JP2014237208A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸を回転可能に支持する減衰付加軸受に供給する流体の流量を周期的に変動させるように制御することにより、減衰付加軸受の流体の発熱を抑制しながら主軸の振動を抑制する工作機械に使用される主軸装置を提供することを目的とする。
【解決手段】主軸装置１は、工具を保持し、回転駆動される主軸２０と、流体が供給されることにより主軸２０の振動を抑制する減衰付加軸受５０と、減衰付加軸受５０に流体を供給し、流体の流量Ｑを調整可能とする流体供給装置６０と、流体供給装置６０が供給する流体の流量Ｑを周期的に変動させる制御装置８０と、を備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、工作機械に使用される主軸装置に関する。

例えば、特許文献１には、複数の玉軸受および空気静圧軸受により主軸を支持する主軸装置が開示されている。この主軸装置においては、加工時のびびり振動をより効果的に抑制するために、空気静圧軸受が玉軸受よりも主軸の先端側（工具側）に配設されている。

特開２００４−１０６０９１号公報

しかしながら、びびり振動をさらに効果的に抑制するために、液体を利用した減衰付加軸受を用いる場合は、粘性の高い流体を用いるため、流体のせん断抵抗が大きくなる。そして、主軸の回転によって流体が繰り返しせん断されることにより、流体が発熱する。これによって、主軸の熱変位が生じ、加工精度に影響を及ぼす。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、減衰付加軸受の流体の発熱を抑制しながら主軸の振動を抑制することができる主軸装置を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る主軸装置は、工具を保持し、回転駆動される主軸と、主軸を回転可能に支持する転がり軸受と、流体が供給されることにより主軸の振動を抑制する減衰付加軸受と、減衰付加軸受に前記流体を供給し、流体の流量を調整可能とする流体供給装置と、流体供給装置が供給する流体の流量を周期的に変動させる制御装置と、を備えている。

本手段によれば、制御装置は、流体供給装置が供給する流体の流量を周期的に変動させることによって、減衰付加軸受による減衰効果を発揮しつつ、流体の流量を少なくすることができる。流体の流量が少なくなれば、流体の圧力が小さくなる。これにより、流体のせん断抵抗が小さくなるため、流体の発熱を抑制することができる。さらに、流体の流量が少なくなれば、ドレイン等の流路面積を小さくすることができるため、減衰付加軸受の小型化が可能である。

（請求項２）好ましくは、制御装置は、流体の流量を周期的に変動させる際に、主軸の回転数に応じて所定時間における流体の量を変更する。

すなわち、制御装置は、主軸の回転数が大きくなると、所定時間における流体の量を多くするように制御する。これにより、流体が減衰付加軸受から短時間で排出される。よって、主軸の回転数が大きくなり、流体が繰り返しせん断されることにより、流体の発熱が大きくなる場合であっても、流体が短時間で減衰付加軸受から排出されるため、流体の発熱は抑制される。

（請求項３）また、制御装置は、工具による加工中の切削抵抗を検出する抵抗検出センサをさらに備え、制御装置は、流体の流量を周期的に変動させる際に、切削抵抗に応じて所定時間における流体の量を変更する。

すなわち、制御装置は、工具による加工中の切削抵抗が大きくなると、所定時間における流体の量を多くするように制御する。工具による加工中の切削抵抗が大きくなる場合は、主軸に大きな振動が発生する可能性がある。よって、大きな振動が発生する前に、所定時間における流体の量を変更し、減衰付加軸受による減衰効果を高めることで、主軸に大きな振動が発生することを抑制することができる。

（請求項４）また、主軸装置は、流体の流路を開状態または閉状態とする弁体を有するバルブをさらに備え、制御装置は、流体の流量を周期的に変動させる際に、弁体を作動することにより流路を開状態と閉状態とを交互に繰り返すように制御する。

制御装置は、所定時間における流体の量の変更をする場合は、弁体の作動させる位置および周期等を変更すれば良い。よって、所定時間における流体の量の変更を容易に行うことができる。

本発明の第一実施形態における主軸装置の軸方向の断面図である。 図１に示す減衰付加軸受の拡大軸方向断面図である。 図１に示す流体供給装置におけるバルブの軸方向の断面図であり、電磁コイルが通電されていない状態を表している。 図１に示す流体供給装置におけるバルブの軸方向の断面図であり、電磁コイルが通電されている状態を表している。 図１に示す制御装置が実行する制御についてのタイムチャートであり、上段は主軸の回転数を、下段は制御装置が送信する制御信号を表している。 第一実施形態における主軸装置の作動を示すタイムチャートであり、上段は電磁コイルに供給される電流値および減衰付加軸受に供給される流体の流量を、下段は減衰付加軸受の減衰係数を表している。 第一実施形態および第二実施形態における流体の流量を周期内で変更する場合における制御装置が送信する制御信号の第一の変形例を表したタイムチャートであり、上段は制御信号および減衰付加軸受に供給される流量を、下段は減衰付加軸受の減衰係数を表している。 第一実施形態および第二実施形態における流体の流量を周期内で変更する場合における制御装置が送信する制御信号の第二の変形例を表したタイムチャートであり、上段は制御信号および減衰付加軸受に供給される流量を、下段は減衰付加軸受の減衰係数を表している。 第一実施形態および第二実施形態における制御装置が送信する制御信号の第三の変形例を表したタイムチャートである。

以下、本発明の主軸装置１を具体化した第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。主軸装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、主軸装置１は、ハウジング１０、主軸２０、モータ３０、複数の転がり軸受４１〜４４、減衰付加軸受５０、流体供給装置６０、および制御装置８０を備えている。

ハウジング１０は、中空筒状に形成され、その中に主軸２０を保持する。主軸２０は、工具２１を保持し、回転駆動されるものである。具体的には、主軸２０は、先端側（図１の左側）に、工具２１を保持し、モータ３０によって回転駆動される。モータ３０は、ハウジング１０の筒内に配置されており、ハウジング１０に固定されたステータ３１および主軸２０に固定されたロータ３２を備えて構成されている。また、モータ３０は、主軸２０の回転数Ｒを検出する回転数センサ（図示せず）を備えている。本実施形態においては、回転数センサは、例えば磁気式エンコーダである。

転がり軸受４１〜４４は、ハウジング１０に対して主軸２０を回転可能に支持するものである。転がり軸受４１〜４３は、例えば玉軸受を適用し、モータ３０よりも工具２１側に配置される。一方、転がり軸受４４は、例えば、ころ軸受を適用し、モータ３０より工具２１の反対側（後端側）に配置される。すなわち、転がり軸受４１〜４４は、モータ３０を軸方向中央に挟むように配置される。

減衰付加軸受５０は、流体が供給されることにより主軸２０の振動を抑制するものである。減衰付加軸受５０は、転がり軸受４１〜４４よりも工具２１側に設けられている。減衰付加軸受５０は、図２に示すように、減衰付加部５１、流体供給路５２、ドレイン５３、エア供給環状溝５４およびエア供給路５５を備えている。なお、図２において、実線にて示す矢印は流体の流れる方向を表し、一点破線にて示す矢印はエアの流れる方向を表している。

減衰付加部５１は、減衰付加軸受５０の内周面と主軸２０の外周面との周方向の環状の隙間により形成されている。減衰付加部５１に流体が供給されることにより、主軸２０の振動を抑制する減衰効果が発揮される。減衰効果は、減衰付加部５１に供給される流体の流量Ｑに応じて変化する。具体的には、流体の流量Ｑが多くなると減衰効果が大きくなり、流量Ｑが少なくなると減衰効果は小さくなる。減衰効果の大きさを表す減衰係数Ｃは、隙間の大きさ等の流路の抵抗、粘性等の流体の特性および流体の流量Ｑ等によって定まる。流体は、本実施形態において、例えば油である。

流体供給路５２は、一端が流体供給装置６０に接続されている。流体供給装置６０から供給される流体が流体供給路５２を介して導出口５２ａから減衰付加部５１に導出される。導出口５２ａは、減衰付加軸受５０の内周面の周方向に１つ以上配設されている。

ドレイン５３は、減衰付加軸受５０の内周面の周方向に環状に設けた凹部によって形成され、流体供給路５２の導出口５２ａよりも工具２１側に配設される環状溝５３ａおよび導出口５２ａよりも工具２１の反対側に配設される環状溝５３ｂを備えている。減衰付加部５１から流体が環状溝５３ａ，５３ｂよりドレイン５３に導入され、ドレイン５３を介して流体を貯めておく図示しないタンクへ、流体が導出される。

エア供給環状溝５４は、減衰付加軸受５０の内周面の周方向に環状に設けた凹部によって形成され、環状溝５３ａよりも工具２１側に配設されるエア環状溝５４ａおよび環状溝５３ｂよりも工具２１の反対側に配設されるエア環状溝５４ｂによって構成されている。エア供給環状溝５４は、図示しないエアポンプからエア供給路５５を介して供給されたエアを減衰付加部５１に導出するものである。導出されたエアは、流体が減衰付加部５１から工具２１側または軸受４１〜４４側へ流体が排出されることを防止するエアシールを構成する。

流体供給装置６０は、減衰付加軸受５０に流体を供給し、流体の流量Ｑを調整可能とするものである。図３Ａに示すように、流体供給装置６０はバルブ７０およびポンプ（図示なし）を含んで構成されている。

バルブ７０は、ボディ７１、弁体７２、図３Ａの右側に弁体７２を付勢するスプリング７３およびソレノイド部７４を備えている。ボディ７１は中空筒状に形成され、その中に弁体７２を軸方向に摺動可能に保持する。また、ボディ７１は、タンクからポンプによって流体が供給される流路７１ａ、ボディ７１からタンクへ流体を排出する流路７１ｂおよびボディ７１から減衰付加軸受５０へ流体を供給するために流体供給路５２に接続されている流路７１ｃを備えている。

弁体７２は、軸状部材として形成され、流体の流路７１ｂ，７１ｃを開状態または閉状態とするものである。弁体７２は、流路７１ｂを開状態または閉状態とするランド７２ａ、流路７１ｃを開状態または閉状態とするランド７２ｂおよびランド７２ａ，７２ｂの両側面にランド７２ａ，７２ｂよりも外形が小さい軸部７２ｃを備えている。

ソレノイド部７４は、弁体７２を作動するものであり、本実施形態においては、比例ソレノイドによって構成されている。ソレノイド部７４は、通電により磁力を発生する電磁コイル７４ａおよびバルブ７０の軸方向に摺動可能に保持されるプランジャ７４ｂを含んで構成されている。プランジャ７４ｂは、磁性体金属の軸状部材であり、プランジャ７４ｂの端面７４ｂａがスプリング７３の付勢力によって、弁体７２の端面７２ｄと当接する。

ここで、図３Ａに示すバルブ７０は、電磁コイル７４ａに通電がされていない状態を表している。この場合、スプリング７３によって、弁体７２およびプランジャ７４ｂが図３Ａの右側に付勢されるため、プランジャ７４ｂの端面７４ｂｂがボディ７１の端面７１ｄに当接し、弁体７２の位置Ｘが図３Ａに示す第一位置Ｘ１にて固定される。このとき、ランド７２ａが流路７１ｂを開状態とし、ランド７２ｂが流路７１ｃを閉状態とするため、流路７１ａと流路７１ｂとが連通する。

また、図３Ｂに示すバルブ７０は、電磁コイル７４ａに通電されている状態である。この場合、電磁コイル７４ａが発生する磁力による磁気吸引力によって、スプリング７３の付勢力に抗って、プランジャ７４ｂが図３Ｂの左側に移動する。これにより、弁体７２も移動し、電磁コイル７４ａの磁気吸引力とスプリング７３の付勢力とがつり合う位置で弁体７２の位置Ｘが固定される。このとき、ランド７２ａが流路７１ｂを閉状態とし、ランド７２ｂが流路７１ｃを開状態とするため、流路７１ａと流路７１ｃとが連通する。

具体的には、ランド７２ｂには、その外周面に溝７２ｂａが配設されており、溝７２ｂａを介して、流路７１ａと流路７１ｃとが連通する。ここで、弁体７２の移動量と流路７１ｃの開口面積とが比例するように弁体７２の位置Ｘおよび溝７２ｂａの形状が設定されている。よって、弁体７２の位置Ｘを変更し、流路７１ｃの開口面積を変更することにより、減衰付加軸受５０への流体の流量Ｑを制御することができる。

ここで、弁体７２の位置Ｘを変更するには、プランジャ７４ｂの移動量を制御すれば良い。ここで、プランジャ７４ｂの移動量は、電磁コイル７４ａの磁力に比例する。すなわち、プランジャ７４ｂの移動量を制御するには、電磁コイル７４ａの磁力を制御すれば良い。また、電磁コイル７４ａの磁力を制御するには、磁力と電流値Ｉは比例するため、電磁コイル７４ａに供給する電流値Ｉを制御すれば良い。

よって、電磁コイル７４ａに供給する電流値Ｉを制御することによって、弁体７２の位置Ｘを変えることができ、流路７１ｃの開口面積を変更することができる。したがって、電磁コイル７４ａに供給する電流値Ｉによって、減衰付加軸受５０への流体の流量Ｑを制御することができる。また、電流値Ｉと流量Ｑとは、比例するように設定されている。

制御装置８０は、演算処理を実行するＣＰＵ部と、プログラムなどを保存するＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部と、情報を交換するための入出力部とを備えて構成されている。

制御装置８０は、回転数センサおよび流体供給装置６０と電気的に接続されている。回転数センサによって検出された主軸２０の回転数Ｒは、検出信号として制御装置８０に送信される。制御装置８０は、回転センサからの検出信号に基づいて、流体の流量Ｑの値を設定し、その値を制御信号Ｓとして流体供給装置６０に送信する。回転数Ｒの検出信号に対応する制御信号Ｓは予め設定されており、記憶部に記憶されている。回転数Ｒが大きくなると流量Ｑを多くするように制御信号Ｓが設定されている。

本実施形態においては図４に示すように、制御信号Ｓは、レベルＬおよび時間Ｔから形成される矩形状の波形が周期Ｐにて間欠的に繰り返される信号である。ここで、レベルＬは、電流値Ｉと比例するように設定されている。したがって、レベルＬを変更することによって、電流値Ｉを変更できるため、流量Ｑを制御することができる。ここで、上述したように、電流値Ｉと流量Ｑとが比例するように設定されているため、レベルＬと流量Ｑとは比例する。

また、具体的に、回転数Ｒが第一回転数Ｒ１の場合は、制御信号Ｓには、レベルＬを第一レベルＬ１および時間Ｔを第一時間Ｔ１とする矩形状の波形を、周期Ｐを第一周期Ｐ１として間欠的に繰り返す第一制御信号Ｓ１が設定されている。

そして、例えば、回転数Ｒが変化し、第一回転数Ｒ１よりも大きい第二回転数Ｒ２となった場合は、制御信号Ｓには、第一時間Ｔ１および第一周期Ｐ１を変更せずに、レベルＬを第一レベルＬ１よりも大きい第二レベルＬ２（例えば第一レベルＬ１の１．５倍の大きさ）に変更した波形を間欠的に繰り返す第二制御信号Ｓ２が設定されている。すなわち、回転数Ｒに基づいて波形のレベルＬが変更されるように設定されており、波形のレベルＬを変更することで流量Ｑを制御するように設定している。

上述したように、矩形状の波形が間欠的に繰り返される制御信号Ｓが流体供給装置６０に送信されるため、制御装置８０は、流体供給装置６０が供給する流体の流量Ｑを周期的に変動させる。また、回転数Ｒに応じて制御信号Ｓの波形のレベルＬを変更することにより流量Ｑを制御しているため、制御装置８０は、流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、主軸２０の回転数Ｒに応じて所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを変更するものである。所定時間Ｔｓは、予め設定されている周期Ｐのうち最も長い周期Ｐの時間である。本実施形態において設定されている周期Ｐは第一周期Ｐ１のみとしているため、本実施形態における第一所定時間Ｔｓ１は第一周期Ｐ１の時間と同じである。

次に、上述した主軸装置１における作動について図５に示すタイムチャートに沿って説明する。主軸装置１は、制御装置８０に保存されたあらかじめ設定されたプログラム等にしたがって、ワークの切削加工等を行う。このとき、加工開始時（時刻ｔ１）は、主軸２０の回転数Ｒは第一回転数Ｒ１であり、制御装置８０は、第一制御信号Ｓ１を流体供給装置６０に送信している。

このとき、流体供給装置６０は、第一制御信号Ｓ１に応じた電流を電磁コイル７４ａに供給する。すなわち、第一レベルＬ１に対応する電流値Ｉである第一電流値ＩＬ１を第一時間Ｔ１だけ供給した後、電流値Ｉを零とすることを第一周期Ｐ１にて繰り返す。

電磁コイル７４ａに第一電流値ＩＬ１にて電流が供給されると、図３Ｂに実線にて示すように、弁体７２が第二位置Ｘ２まで移動する。このとき、流路７１ｂが閉状態となり、流路７１ｃが開状態となるため、流路７１ａと流路７１ｃとが連通する。これにより、ポンプによってタンクから流路７１ａを介して供給された流体は、流路７１ｃを介して流量Ｑが第一流量Ｑ１にて減衰付加軸受５０に供給される。このときの減衰係数Ｃは第一減衰係数Ｃ１となる。

そして、第一時間Ｔ１が経過したときに（時刻ｔ２）、電流値Ｉは零となるため、弁体７２にはスプリング７３の付勢力のみが作用し、弁体７２が図３Ａに示す第一位置Ｘ１まで移動する。このとき、流路７１ｂが開状態となるため、流路７１ｂを介して流体はタンクへ回収される。また、流路７１ｃが閉状態となるため、減衰付加軸受５０に供給される流体の流量Ｑは零となる。

このとき、減衰付加軸受５０に流体が供給されないため、流体がドレイン５３から完全に排出されない。すなわち、流体の供給が停止された直後は、流体に残っている圧力により流体がドレイン５３から排出される。しかし、一定量の流体が排出されて、流体の圧力が一定圧力まで下がると、管路抵抗等の影響により流体が排出されなくなり、減衰付加部５１に流体が残る。これにより、減衰付加軸受５０は減衰効果を発揮する。このときの減衰係数Ｃは第一減衰係数Ｃ１よりも小さい第二減衰係数Ｃ２となる。

そして、加工開始から第一周期Ｐ１が経過すると（時刻ｔ３）、流体供給装置６０に第一レベルＬ１の制御信号が送信される。よって、第一制御信号Ｓ１が流体供給装置６０に送信されている間は、上述した作動を繰り返す。すなわち、第一電流値ＩＬ１が間欠的に電磁コイル７４ａに供給され、弁体７２が第二位置Ｘ２および第一位置Ｘ１との間を交互に移動する。また、流量Ｑが第一流量Ｑ１と零との間を、および、減衰係数Ｃが第一減衰係数Ｃ１および第二減衰係数Ｃ２との間を、周期Ｐを第一周期Ｐ１にて変動する。よって、制御装置８０は、流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、弁体７２を作動することにより流路を開状態と閉状態とを交互に繰り返すように制御する。なお、本実施形態における第一所定時間Ｔｓ１は第一周期Ｐ１の時間と同じであるため、第一制御信号Ｓ１での第一所定時間Ｔｓ１における流体の量ＱＴｓ１は、式（１）に示すようになる。

［数１］
ＱＴｓ１＝Ｑ１×Ｔ１ ・・・（１）

そして、回転数Ｒが第二回転数Ｒ２に変更されると、第二制御信号Ｓ２が流体供給装置６０に送信される（時刻ｔ４）。

このとき、流体供給装置６０は、第二制御信号Ｓ２に応じた電流を電磁コイル７４ａに供給する。すなわち、第二レベルＬ２に対応する電流値Ｉである第二電流値ＩＬ２を第一時間Ｔ１だけ供給した後、電流値Ｉを零とすることを第一周期Ｐ１にて繰り返す。

電磁コイル７４ａに第二電流値ＩＬ２にて電流が供給されると、図３Ｂに点線にて示すように、弁体７２が第三位置Ｘ３まで移動する。このとき、流路７１ｂが閉状態となり、流路７１ｃが開状態となるため、流路７１ａと流路７１ｃとが連通する。但し、第二位置Ｘ２の場合に比べ、流路７１ｃに対する溝７２ｂａの位置が異なるため、流路７１ｃの開口面積が大きくなっている。これにより、流路７１ａを介して供給された流体は、第一流量Ｑ１よりも大きい第二流量Ｑ２にて減衰付加軸受５０に供給される。このときの減衰係数Ｃは第一減衰係数Ｃ１よりも大きい第三減衰係数Ｃ３となる。

そして、第一時間Ｔ１が経過した後（時刻ｔ５）、電流値Ｉは零となるため、弁体７２が第一位置Ｘ１まで移動する。このとき、流路７１ｂが開状態となるため、流路７１ｂを介して流体はタンクへ回収される。また、流路７１ｃが閉状態となるため、減衰付加軸受５０に供給される流量Ｑは零となる。

このとき、上述したように、減衰付加部５１には流体が残るため、減衰付加軸受５０は減衰効果を発揮する。このときの減衰係数Ｃは第一減衰係数Ｃ１よりも小さく第二減衰係数Ｃ２よりも大きい第四減衰係数Ｃ４となる。

そして、回転数Ｒが第二回転数Ｒ２に変更されてから第一周期Ｐ１が経過すると（時刻ｔ６）、流体供給装置６０に第二レベルＬ２の信号が送信される。第二制御信号Ｓ２が流体供給装置６０に送信されている間は、上述した作動を繰り返す。すなわち、第二電流値ＩＬ２が間欠的に電磁コイル７４ａに供給され、弁体７２が第三位置Ｘ３および第一位置Ｘ１との間を交互に移動する。また、流量Ｑが第二流量Ｑ２と零との間を、および、減衰係数Ｃが第三減衰係数Ｃ３と第四減衰係数Ｃ４との間を、周期Ｐを第一周期Ｐ１にて変動する。

また、本実施形態における第一所定時間Ｔｓ１は、第一周期Ｐ１と同じ時間であるため、第二制御信号Ｓ２での第一所定時間Ｔｓ１における流体の量ＱＴｓ２は、式（２）に示すようになる。

［数２］
ＱＴｓ２＝Ｑ２×Ｔ１ ・・・（２）

ここで、第二レベルＬ２が第一レベルＬ１に対して１．５倍であるため、第二流量Ｑ２は第一流量Ｑ１に対して１．５倍となる。よって、流体の量ＱＴｓ２は流体の量ＱＴｓ１に対して１．５倍となる。流体の量ＱＴｓが多くなると、流体の圧力が高まるため、流体が減衰付加軸受５０から短時間で排出される。

本実施形態によれば、制御装置８０は、流体供給装置６０が供給する流体の流量Ｑを周期的に変動させることによって、減衰付加軸受５０による減衰効果を発揮しつつ、流体の流量Ｑを少なくすることができる。流体の流量Ｑが少なくなれば、流体の圧力が小さくなる。これにより、流体のせん断抵抗が小さくなるため、流体の発熱を抑制することができる。さらに、流体の流量Ｑが少なくなれば、ドレイン５３等の流路面積を小さくすることができるため、減衰付加軸受５０の小型化が可能である。

また、制御装置８０は、主軸２０の回転数Ｒが大きくなると、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを多くするように制御する。これにより、流体が減衰付加軸受５０から短時間で排出される。よって、主軸２０の回転数Ｒが大きくなり、流体が繰り返しせん断されることにより、流体の発熱が大きくなる場合であっても、流体が短時間で減衰付加軸受５０から排出されるため、流体の発熱は抑制される。

また、制御装置８０は、流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、弁体７２を作動することにより流路を開状態と閉状態とを交互に繰り返すように制御する。これにより、制御装置８０は、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓの変更をする場合は、弁体７２の作動させる位置および周期Ｐ等を変更すれば良い。よって、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓの変更を容易に行うことができる。

次に、本発明における第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態が有する主軸２０の回転数Ｒを検出する回転数センサに代えて、工具による加工中の切削抵抗Ｆを検出する抵抗検出センサを備える点が異なる。また、第一実施形態においては、制御装置８０が流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、主軸２０の回転数Ｒに応じて所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを変更している。これに代えて、第二実施形態においては、制御装置８０が流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、切削抵抗Ｆに応じて所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを変更している。

抵抗検出センサは、例えば、荷重センサ、変位センサ、送り軸の駆動モータの消費電力検出器、供給電流センサなどを適用できる。つまり、荷重センサにより切削抵抗Ｆそのものを直接検出することもできるし、変位センサやその他により間接的に切削抵抗Ｆを検出することもできる。

抵抗検出センサは、制御装置８０に電気的に接続されている。抵抗検出センサが検出した切削抵抗Ｆは、検出信号として制御装置８０に送信される。制御装置８０は、切削抵抗センサからの検出信号に基づいて、流体の流量Ｑの値を設定し、その値を制御信号Ｓとして流体供給装置６０に送信する。切削抵抗Ｆの検出信号に対応する制御信号Ｓの値は予め設定されており、記憶部に記憶されている。切削抵抗Ｆが大きくなると流量Ｑを多くするように制御信号Ｓの値が設定されている。

具体的には、切削抵抗Ｆが第一切削抵抗Ｆ１の場合は、制御装置８０は、第一制御信号Ｓ１を送信する。また、切削抵抗Ｆが第一切削抵抗Ｆ１より大きい第二切削抵抗Ｆ２の場合は、制御装置８０は、第二制御信号Ｓ２を送信する。第二実施形態における主軸装置１の作動は、上述した第一実施形態の作動と同様である。

本実施形態によれば、制御装置８０は、工具による加工中の切削抵抗Ｆが大きくなると、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを多くするように制御する。工具による加工中の切削抵抗Ｆが大きくなる場合は、主軸２０に大きな振動が発生する可能性がある。よって、大きな振動が発生する前に、流体の量ＱＴｓを変更し、減衰付加軸受５０による減衰効果を高めることで、主軸２０に大きな振動が発生することを抑制することができる。

なお、第一実施形態および第二実施形態において、制御装置８０が、流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを変更するときは、制御信号Ｓの矩形状の波形のレベルＬの値のみを変更している。これに代えて、制御信号Ｓの矩形状の波形の時間Ｔの値のみを変更するようにしても良い。

具体的には、図６に示すように、主軸２０の回転数Ｒが第一回転数Ｒ１から第二回転数Ｒ２となったときに、制御信号Ｓが第一制御信号Ｓ１から第三制御信号Ｓ３に変更する。第三制御信号Ｓ３は、レベルＬが第一レベルＬ１および時間Ｔが第一時間Ｔ１よりも長い第二時間Ｔ２（例えば第一時間Ｔ１の１．５倍の長さ）とする矩形状の波形を、周期Ｐを第一周期Ｐ１として間欠的に繰り返す制御信号Ｓである。これにより、第三制御信号Ｓ３が流体供給装置６０に送信されている間は、第一電流値ＩＬ１が間欠的に電磁コイル７４ａに供給され、弁体７２が第二位置Ｘ２および第一位置Ｘ１との間を交互に移動する。また、流量Ｑが第一流量Ｑ１と零との間を、および、減衰係数Ｃが第一減衰係数Ｃ１と、第四減衰係数Ｃ４より小さく、第二減衰係数Ｃ２より大きい第五減衰係数Ｃ５との間を、周期Ｐを第一周期Ｐ１にて変動する。

また、本実施形態における第二所定時間Ｔｓ２は、周期Ｐは第一周期Ｐ１のみで設定されているため、第一周期Ｐ１と同じ時間である。よって、第三制御信号Ｓ３での第二所定時間Ｔｓ２における流体の量ＱＴｓ３は、式（３）に示すようになる。

［数３］
ＱＴｓ３＝Ｑ１×Ｔ２ ・・・（３）

ここで、第二時間Ｔ２は第一時間Ｔ１に対して１．５倍であるため、流体の量ＱＴｓ３は流体の量ＱＴｓ１に対して１．５倍となる。流体の量ＱＴｓが多くなると、本実施例の場合は、流体の圧力を保持する時間が長くなるため、流体が減衰付加軸受５０から短時間で排出される。

また、第一実施形態および第二実施形態において、制御装置８０が、流体の流量Ｑを周期的に変動させる際に、所定時間Ｔｓにおける流体の量ＱＴｓを変更するときは、制御信号Ｓの矩形状の波形のレベルＬの値のみを変更している。これに代えて、制御信号Ｓの周期Ｐの値のみを変更するようにしても良い。

具体的には、図７に示すように、主軸２０の回転数Ｒが第一回転数Ｒ１から第二回転数Ｒ２となったときに、制御信号Ｓが第一制御信号Ｓ１から第四制御信号Ｓ４に変更する。第四制御信号Ｓ４は、レベルＬが第一レベルＬ１および時間Ｔが第一時間Ｔ１とする矩形状の波形を、周期Ｐを第一周期Ｐ１よりも短い第二周期Ｐ２（例えば、第一周期Ｐ１の２分の１の長さ）として間欠的に繰り返す制御信号Ｓである。これにより、第四制御信号Ｓ４が流体供給装置６０に送信されている間は、第一電流値ＩＬ１が間欠的に電磁コイル７４ａに供給され、弁体７２が第二位置Ｘ２および第一位置Ｘ１との間を交互に移動する。また、流量Ｑが第一流量Ｑ１と零との間を、および、減衰係数Ｃが第一減衰係数Ｃ１と、第一減衰係数Ｃ１より小さく、第四減衰係数Ｃ４より大きい第六減衰係数Ｃ６との間を、周期Ｐを第二周期Ｐ２にて変動する。

また、本実施形態における第三所定時間Ｔｓ３は、周期Ｐは第一周期Ｐ１が最も長い時間に設定されているため、第一周期Ｐ１と同じ時間である。よって、第四制御信号Ｓ４での第三所定時間Ｔｓ３における流体の量ＱＴｓ４は、式（４）に示すようになる。

［数４］
ＱＴｓ４＝Ｑ１×Ｔ１×２ ・・・（４）

したがって、流体の量ＱＴｓ４は流体の量ＱＴｓ１に対して２倍となる。流体の量ＱＴｓが多くなると、本実施例の場合は、流体の圧力を保持する時間が長くなるため、流体が減衰付加軸受５０から短時間で排出される。

また、第一実施形態および第二実施形態において、制御信号Ｓは矩形状の波形を間欠的に繰り返す信号である。これに代えて、図８に示すように、制御信号Ｓの波形を正弦波とする信号としても良い。具体的には、回転数Ｒが第一回転数Ｒ１の場合の制御信号Ｓを、レベルＬの上限を第一レベルＬ１および下限を零とし、周期Ｐを第一周期Ｐ１とする正弦波である第五制御信号Ｓ５としても良い。

また、第一実施形態および第二実施形態において、流量Ｑの調整は、バルブ７０によって実施している。これに代えて、流量Ｑの調整を、ポンプの圧力を変更することによって実施するようにしても良い。

また、第一実施形態および第二実施形態において、バルブ７０は、流体供給装置６０が備えている。これに代えて、バルブ７０は、流体供給装置６０とは別の構成要素として、主軸装置１が備えるようにしても良い。

１０…ハウジング、２０…主軸、２１…工具、３０…モータ、５０…減衰付加軸受、６０…流体供給装置、７０…バルブ、７２…弁体、８０…制御装置、Ｆ１…第一切削抵抗、Ｆ２…第二切削抵抗、Ｑ１…第一流量、Ｑ２…第二流量、Ｒ１…第一回転数、Ｒ２…第二回転数、Ｓ１…第一制御信号、Ｓ２…第二制御信号、Ｓ３…第三制御信号、Ｓ４…第四制御信号、Ｓ５…第五制御信号、Ｔｓ１…第一所定時間、Ｔｓ２…第二所定時間、Ｔｓ３…第三所定時間。

Claims (4)

1. 工具を保持し、回転駆動される主軸と、
   前記主軸を回転可能に支持する転がり軸受と、
   流体が供給されることにより前記主軸の振動を抑制する減衰付加軸受と、
   前記減衰付加軸受に前記流体を供給し、前記流体の流量を調整可能とする流体供給装置と、
   前記流体供給装置が供給する前記流体の流量を周期的に変動させる制御装置と、を備えた主軸装置。
2. 前記制御装置は、前記流体の流量を周期的に変動させる際に、前記主軸の回転数に応じて所定時間における前記流体の量を変更する、請求項１の主軸装置。
3. 前記工具による加工中の切削抵抗を検出する抵抗検出センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記流体の流量を周期的に変動させる際に、前記切削抵抗に応じて前記所定時間における前記流体の量を変更する、請求項１または２の主軸装置。
4. 前記流体の流路を開状態または閉状態とする弁体を有するバルブをさらに備え、
   前記制御装置は、前記流体の流量を周期的に変動させる際に、前記弁体を作動することにより前記流路を前記開状態と前記閉状態とを交互に繰り返すように制御する、請求項１〜３の何れか一項の主軸装置。

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