JP2977564B2 - 工作機用磁気軸受スピンドルの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は工作機用磁気軸受スピンドルの制御装置に
関し、特に、主軸に数種類の工具が装着可能な工作機用
磁気軸受スピンドルを制御するような制御装置に関す
る。

［従来の技術］ 磁気軸受スピンドルは、電子制御回路によって主軸が
安定に浮上して回転するように制御される。このような
磁気軸受スピンドルを工作機用として用いる場合には、
装着される研削用クイルなどの工具によって制御対象の
機械系伝達関数などの特性が決定され、それに合わせた
制御系の構築が必要とされる。

特に、曲げモードでの固有振動に対しては、制御回路
に帯域除去フィルタを挿入して、固有振動周波数を除去
したり、何からの方法でその周波数域にダンピングを効
かせたりして安定化させる必要がある。したがって、磁
気軸受スピンドルに装着できる工具は、基本的には１つ
のみということになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、最近の工作機械のNC化に伴なって、１
つのスピンドルに数種類の工具を装着して、各工具を切
換えながらワークを加工することが多くなってきてお
り、磁気軸受スピンドルに対しても、異なる数種類の工
具を装着しても制御系が安定に動作する要求が生じてき
た。

それゆえに、この発明の主たる目的は、数種類の異な
る工具を装着しても、制御系が安定に動作し得る工作機
用磁気軸受スピンドルの制御装置を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明は主軸の複数種類の工具が選択的に装着可能
な工作機用磁気軸受スピンドルの制御装置であって、複
数種類の工具のそれぞれに対応して設けられ、それぞれ
の工具によって変動する主軸曲げ固有振動数に対して中
心周波数の高周波側の位相進みによって減衰を与えるか
あるいはその周波数成分を除去するための帯域除去フィ
ルタと、複数種類の工具のいずれかを選択する選択手段
と、いずれかの工具が選択されたことに応じてその工具
に対応する帯域除去フィルタを選択するためのフィルタ
切換手段とを備えて構成される。

より好ましくは、各工具ごとに主軸の定格回転数を切
換えるための回転数設定手段が設けられる。

［作用］ この発明に係る工作機用磁気軸受スピンドルの制御装
置は、主軸に装着する工具ごとに主軸曲げ固有振動数が
変動する場合でも、帯域除去フィルタを切換えることに
より固有振動数に対して中心周波数の高周波側の位相進
みによって減衰を与えるかあるいはその周波数成分を除
去することにより、１つの磁気軸受スピンドルに数種類
の工具を選択的に装着しても、制御系の安定を図ること
ができる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図であ
る。まず、第１図を参照して、この発明の一実施例の構
成について説明する。第１図において、セレクトスイッ
チ４は磁気軸受スピンドルに装着される工具A,B,C…に
応じて切換えられる。これにより、各工具A,B,C…ごと
に予め設定されている定格回転数および帯域除去フィル
タが、定格回転数切換回路５および帯域除去フィルタ切
換回路７によって選択される。

モータ１は磁気軸受機械系２によって磁気浮上されな
がら回転する。磁気軸受機械系２の主軸変位は変位セン
サ回路３によって検出され、検出された変位信号は比較
器11に与えられ、目標値と比較される。比較器11の比較
出力は選択された帯域除去フィルタ81,82,83…のいずれ
かを通って主制御回路９に与えられる。帯域除去フィル
タ81,82,83…は、それぞれ対応する工具をスピンドルに
装着したときに生じる固有振動に対して、減衰を与える
かあるいはその周波数成分を除去するために挿入され
る。なお、帯域除去フィルタ81,82,83…は、帯域除去フ
ィルタ切換回路７の出力によって切換えられるセレクト
スイッチ12によって選択される。

定格回転数切換回路５は固有振動数が初期設定回転数
の近傍の高周波側にある場合に回転数を下げるために設
けられている。定格回転数切換回路５の出力はインバー
タ６に与えられ、インバータ６によってモータ１が駆動
される。主制御回路９は帯域除去フィルタ81,82,83…の
出力に応答して磁気軸受機械系２を制御するための制御
信号をパワーアンプ10に与える。パワーアンプ10はその
制御信号に応答して磁気軸受機械系２を駆動する。

第２図はスピンドルに工具を装着したときの機械系伝
達関数を示す図であり、第３図および第４図は同じく一
巡伝達関数を示す図である。

次に、第１図ないし第４図を参照して、この発明の一
実施例の具体的な動作について説明する。磁気軸受装置
２のスピンドルの電極石の電流値からセンサ回路３の出
力までの機械系伝達関数は装着する工具を変えることに
より、第２図に示す実線から点線のように固有振動数が
変化する。そこで、この発明の一実施例では、装着した
工具に対応する帯域除去フィルタ81,82,83…のいずれか
に切換える。この場合、必要に応じてスピンドルの定格
回転数も切換える。ただし、第３図に示すように、固有
振動数がスピンドル初期設定回転数よりも十分高域にあ
りかつ制御系の位相余裕が大きければ、その固有振動数
に対応する帯域除去フィルタを切換えるのみでよい。こ
れは第３図に示した一巡伝達関数において、実線Ａが点
線Ｂに変動する場合に相当する。

また、固有振動数が初期設定回転数の近傍高域周波数
（回転周波数の約130％以下）にある場合では、装着す
る工具に応じて、定格回転数切換回路５によって回転数
が下げられる。そして、その回転周波数に中心周波数を
有する帯域除去フィルタ81,82,83…のいずれかが選択さ
れ、中心周波数の高周波側の位相進みによって、固有振
動に対してダンピングが与えられ、安定化が図られる。
これらは第４図に示すような一巡伝達関数の場合であ
る。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、スピンドルに装着
する複数種類の工具に応じて対応の帯域除去フィルタを
設け、いずれかの工具を選択したとき、その工具に対応
する帯域除去フィルタを選択することによって、主軸曲
げ固有振動数に対して中心周波数の高周波側の位相進み
によって減衰を与えるかあるいはその周波数成分を除去
することにより、主制御回路を変更することなく制御系
の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。
第２図はスピンドルに工具を装着したときの機械系伝達
関数を示す図である。第３図および第４図は同じく一巡
伝達関数を示す図である。 図において、１はモータ、２は磁気軸受機械系、３は変
位センサ回路、4,12はセレクトスイッチ、５は定格回転
数切換回路、６はインバータ、７は帯域除去フィルタ切
換回路、81,82,83…は帯域除去フィルタ、９は主制御回
路、10はパワーアンプを示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸に複数種類の工具が選択的に装着可能
   な工作機用磁気軸受スピンドルの制御装置であって、 前記複数種類の工具のそれぞれに対応して設けられ、そ
   れぞれの工具によって変動する主軸曲げ固有振動数に対
   して中心周波数の高周波側の位相進みによって減衰を与
   えるかあるいはその周波数成分を除去するための帯域除
   去フィルタ、 前記複数種類の工具のいずれかを選択する選択手段、お
   よび 前記選択手段によっていずれかの工具が選択されたこと
   に応じて、その工具に対応する帯域除去フィルタを選択
   するためのフィルタ切換手段を備えた、工作機用磁気軸
   受スピンドルの制御装置。
2. 【請求項２】さらに、前記各工具ごとに前記主軸の定格
   回転数を切換えるための回転数設定手段を含む、特許請
   求の範囲第１項に記載の工作機用磁気軸受スピンドルの
   制御装置。