JP2002039177A - Non-contact bearing spindle device - Google Patents

Non-contact bearing spindle device

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JP2002039177A
JP2002039177A JP2000222149A JP2000222149A JP2002039177A JP 2002039177 A JP2002039177 A JP 2002039177A JP 2000222149 A JP2000222149 A JP 2000222149A JP 2000222149 A JP2000222149 A JP 2000222149A JP 2002039177 A JP2002039177 A JP 2002039177A
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JP
Japan
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bearing
natural frequency
spindle device
hydrostatic
displacement
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Japanese (ja)
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Nobuyuki Suzuki
伸幸 鈴木
Hiroyuki Yamada
裕之 山田
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact bearing spindle device capable of preventing cutting errors by avoiding the conditions of resonance prior to machining. SOLUTION: A main spindle 4 is supported by static pressure and magnetic compound bearings 6 and 7. A signal processing means 32 is provided for analyzing the frequency of an output signal of a displacement detecting means 28 which detects the displacement of the main spindle 4. A natural frequency detecting means 34 is provided for determining the natural frequency of the main spindle 4 during mounting of a tool, based on the result of the frequency analysis by the signal processing means 32. A means 36 for treating at the time of a coincidence on the number of revolutions and the number of tool blades is provided which performs a predetermined process in case that an integer times of a formula; (the number of revolutions)×(the number of tool blades) coincide with the natural frequency with the result of detection by the natural frequency detecting means 34 indicates.

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】この発明は、静圧磁気複合軸
受または磁気軸受を備えた非接触軸受スピンドル装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact bearing spindle device provided with a hydrostatic composite bearing or a magnetic bearing.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】エンドミ
ル等の工具をスピンドル装置の主軸に装着する場合、工
具の種類および突き出し長さ等によって、曲げ固有転動
数が変化する。多刃工具を使って加工したときに、(回
転数)×(刃数)の整数倍が上記曲げ固有振動数に一致
すると、共振によりびびり振動が生じて綺麗な切削が困
難になる。このような振動が生じるか否かは、通常は、
実際に加工をして確かめるしかなく、加工不良品を生じ
させていた。
2. Description of the Related Art When a tool such as an end mill is mounted on a spindle of a spindle device, the number of inherent bending changes depending on the type of the tool and the length of protrusion. When an integer multiple of (number of revolutions) × (number of blades) matches the above natural frequency of bending when machining using a multi-blade tool, chattering occurs due to resonance, making it difficult to perform clean cutting. Whether or not such vibrations occur is usually determined by
There was no choice but to actually check the processing, which resulted in defective processing.

【0003】この発明の目的は、加工前に共振条件を回
避して切削不良を未然に防止できる非接触軸受スピンド
ル装置を提供することである。この発明の他の目的は、
加工中に共振条件が発生したときに、共振条件を回避し
て切削不良を未然に防止できるようにすることである。
An object of the present invention is to provide a non-contact bearing spindle device capable of avoiding a resonance condition before machining and preventing a cutting defect beforehand. Another object of the present invention is
An object of the present invention is to prevent a cutting defect by avoiding a resonance condition when a resonance condition occurs during processing.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】この発明における第1の
発明の非接触軸受スピンドル装置(1)は、磁気軸受
(6B,7B)と静圧気体軸受(6A,7A)とが複合
化された静圧磁気複合軸受(6,7)で主軸(4)が支
持され、主軸(4)の変位を検出する変位検出手段(2
8)を備えた非接触軸受スピンドル装置において、上記
変位検出手段(28)の出力信号を周波数分析する信号
処理手段(32)を設け、前記主軸(4)の工具装着時
の固有振動数を、上記信号処理手段(32)の周波数分
析結果より求める固有振動数検出手段(34)を設け、
この固有振動数検出手段(34)の検出結果に応じて、
(回転数)×(工具刃数)の整数倍が上記固有振動数に
一致する場合に所定の処理を行う回転数・工具刃数一致
時対処手段(36)を設けたことを特徴とする。この構
成によると、主軸(4)の工具装着状態の固有振動数
が、信号処理手段(32)の周波数分析結果より、固有
振動数検出手段(34)によって求められる。この固有
振動数検出手段(34)の検出結果に応じて、(回転
数)×(工具刃数)の整数倍が上記固有振動数に一致す
る場合に、回転数・工具刃数一致時対処手段(36)が
所定の処理を行う。そのため、加工前に共振条件を回避
して切削不良を未然に防止することができる。固有振動
数検出手段(34)による固有振動数の検出は、例えば
工具(11)の装着の後、加工開始前等の設定されたと
きに行う。加工機(13)に数値制御装置(14)が備
えられている場合は、加工プログラムに記述された所定
の指令に応答して、固有振動数検出手段(34)による
固有振動数の検出を行うようにしても良い。固有振動数
検出手段(34)は、操作盤等からの検出指令の入力に
応答して検出を開始するものとしても良い。回転数・工
具刃数一致時対処手段(36)は、(回転数)×(工具
刃数)が上記固有振動数に一致する場合に所定の処理を
行うものであっても良い。
A non-contact bearing spindle device (1) according to a first aspect of the present invention is a composite of a magnetic bearing (6B, 7B) and a hydrostatic gas bearing (6A, 7A). The main shaft (4) is supported by the hydrostatic magnetic composite bearings (6, 7), and the displacement detecting means (2) detects the displacement of the main shaft (4).
In the non-contact bearing spindle device provided with 8), a signal processing means (32) for frequency-analyzing the output signal of the displacement detecting means (28) is provided, and the natural frequency of the spindle (4) when the tool is mounted is determined by: A natural frequency detecting means (34) obtained from a frequency analysis result of the signal processing means (32);
According to the detection result of the natural frequency detecting means (34),
A countermeasure means (36) for performing a predetermined process when the integral multiple of (number of rotations) × (number of tool blades) matches the above natural frequency is provided. . According to this configuration, the natural frequency of the spindle (4) in the tool mounted state is obtained by the natural frequency detecting means (34) from the frequency analysis result of the signal processing means (32). According to the detection result of the natural frequency detecting means (34), when an integer multiple of (number of rotations) × (number of tool blades) matches the above natural frequency, a countermeasure is taken when the number of rotations and number of tool blades match. Means (36) performs a predetermined process. For this reason, it is possible to prevent cutting defects by avoiding the resonance conditions before machining. The detection of the natural frequency by the natural frequency detecting means (34) is performed, for example, at a set time after the mounting of the tool (11) and before the start of machining. When the processing machine (13) is provided with a numerical controller (14), the natural frequency is detected by the natural frequency detecting means (34) in response to a predetermined command described in the processing program. You may do it. The natural frequency detecting means (34) may start detection in response to input of a detection command from an operation panel or the like. The coping means (36) when the number of rotations and the number of tool blades match may perform predetermined processing when (number of rotations) × (number of tool blades) matches the above natural frequency.

【0005】上記回転数・工具刃数一致時対処手段(3
6)は、(回転数)×(工具刃数)の整数倍が上記固有
振動数に一致する場合に、上記所定の処理として、警告
を発生する処理、および主軸回転数を僅かにずらせる処
理の両方またはいずれか片方を行うものとしても良い。
上記一致する場合の処理として、主軸回転数を僅かにず
らせるようにした場合は、共振の生じない回転数で主軸
(4)が回転するため、共振による切削不良が未然に防
止される。また、このような共振回避が自動的に行え
る。回転数の変更は僅かであるため、加工の速度や加工
品質への影響も小さい。したがって、主軸回転数を僅か
にずらせる程度は、共振の影響が加工精度上で無視でき
る程度であって、できるだけ変更量が少ないことが好ま
しい。上記一致する場合の処理として、警告を発生する
ようにした場合は、オペレータがその警告を見聞きし
て、回転数変更等の適宜の処理を行うことになる。
Means for coping with the above-mentioned rotation speed / number of tool blades (3)
6) a process for generating a warning and a process for slightly shifting the spindle speed when the integral frequency of (number of revolutions) × (number of tool blades) matches the above natural frequency. Both or any one of them may be performed.
When the main shaft rotation speed is slightly shifted as a process in the case of the coincidence, the main shaft (4) rotates at a rotation speed at which resonance does not occur, so that cutting failure due to resonance is prevented beforehand. In addition, such resonance avoidance can be performed automatically. Since the change in the number of revolutions is slight, the influence on the processing speed and processing quality is small. Therefore, the extent to which the spindle speed is slightly shifted is such that the influence of resonance is negligible in terms of machining accuracy, and it is preferable that the change amount is as small as possible. If a warning is issued as a process in the case of the coincidence, the operator sees and hears the warning and performs an appropriate process such as a change in the number of revolutions.

【0006】この発明における第2の発明の非接触軸受
スピンドル装置(1)は、磁気軸受(6B,7B)と静
圧気体軸受(6A,7A)とが複合化された静圧磁気複
合軸受(6,7)で主軸(4)が支持され、主軸(4)
の変位を検出する変位検出手段(28)を備えた非接触
軸受スピンドル装置において、上記変位検出手段(2
8)の出力信号を周波数分析する信号処理手段(32)
を設け、この静圧磁気複合軸受スピンドル装置(1)を
装備した加工機の加工中に、前記信号処理手段(32)
の周波数分析結果を監視し、設定された固有振動数また
はその整数倍に一致したびびり振動が検出されたとき
に、上記加工機(13)の制御装置(14)における加
工条件の設定を変える振動対応加工条件変更手段(3
5)を設けたことを特徴とする。この構成の場合、加工
機(13)の加工中に、設定された固有振動数またはそ
の整数倍に一致したびびり振動が検出されたときに、振
動対応加工条件変更手段(3)の処理により、上記加工
機(13)の制御装置(14)における加工条件の設定
が変えられる。そのため、共振条件を回避して切削不良
をできるだけ早期に防止することができる。振動対応加
工条件変更手段(35)は、設定された固有振動数に一
致したびびり振動が検出されたときに、上記加工機(1
3)の制御装置(14)における加工条件の設定を変え
るものとしても良い。
A non-contact bearing spindle device (1) according to a second aspect of the present invention is a hydrostatic magnetic composite bearing () wherein a magnetic bearing (6B, 7B) and a hydrostatic gas bearing (6A, 7A) are combined. The main shaft (4) is supported by the main shafts (6, 7).
In a non-contact bearing spindle device provided with a displacement detecting means (28) for detecting the displacement of
8) Signal processing means (32) for frequency-analyzing the output signal
During processing of a processing machine equipped with the hydrostatic composite bearing spindle device (1), the signal processing means (32)
Monitoring the frequency analysis result, and when chatter vibration is detected that matches the set natural frequency or an integral multiple thereof, the vibration for changing the setting of the processing condition in the control device (14) of the processing machine (13) is changed. Corresponding processing condition changing means (3
5) is provided. In the case of this configuration, during the processing of the processing machine (13), when chatter vibration is detected that matches the set natural frequency or an integer multiple thereof, the processing by the vibration-compatible processing condition changing means (3) causes The setting of the processing conditions in the control device (14) of the processing machine (13) is changed. For this reason, it is possible to prevent cutting defects as early as possible by avoiding resonance conditions. When the vibration-corresponding machining condition changing means (35) detects chattering vibration that matches the set natural frequency, the processing machine (1)
The setting of the processing conditions in the control device (14) of 3) may be changed.

【0007】これら第1の発明または第2の発明の非接
触軸受スピンドル装置において、静圧磁気複合軸受
(6,7)に変えて磁気軸受を設けても良い。このよう
に磁気軸受で主軸を支持する非接触軸受スピンドル装置
においても、静圧磁気複合軸受で支持する場合と同様
に、加工前に共振条件を回避して切削不良を未然に防止
することができ、また加工中に共振条件が発生したとき
に、共振条件を回避して切削不良を未然に防止すること
ができる。
In the non-contact bearing spindle device according to the first or second invention, a magnetic bearing may be provided instead of the hydrostatic / magnetic composite bearing (6, 7). As described above, even in the non-contact bearing spindle device in which the main shaft is supported by the magnetic bearing, the resonance condition can be avoided before machining and the cutting failure can be prevented in advance, as in the case of the support by the hydrostatic composite bearing. In addition, when a resonance condition occurs during machining, the resonance condition can be avoided to prevent cutting defects.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図面と共
に説明する。図1は、この実施形態にかかる非接触軸受
スピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。こ
の実施形態は静圧磁気複合軸受スピンドル装置に適用し
た例である。まず、概略を説明する。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とアキシアル型の静圧磁気複
合軸受8,9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6A〜9Aと、磁気軸受6B〜9B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。このスピンドル装置1を装備した加工機13
は、加工機制御装置14で制御される。スピンドルコン
トローラ3は、主軸4の変位検出手段28の検出値を増
幅する変位センサアンプ31と、この変位センサアンプ
31の出力に応じて磁気軸受6B〜9Bの磁力制御を行
う磁力制御手段33とを備える。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a conceptual configuration of a non-contact bearing spindle device according to this embodiment. This embodiment is an example applied to a hydrostatic magnetic composite bearing spindle device. First, the outline will be described. The spindle device 1 mainly includes a spindle device main body 2 and a spindle controller 3. The spindle device main body 2
The spindle 4 is supported by a plurality of radial type hydrostatic magnetic composite bearings 6 and 7 and axial type hydrostatic magnetic composite bearings 8 and 9 installed in a housing 5, and a spindle drive source 10 is provided. Each of the hydrostatic magnetic composite bearings 6 to 9 is a composite of the hydrostatic gas bearings 6A to 9A and the magnetic bearings 6B to 9B, and is controlled by the spindle controller 3.
The main shaft 4 has a chuck 12 at its tip for holding a tool 11. Processing machine 13 equipped with this spindle device 1
Is controlled by the processing machine control device 14. The spindle controller 3 includes a displacement sensor amplifier 31 that amplifies the detection value of the displacement detection unit 28 of the main shaft 4 and a magnetic force control unit 33 that controls the magnetic force of the magnetic bearings 6B to 9B according to the output of the displacement sensor amplifier 31. Prepare.

【0009】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、加工機13
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。
FIGS. 2 to 5 show the spindle device main body 2.
It is explained together with. The spindle device 1 includes a processing machine 13
The spindle drive source 10 is installed in a housing 5 in which bearings 6 to 9 are installed. The spindle drive source 10 including the motor includes a rotor 21 provided integrally with the main shaft 4 and a stator 22 provided in the housing 5. The housing 5 is formed in a substantially cylindrical shape.
The spindle drive source 10 may be provided outside the housing 5 and transmit rotation to the main shaft 4 via a transmission mechanism, instead of being built-in. In this example, the arrangement of the bearings 6 to 9 and the spindle drive source 10 is such that the front part (tool side part) and the rear part of the main shaft 4 are supported by radial type hydrostatic composite bearings 6 and 7, and the intermediate part is axial. It is configured to be supported by static pressure magnetic composite bearings 8 and 9 of a mold type, and a spindle drive source 10 is arranged at the rear end. Instead of the above arrangement, the spindle drive source 10 may be arranged between the radial bearings 6 and 7, and the axial bearings 8 and 9 may be arranged at arbitrary positions on the main shaft 4. The axial type bearings 8 and 9 may be non-contact bearings, and a single magnetic bearing or a static pressure gas bearing may be used instead of the hydrostatic / magnetic composite bearing.

【0010】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。
Radial-type hydrostatic magnetic composite bearings 6, 7
3 have the same configuration. FIG. 3 shows a cross section of one of the bearings 6, and FIG. The hydrostatic and magnetic composite bearings 6 and 7 are each a composite of the hydrostatic gas bearings 6A and 7A and the magnetic bearings 6B and 7B. The term "combination" as used in this specification means that both types of bearings of a static pressure type and a magnetic type are combined so as to generate a common part. For example, a common part (a radial bearing) In this case, an axially overlapping portion may be generated, or at least a part of parts may be shared by both types of bearings.

【0011】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
の主軸側端から対向して延びる延出部23c,23c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6B,7
B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。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the throttles 24a of the hydrostatic gas bearings 6A and 7A are provided on the core 23 of the electromagnets of the magnetic bearings 6B and 7B, so that the components of the bearing can be used in common. Part of the bearing surface is configured to overlap in the axial direction. The core 23 includes a pair of main cores 23a, 23a separated in the axial direction, a connection core 23b connecting the main cores 23a, 23a, and both main cores 23a, 23a.
And a pair of extending portions 23c, 23c extending from the main shaft side end to form a C-shaped vertical section. Main core part 23a
The inner diameter side surface of the extension portion 23c is a cylindrical surface forming a predetermined magnetic gap with the main shaft 4. Magnetic bearing 6B, 7
B is a coil in which a coil 25 is wound around a connecting core portion 23b of the core 23. The coil 25 is embedded in a non-magnetic body 26 such as a resin material.

【0012】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。
The static pressure gas bearings 6A, 7A are formed on the inner diameter side surfaces of the core 23 and the non-magnetic material 26 and form a bearing gap d between the main shaft 4 and the static pressure bearing surfaces 6Aa, 7Aa. An aperture 24a is provided on each of the main cores 23a, 23a and opens on the hydrostatic bearing surfaces 6Aa, 7Aa. The throttles 24a are provided at the ends of the air supply holes 24 opened on the outer diameter side surfaces of the main core portions 23a. As shown in a stepped cross section in FIG. 3, the cores 23 are arranged at a plurality of locations (four locations in the example in the figure) in the circumferential direction around the main shaft 4 and fixed to the housing 5. The gap between the circumferentially adjacent cores 23 is filled with a non-magnetic material 27 such as a resin material. The non-magnetic body 27 is formed around the non-magnetic body 26 around the coil 25.
(FIG. 4).

【0013】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23から軸方向に離
れた位置に配置されている。通気路28a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2
3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。
The magnetic bearings 6B and 7B are composed of a main shaft 4 and a core 23.
And a displacement detecting means 28 for detecting the displacement of the magnetic gap between them. The displacement detecting means 28 may directly detect the displacement amount, but in this example, by detecting the static pressure in the static pressure bearing gap d, the detected pressure value is converted into the displacement amount. To detect the displacement of the magnetic gap. More specifically, the displacement detecting means 28 is composed of a pressure detection air passage 28a having a distal end opened in the static pressure bearing gap d, and a sensor 28b communicating with the air passage 28a.
The sensor 28b is disposed at a position axially away from the core 23 as shown in FIG. The air passage 28a is formed by a fine hole or a pipe, and the core 2
An opening is provided at the portion of the non-magnetic member 26 between the third extending portions 23c. In FIG. 3, the opening positions of the throttle 24a and the ventilation path 28a are shifted in the circumferential direction for the sake of clarity, but they are actually at the same position in the circumferential direction.

【0014】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。
FIG. 5 is an enlarged view of the axial type hydrostatic composite bearings 8 and 9. The pair of bearings 8, 9 are opposed to both surfaces of a flange 4 a provided on the
And constitutes one double-sided axial-type hydrostatic composite bearing 30. The hydrostatic composite bearings 8 and 9 on both sides have the same configuration. These hydrostatic magnetic composite bearings 8 and 9 are respectively composed of hydrostatic gas bearings 8.
A, 9A and magnetic bearings 8B, 9B are combined. In this embodiment, the throttles 34a of the hydrostatic gas bearings 8A and 9A are provided on the electromagnet cores 33 of the magnetic bearings 8B and 9B, so that the bearing components are shared and a part of the bearing surface overlaps in the axial direction. It is like that. The core 33 has a C-shaped longitudinal section so that an opening 33d is formed on the surface facing the spindle flange 4a, and the coil 35 is accommodated therein. The opening 33d is filled with a non-magnetic material. The core 33 has an assembly configuration of an inner core portion 33a and an outer core portion 33b having an L-shaped cross section in the illustrated example, but may be an integral structure. The spacer 29 is adjacent to the core 33 in the axial direction.

【0015】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。
Axial-type hydrostatic gas bearings 8A, 9A
Are hydrostatic bearing surfaces 8Aa, 9A formed on the side surface of the core 33 and forming a bearing gap d2 with the spindle flange 4a.
a, and hydrostatic bearing surfaces 8Aa, 9Aa provided on the core 33.
And a stop 34a which is open to the outside. The aperture 34a is
It is provided at the tip of an air supply hole 34 opened on the outer diameter side surface of the core 33.

【0016】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。
The axial type magnetic bearings 8B and 9B have displacement detecting means 38 for detecting displacement of a magnetic gap between the spindle flange 4a and the core 33. The displacement detecting means 38 may directly detect the displacement amount, but in this example, by detecting the static pressure in the static pressure bearing gap d2, the detected pressure value is converted into the displacement amount. To detect the displacement of the magnetic gap. More specifically, the displacement detection means 38 includes a pressure detection air passage 38a having a distal end opened in the static pressure bearing gap d2, and a sensor 38b (FIG. 2) communicating with the air passage 38a.

【0017】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、図2に示す
ようにハウジング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。
In the air supply holes 24, 34 of the static pressure gas bearings 6A to 9A in each of the static pressure magnetic composite bearings 6 to 9, as shown in FIG. Supplies compressed air or other compressed gas.

【0018】制御系につき、図1と共に説明する。スピ
ンドルコントローラ3は、スピンドル装置1の全体を制
御する手段であり、マイクロコンピュータと電子部品,
電気部品等で構成される。スピンドルコントローラ3
は、静圧磁気複合軸受6〜9の静圧気体軸受6A〜9A
を制御する機能と、磁気軸受6B〜9Bを制御する機能
とを基本機能とする。スピンドルコントローラ3は、上
記のように変位検出手段28の検出値を増幅する変位セ
ンサアンプ31を有し、磁力制御手段33は、変位セン
サアンプ31の出力値に応じて各磁気軸受6B〜9Bの
磁力制御を行う。磁力制御手段33は、電源と、パワー
回路と、そのパワー回路のパワーを制御する手段で構成
される。なお、変位センサアンプ31および磁力制御手
段33は、図1では代表して各々一つを示したが、個々
の磁気軸受6B〜9Bに対して設けられる。加工機制御
装置14は、このスピンドル装置1を装備した加工機1
3を制御する装置であり、コンピュータ式の数値制御装
置等からなる。加工機13は、スピンドル装置1の主軸
4に装着された工具11で切削加工または研削加工を行
う機械であり、スピンドル装置1とワーク(図示せず)
とを相対的に移動させる送り台(図示せず)を備えてい
る。加工機13は、例えばその送り台に設置されてい
る。加工機制御装置14は、加工機13におけるスピン
ドル駆動源10と、前記送り台とを制御する機能を備
え、加工プログラム(図示せず)に従って制御される。
The control system will be described with reference to FIG. The spindle controller 3 is a means for controlling the entire spindle device 1, and includes a microcomputer, electronic components,
It is composed of electric parts and the like. Spindle controller 3
Are the hydrostatic gas bearings 6A to 9A of the hydrostatic magnetic composite bearings 6 to 9.
And a function of controlling the magnetic bearings 6B to 9B as basic functions. The spindle controller 3 has the displacement sensor amplifier 31 for amplifying the detection value of the displacement detection means 28 as described above, and the magnetic force control means 33 controls each of the magnetic bearings 6B to 9B according to the output value of the displacement sensor amplifier 31. Perform magnetic force control. The magnetic force control means 33 includes a power supply, a power circuit, and means for controlling the power of the power circuit. Although one displacement sensor amplifier 31 and one magnetic force control means 33 are shown in FIG. 1 as representatives, they are provided for the individual magnetic bearings 6B to 9B. The processing machine control device 14 controls the processing machine 1 equipped with the spindle device 1.
3 and is composed of a computer-type numerical controller or the like. The processing machine 13 is a machine that performs cutting or grinding with the tool 11 mounted on the main shaft 4 of the spindle device 1, and includes the spindle device 1 and a work (not shown).
And a feeder (not shown) for relatively moving the feeder. The processing machine 13 is installed, for example, on the feed table. The processing machine control device 14 has a function of controlling the spindle drive source 10 of the processing machine 13 and the feed table, and is controlled according to a processing program (not shown).

【0019】この実施形態では、上記スピンドルコント
ローラ3に信号処理手段32および固有振動数検出手段
34を設け、加工機制御装置14に振動対応加工条件変
更手段35および回転数・工具刃数一致時対処手段36
を設けている。これらの手段32〜36をスピンドルコ
ントローラ3および加工機制御装置14の何方に設ける
かは、図示の例に限らず、任意に選択できる。
In this embodiment, the spindle controller 3 is provided with a signal processing means 32 and a natural frequency detecting means 34, and the processing machine control unit 14 is provided with a vibration-compatible processing condition changing means 35 and a rotational speed / tool blade number matching unit. Handling means 36
Is provided. Which of the means 32 to 36 is provided in the spindle controller 3 or the processing machine control device 14 is not limited to the illustrated example, and can be arbitrarily selected.

【0020】信号処理手段32は、変位検出手段28の
出力、具体的には変位センサアンプ31の出力から、主
軸4の振動の周波数分析を行う手段であり、その分析結
果として、各周波数成分の振幅が求められる。固有振動
数検出手段34は、主軸4の工具11の装着時の固有振
動数を信号処理手段32の周波数分析結果より求める手
段である。周波数分析結果から固有振動数を求めること
は、振幅の大きくなる周波数成分から求められる。固有
振動数検出手段34により検出処理を開始する時期は、
工具装着後,加工開始までの間に加工機制御装置14に
より行う所定の処理(例えば送り台の前進指令)を行う
時としても良く、また加工機制御装置14で実行する加
工プログラム(図示せず)に記述された所定の指令に応
答するように設定しても良い。また、固有振動数検出手
段34は、操作盤(図示せず)等からの検出指令の入力
に応答して検出を開始するものとしても良い。
The signal processing means 32 is means for performing frequency analysis of the vibration of the main shaft 4 from the output of the displacement detection means 28, specifically, the output of the displacement sensor amplifier 31, and as a result of the analysis, The amplitude is determined. The natural frequency detecting means 34 is a means for obtaining the natural frequency when the tool 11 of the main shaft 4 is mounted from the frequency analysis result of the signal processing means 32. Obtaining the natural frequency from the frequency analysis result is obtained from the frequency component whose amplitude increases. The timing for starting the detection process by the natural frequency detection means 34 is as follows.
After the tool is mounted, a predetermined process (for example, an advance command of the feed plate) performed by the processing machine control device 14 may be performed before the processing is started, or a processing program (not shown) executed by the processing machine control device 14 ) May be set so as to respond to a predetermined command described in (1). Further, the natural frequency detecting means 34 may start detection in response to input of a detection command from an operation panel (not shown) or the like.

【0021】回転数・工具刃数一致時対処手段36は、
固有振動数検出手段34の検出結果に応じて、(回転
数)×(工具刃数)の整数倍が上記固有振動数に一致す
る場合に所定の処理を行う手段である。上記所定の処理
としては、警告を発生する処理および、主軸回転数を僅
かにずらせる処理とされる。回転数・工具刃数一致時対
処手段36における上記警告を発生する手段がアラーム
発生部36aであり、主軸回転数を僅かにずらせる処理
を行う手段が回転数変更部36bである。上記の工具刃
数は、例えばドリル切りやエンドミルにおいて、刃が回
転方向に複数(例えば2〜4程度)に分かれているもの
が一般的であるが、このように分かれた刃の数のことで
ある。
The coping means 36 when the number of rotations and the number of tool blades match is
According to the detection result of the natural frequency detecting means 34, it is a means for performing a predetermined process when an integer multiple of (number of rotations) × (number of tool blades) matches the above natural frequency. The predetermined process includes a process of generating a warning and a process of slightly shifting the spindle speed. The means for generating the above-mentioned warning in the coping means 36 when the number of revolutions and the number of tool blades coincide is the alarm generating section 36a, and the means for performing processing for slightly deviating the spindle revolution number is the revolution number changing section 36b. The above-mentioned number of tool blades is generally the number of blades divided into a plurality of (for example, about 2 to 4) in the rotation direction in, for example, a drill or an end mill. is there.

【0022】振動対応加工条件変更手段35は、信号処
理手段32の周波数分析結果を監視し、設定された固有
振動数またはその整数倍に一致したびびり振動が検出さ
れたときに、加工機制御装置14における加工条件の設
定を変更する手段である。この変更する加工条件は、例
えば、主軸4の回転数であっても良く、またスピンドル
装置1の送り速度や、使用する工具11の種類等であっ
ても良い。
The vibration-corresponding machining condition changing means 35 monitors the frequency analysis result of the signal processing means 32, and when a chatter vibration is detected which coincides with the set natural frequency or an integral multiple thereof, the processing machine control device. This is a means for changing the setting of the processing conditions in 14. The processing condition to be changed may be, for example, the number of revolutions of the main shaft 4, the feed speed of the spindle device 1, the type of the tool 11 to be used, and the like.

【0023】この構成のスピンドル装置1によると、主
軸4の工具装着状態の固有振動数が信号処理手段32の
周波数分析結果より、固有振動数検出手段34によって
求められる。その固有振動数検出手段の検出結果に応じ
て、(回転数)×(工具刃数)の整数倍が固有振動数に
一致する場合は、回転数・工具刃数一致時対処手段36
が、警告の発生や、回転数変更等の処理を行う。そのた
め、加工前に共振条件を回避して切削不良を未然に防止
することができる。静圧磁気複合軸受6〜9を備えるス
ピンドル装置1では、主軸4の変位検出手段28が内蔵
され、スピンドルコントローラ3に制御用マイコンが搭
載されているため、センサ信号を周波数分析処理してコ
ンプライアンスを求めることは容易にできる。したがっ
て、上記のように、工具11を装着した段階で、固有振
動数を測定し、警告の発生や回転数変更を行う処理は、
簡単な構成で実現できる。
According to the spindle device 1 of this configuration, the natural frequency of the spindle 4 in the tool mounted state is obtained by the natural frequency detecting means 34 from the frequency analysis result of the signal processing means 32. According to the detection result of the natural frequency detecting means, if an integral multiple of (number of rotations) × (number of tool blades) matches the natural frequency, if the number of rotations matches the number of tool blades, coping means 36
Performs processing such as generation of a warning and change of the number of revolutions. For this reason, it is possible to prevent cutting defects by avoiding the resonance conditions before machining. In the spindle device 1 provided with the hydrostatic and magnetic composite bearings 6 to 9, the displacement detection means 28 of the main shaft 4 is built in, and the control microcomputer is mounted on the spindle controller 3. It is easy to ask. Therefore, as described above, at the stage when the tool 11 is mounted, the process of measuring the natural frequency, generating a warning, and changing the rotation speed is performed by:
It can be realized with a simple configuration.

【0024】加工機13の加工中に、設定された固有振
動数またはその整数倍に一致したびびり振動が検出され
たときは、振動対応加工条件変更手段35の処理によ
り、加工機13の制御装置14における加工条件の設定
が変えられる。そのため、共振条件を回避して切削不良
をできるだけ早期に防止することができる。この場合の
固有振動数は、予め実験等で求めて振動対応加工条件変
更手段35に設定しておく。
If a chatter vibration is detected during the processing of the processing machine 13 which coincides with the set natural frequency or an integral multiple of the natural frequency, the processing of the vibration-compatible processing condition changing means 35 causes the control device of the processing machine 13 to operate. The setting of the processing conditions in 14 is changed. For this reason, it is possible to prevent cutting defects as early as possible by avoiding resonance conditions. The natural frequency in this case is obtained in advance by an experiment or the like, and is set in the vibration-compatible processing condition changing means 35 in advance.

【0025】なお、上記実施形態では、変位検出手段2
8として圧力を検出する手段を用いたが、変位検出手段
28は変位自体を検出する磁気式等の変位センサを用い
ても良い。
In the above embodiment, the displacement detecting means 2
Although a means for detecting pressure is used as 8, a displacement sensor such as a magnetic sensor for detecting the displacement itself may be used as the displacement detecting means 28.

【0026】図6はこの発明の他の実施形態を示す。こ
の実施形態は、図1の実施形態において、静圧磁気複合
軸受6〜9に変えて、磁気軸受46〜49を設けたもの
である。その他の構成は、図1の実施形態と同じであ
る。このように、磁気軸受46〜49を設けた場合も、
信号処理手段32、固有振動数検出手段34、振動対応
加工条件変更手段35、および回転数・工具刃数一致時
対処手段36を設けることにより、加工前に共振条件を
回避して切削不良を未然に防止することができ、また加
工中に共振条件が発生したときに、共振条件を回避して
切削不良を未然に防止することができる。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, magnetic bearings 46 to 49 are provided instead of the hydrostatic magnetic composite bearings 6 to 9 in the embodiment of FIG. Other configurations are the same as the embodiment of FIG. Thus, even when the magnetic bearings 46 to 49 are provided,
By providing the signal processing means 32, the natural frequency detecting means 34, the vibration-corresponding machining condition changing means 35, and the coping means 36 when the number of revolutions and the number of tool blades coincide, the machining conditions can be avoided before machining to prevent cutting defects. This can be prevented beforehand, and when a resonance condition occurs during machining, the resonance condition can be avoided to prevent cutting defects.

【0027】つぎに、非接触軸受スピンドル装置におけ
るフィールドバランス修正方法を説明する。主軸のフィ
ールドバランスをとる際、通常はハウジングに加速度ピ
ックアップを等を取付け、一面または2面でアンバラン
ス修正を行う。しかしながら、静圧気体軸受や静圧磁気
複合軸受スピンドル装置のように高精度なバランス調整
が必要な場合は、上記のような方法では十分なバランス
調整を行うことができない。ハウジングでの振動を測定
しても感度は低く、高速回転仕様では高周波領域での曲
げを考慮した3〜4面修正を行うため、応答性も不足す
る。そのため、静電容量センサなどの高精度,高応答の
センサで主軸の振れを測定して、バランス修正が行われ
る。しかし、振動には主軸形状誤差も含まれるため、そ
れを差し引く必要がある。また、軸受部での振れを測定
することは容易でない。
Next, a method of correcting a field balance in the non-contact bearing spindle device will be described. When the main shaft is balanced, usually an acceleration pickup or the like is attached to the housing to correct imbalance on one or two surfaces. However, when a high-precision balance adjustment is required, such as in a hydrostatic gas bearing or a hydrostatic magnetic composite bearing spindle device, a sufficient balance adjustment cannot be performed by the above method. Even if vibrations in the housing are measured, the sensitivity is low, and in the high-speed rotation specification, three to four surfaces are corrected in consideration of bending in a high frequency range, and thus the response is insufficient. Therefore, the balance is corrected by measuring the deflection of the main shaft with a high-accuracy, high-response sensor such as a capacitance sensor. However, since the vibration includes a main shaft shape error, it is necessary to subtract the error. Also, it is not easy to measure the run-out at the bearing.

【0028】そこで、この提案例のフィールドバランス
修正方法は、静圧気体軸受スピンドル装置または静圧磁
気複合軸受スピンドル装置でのフィールドバランス修正
において、主軸変位信号を周波数分析処理することで、
回転同期成分のみを抽出する方法である。主軸変位を検
出する変位検出手段としては、軸受部に内蔵した圧力セ
ンサを用いる。
Therefore, the field balance correction method of this proposed example is to perform a frequency analysis process of the spindle displacement signal in the field balance correction in the hydrostatic gas bearing spindle device or the hydrostatic magnetic composite bearing spindle device.
This is a method of extracting only the rotation synchronization component. As the displacement detecting means for detecting the displacement of the main shaft, a pressure sensor built in the bearing is used.

【0029】軸受部の気体圧力を測定し、主軸変位に換
算する変位検出手段を具備した静圧気体軸受スピンドル
装置または静圧磁気複合軸受スピンドル装置は、軸受で
の主軸の振れを分解能サブミクロンで測定できる。さら
に、この信号を周波数分析することで、形状誤差(初期
振れ)およびノイズ等を取り除いた回転同期成分のみ抽
出し、回転方向原点からの位相を同時に求めることで、
高精度な振れ検出が行える。低回転数、高回転数で、主
軸上の4点に試し重りを取付けて、影響係数法により4
面修正を行うことで、全回転領域における振れを極小に
することができる。このフィールドバランス修正方法
は、例えば図1〜図5に示した実施形態のものに適用さ
れる。その主軸4の変位を検出する手段としては、同実
施形態における変位検出手段28,38が用いられ、ま
た周波数分析には図1の信号処理手段32を用いること
ができる。
A hydrostatic gas bearing spindle device or a hydrostatic magnetic composite bearing spindle device provided with a displacement detecting means for measuring the gas pressure of the bearing portion and converting the gas pressure into a main shaft displacement can measure the deflection of the main shaft of the bearing with a submicron resolution. Can be measured. Furthermore, by analyzing the frequency of this signal, only the rotation synchronization component from which the shape error (initial shake) and noise have been removed is extracted, and the phase from the rotation direction origin is obtained at the same time.
Highly accurate shake detection can be performed. At low and high rotation speeds, test weights are attached to the four points on the spindle, and 4
By performing the surface correction, the run-out in the entire rotation region can be minimized. This field balance correction method is applied to, for example, the embodiment shown in FIGS. As means for detecting the displacement of the main shaft 4, the displacement detecting means 28 and 38 in the embodiment are used, and the signal processing means 32 in FIG. 1 can be used for frequency analysis.

【0030】フィールドバランス修正方法の具体例を、
図7〜図9と共に説明する。図7に示すように、4面修
正の場合、主軸4の修正面〜には、試し重りとして
セットビス(図示せず)が取付けられるようにする。主
軸4の変位の測定点は、図7の測定点(1) , (4) 、また
は同図の測定点(2), (5)とする。測定点(2), (5)は軸受
面である。3面修正の場合、修正面は,,あるい
は,,とする。測定点は、測定点(1),(4),(6) ま
たは測定点(2),(5),(6) または測定点(1),(3),(4) また
は測定点(1),(2),(5) とする。軸受面となる測定点(2),
(5) には圧力センサを用い、その他の測定点(1),(3),
(4),(6) には静電容量センサ等を用いる。なお、これら
4面修正または3面修正の場合、その修正の前に、汎用
の動釣り合い試験機で2面修正をしておくことが好まし
い。
A specific example of the field balance correction method is as follows.
This will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, in the case of four-plane correction, a set screw (not shown) is attached as a test weight to the correction surface of the main shaft 4. The measuring points of the displacement of the main shaft 4 are the measuring points (1) and (4) in FIG. 7 or the measuring points (2) and (5) in FIG. Measurement points (2) and (5) are bearing surfaces. In the case of three-sided correction, the corrected side shall be or. The measurement points can be measured points (1), (4), (6) or measurement points (2), (5), (6) or measurement points (1), (3), (4) or measurement points (1 ), (2), (5). Measuring point to be the bearing surface (2),
A pressure sensor is used for (5), and the other measurement points (1), (3),
For (4) and (6), a capacitance sensor or the like is used. In the case of these four-sided or three-sided correction, it is preferable that two-sided correction is performed by a general-purpose dynamic balance tester before the correction.

【0031】4面修正の場合を説明する。この場合、次
の(処理1)〜(処理5)を行う。 (処理1)主軸4を無付加で低速(数10Hz)で回し
ておいて、各測定点(2点)における真円度誤差を測定
する。図8(A)は回転パルス信号でパルス立下がり間
が1周期を示し、図8(B)は測定値の説明図である。
Nは360以上とし、〔floor(N/360 ・i)〕番目の値を
i[deg] における真円度誤差ε(θi )とする。数回繰
り返して平均化する。
The case of four-plane correction will be described. In this case, the following (Process 1) to (Process 5) are performed. (Process 1) The main shaft 4 is rotated at a low speed (several tens of Hz) without any addition, and the roundness error at each measurement point (two points) is measured. FIG. 8A shows one cycle of the rotation pulse signal with one pulse falling, and FIG. 8B is an explanatory diagram of measured values.
N is 360 or more, and the [floor (N / 360 · i)]-th value is a roundness error ε (θ i ) at i [deg]. Repeat several times to average.

【0032】(処理2)低速(200〜300Hz)で
回しておいて、初期不釣り合いを測定する。図9(A)
は回転パルス信号でパルス立下がり間が1周期を示し、
同図(B)は不釣り合い量を示す。測定値には真円度誤
差を含んでいるため、この値を引いておく。Tnは、回
転パルス間のタイマークロック数(nT )。回転パルス
立下がりからA/Dサンプリングまでのタイマークロッ
ク数をnSとするとi[deg] における真円度誤差を差し
引いた初期不釣り合い量yi は yi =xi −ε(θi ) θi =floor(360・nS /nT ) yi 〜y4096 を周波数分析して、回転周波数成分の実
部,虚部を求める(ゲイン,位相)
(Process 2) The initial imbalance is measured while rotating at a low speed (200 to 300 Hz). FIG. 9 (A)
Is a rotation pulse signal, showing one cycle between pulse falling,
FIG. 3B shows the unbalance amount. Since the measured value includes a roundness error, this value is subtracted. Tn is the number of timer clocks (n T ) between rotation pulses. Assuming that the number of timer clocks from the fall of the rotation pulse to the A / D sampling is n S , the initial unbalance amount y i obtained by subtracting the roundness error at i [deg] is y i = x i −ε (θ i ) θ i = floor (360 · n S / n T) to y i ~y 4096 by frequency analysis, real part of the rotational frequency component, determine the imaginary part (gain, phase)

【0033】[0033]

【数1】 (Equation 1)

【0034】(処理3)高速(1KHz)まで回して
(処理2)と同様に初期不釣り合いを測定する。
(Process 3) Turn to high speed (1 KHz) and measure the initial imbalance as in (Process 2).

【0035】[0035]

【数2】 (Equation 2)

【0036】(処理4)修正面1()に試し重り(セ
ットビス)を付ける。
(Process 4) A test weight (set screw) is attached to the correction surface 1 ().

【0037】[0037]

【数3】 (Equation 3)

【0038】(処理5)処理4と同様にして、修正面
,,にそれぞれ
(Process 5) In the same manner as in Process 4, each of the corrected surfaces

【0039】[0039]

【数4】 (Equation 4)

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】[0041]

【数5】 (Equation 5)

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】[0043]

【発明の効果】この発明における第1の発明の非接触軸
受スピンドル装置は、静圧磁気複合軸受で主軸が支持さ
れ、主軸の変位を検出する変位検出手段を備えた非接触
軸受スピンドル装置において、上記変位検出手段の出力
信号を周波数分析する信号処理手段を設け、前記主軸の
工具装着時の固有振動数を、上記信号処理手段の周波数
分析結果より求める固有振動数検出手段を設け、この固
有振動数検出手段の検出結果に応じて、(回転数)×
(工具刃数)の整数倍が上記固有振動数に一致する場合
に所定の処理を行う回転数・工具刃数一致時対処手段を
設けたため、加工前に共振条件を回避して切削不良を未
然に防止することができる。この発明における第2の発
明の非接触軸受スピンドル装置は、磁気軸受と静圧気体
軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸が支持さ
れ、主軸の変位を検出する変位検出手段を備えた非接触
軸受スピンドル装置において、上記変位検出手段の出力
信号を周波数分析する信号処理手段を設け、この静圧磁
気複合軸受スピンドル装置を装備した加工機の加工中
に、前記信号処理手段の周波数分析結果を監視し、設定
された固有振動数またはその整数倍に一致したびびり振
動が検出されたときに、上記加工機の制御装置における
加工条件の設定を変える振動対応加工条件変更手段を設
けたため、加工中に共振条件が発生したときに、共振条
件を回避して切削不良を未然に防止できる。これら第1
または第2の発明において、静圧磁気複合軸受に変えて
磁気軸受を設けた場合も、加工前に共振条件を回避して
切削不良を未然に防止することができ、あるいは加工中
に共振条件が発生したときに、共振条件を回避して切削
不良を未然に防止することができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-contact bearing spindle device having a main shaft supported by a hydrostatic magnetic composite bearing and having displacement detecting means for detecting a displacement of the main shaft. Signal processing means for frequency-analyzing the output signal of the displacement detecting means; and natural frequency detecting means for obtaining the natural frequency of the spindle when the tool is mounted from the frequency analysis result of the signal processing means. (Rotation speed) x
Since a countermeasure is provided when the number of rotations and the number of tool blades match to perform a predetermined process when an integer multiple of (number of tool blades) matches the above natural frequency, cutting conditions can be avoided by avoiding resonance conditions before machining. It can be prevented beforehand. A non-contact bearing spindle device according to a second aspect of the present invention includes a static pressure magnetic composite bearing in which a magnetic bearing and a static pressure gas bearing are combined, the main shaft being supported, and a displacement detecting means for detecting a displacement of the main shaft. In the non-contact bearing spindle device, signal processing means for frequency-analyzing the output signal of the displacement detecting means is provided, and the frequency analysis of the signal processing means is performed during processing of a processing machine equipped with the hydrostatic composite bearing spindle device. The result is monitored, and when chatter vibration is detected that matches the set natural frequency or an integral multiple thereof, the vibration-compatible processing condition changing means for changing the setting of the processing condition in the control device of the processing machine is provided. When a resonance condition occurs during processing, it is possible to avoid the resonance condition and prevent cutting defects from occurring. These first
Alternatively, in the second invention, even when a magnetic bearing is provided instead of the hydrostatic magnetic composite bearing, resonance conditions can be avoided before machining and cutting defects can be prevented beforehand, or resonance conditions can be reduced during machining. When it occurs, it is possible to avoid the resonance condition and to prevent cutting defects before it occurs.

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

【図1】この発明の一実施形態にかかる非接触軸受スピ
ンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a conceptual configuration of a non-contact bearing spindle device according to an embodiment of the present invention.

【図2】そのスピンドル装置本体の縦断側面図である。FIG. 2 is a vertical sectional side view of the spindle device main body.

【図3】同スピンドル装置本体の横断正面図である。FIG. 3 is a cross-sectional front view of the spindle device main body.

【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。
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a radial type hydrostatic composite bearing.

【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。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of an axial type hydrostatic magnetic bearing.

【図6】この発明の他の実施形態にかかる非接触軸受ス
ピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a conceptual configuration of a non-contact bearing spindle device according to another embodiment of the present invention.

【図7】フィールドバラン修正の際の主軸の修正面およ
び測定点の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a correction surface of a spindle and a measurement point at the time of field balun correction.

【図8】真円度誤差の測定値の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a measured value of a roundness error.

【図9】不釣り合い量の測定値の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a measured value of an unbalance amount.

【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 14…加工機制御装置 28…変位検出手段 32…信号処理手段 33…磁力制御手段 34…固有振動数検出手段 35…振動数対応加工条件変更手段 36…回転数・工具刃数一致時対処手段[Description of Signs] 1 ... Spindle device 2 ... Spindle device main body 3 ... Spindle controller 4 ... Main shaft 5 ... Housing 6-9 ... Static pressure magnetic composite bearing 6A-9A ... Static pressure gas bearing 6B-9B ... Magnetic bearing 10 ... Spindle Driving source 14 Processing machine control device 28 Displacement detection means 32 Signal processing means 33 Magnetic force control means 34 Natural frequency detection means 35 Frequency-dependent machining condition changing means 36 When the number of rotations and the number of tool blades match Coping measures

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23Q 11/00 B23Q 1/26 Z F16C 32/04 1/08 Z 1/26 E Fターム(参考) 3C011 AA04 3C045 FD15 FD16 3C048 BC03 CC00 CC07 3J102 AA01 AA02 BA03 BA19 CA02 CA22 DA02 DA03 DA09 DB05 DB10 DB11 DB16 DB32 DB37 EA02 EA06 EA13 GA07 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B23Q 11/00 B23Q 1/26 Z F16C 32/04 1/08 Z 1/26 EF term (Reference) 3C011 AA04 3C045 FD15 FD16 3C048 BC03 CC00 CC07 3J102 AA01 AA02 BA03 BA19 CA02 CA22 DA02 DA03 DA09 DB05 DB10 DB11 DB16 DB32 DB37 EA02 EA06 EA13 GA07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気軸受と静圧気体軸受とが複合化され
た静圧磁気複合軸受で主軸が支持され、主軸の変位を検
出する変位検出手段を備えた非接触軸受スピンドル装置
において、上記変位検出手段の出力信号を周波数分析す
る信号処理手段を設け、前記主軸の工具装着時の固有振
動数を、上記信号処理手段の周波数分析結果より求める
固有振動数検出手段を設け、この固有振動数検出手段の
検出結果に応じて、(回転数)×(工具刃数)の整数倍
が上記固有振動数に一致する場合に所定の処理を行う回
転数・工具刃数一致時対処手段を設けたことを特徴とす
る非接触軸受スピンドル装置。
In a non-contact bearing spindle device, a main shaft is supported by a hydrostatic magnetic composite bearing in which a magnetic bearing and a hydrostatic gas bearing are compounded, and a displacement detecting means for detecting a displacement of the main shaft is provided. Signal processing means for frequency-analyzing an output signal of the detection means; natural frequency detection means for obtaining a natural frequency of the spindle when the tool is mounted from the frequency analysis result of the signal processing means; According to the detection result of the means, a countermeasure means is provided for performing a predetermined process when the integral multiple of (number of rotations) × (number of tool blades) coincides with the above natural frequency, and performing a predetermined processing when the number of rotations / tool blades coincide. Non-contact bearing spindle device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記回転数・工具刃数一致時対処手段
は、(回転数)×(工具刃数)の整数倍が上記固有振動
数に一致する場合に、上記所定の処理として、警告を発
生する処理、および主軸回転数を僅かにずらせる処理の
両方またはいずれか片方を行うものとした請求項1に記
載の非接触軸受スピンドル装置。
2. The coping means when the number of revolutions and the number of tool blades match is equal to the natural frequency when an integral multiple of (number of revolutions) × (number of tool blades) matches the natural frequency. 2. The non-contact bearing spindle device according to claim 1, wherein at least one of a process for generating the rotation and a process for slightly shifting the spindle rotation speed is performed.
【請求項3】 磁気軸受と静圧気体軸受とが複合化され
た静圧磁気複合軸受で主軸が支持され、主軸の変位を検
出する変位検出手段を備えた非接触軸受スピンドル装置
において、上記変位検出手段の出力信号を周波数分析す
る信号処理手段を設け、この静圧磁気複合軸受スピンド
ル装置を装備した加工機の加工中に、前記信号処理手段
の周波数分析結果を監視し、設定された固有振動数また
はその整数倍に一致したびびり振動が検出されたとき
に、上記加工機の制御装置における加工条件の設定を変
える振動対応加工条件変更手段を設けたことを特徴とす
る非接触軸受スピンドル装置。
3. A non-contact bearing spindle device in which a main shaft is supported by a hydrostatic magnetic composite bearing in which a magnetic bearing and a hydrostatic gas bearing are compounded and a displacement detecting means for detecting a displacement of the main shaft is provided. A signal processing means for frequency-analyzing the output signal of the detection means is provided. During processing of a processing machine equipped with the hydrostatic magnetic composite bearing spindle device, the frequency analysis result of the signal processing means is monitored, and the set natural vibration is set. A non-contact bearing spindle device provided with a vibration-corresponding processing condition changing means for changing a setting of a processing condition in a control device of the processing machine when a chatter vibration is detected which coincides with the number or an integral multiple thereof.
【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の非接触軸受スピンドル装置において、上記静圧磁気
複合軸受に変えて磁気軸受を設けた非接触軸受スピンド
ル装置。
4. The non-contact bearing spindle device according to claim 1, wherein a magnetic bearing is provided instead of the hydrostatic magnetic composite bearing.
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