JP2015009351A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸に流体の発熱が生じやすい減衰付加軸受を用いる場合であっても、主軸および工具の熱変位を抑制しながら主軸の振動を効果的に抑制することで、高い加工精度を確保す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２１を保持し、回転駆動される主軸２０と、転がり軸受４１〜４４よりも工具２１側に設けられ、第一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に第一流体を供給し、第一流体の温度を調整可能とする第一流体供給装置６０と、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて各部位における、主軸２０の温度変化を抑制するように、主軸２０の回転数Ｒに応じて第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度を制御する制御装置９０と、を備えている。
【選択図】 図１

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、主軸の熱変位を測定するセンサおよび工具の先端位置を測定するセンサを備え、主軸の熱変位を補正する加工装置が開示されている。

また、特許文献２には、回転駆動されるスピンドルのダンパ装置について開示されている。スピンドルのダンパ装置は、スピンドルの外周面とスピンドルを支持する支持体の内周面との間にダンパポケット部を形成している。このダンパポケット部に液体を供給することによりダンピング抵抗を生じさせるとともに、スピンドルの回転数に応じて液体の圧力の可変制御を行い、スピンドルの振動を抑制している。

特開２００８−２６４８８３号公報 特開２０００−２８０１０２号公報

しかしながら、特許文献１に示されている主軸装置については、加工中に工具先端の位置の計測を行うことはできない。よって、加工中に、主軸の発熱が工具へ伝達し、工具に熱変位が生じる場合には、加工点を正確に把握することができず、加工精度に影響を及ぼす。

また、特許文献２に示す主軸装置のように、支持体に流体を用いる場合は、流体が繰り返しせん断されることで、流体が発熱する。そして、主軸の回転数が大きくなると、流体の発熱が大きくなり、主軸および工具に熱が伝達する。これにより、主軸および工具に熱変位が生じ、加工精度に影響を及ぼす。また、びびり振動をより効果的に抑制するために、静圧軸受ではなく減衰付加軸受を用いた場合は、粘度の高い流体を用いるため、せん断抵抗が大きくなり、流体の発熱が生じやすい。よって、主軸および工具の熱変位を招きやすく、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、主軸に流体の発熱が生じやすい減衰付加軸受を用いる場合であっても、主軸および工具の熱変位を抑制しながら主軸の振動を効果的に抑制することで、高い加工精度を確保す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、転がり軸受よりも工具側に設けられ、第一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、減衰付加軸受に第一流体を供給し、第一流体の温度を調整可能とする第一流体供給装置と、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲において各部位における、主軸の温度変化を抑制するように、主軸の回転数に応じて第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する制御装置と、を備えている。

本手段によれば、制御装置は、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲において各部位における、主軸の温度変化を抑制するように、主軸の回転数に応じて第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御するため、主軸および第一流体の温度上昇を抑制できる。よって、主軸が保持する工具への熱の伝達が抑制されるため、工具の熱変位が抑制される。さらに、減衰付加軸受を用いることによって、びびり振動を効果的に抑制することができる。したがって、主軸装置は、高い加工精度を確保できる。

（請求項２）好ましくは、制御装置は、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲において、主軸の回転数の変化による主軸の温度上昇を抑制するように、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。

すなわち、制御装置は、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲における主軸の温度上昇を抑制するように、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御するため、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲における主軸の温度を、容易にかつ精度よく一定とするように制御できる。

（請求項３）また、制御装置は、予め記憶された主軸の回転数に応じた第一流体の温度に基づいて、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。
すなわち、制御装置は、予め記憶された主軸の回転数に応じた第一流体の温度に基づいて、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御するため、回転数の変更と同時に第一流体の温度が補正される。よって、主軸の温度上昇をより短時間で抑制することができる。

（請求項４）また、主軸装置は、減衰付加軸受から排出される第一流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、制御装置は、温度センサにより検出される温度に基づいて、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。

すなわち、制御装置は、減衰付加軸受から排出される第一流体の温度に基づいて、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御するため、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲における主軸の温度を、より精度良く一定とするように制御することができる。

（請求項５）また、主軸装置は、減衰付加軸受より反工具側に配設され、第二流体が循環するジャケットと、ジャケットに第二流体を供給し、第二流体の温度を調整可能とする第二流体供給装置と、をさらに備え、制御装置は、ジャケットが配設されている主軸の軸方向範囲において、主軸の温度を所定温度とするように、第二流体供給装置の供給する第二流体の温度を制御し、かつ、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲の温度を所定温度とするように、第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。

すなわち、制御装置は、第一流体が存在する主軸の軸方向範囲の温度およびジャケットが配設されている主軸の軸方向範囲の温度を所定温度にて同一の温度とするように制御する。よって、主軸全体が同一の温度となるため、主軸に温度勾配が生じず、主軸全体に亘って熱変位が抑制される。

（請求項６）また、主軸装置は、減衰付加軸受より工具側で主軸の軸方向の変位を検出する第一変位センサと、減衰付加軸受より反工具側で主軸の軸方向の変位を検出する第二変位センサと、をさらに備え、制御装置は、第一変位センサにより検出される変位と第二変位センサにより検出される変位との差を一定とするように第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。

すなわち、制御装置は、それぞれのセンサにより検出される変位の差を一定とするように第一流体供給装置が供給する第一流体の温度を制御する。よって、主軸の熱変位が抑制されるため、主軸の温度上昇が抑制される。したがって、制御装置は、主軸の熱変位を直接的に検出することで、より確実に主軸の温度を一定とするように制御できる。

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に示す制御装置が記憶する主軸の回転数と第一流体供給装置が供給する第一流体の温度との関係を表したグラフである。 本発明の第三実施形態における主軸装置の軸方向の断面図である。

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、第一流体供給装置６０、および制御装置９０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、転がり軸受４１〜４４よりも工具２１側に設けられ、第一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、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第一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に第一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に供給される第一流体の流量Ｑに応じて変化する。具体的には、第一流体の流量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は、隙間の大きさ等の流路の抵抗、粘性等の第一流体の特性および第一流体の流量Ｑ等によって定まる。第一流体は、本実施形態において、例えば油である。

流体供給路５２は、一端が第一流体供給装置６０に接続されている。第一流体供給装置６０から供給される第一流体が流体供給路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から第一流体が環状溝５３ａ，５３ｂよりドレイン５３に導入され、ドレイン５３を介して第一流体を貯めておく図示しない第一タンクへ、第一流体が導出される。

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、第一流体が減衰付加部５１から工具２１側または軸受４１〜４４側へ第一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。

第一流体供給装置６０は、減衰付加軸受５０に第一流体を供給し、第一流体の温度を調整可能とするものである。第一流体供給装置６０は温度調整部およびポンプ（いずれも図示なし）を含んで構成されている。温度調整部は例えば、オイルクーラおよびヒータ等の熱交換器を含んで構成されている。

第一流体供給装置６０は、ポンプを駆動させて第一タンクから第一流体を第一流体供給装置６０に導入する。そして、第一流体供給装置６０は、第一流体を第一供給温度Ｔａに温度調整部によって調整し、流体供給路５２を介して減衰付加軸受５０に第一流体を供給する。第一供給温度Ｔａは、減衰付加軸受５０に第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度であり、制御装置９０によって設定される。

さらに、主軸装置１は、図１に示すように、ジャケット７０、第二流体供給装置８０を備えている。ジャケット７０は、減衰付加軸受５０より工具２１の反対側（以下、反工具２１側とする。）に配設され、第二流体が循環するものである。

ジャケット７０は、ハウジング１０内であって、転がり軸受４１〜４４およびモータ３０より外周側に主軸２０と同心状に形成されている螺旋状の溝７１、一端に接続されている第二流体供給装置８０から、他端に接続される溝７１へ第一流体を導出する流体供給路７２および一端に接続されている溝７１から、他端に接続されている第二流体を貯めておく第二タンクへ第二流体を導出するドレイン７３を備えている。第二流体は、第二タンクから第二流体供給装置８０に導入され、第二流体供給装置８０からジャケット７０に再び供給される。よって、第二流体は、ジャケット７０と第二流体供給装置８０との間を循環している。

第二流体供給装置８０は、ジャケット７０に第二流体を供給し、第二流体の温度を調整可能とするものである。第二流体供給装置８０は温度調整部、ポンプ（いずれも図示なし）および温度センサ８１を含んで構成されている。温度調整部は例えば、オイルクーラおよびヒータ等の熱交換器を含んで構成されている。温度センサ８１は、ドレイン７３に配設され、ジャケット７０から排出される第二流体の温度（以下、排出温度Ｔβとする。）を検出するものである。

第二流体供給装置８０は、ポンプを駆動させて第二タンクから第二流体を第二流体供給装置８０に導入する。そして、第二流体供給装置８０は、第二流体を第二供給温度Ｔαに温度調整部によって調整し、流体供給路７２を介して溝７１に第二流体を供給する。第二供給温度Ｔαは、ジャケット７０に第二流体供給装置８０が供給する第二流体の温度であり、制御装置９０によって設定される。

制御装置９０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９０は、回転数センサおよび第一流体供給装置６０と電気的に接続されている。回転数センサにより検出された主軸２０の回転数Ｒは、検出信号として制御装置９０に送信される。制御装置９０は、回転センサからの検出信号に基づいて、第一供給温度Ｔａの値を設定し、その値を制御信号として第一流体供給装置６０に送信する。

ここで、主軸２０の回転数Ｒに応じた第一供給温度Ｔａは、データベースとして記憶部に予め保存されている。主軸２０の回転数Ｒと第一供給温度Ｔａとの関係は、図３に示すように、右肩下がりのグラフとなる。すなわち、回転数Ｒが大きくなった場合は、第一流体および主軸２０の温度上昇を抑制するために、第一供給温度Ｔａを低くするように設定されている。

また、制御装置９０は、第二流体供給装置８０と電気的に接続されている。温度センサ８１により検出される排出温度Ｔβは、検出信号として第二流体供給装置８０を介して制御装置９０に送信される。制御装置９０は、温度センサ８１からの検出信号に基づいて、第二供給温度Ｔαの値を設定し、その値を制御信号として第二流体供給装置８０に送信する。具体的には、制御装置９０は、排出温度Ｔβを所定温度Ｔｓとするように、第二流体供給装置８０によって第二供給温度Ｔαを補正するフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）を行う。

次に、上述した主軸装置１における作動について説明する。主軸装置１は、電源が投入された後、ワークの切削加工等を開始する前に暖機運転を行う。具体的には、制御装置９０は、主軸２０の温度を所定温度Ｔｓとするように制御する。

具体的には、制御装置９０は、主軸２０を回転駆動させずに、第一供給温度Ｔａを所定温度Ｔｓに設定し、第一流体供給装置６０により第一流体を減衰付加軸受５０に供給する。また、制御装置９０は、排出温度Ｔβが所定温度Ｔｓとなるように第二供給温度Ｔαを設定し、第二流体供給装置８０により第二流体をジャケット７０に供給する。そして、排出温度Ｔβが所定温度Ｔｓとなり、所定時間（例えば５分）が経過したときに、主軸２０の温度が所定温度Ｔｓにて安定したとして、制御装置９０は暖機運転を終了する。

そして、主軸装置１は、制御装置９０に保存されているプログラム等にしたがって、ワークの切削加工等を行う。加工開始時は、主軸２０の回転数Ｒは第一回転数Ｒ１であるため、制御装置９０は、図３に示すように、第一供給温度Ｔａを第一温度Ｔａ１とするように第一流体供給装置６０によって調整し、第一流体を減衰付加軸受５０に供給する。

主軸２０が第一回転数Ｒ１にて回転駆動しているため、主軸２０は転がり軸受４１〜４４との摩擦抵抗およびモータ３０の回転駆動により発熱する。さらに、減衰付加軸受５０に供給された第一流体が減衰付加部５１にて繰り返しせん断され、減衰付加部５１に存在する第一流体も発熱する。これらにより、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて、主軸２０の温度が所定温度Ｔｓから上昇する傾向にある。

ここで、第一流体が主軸２０を冷却する冷媒として作用するように、第一温度Ｔａ１は所定温度Ｔｓよりも低く設定されている。主軸２０の回転駆動により発生した主軸２０の熱量が第一流体に移動することによる第一流体の温度上昇と、第一流体のせん断による第一流体の温度上昇とを考慮した結果に基づいて、第一温度Ｔａ１が設定されている。すなわち、主軸２０の回転数Ｒが第一回転数Ｒ１の場合に、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて、主軸２０の温度を所定温度Ｔｓにて一定とするように、第一温度Ｔａ１が設定されている。

よって、制御装置９０は、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて各部位における、主軸２０の温度変化を抑制するように、主軸２０の回転数Ｒに応じて第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度を制御するものである。また、制御装置９０は、予め記憶された主軸２０の回転数Ｒに応じた第一流体の温度に基づいて、第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度を制御する。

また、主軸２０の回転駆動により主軸２０に発熱が生じた場合は、ジャケット７０を循環する第二流体が冷媒として作用するため、主軸２０の発熱量は第二流体に移動する。これにより、排出温度Ｔβが上昇する。そして、制御装置９０は、排出温度Ｔβの上昇分に応じて第二流体供給装置８０によって、第二供給温度Ｔαを低くする補正をする。

そして、制御装置９０は、排出温度Ｔβが所定温度Ｔｓとなるまで、第二供給温度Ｔαを低くする補正を繰り返す。排出温度Ｔβが所定温度Ｔｓとなれば、主軸２０の温度が所定温度Ｔｓとなったと判断できる。

すなわち、制御装置９０は、ジャケット７０が配設されている主軸２０の軸方向範囲２０ｂにおいて、主軸２０の温度を所定温度Ｔｓとするように、第二流体供給装置８０の供給する第二流体の温度を制御し、かつ、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａの温度を所定温度Ｔｓとするように第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度を制御する。これにより、第一流体および第二流体によって、主軸２０全体が所定温度Ｔｓにて一定に保たれる。

そして、予め設定されたプログラムに従って、主軸２０の回転数Ｒが第一回転数よりも大きい第二回転数Ｒ２となったときは、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａを第二温度Ｔａ２に設定する。

主軸２０の回転数Ｒが大きくなったため、主軸２０および減衰付加部５１に存在する第一流体の発熱が大きくなる。この場合であっても、第一流体が冷媒として作用するように、第二温度Ｔａ２は、第一温度Ｔａ１よりも低く設定されている。具体的には、主軸２０の回転数Ｒが第二回転数Ｒ２の場合に、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて、主軸２０の温度を所定温度Ｔｓにて一定とするように、第二温度Ｔａ２が設定されている。

よって、制御装置９０は、主軸２０の回転数Ｒが変更されると、主軸２０の温度を所定温度Ｔｓにて一定とするように、第一流体供給装置６０によって、第一供給温度Ｔａを補正する。したがって、制御装置９０は、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて、主軸２０の回転数Ｒの変化による主軸２０の温度上昇を抑制するように、第一流体供給装置６０が供給する第一流体の温度を制御する。

また、制御装置９０は、排出温度Ｔβが所定温度Ｔｓとなるように、第二流体供給装置８０によって、第二供給温度Ｔαを調整する。これにより、減衰付加軸受５０より反工具２１側であり、ジャケット７０が配設されている主軸２０の軸方向範囲２０ｂにおいても、回転駆動による主軸２０の温度が所定温度Ｔｓにて一定に保たれる。よって、主軸２０の回転数Ｒが変更された場合であっても、第一流体および第二流体によって、主軸２０全体が所定温度Ｔｓにて一定に保たれる。

本実施形態によれば、制御装置９０は、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおいて各部位における、主軸２０の温度変化を抑制するように、主軸２０の回転数Ｒに応じて第一供給温度Ｔａを制御するため、主軸２０および第一流体の温度上昇を抑制できる。よって、主軸２０が保持する工具２１への熱の伝達が抑制されるため、工具２１の熱変位が抑制される。さらに、減衰付加軸受５０を用いることによって、びびり振動を効果的に抑制することができる。したがって、主軸装置１は、高い加工精度を確保できる。

また、制御装置９０は、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおける主軸２０の温度上昇を抑制するように、第一供給温度Ｔａを制御するため、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおける主軸２０の温度を、容易にかつ精度よく一定とするように制御できる。

そして、制御装置９０は、予め記憶された主軸２０の回転数Ｒに応じた第一流体の温度に基づいて、第一供給温度Ｔａを制御するため、回転数Ｒの変更と同時に第一供給温度Ｔａが補正される。よって、主軸２０の温度上昇をより短時間で抑制することができる。

また、制御装置９０は、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａの温度とジャケット７０が配設されている主軸２０の軸方向範囲２０ｂとを所定温度Ｔｓにて同一の温度とするように制御する。よって、主軸２０全体が同一の温度となるため、主軸２０に温度勾配が生じず、主軸２０全体に亘って熱変位が抑制される。

次に、本発明における第二実施形態について、第一実施形態と異なる点について説明する。第二実施形態は、第一実施形態に比べ、減衰付加軸受５０から排出される第一流体の温度（以下、排出温度Ｔｂとする。）を検出する温度センサ１００（特許請求の範囲に記載の温度センサ；図示なし）をさらに備えている点が異なる。

温度センサ１００は、ドレイン５３に配設されている。温度センサ１００と制御装置９０とは電気的に接続されており、温度センサ１００により検出された排出温度Ｔｂは、検出信号として制御装置９０に送信される。制御装置９０は、温度センサ１００からの検出信号に基づいて、第一供給温度Ｔａの値を設定し、その値を制御信号として第一流体供給装置６０に送信する。

ここで、第二実施形態においては、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースに基づいて行っていない。第二実施形態では、制御装置９０は、排出温度Ｔｂに基づいて、第一供給温度Ｔａを制御する。具体的には、制御装置９０は、排出温度Ｔｂを所定温度Ｔｓとするように、第一供給温度Ｔａを制御（例えばＰＩＤ制御）する。主軸装置１が暖機運転中である場合など、主軸２０が回転駆動していないときに、排出温度Ｔｂが所定温度Ｔｓとなれば、主軸２０の温度が所定温度Ｔｓとなったと判断できる。

そして、制御装置９０がプログラム等により主軸２０を回転駆動させている場合など、主軸２０に発熱が生じたときは、主軸２０および減衰付加軸受５０に供給された第一流体が発熱する。これにより、排出温度Ｔｂが上昇する。そして、制御装置９０は、減衰付加軸受５０に供給された第一流体を冷媒として作用させるため、排出温度Ｔｂの温度上昇に応じて第一供給温度Ｔａを低くする補正をする。

そして、制御装置９０は、排出温度Ｔｂが所定温度Ｔｓとなるまで、第一供給温度Ｔａの補正を繰り返す。排出温度Ｔｂが所定温度Ｔｓとなれば、主軸２０の温度が所定温度Ｔｓとなったと判断できる。

本実施形態によれば、制御装置９０は、排出温度Ｔｂに基づいて、第一供給温度Ｔａを制御するため、第一流体が存在する主軸２０の軸方向範囲２０ａにおける主軸２０の温度を、より精度良く一定とするように制御することができる。

次に、本発明における第三実施形態について、第一実施形態と異なる点について説明する。図４に示すように、第三実施形態は、第一実施形態に比べ、センサ装置２００をさらに備えている点が異なる。センサ装置２００は、第一変位センサ２１０、第二変位センサ２２０およびアーム２３０を備えている。

第一変位センサ２１０および第二変位センサ２２０は、対向部材との距離を測定するものであり、例えば、渦電流センサである。第一変位センサ２１０は、減衰付加軸受５０より工具２１側で主軸２０の軸方向の変位を検出するものである。第一変位センサ２１０は、アーム２３０の先端２３０ａに取り付けられ、主軸２０に形成されているフランジ２２における減衰付加軸受５０より工具２１側の第一面２２ａに対向している。

第二変位センサ２２０は、減衰付加軸受５０より反工具２１側で主軸２０の軸方向の変位を検出するものである。第二変位センサ２２０はアーム２３０の先端２３０ｂに取り付けられ、フランジ２２における減衰付加軸受５０より反工具２１側の第二面２２ｂに対向している。本実施形態においては、主軸装置１の暖機運転を開始した時点での主軸２０の位置における第一面２２ａおよび第二面２２ｂを基準とし、第一変位センサ２１０が第一面２２ａの軸方向の変位を測定し、第二変位センサ２２０が第二面２２ｂの軸方向の変位を計測する。

アーム２３０は、ハウジング１０が固定されているサドル３００からハウジング１０の外周面に沿って軸方向に延びるようにハウジング１０とは別体に設けられている。また、アーム２３０は、ハウジング１０に比べて線膨張係数が小さな材料で形成されている。つまり、同一温度において、ハウジング１０の熱変位よりアーム２３０の熱変位の方が小さくなる。

第一変位センサ２１０および第二変位センサ２２０と制御装置９０とは電気的に接続されており、第一変位センサ２１０および第二変位センサ２２０により検出された第一面２２ａおよび第二面２２ｂの軸方向の変位は、検出信号として制御装置９０に送信される。

制御装置９０は、第一変位センサ２１０および第二変位センサ２２０からの検出信号に基づいて、第一供給温度Ｔａの値を補正し、その値を制御信号として第一流体供給装置６０に送信する。

ここで、第三実施形態は、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースに基づいて行っていない。第三実施形態では、制御装置９０は、第一変位センサ２１０により検出される変位と第二変位センサ２２０により検出される変位との差δｈを一定とするように第一供給温度Ｔａを制御（例えばＰＩＤ制御）する。

具体的には、制御装置９０は、暖機運転開始時から、第一変位センサ２１０および第二変位センサ２２０からの検出信号に基づいて、第一面２２ａおよび第二面２２ｂの軸方向の変位の差δｈを連続的に演算する。そして、プログラム等による加工開始から、制御装置９０は、暖機運転終了時点における変位の差δｈｋを基準とし、変位の差δｈｋに変化がないかを連続的に判定する。

ここで、基準とする変位の差δｈｋから変化がないと判定する場合、つまり、変位の差δｈが一定である場合は、暖機運転終了時点からフランジ２２の軸方向の長さに変化がないと判断できる。よって、フランジ２２に熱変位が生じていないため、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの値を補正しない。

一方、主軸２０の回転数Ｒの変化等により、主軸２０および第一流体に発熱が生じた場合は、フランジ２２へ熱量が移動し、フランジ２２の温度が上昇するため、フランジ２２に熱変位が生じる。これにより、変位の差δｈに変化が生じる。そして、制御装置９０は、変位の差δｈに変化があると判定したときは、第一流体供給装置６０によって第一供給温度Ｔａを低くするように補正する。

そして、制御装置９０は、変位の差δｈが基準とする変位の差δｈｋとなるまで、第一流体供給装置６０によって第一供給温度Ｔａの補正を繰り返す。変位の差δｈが基準とする変位の差δｈｋとなれば、フランジ２２の熱変位が抑制され、温度上昇が抑制されたと判断できる。

本実施形態によれば、制御装置９０は、それぞれのセンサ２１０，２２０により検出される変位の差δｈを一定とするように第一供給温度Ｔａを制御する。よって、主軸２０の熱変位が抑制されるため、主軸２０の温度上昇が抑制される。したがって、制御装置９０は、主軸２０の熱変位を直接的に検出することで、より確実に主軸２０の温度を一定とするように制御できる。

なお、第二実施形態および第三実施形態において、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースに基づいて行っていない。これに代えて、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースを用いて行ようにしても良い。

具体的には、第二実施形態において、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースに基づいて行い、さらに、排出温度Ｔｂを所定温度Ｔｓとするように、第一流体供給装置６０によって第一供給温度Ｔａを補正するようにすると良い。これにより、制御装置９０は、短時間かつ精度よく、主軸２０の温度を一定とするように制御できる。

また、第三実施形態において、制御装置９０は、第一供給温度Ｔａの設定を、第一実施形態における上述したデータベースに基づいて行い、さらに、第一変位センサ２１０により検出される変位と第二変位センサ２２０により検出される変位との差δｈを一定とするように第一供給温度Ｔａの値を補正するようにすると良い。これにより、制御装置９０は、短時間かつ精度よく、主軸２０の温度を一定とするように制御できる。

また、第二実施形態において、制御装置９０は、排出温度Ｔｂを所定温度Ｔｓとするように、第一流体供給装置６０によって第一供給温度Ｔａを制御している。これに代えて、制御装置９０は、排出温度Ｔｂを所定温度Ｔｓとするように、第一流体供給装置６０によって第一供給温度Ｔａを制御し、さらに、第一変位センサ２１０により検出される変位と第二変位センサ２２０により検出される変位との差δｈを一定とするように第一供給温度Ｔａの値を補正するようにすると良い。これにより、制御装置９０は、より精度よく、主軸２０の温度を一定とするように制御できる。

また、各実施形態において、主軸２０および第一流体の温度上昇を抑制するために、制御装置９０は、第一流体供給装置６０または第二流体供給装置８０が供給する各流体の温度を変更するように制御しているが、これに代えて、各流体の温度を変更するだけでなく、ポンプの回転数を変更する等により、流体の流量Ｑも合わせて変更するようにしても良い。

１０…ハウジング、２０…主軸、２０ａ…軸方向範囲、２１…工具、４１〜４４…転がり軸受、５０…減衰付加軸受、６０…第一流体供給装置、７０…ジャケット、８０…第二流体供給装置、９０…制御装置、２１０…第一変位センサ、２２０…第二変位センサ、Ｔｓ…所定温度。

Claims (6)

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、
   前記転がり軸受よりも前記工具側に設けられ、第一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第一流体を供給し、前記第一流体の温度を調整可能とする第一流体供給装置と、
   前記第一流体が存在する前記主軸の軸方向範囲において各部位における、前記主軸の温度変化を抑制するように、前記主軸の回転数に応じて前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する制御装置と、を備えた主軸装置。
2. 前記制御装置は、前記第一流体が存在する前記主軸の軸方向範囲において、前記主軸の回転数の変化による前記主軸の温度上昇を抑制するように、前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する、請求項１の主軸装置。
3. 前記制御装置は、予め記憶された前記主軸の回転数に応じた前記第一流体の温度に基づいて、前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する、請求項１または２の主軸装置。
4. 前記減衰付加軸受から排出される前記第一流体の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記温度センサにより検出される温度に基づいて、前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する、請求項１〜３の何れか一項の主軸装置。
5. 前記減衰付加軸受より反工具側に配設され、第二流体が循環するジャケットと、
   前記ジャケットに前記第二流体を供給し、前記第二流体の温度を調整可能とする第二流体供給装置と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記ジャケットが配設されている前記主軸の軸方向範囲において、前記主軸の温度を所定温度とするように、前記第二流体供給装置の供給する前記第二流体の温度を制御し、かつ、前記第一流体が存在する前記主軸の軸方向範囲の温度を前記所定温度とするように、前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する、請求項３または４の主軸装置。
6. 前記減衰付加軸受より前記工具側で前記主軸の軸方向の変位を検出する第一変位センサと、
   前記減衰付加軸受より反前記工具側で前記主軸の軸方向の変位を検出する第二変位センサと、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第一変位センサにより検出される変位と前記第二変位センサにより検出される変位との差を一定とするように前記第一流体供給装置が供給する前記第一流体の温度を制御する、請求項１〜５の何れか一項の主軸装置。

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