間の
隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。こ
の非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６
（図４）と一体のものであっても良い。

【００２０】磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、主軸４とコア２３
との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を
有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に
検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受
隙間ｄの静圧（気体の圧力）を検出することで、その圧
力検出値を変位量に換算して磁気ギャップの変位を検出
するものとしてある。具体的には、変位検出手段２８
は、静圧軸受隙間ｄに先端が開口した圧力検出用の通気
路２８ａと、この通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂ
とで構成される。センサ２８ｂは、図２のようにコア２
３から軸方向に離れた位置に配置されている。通気路２
８ａは、細孔またはパイプで形成されていて、静圧軸受
隙間ｄにはコア２３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における
非磁性体２６の部分で開口している。図３は、図面を見
易くするために絞り２４ａと通気路２８ａの開口位置を
周方向にずらせて図示してあるが、実際は互いに周方向
の同じ位置とされている。

【００２１】図５は、アキシアル型の静圧磁気複合軸受
８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸
４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５
内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシ
アル型静圧磁気複合軸受３０を構成する。両側の静圧磁
気複合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。こ
れら静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８
Ａ，９Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたもので
ある。この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石
のコア３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを
設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の
一部が軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、ス
ピンドル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるよう
に、縦断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル
３５が収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋め
られている。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内
周コア部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成として
あるが、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に
間座２９が隣接している。

【００２２】アキシアル型の静圧気体軸受８Ａ，９Ａ
は、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａと
の間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａ
ａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
に開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、
コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設け
られている。

【００２３】アキシアル型の磁気軸受８Ｂ，９Ｂは、ス
ピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を
検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出
手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良
いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧（気体の圧
力）を検出することで、その圧力検出値を変位量に換算
して磁気ギャップの変位を検出するものとしてある。具
体的には、変位検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先
端が開口した圧力検出用の通気路３８ａと、この通気路
３８ａに連通したセンサ３８ｂ（図２）とで構成され
る。

【００２４】各静圧磁気複合軸受６〜９における静圧気
体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，３４には、ハウジング
５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧
縮空気またはその他の圧縮気体が供給される（図２参
照）。

【００２５】制御系につき説明する。図１において、ス
ピンドルコントローラ３は、各静圧磁気複合軸受６〜９
の磁気軸受６Ｂ〜９Ｂに、変位検出手段２８，３８の検
出値に応じて励磁電流を与える機能を基本機能とする。
スピンドルハウジング５に設けた温度測定手段７６は、
主軸４の鍔部４ａよりも先端側のハウジング温度を検出
するものであり、白金抵抗素子や熱電対等の感温素子が
用いられている。温度測定手段７６は、磁気軸受６の電
磁石コイル２５（図４）の抵抗の測定値を利用するもの
であっても良い。

【００２６】温度測定対応出力手段７７は、この例では
比較手段８４とディジタル変換手段８５で構成されてい
る。比較手段８４は、温度測定手段７６の出力である温
度測定値を、しきい値となる設定値と比較し、設定値を
超える場合に異常信号を出力するものであり、例えば、
電子回路素子の比較器が用いられる。比較手段８４は、
複数の設定値に対応していて、複数段階の異常信号を出
力するものであっても良い。ディジタル変換手段８５
は、温度測定手段７６のアナログ信号の出力をディジタ
ル値に変換する手段であり、比較手段８４の出力が単な
る二値信号である場合に、比較手段８４の出力を複数桁
で示されるディジタル値に変換する手段を兼ねる。温度
測定対応出力手段７７は、これらディジタル変換手段８
５から出力される温度測定値や、ディジタル値による異
常信号を出力とする。なお、比較手段８４の異常信号
は、そのまま温度測定対応出力手段７７の出力としても
良い。

【００２７】書き込み手段８０は、温度測定対応出力手
段７７の出力であるディジタル値の温度測定値および異
常信号を記憶手段７９に記憶させる手段である。記憶手
段７９は、次々と出力されるこれら温度測定値および異
常信号を、蓄積して記憶可能なものである。記憶手段７
０は、メモリ素子の他、磁気ディスク装置やその他の大
容量記憶装置等で構成される。

【００２８】外部出力手段７８は、温度測定対応出力手
段７７の各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出
力する手段であり、単なる出力ポートからなるインタフ
ェースであっても良いが、この例ではさらに通信機能部
８６と読み出し手段８１を有するものとしてある。通信
機能部８６は、電話回線網，データ通信回線網等の通信
回線８７を介して遠隔地に通信を行う手段である。読み
出し手段８１は、スピンドルコントローラ３の外部から
の指令に応じて記憶手段７９から記憶データを出力させ
る手段であり、外部指令に応じて、記憶手段８１に記憶
された任意のスピンドル運転時の温度測定値および異常
信号を出力可能としてある。

【００２９】数値制御装置１４は、加工プログラムに従
って加工装置機械部１３を制御する手段であり、主に軸
送り機能を制御する数値制御機能部と、主にシーケンス
制御を行うプログラマブルコントローラ機能部とを有し
ている。そのプログラマブルコントローラ機能部に、温
度補正手段８３、冷却制御手段８２、強制停止手段８
８、および警報手段８９が設けられている。温度補正手
段８３は、数値制御機能部に設ける場合もある。強制停
止手段８８は、温度測定対応出力手段７７から外部出力
手段７８を介して出力された異常信号に応答して、加工
装置１３を強制停止させる手段である。警報手段８９
は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段７８を
介して出力された異常信号に応答して警報を発生する手
段であり、警報として、警報音の発生、警報ランプの点
灯、表示装置画面における警報の表示等を行う。

【００３０】冷却制御手段８２は、温度測定対応出力手
段７７から外部出力手段７８を介して出力された異常信
号に応答して冷却手段７１を制御する機能と、主軸回転
数に応じて冷却手段７１をフィードフォワード制御する
機能とを備えた手段である。冷却制御手段８２におい
て、主軸回転数は、主軸回転数設定手段９１の設定回転
数か、または主軸回転数センサ９２の検出回転数のいず
れか一方を用いる。主軸回転数設定手段９１は、数値制
御装置１４において、パラメータとして回転数を設定す
る手段であっても良く、また数値制御装置１４で用いる
加工プログラム中の主軸回転数指令を、その主軸回転数
指令の実行時に記憶する手段であっても良い。主軸回転
数センサ９２は、主軸４の回転数を検出するエンコーダ
等のセンサであり、非接触で検出するものであっても、
接触して検出するものであっても良い。冷却制御手段８
２は、具体的には次の制御を行う。すなわち、運転途中
で主軸回転数設定手段９１の設定回転数または主軸回転
数センサ９２の回転数に変化があったときに、回転数増
加のときは冷却力を強め、回転数低下のときは冷却力を
弱める制御を行う。この冷却力の変更は、主軸回転数の
変化が設定範囲よりも大きい場合に行うようにし、設定
範囲内の場合は変更しないようにすることが好ましい。
冷却力の変更指令は、例えば、冷却ユニット７３に冷却
媒体の温度を低下させる指令か、冷却媒体の流量を増加
させる指令とされる。このように、主軸回転数が変化し
た場合に、その回転数変化による実際のハウジング５の
温度変化が生じる前に冷却力を調整することで、ハウジ
ング５の温度変化を未然に防止することができる。冷却
制御手段８２は、このような主軸回転数によるフィード
フォワード制御を行い、ハウジング５の異常温度上昇が
あった場合は、温度測定対応出力手段７７から外部出力
手段７８を介して出力された異常信号に応答して冷却手
段７１を制御する。異常信号に応答する制御は、例えば
冷却力を強める制御とされる。冷却制御手段８２による
主軸回転数に応じたフィードフォワード制御は、スピン
ドル装置１の運転開始時にも行うようにしても良い。こ
の場合は、主軸回転数は主軸回転数設定手段９１の設定
回転数を用いる。

【００３１】温度補正手段８３は、温度測定対応出力手
段７７から外部出力手段７８を介して出力された温度測
定値に応じて、スピンドル位置決め機構７５を制御する
手段である。すなわち、スピンドル位置決め機構７５の
移動量は、基本的には加工プログラムの指令値に従って
制御されるが、温度補正手段８３は、この送り量を所定
の温度補正演算式に従い、温度測定値に応じて変更す
る。この温度補正演算では、例えば、スピンドル装置取
付位置Ｐから工具先端までの寸法（Ｃ寸法）の温度変化
に伴う変化量を、スピンドル送り量の補正値として加え
る演算を行う。この工具先端のアキシアル位置を示すＣ
寸法は、工具１１の先端からスピンドル鍔部４ａまでの
主軸４の寸法（Ａ寸法）と、スピンドル装置取付位置Ｐ
からスピンドル鍔部４ａまでのハウジング５の寸法（Ｂ
寸法）との差である。したがって、Ｂ寸法のハウジング
熱膨張量と、Ａ寸法のスピンドル熱膨張量との差によっ
て、Ｃ寸法の熱膨張量が演算される。ハウジング５と主
軸４とは、非接触であるため、温度や温度変化に差があ
るため、ハウジング５の温度測定手段７６では主軸４の
温度は測定できない。そのため、主軸４の熱膨張量は、
温度測定手段７６の検出温度から推定演算した温度で演
算するようにしても良く、またスピンドル熱膨張量を無
視しても良い。このため、主軸４に低熱膨張材料を使用
した場合は、熱膨張補正の誤差が小さくて済む。

【００３２】図６は、この発明の他の実施形態を示す。
この実施形態では、温度測定対応出力手段７７Ａは、換
算手段９０を有し、その後段に比較手段８４Ａを有する
ものとしてある。また、温度測定対応出力手段７７Ａ
は、入力部にディジタル変換手段８５Ａを有し、温度測
定値をディジタル値に変換した信号が換算手段９０に入
力される。換算手段９０は、温度測定手段７６の温度測
定値を、所定の熱変位演算により主軸４の先端のアキシ
アル位置、またはスピンドル先端に取付けられた部材で
ある工具１１の先端のアキシアル位置（Ｃ寸法）に換算
する。比較手段８４Ａは、この換算手段９０から出力さ
れる換算値を設定値と比較し、換算値が設定値を超える
場合に異常信号を出力する。温度測定対応出力手段７７
Ａは、このようなディジタル変換手段８５Ａの温度測定
値出力、換算手段９０の出力、および比較手段８４Ａの
異常信号を出力する。外部出力手段７８は、温度測定対
応出力手段７７Ａの上記各出力をスピンドルコントロー
ラ３の外部に出力する。また、書き込み手段８０は、温
度測定対応出力手段７７Ａの上記各出力を記憶手段７９
に記憶させる。温度補正手段８３Ａは、換算手段９０で
出力される換算値を用いて温度補正演算を行うものとさ
れる。

【００３３】この実施形態におけるその他の構成，機能
は、図１の実施形態と同じである。なお、この実施形態
において、比較手段８４Ａは、換算値を比較する代わり
に、図１の実施形態と同じく温度測定手段７６の温度測
定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとして
も良く、また温度測定手段７６のディジタル変換手段８
５Ａで変換されたディジタル値による温度測定値を設定
値と比較して異常信号を出力するものとしても良い。例
えば、異常信号は、温度測定手段７６の温度測定値（ま
たはそのディジタル変換値）を比較手段８４Ａで比較し
て発生させ、換算手段９０の換算値出力は、温度補正手
段８３Ａによる温度補正演算に用いる。

【００３４】これら図１および図６の実施形態のスピン
ドル装置１によると、スピンドル装置１の温度が変化し
ても、スピンドル位置決め量を温度補正することがで
き、高精度にワークを加工することができる。また、ハ
ウジング温度の過度の上昇によるスピンドル装置異常時
に、外部に信号を出し、スピンドル装置１を停止させた
り、警報を出す等の処置が行える。

【００３５】上記各実施形態は、スピンドル装置１が静
圧磁気複合軸受６〜９を有するものである場合につき説
明したが、主軸４を静圧気体軸受のみで支持するスピン
ドル装置にも適用することができる。例えば、上記各実
施形態において、静圧磁気複合軸受６〜９に代えて、図
８に示すように静圧気体軸受６Ａ〜９Ａのみを設けたも
のとしても良い。

【００３６】つぎに、通信系を説明する。図７は、図１
または図６のスピンドル装置１、およびこのスピンドル
装置１を装備した加工装置１３の通信系の展開例を示
す。この加工装置１３を設置した事業所１０１には、他
の加工装置１０２が複数設置されており、これら加工装
置１３，１０２は、各々単独で、または複数台が共通の
情報処理手段１０３，１０４に接続されている。これら
情報処理手段１０３，１０４は、ウェブサーバ１１０、
ファイバウォール１１１、およびルータ１１２等のネッ
トワーク構成機器と共にローカルエリアネットワーク１
１９を構成する。このローカルエリアネットワーク１１
９は、通信回線８７によりインターネット１２０を介し
て、各々別の事業所１１３，１１４のローカルエリアネ
ットワークに設置された遠隔地の情報処理手段１２１に
通信機器１１６を介して接続されている。加工装置１３
は、基本的にはその数値制御装置１４が、情報処理手段
１０３に接続され、この情報処理手段１０３を介してロ
ーカルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続され
た構成とされているが、これと併用して、あるいはこれ
とは別に、数値制御装置１４に設けられた通信手段やス
ピンドルコントローラ３に設けられた外部出力手段７８
の通信機能部８６（図１，図６）から直接にローカルエ
リアネットワーク１１９内の通信線に接続された通信系
統を備えるものとしても良い。

【００３７】

【発明の効果】この発明のスピンドル装置は、スピンド
ルハウジングの温度測定手段と、この温度測定手段の温
度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段
とを設けたため、ハウジング等の温度が変化しても、高
精度にワークを加工することができる。また、主軸回転
数と温度測定対応出力手段の出力に応じてハウジングの
冷却手段の冷却力を制御するものとしたため、ハウジン
グの温度上昇要因となる主軸回転数に応じて、ハウジン
グ温度の変化が抑制でき、一層の高精度化が図れる。ま
た、温度測定値やその寸法換算値を設定値と比較して異
常信号を求めるようにした場合は、ハウジング温度の異
常上昇時等に、その異常が容易に認識できて、至急に対
処することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるスピンドル装置
の概念構成を示すブロック図である。

【図２】そのスピンドル装置本体の縦断面側面図であ
る。

【図３】同スピンドル装置本体の横断正面図である。

【図４】ラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図で
ある。

【図５】アキシアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図
である。

【図６】この発明の他の実施形態にかかるスピンドル装
置の概念構成を示すブロック図である。

【図７】この発明のスピンドル装置に接続した通信系の
概念構成の説明図である。

【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかるスピン
ドル装置のスピンドル装置本体の断面図である。

【図９】従来のスピンドル装置の断面図である。

【符号の説明】

１…スピンドル装置 ２…スピンドル装置本体 ３…スピンドルコントローラ ４…主軸 ５…ハウジング ６〜９…静圧磁気複合軸受 ６Ａ〜９Ａ…静圧気体軸受 ６Ｂ〜９Ｂ…磁気軸受 １０…スピンドル駆動源 １３…加工装置 １４…数値制御装置 ７１…冷却手段 ７４…スピンドル装置設置台 ７５…スピンドル位置決め機構 ７６…温度測定手段 ７７，７７Ａ…温度測定対応出力手段 ７８…外部出力手段 ７９…記憶手段 ８０…書き込み手段 ８１…読み出し手段 ８２…冷却制御手段 ８３，８３Ａ…温度補正手段 ８４，８４Ａ…比較手段 ８５，８５Ａ…ディジタル変換手段 ８７…通信回線 ９０…換算手段 ９１…主軸回転数設定手段 ９２…主軸回転数センサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸を、静圧気体軸受、または静圧気体
   軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で支
   持したスピンドル装置において、スピンドルハウジング
   の温度測定手段と、この温度測定手段の温度測定値から
   所定の出力を求める温度測定対応出力手段とを設け、前
   記所定の出力は、次の〜、すなわち、 ．前記温度測定手段の出力、 ．前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演
   算により主軸先端のアキシアル位置若しくは主軸先端に
   取付けられた部材のアキシアル位置に換算した換算値、
   および ．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較
   して求められた異常信号、のうちの少なくとも一つと
   し、 前記スピンドルハウジングを冷却する冷却手段を設け、
   この冷却手段の冷却動作を制御する冷却制御手段を設
   け、この冷却制御手段は、主軸を回転させる回転数を設
   定した主軸回転数設定手段の回転数、または主軸の回転
   数を検出する主軸回転数センサの出力である回転数と、
   前記温度測定対応出力手段の出力に応じて前記冷却手段
   の冷却力を制御するものとしたスピンドル装置。
2. 【請求項２】 前記冷却制御手段は、前記主軸回転数設
   定手段の回転数または主軸回転数センサの回転数に応じ
   て前記冷却手段の冷却力をフィードフォワード制御し、
   かつ前記温度測定対応出力手段の出力に応じて前記冷却
   手段の冷却力を制御するものである請求項１記載のスピ
   ンドル装置。
3. 【請求項３】 前記冷却制御手段による前記フィードフ
   ォワード制御は、運転途中で前記主軸回転数設定手段の
   回転数または主軸回転数センサの回転数に変化があった
   ときに、回転数増加のときは冷却力を強め、回転数低下
   のときは冷却力を弱める制御を行うものとした請求項２
   記載のスピンドル装置。
4. 【請求項４】 前記スピンドルハウジングを主軸の軸方
   向に移動させるスピンドル位置決め機構を設け、前記温
   度測定対応出力手段から出力される温度測定値または前
   記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御す
   る温度補正手段を設けた請求項１ないし請求項３のいず
   れかに記載のスピンドル装置。
5. 【請求項５】 前記静圧気体軸受または静圧磁気複合軸
   受を制御する機能を基本機能としたスピンドルコントロ
   ーラを設け、前記温度測定対応出力手段を前記スピンド
   ルコントローラに設け、温度測定対応出力手段の前記所
   定の出力を、上記スピンドルコントローラの外部に出力
   する外部出力手段を設けた請求項１ないし請求項４のい
   ずれかに記載のスピンドル装置。
6. 【請求項６】 前記外部出力手段を、このスピンドル装
   置の外部に通信回線を介して送信するものとした請求項
   ５記載のスピンドル装置。