JP2004190740A

JP2004190740A - 非接触軸受スピンドル装置

Info

Publication number: JP2004190740A
Application number: JP2002357657A
Authority: JP
Inventors: Takami Ozaki; 孝美尾崎; Hiroyuki Yamada; 裕之山田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】簡易な構成で、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることができる非接触軸受スピンドル装置を提供する。
【解決手段】工具８が取付けられる主軸２を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置１とする。主軸２に取付けられた工具８とワーク１７との接触状態や、スピンドルステータ３と主軸２との接触をモニタする接触モニタ手段１８を設ける。この接触モニタ手段１８は、スピンドルステータ３と工具８で加工されるワーク１７との間の静電容量Ｃを測定することにより、上記各接触状態をモニタする。接触モニタ手段１８は、例えばスピンドルステータ３とワーク１７の間に交流電圧を印加し、測定器２１で負荷抵抗２３の電圧を検出することで静電容量Ｃを測定するものとされる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置に関し、特に高速回転によって精密加工を可能とするマシニングセンタ等の工作機械に使用される非接触軸受スピンドル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
近年、マシニングセンタに使われるスピンドル装置は、作業効率向上を図るために高速回転化している。また、作業効率向上だけでなく、加工ワークの品質への要求に応えるために、「浅切込み・高送り」といった工具１刃当たりの除去量を少なくした軽加工により、加工時のワーク温度を抑えて高精度加工やワークの変質を抑えることが一般化してきており、加工能率との兼ね合いから、高速回転が可能で優れた回転精度を有するスピンドル装置が必要となってきた。
このような背景の下に、最近では、スピンドル装置の高速回転化および高精度化のために、非接触軸受を利用した例が多く見られるようになってきている。この非接触軸受は、基本的に機械接触による摩擦がなく、高速回転が可能である。特に、回転精度を強く要求する場合には、軸支持媒体に空気を用いた静圧気体軸受が使われる（例えば特許文献１，２）。また、劣悪な使用環境で使用され軸受隙間へのごみの影響が問題となる場合や、静的な剛性が必要な場合には、磁気軸受が使用される場合もある（例えば特許文献３）。
さらに、優れた回転精度と静剛性の両方が必要な場合には、静圧気体軸受と磁気軸受とをハイブリットさせることも行われている（例えば特許文献４）。
【０００３】
このような非接触軸受を使用した高速スピンドル装置では、「浅切込み・高送り」といった工具１刃当たりの除去量を少なくした軽加工を行うが、高速回転に対応した工具の工具径は、通常、小径なため、欠損し易いといった問題がある。
さらに、「浅切込み・高送り」では、工具交換を行わず１本の工具で長時間にわたり高速回転で連続加工を施すことが多い。よって、もし加工途中で工具が欠損した場合には、時間ロスの影響が大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、高速加工では工具の欠損を監視する機構が必要となる。このような工具の欠損を検出する手段として、これまで種々の技術が提案されている。例えば、新しい回転切削工具でテストワークを試験的に切削したときの切削トルクパターンから、回転切削工具の欠損に至る手前の危険トルクレベルを求めることにより、この値を予め設定し、実際の加工時にその切削時の切削トルクパターンを検知して予め設定された危険トルクレベルと比較し、その回転切削工具の欠損の検知を行うものが提案されている（例えば特許文献５）。
しかし、小径工具を使用した「浅切込み・高送り」加工では、切削に要するトルク自体が小さく、工具の偏心等により切削トルクが変動したり、ノイズの影響から欠損検出を誤認識してしまうといった問題がある。
【０００５】
また、他の例として、加工中の工具の切刃部分に超音波を放射し、その反射波を検出することで切刃部分の摩耗および欠損に基づく反射波の伝搬時間の変動や反射波のレベルの変動を検出し、工具の摩耗および欠損を検出する方法も提案されている（例えば特許文献６）。
しかし、高速スピンドル装置はスピンドルサイズが小さく、また工具突出量も小さいため、超音波発生・検出部を工具付近に配置することが困難で、さらに高速加工であることから高周波振動音の影響を受けたりする。
【０００６】
さらに、他の例として、工具に外部のトロコイドコイルによって交流磁束を印加させ、この交流磁束で誘起される電流により変化するトロコイドコイルのインピーダンスを測定することによって、工具とワークの接触状態を検出する方法も提案されている（例えば特許文献７）。
しかし、この方法も、工具装着部付近にトロコイドコイルを装着する必要があること、およびワークが電気伝導体に限ること、さらにはワークの固有抵抗によって誘起される電流が変化することから、ワーク材質によって微妙な調整が必要になるなど制約が多い。
【０００７】
さらに、図５に示すように、主軸６２とスピンドルステータ６３とが転がり軸受６４の支持により電気的に導通しているようなスピンドル装置６１では、スピンドルステータ６３と加工ワーク６７との間に直流電源７０で電圧印加し、その間の直流抵抗を測定することで、ワーク６７と主軸６２に装着された工具６８との接触を測定する方法もある。モータ６６のロータ部６６ａは主軸６２に設けられ、ステータ部６６ｂをスピンドルステータ６３に設けられている。
しかし、このような方法は、主軸とスピンドルステータが機械的に接触していない非接触軸受スピンドル装置には利用できない。
【０００８】
また、非接触軸受スピンドル装置では、加工負荷が大きくなった場合に、非接触軸受部が接触して軸受部に大きなダメージを与え、その後の運転ができなくなるといった問題もある。
これの対策として、静圧気体軸受に供給される空気の圧力および流量を圧力計と流量計で検出し、この圧力および流量から軸受隙間の全体的ないし部分的な減少を計測することで、静圧気体軸受に作用する負荷を検出し、これによって、静圧気体軸受部の接触を回避する方法が提案されている（例えば特許文献８）。
しかし、この方法では、専用の圧力計や流量計を用意する必要があり、コスト面で問題が残る。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１１０８３６号公報
【特許文献２】
特開平６−２９２６８９号公報
【特許文献３】
特開平３−１３６７６７号公報
【特許文献４】
特開平１１−１３７５９号公報
【特許文献５】
特開平６−１９８５４７号公報
【特許文献６】
特許第２７８６５１２号
【特許文献７】
実開昭５８−７６１６１号公報
【特許文献８】
特開２００１−９９１５７号公報
【００１０】
この発明の目的は、簡易な構成で、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることの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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の非接触軸受スピンドル装置は、工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータと上記工具で加工されるワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ手段を設けたことを特徴とする。
工具の欠損等が生じると、工具とワークとの接触状態が変わるため、スピンドルステータとワーク間の静電容量が変わる。また、スピンドルステータと主軸との接触が接触した場合も、スピンドルステータとワーク間の静電容量が変わる。そのため、スピンドルステータとワーク間の静電容量を測定することで、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることができる。スピンドルステータとワーク間の静電容量の測定は、スピンドルステータと上記ワークとの間の交流電流に対するインピーダンスの測定を行うことで簡単に測定できる。
例えば、スピンドルステータと主軸間の静電容量の発生部と、工具とワーク間の静電容量の発生部とを直列に配置した電気回路に、交流電圧を印加し、または交流電流を流し、この電気回路のインピーダンを測定する。工具の欠損等が生じると、両者の接触状態がかわるため、工具とワーク間の静電容量の大幅な変化が生じ、上記電気回路のインピーダンスの変化として検出される。また、スピンドルステータと主軸とが接触した場合は、スピンドルステータと主軸間の静電容量が変化するため、この場合も上記電気回路のインピーダンスの変化として検出される。工具とワークの接触状態が変化する場合と、スピンドルステータと主軸とが接触する場合とでは、静電容量の変化の程度が異なるため、いずれに不具合が生じたかの判別も容易に行える。
【００１２】
この発明において、上記スピンドルステータとワークとが電気絶縁されているものとしても良い。このように電気絶縁されていると、スピンドルステータとワークとの間に交流電圧を印加することなどで、インピーダンス変化の測定によって、工具の欠損や非接触軸受部の接触を検出することができる。
【００１３】
この発明の他の非接触軸受スピンドル装置は、工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータに、このスピンドルステータと電気絶縁され上記主軸に対して隙間を介して対向する電極を配置する。この電極と上記工具で加工されるワークとの間に交流電圧を印加し、または交流電流を流す電源を設け、上記電極と上記ワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ手段を設ける。
この構成の場合、電極と主軸間の静電容量の発生部と、工具とワーク間の静電容量の発生部とを直列に配置した電気回路に、上記電源の交流電圧が印加されることになる。そのため、主軸とスピンドルステータ間の軸受隙間の変化が上記電極と主軸間の静電容量の変化として検出され、また工具の欠損は上記と同様に工具・ワーク間の静電容量の変化として検出される。また、上記電極はスピンドルステータに対して電気絶縁されたものとするため、スピンドルステータとワークの間を電気絶縁することなく、接触モニタ手段による上記工具の欠損や、非接触軸受部の接触状態を容易にモニタすることができる。スピンドルステータとワーク間の電気絶縁処置は難しい場合があるが、電極とスピンドルステータ間の電気絶縁処置は、電極配置部分だけの局部的な処置で済むため、簡単に行える。
【００１４】
この発明において、上記電極と上記主軸との間の隙間を、上記非接触軸受の軸受隙間と同程度の大きさとしても良い。両者の隙間を同程度とした場合、主軸が非接触軸受部に接触するときに、主軸は電極にも接触し、または略接触した状態となって、静電容量が大きく変化する。そのため、電極による間接的な接触検出としながら、主軸と非接触軸受部との接触検出を精度良く行うことができる。
【００１５】
これらの発明において、上記非接触軸受が静圧気体軸受であっても良い。また上記非接触軸受が、静圧気体軸受と磁気軸受とを組合せた軸受であっても良い。静圧気体軸受である場合、主軸の高速回転および優れた回転精度が得られる。静圧気体軸受と磁気軸受とを組合せた軸受である場合は、優れた回転精度と静剛性の両方が得られる。これらのいずれの非接触軸受の場合も、上記静電容量の測定により、簡易な構成で、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることができる。
【００１６】
これらの発明において、上記モニタ手段の検出信号を用いてこのスピンドル装置の使用機器を制御する制御手段を設けても良い。この構成の場合、例えば、加工時に工具欠損が生じた場合に、加工を直ちに停止させて工具交換を行うことができる。また、加工負荷が大き過ぎて、主軸とスピンドルステータとが接触した場合にも、制御手段による上記使用機器の制御によって、直ちに加工を停止したり、加工負荷を軽減できるように加工条件を変更するなどして、工作機械のトラブルを低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１において、スピンドルスタータ３における中心線より下側には給気経路の配置部を、上側には排気経路の配置部をそれぞれ断面して示している。この非接触軸受スピンドル装置１は、マシニングセンタ等の工作機械におけるビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、主軸２は、主軸頭となる円筒状のスピンドルステータ３内に、複数のラジアル型の静圧気体軸受４と、１つのアキシアル型の静圧気体軸受５とで回転自在に支持されている。主軸２の軸方向の一部（図示の例では後端）にモータ６のロータ部６ａが形成されている。モータ６のステータ部６ｂは、スピンドルステータ３内に設けられている。主軸２の先端には工具８が取付けられ、この工具８で切削加工が行われる。
【００１８】
各静圧気体軸受４，５は圧縮空気等の圧縮気体を軸支持媒体とする軸受であっる。ラジアル型の静圧気体軸受４は、スピンドルステータ３と主軸２の間に形成された静圧気体軸受隙間ｄ１と、スピンドルステータ３内に形成され上記静圧気体軸受隙間ｄ１に開口する複数の軸受給気ノズル９とで構成される。各軸受給気ノズル９は、スピンドルステータ３内に形成された給気路１０を経てスピンドルステータ３の後端に開口する給気入口１１に連通している。主軸２の一部の外周には鍔状に突出した軸受ロータ２ａがあり、アキシアル型の静圧気体軸受５は、上記軸受ロータ２ａとスピンドルステータ３の間に形成された静圧気体軸受隙間ｄ２と、スピンドルステータ３内の上記軸受ロータ２ａを挟んだ位置に形成され上記静圧気体軸受隙間ｄ２に開口する一対の軸受給気ノズル１２，１２とで構成される。これら軸受給気ノズル１２も上記給気路１０を経て上記給気入口１１に連通している。
スピンドルステータ３内には、さらに上記静圧気体軸受隙間ｄ１，ｄ２に開口する複数の排気入口１３，１４が形成され、これら排気入口１３，１４はスピンドルステータ３内に形成された排気路１５を経てスピンドルステータ３の後端に開口する排気出口１６に連通している。上記給気入口１１には、スピンドル装置１内の各静圧気体軸受４，５に圧縮気体１９を供給する圧縮気体供給源（図示せず）が接続される。
【００１９】
このスピンドル装置１には、主軸２に取付けられた工具８と、この工具８で加工されるワーク１７との接触状態、またはスピンドルステータ３と主軸２との接触状態をモニタする接触モニタ手段１８が設けられている。この接触モニタ手段１８は、導電性材料からなるスピンドルステータ３と加工ワーク１７との間に交流電圧を印加する交流電源２０と、スピンドルステータ３と加工ワーク１７との間（図ではＡとＢの間）の静電容量を測定する測定器２１とでなり、またはこれにモニタ部（図示せず）を設けたものとされる。モニタ部は、測定器２１の測定結果を監視する手段であり、正常，異常の判定を行う機能を持つものとしても良い。例えば、モニタ部は、測定器２１の測定結果を設定値と比較して工具折損の判定や、主軸２のスピンドルステータ３への接触の判定を行うものとされる。測定器２１は、加工ワーク１７とアース２２の間に接続される負荷抵抗２３の端子間電圧ｖを測定することで、スピンドルステータ３と加工ワーク１７との間の静電容量を測定する。図１では図示しないが、スピンドルステータ３と加工ワーク１７との間は電気絶縁されており、これらの間が電気的に接続されることで、上記接触モニタ手段１８が誤動作するのを回避している。
また、このスピンドル装置１には、接触モニタ手段１８の検出信号を用いてスピンドル装置１の使用機器１００を制御する制御手段２４が設けられている。使用機器１００は、例えば工作機械である。制御手段２４は、プログラマブルコントローラやＮＣ装置等である。
【００２０】
図２は、このスピンドル装置１において、交流電源２０，スピンドルステータ３，主軸２，ワーク１７および測定器２１からなる電気系の等価回路をブロック図で示したものである。そのうち、図２（Ａ）は、スピンドルステータ３と主軸２の間が接触していない正常な状態にあるが、ワーク１７と工具８とは接触していない異常な状態にあるときの等価回路を示す。同図において、Ｃ１はスピンドルステータ３と主軸２との間の静電容量を、Ｃ２は主軸２とワーク１７との間の静電容量をそれぞれ示す。また図２（Ｂ）は、スピンドルステータ３と主軸２とが接触しておらず、かつワーク１７と工具８とは接触している正常な状態にあるときの等価回路を示す。図２（Ｃ）は、ワーク１７と工具８とは接触している正常な状態にあるが、スピンドルステータ３と主軸２とが接触している異常な状態にあるときの等価回路を示す。
【００２１】
図２に示した３つの状態での、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは表１のようになる。
【００２２】
【表１】

【００２３】
すなわち、スピンドルステータ３と主軸２の間は接触していないが、ワーク１７と工具８とは接触していない異常な状態にある図２（Ａ）の場合は、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。
また、スピンドルステータ３と主軸２とが接触していず、かつワーク１７と工具８とが接触している正常な状態にある図２（Ｂ）の場合は、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量ＣはＣ１となる。
さらに、ワーク１７と工具８とは接触しているが、スピンドルステータ３と主軸２とが接触している異常な状態にある図２（Ｃ）の場合は、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは０となる。
ここで、Ｃ１＞（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＞０の関係にあることから、上記測定器２１で静電容量Ｃを測定することにより、上記した３つの状態を判別することができる。
【００２４】
具体的には、交流電源２０の電圧（図１におけるＢ部電圧）の振幅をＥｉ（Ｖ），図１のＤ部の交流電圧振幅をＥｏ，交流周波数をω（ｒａｄ／ｓｅｃ），測定器２１における負荷抵抗２３の値をＲ（Ω）とすると、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは、
Ｅｏ／（（Ｅｉ−Ｅｏ）ωＲ）
として計算される。すなわち、Ｅｏ／（Ｅｉ−Ｅｏ）を求めることで、ワーク１７と工具８の接触状態や、ワーク１７とスピンドルステータ３の接触状態を判別することができる。
【００２５】
このようにして、加工途中の工具８とワーク１７の接触状態を把握できる。例えば加工途中で工具欠損が発生した場合は、図２（Ｂ）から図２（Ａ）の状況に変化したことに相当するので、これに伴い表１に示されるように、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは、Ｃ１から（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）へと小さくなるので、この変化を測定器２１で測定することにより、工具欠損を検出することができる。
【００２６】
また、加工負荷が大きくなり過ぎて、主軸２とスピンドルステータ３とが接触した場合は、図２（Ｂ）から図２（Ｃ）の状況に変化したことに相当するので、ワーク１７とスピンドルステータ３との間の静電容量Ｃは、Ｃ１から急激に小さくなる（ゼロになる）ので、この主軸２とスピンドルステータ３との接触も感知できる。
図１の接触モニタ手段１８は、上記モニタ部（図示せず）を設ける場合、このような主軸２とスピンドルステータ３との接触の判定、および工具欠損の判定を行うものとされる。
【００２７】
さらに、このような検出動作をする接触モニタ手段１８の検出信号を用いて、制御手段２４がスピンドル装置１の使用機器１００を制御するので、加工時に工具欠損が生じた場合に、加工を直ちに停止させて工具交換を行うことができる。また、加工負荷が大き過ぎて、主軸２とスピンドルステータ３とが接触した場合にも、制御手段２４による使用機器１００の制御によって、直ちに加工を停止したり、加工負荷を軽減できるように加工条件を変更するなどして、上記使用機器１００である工作機械等のトラブルを低減することができる。
【００２８】
図３は、この発明の他の実施形態を示す。この非接触軸受スピンドル装置は、図１に示した第１の実施形態において、主軸２に対して所定の隙間を介して対向する電極２５を、絶縁体２６を介してスピンドルステータ３に配置したものである。接触モニタ手段１８Ａを構成する交流電源２０の交流電圧は上記電極２５と加工ワーク１７の間に印加して、上記電極２５とワーク１７との間の静電容量を測定器２１で測定することにより、主軸２に取付けられた工具８とワーク１７との接触状態や、スピンドルステータ３と主軸２との接触状態をモニタするようにしている。上記電極２５と主軸２との隙間は、静圧気体軸受４の軸受隙間ｄ１つまりスピンドルステータ３と主軸２との隙間と同程度の大きさとされている。すなわち、この実施形態では、接触モニタ手段１８Ａは、スピンドルステータ３とワーク１７との間の静電容量を測定する代わりに、電極２５とワーク１７との間の静電容量を測定する。接触手段１８Ａが測定器２１を有することなどは第１の実施形態の場合と同じであり、その測定原理も第１の実施形態の場合と同じである。
【００２９】
この実施形態の場合、電極２５とスピンドルステータ３との間が電気絶縁されているので、第１の実施形態の場合のようにスピンドルステータ３とワーク１７との間を電気絶縁する必要がない。接触モニタ手段１８Ａによるモニタ動作は、第１の実施形態における接触モニタ手段１８による動作と同じである。また、ここでは電極２５と主軸２との隙間が、スピンドルステータ３と主軸２の隙間と同程度の大きさとされているので、主軸２がスピンドルステータ３に接触するときに、主軸２は電極２５にも接触し、または略接触した状態となって、静電容量が大きく変化する。そのため、電極２５による間接的な接触検出としながら、主軸２とスピンドルステータ３との接触検出を精度良く行うことができる。
【００３０】
図４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示した第１の実施形態において、支持軸受が静圧気体軸受４，５である非接触軸受スピンドル装置１に適用したのに代えて、支持軸受として静圧気体軸受４，５と磁気軸受３４，３５を併用した非接触軸受スピンドル装置１Ａに適用したものである。これら静圧気体軸受４，５と磁気軸受３４，３５は、後述のように静圧磁気複合軸受を構成している。
すなわち、このスピンドル装置１Ａはビルトインモータ形式のものであって、２つのラジアル型の静圧気体軸受４，４および２つのラジアル型の磁気軸受３４，３４と、１つのアキシアル型の静圧気体軸受５および１つのアキシアル型の磁気軸受３５と、主軸２を回転させるモータ６とを有する。ラジアル型の静圧気体軸受４、アキシアル型の静圧気体軸受５、およびモータ６の構成は図１に示した第１の実施形態の場合と略同じであり、各静圧気体軸受４，５の軸受給気ノズル９，１２は給気路１０を経てスピンドルステータ３の後端に開口する給気入口１１に連通している。
【００３１】
ラジアル型の磁気軸受３４は、モータ６のロータ部６ａを有する主軸２の外周に設けられた磁性体の軸受ロータ（図示せず）と、モータ６のステータ部６ｂを有するスピンドルハウジング３に設けられた軸受ステータ３６とで構成される。軸受ステータ３６はコア３７とコイル３８とでリング状に形成されている。アキシアル型の磁気軸受３５は、アキシアル型の静圧気体軸受５と共通の軸受ロータ２ａと、スピンドルハウジング３に設けられ上記軸受ロータ２ａを軸方向に前後から挟む一対の軸受ステータ３９，３９とからなる。これにより、磁気軸受３４と静圧気体軸受４とでラジアル型の静圧磁気複合軸受を構成し、また磁気軸受３５と静圧気体軸受５とでアキシアル型の静圧磁気複合軸受を構成している。なお複合型の軸受とせずに、磁気軸受３４，３５と静圧気体軸受４，５とを独立して設け、同じ主軸２の支持に併用しても良い。
接触モニタ手段１８および制御手段２４は、第１の実施形態のものと同じである。
【００３２】
なお、上記各実施形態では、非接触軸受スピンドル装置１，１Ａとして、支持軸受が静圧気体軸受であるもの、および静圧気体軸受と磁気軸受を併用したものを例示したが、これに限らず高速回転対応の磁気軸受を支持軸受として単独に用いたものにも適用できる。
また、上記各実施形態における接触モニタ手段１８，１８Ａの容量測定方法も、これら実施形態に示した方法に限るものではなく、他のいかなる方法による容量測定手段を用いても良く、さらには上記容量測定と等価となる構成として、工具８とスピンドルステータ３との間のインピーダンスを測定する手段を採用しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
この発明の非接触軸受スピンドル装置は、工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータと上記工具で加工されるワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ手段を設けたため、簡易な構成で、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることができる。
また、この発明の他の非接触軸受スピンドル装置は、工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータに、このスピンドルステータと電気絶縁され上記主軸に対して隙間を介して対向する電極を配置し、この電極と上記工具で加工されるワークとの間に交流電圧を印加する電源と、上記電極と上記ワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ手段を設けたため、簡易な構成で、工具の欠損や非接触軸受部の接触をモニタすることができ、またスピンドルステータとワークの間を電気絶縁する手段が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる非接触軸受スピンドル装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】同スピンドル装置における接触検出系の各状態での等価回路を示す説明図である。
【図３】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略構成を示す説明図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかる非接触軸受スピンドル装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１，１Ａ…非接触軸受スピンドル装置
２…主軸
３…スピンドルステータ
４，５…静圧気体軸受
１７…ワーク
１８，１８Ａ…接触モニタ手段
２０…交流電源
２４…制御手段
２５…電極
２６…絶縁体
３４，３５…磁気軸受

Claims

工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータと上記工具で加工されるワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ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。
請求項１において、上記スピンドルステータとワークとが電気絶縁されている非接触軸受スピンドル装置。
工具が取付けられる主軸を非接触軸受で支持した非接触軸受スピンドル装置において、このスピンドル装置のスピンドルステータに、このスピンドルステータと電気絶縁され上記主軸に対して隙間を介して対向する電極を配置し、この電極と上記工具で加工されるワークとの間に交流電圧を印加し、または交流電流を流す電源を設け、上記電極と上記ワークとの間の静電容量を測定することにより、上記主軸に取付けられた工具と上記ワークとの接触状態、または上記スピンドルステータと主軸との接触をモニタする接触モニタ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。
請求項３において、上記電極と上記主軸との間の隙間を、上記非接触軸受の軸受隙間と同程度の大きさとした非接触軸受スピンドル装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記非接触軸受は静圧気体軸受である非接触軸受スピンドル装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記非接触軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受とを組合せた軸受である非接触軸受スピンドル装置。
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、上記モニタ手段の検出信号を用いてこのスピンドル装置の使用機器を制御する制御手段を設けた非接触軸受スピンドル装置。