JP3746630B2 - Spindle device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は高速切削加工装置や研削加工装置等に装備されるスピンドル装置、特に静圧磁気複合軸受を備えたスピンドル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高能率で高精度な加工を行うためには、高速回転が可能で、かつ高回転精度を有するスピンドル装置が必要となる。この要求に対し、静圧気体軸受や、静圧気体軸受に磁気軸受を一体化した静圧磁気複合軸受(例えば、特願平10−97505号)等の非接触軸受が採用されている。図9は、静圧磁気複合軸受スピンドル装置の一例を示す。
これら非接触軸受を用いたスピンドル装置では、図9の例に示すように、主軸4に鍔部4aを持ち、この鍔部4aの両端面を利用してアキシアル軸受面を構成するのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような静圧気体軸受スピンドル装置や静圧磁気複合軸受スピンドル装置では、図9の例で説明するように、主軸端に取付けられている工具11の先端のアキシアル位置(C寸法)は、スピンドル装置取付位置Pから主軸鍔部4aまでのハウジング5の寸法(B寸法)と、主軸鍔部4aから工具先端までの主軸4の寸法(A寸法)によって変化する。ハウジング取付位置Pは、スピンドル位置決め機構75で進退駆動されるハウジング設置台74にハウジング5を取付けた位置である。
静圧気体軸受スピンドル装置や静圧磁気複合軸受スピンドル装置を高速回転させると、静圧気体軸受部での損失(風損)によって、主軸4およびハウジング5の温度が上昇し、これらの温度上昇に伴う軸方向熱膨張量から、工具先端のアキシアル位置(C寸法)は変化する。このため、高精度な加工が困難になるという課題があった。
【0004】
この発明の目的は、ハウジング等の温度が変化しても、高精度にワークを加工できるスピンドル装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明を実施形態に対応する図1と共に説明する。このスピンドル装置(1)は、工具(11)が先端に取付けられた主軸(4)を、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受(6〜9)で支持し、前記主軸(4)を支持する軸受として、主軸(4)の前後方向の中間に設けられた鍔部(4a)に対向するアキシアル型の非接触軸受(8,9)を含み、前記主軸(4)の設置されたスピンドルハウジング(5)を主軸(4)の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構(75)を設け、前記スピンドルハウジング(5)は、前端で前記スピンドル位置決め機構(75)に取付けたスピンドル装置において、
スピンドルハウジング(5)の前記鍔部(4a)よりも前側の部分の温度を測定する温度測定手段(76)と、この温度測定手段(76)の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段(77)と、温度補正手段(83)とを設けたものである。
温度測定対応出力手段(77)の前記所定の出力は、
次の(1) 〜 (2) 、すなわち、
(1) .前記温度測定手段(76)の出力(つまり温度測定値)、および
(2) .前記温度測定手段(76)の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端のアキシアル位置若しくは主軸先端に取付けられた工具(11)のアキシアル位置に換算した換算値、
のうちの少なくとも一つである。
前記換算値は、位置データとして取扱可能な値であれば良く、実際の位置データに対して比例した値や、基準位置からの変位量を示す値であっても良い。
前記温度補正手段(83)は、前記温度測定対応出力手段(77)から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構(75)を制御する手段である。
この構成によると、静圧気体軸受の損失(風損)等による発熱でスピンドル装置(1)の温度が上昇しても、温度測定対応出力手段(77)から出力される温度測定値や、熱変位演算されたアキシアル位置の換算値により、送り量を補正することができ、高精度にワークを加工することができる。
また、このようにスピンドル位置決め機構(75)を設け、温度測定値やその換算値でスピンドル位置を温度補正制御するため、高精度にワークを加工することができる。
【0006】
この発明において、前記主軸(4)に低熱膨張材料を用いても良い。
主軸(4)の先端、または主軸先端に取付けられる工具等の部材(11)のアキシアル位置は、ハウジング(5)の熱膨張と主軸(4)の熱膨張の両方に関係するが、主軸(4)は高速回転するため、温度測定が難しい。そのため、主軸(4)には低熱膨張材料を用い、ハウジング(5)の温度測定で主軸先端位置等の熱変位補正を行うことにより、簡単に精度の良い熱変位補正が行え、高精度の加工が可能になる。
【0007】
この発明において、温度測定対応出力手段(77)の前記所定の出力を、このスピンドル装置(1)の外部に出力する外部出力手段(78)を設けても良い。このように外部出力手段(78)を設けることで、このスピンドル装置(1)を装備した加工装置(13)の数値制御装置(14)や他の情報処理手段で、前記出力を用い、スピンドル位置の熱変位補正や温度異常時の制御を簡単に行うことができる。
【0008】
この発明において、前記外部出力手段(78)は、このスピンドル装置(1)の外部に通信回線(87)を介して送信するものであっても良い。
このように通信回線(87)を介して送信可能とすることで、遠隔地の情報処理手段により、このスピンドル装置(1)の熱変位状況を監視し、適宜の指令を与えたり、統計処理を施したりすることができる。
【0009】
この発明において、温度測定対応出力手段(77)は、ディジタル信号で出力するものとしても良い。このようにディジタル信号で出力することで、その出力の取り扱いが容易となる。
【0010】
この発明において、前記温度測定対応出力手段(77)の前記温度測定値または前記換算値の出力を記憶手段(79)に入力して記憶させる書き込み手段(80)を設けても良い。
このように書き込み手段(80)および記憶手段(79)を設けることで、温度測定値や換算値の変化の経過を後に検討することができる。
【0011】
このように書き込み手段(80)および記憶手段(79)を設けた場合に、外部からの指令に応じて前記記憶手段(79)から記憶データを出力させる読み出し手段(81)を設けても良い。
このように外部からの指令で記憶データを出力可能とすることで、記憶手段(79)の記憶データの取扱が容易となる。
【0012】
この発明において、前記主軸(4)の設置されたハウジング(5)を冷却する冷却手段(71)を設け、前記温度測定対応出力手段(77)の出力に応答して前記冷却手段(71)の冷却動作を制御する冷却制御手段(82)を設けても良い。
このように温度測定結果に応じた出力で冷却手段(71)を制御することで、ハウジング(5)の適正な冷却が簡単に行える。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図1ないし図5と共に説明する。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とアキシアルの静圧磁気複合軸受8,9とで支持し、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、静圧気体軸受と磁気軸受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。スピンドル装置1は、冷却手段71を有しており、この冷却手段71は、ハウジング5に設けたウォータージャッケット等の冷却媒体路72と、この冷却媒体路72に冷却水等の冷却媒体を循環させる冷却ユニット73とで構成される。このスピンドル装置1は、高速切削装置や研削装置等の加工装置13に装備されており、加工装置13の加工装置機械部13aは数値制御装置14で制御される。スピンドル装置1のハウジング5は、ハウジング設置台74に固定され、ハウジング設置台74と共にスピンドル位置決め機構75によりスピンドル軸方向に進退させられる。ハウジング設置台74は、基台(図示せず)にガイドを介して進退自在に設置されている。スピンドル位置決め機構75は、サーボモータとボールねじ機構等からなる。
【0015】
この実施形態のスピンドル装置1は、このような基本構成のスピンドル装置において、ハウジング5に温度測定手段76を設けると共に、スピンドルコントローラ3に温度測定対応出力手段77、外部出力手段78、記憶手段79、書き込み手段80、読み出し手段81を設け、さらに数値制御装置14に冷却制御手段82、温度補正手段83、強制停止手段88、および警報手段89を設けたものである。また、主軸4には、低熱膨張材料、例えばインバー材等の低熱膨張軟磁性材などが用いられている。
【0016】
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、加工装置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に一体に設けたられたロータ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。
【0017】
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。
【0018】
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のスピンドル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,7B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。
【0019】
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。
【0020】
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23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2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。
【0021】
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8A,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。
【0022】
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,9Aa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。
【0023】
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。
【0024】
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、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。
【0025】
制御系につき説明する。図1において、スピンドルコントローラ3は、各静圧磁気複合軸受6〜9の磁気軸受6B〜9Bに、変位検出手段28,38の検出値に応じて励磁電流を与える機能を基本機能とする。
スピンドルハウジング5に設けた温度測定手段76は、主軸4の鍔部4aよりも先端側のハウジング温度を検出するものであり、白金抵抗素子や熱電対等の感温素子が用いられている。温度測定手段76は、磁気軸受6の電磁石コイル25(図4)の抵抗の測定値を利用するものであっても良い。
【0026】
温度測定対応出力手段77は、この例では比較手段84とディジタル変換手段85で構成されている。比較手段84は、温度測定手段76の出力である温度測定値を、しきい値となる設定値と比較し、設定値を超える場合に異常信号を出力するものであり、例えば、電子回路素子の比較器が用いられる。比較手段84は、複数の設定値に対応していて、複数段階の異常信号を出力するものであっても良い。ディジタル変換手段85は、温度測定手段76のアナログ信号の出力をディジタル値に変換する手段であり、比較手段84の出力が単なる二値信号である場合に、比較手段84の出力を複数桁で示されるディジタル値に変換する手段を兼ねる。温度測定対応出力手段77は、これらディジタル変換手段85から出力される温度測定値や、ディジタル値による異常信号を出力とする。なお、比較手段84の異常信号は、そのまま温度測定対応出力手段77の出力としても良い。
【0027】
書き込み手段80は、温度測定対応出力手段77の出力であるディジタル値の温度測定値および異常信号を記憶手段79に記憶させる手段である。記憶手段79は、次々と出力されるこれら温度測定値および異常信号を、蓄積して記憶可能なものである。記憶手段70は、メモリ素子の他、磁気ディスク装置やその他の大容量記憶装置等で構成される。
【0028】
外部出力手段78は、温度測定対応出力手段77の各出力をスピンドルコントローラ3の外部に出力する手段であり、単なる出力ポートからなるインタフェースであっても良いが、この例ではさらに通信機能部86と読み出し手段81を有するものとしてある。通信機能部86は、電話回線網,データ通信回線網等の通信回線87を介して遠隔地に通信を行う手段である。読み出し手段81は、スピンドルコントローラ3の外部からの指令に応じて記憶手段79から記憶データを出力させる手段であり、外部指令に応じて、記憶手段81に記憶された任意のスピンドル運転時の温度測定値および異常信号を出力可能としてある。
【0029】
数値制御装置14は、加工プログラムに従って加工装置機械部13を制御する手段であり、主に軸送り機能を制御する数値制御機能部と、主にシーケンス制御を行うプログラマブルコントローラ機能部とを有している。そのプログラマブルコントローラ機能部に、温度補正手段83、冷却制御手段82、強制停止手段88、および警報手段89が設けられている。温度補正手段83は、数値制御機能部に設ける場合もある。
強制停止手段88は、温度測定対応出力手段77から外部出力手段78を介して出力された異常信号に応答して、加工装置13を強制停止させる手段である。警報手段89は、温度測定対応出力手段77から外部出力手段78を介して出力された異常信号に応答して警報を発生する手段であり、警報として、警報音の発生、警報ランプの点灯、表示装置画面における警報の表示等を行う。
【0030】
冷却制御手段82は、温度測定対応出力手段77から外部出力手段78を介して出力された異常信号に応答して冷却手段71を制御する手段であり、例えば、冷却ユニット73に冷却強度を強める指令を与える。
【0031】
温度補正手段83は、温度測定対応出力手段77から外部出力手段78を介して出力された温度測定値に応じて、スピンドル位置決め機構75を制御する手段である。すなわち、スピンドル位置決め機構75の移動量は、基本的には加工プログラムの指令値に従って制御されるが、温度補正手段83は、この送り量を所定の温度補正演算式に従い、温度測定値に応じて変更する。
この温度補正演算では、例えば、スピンドル装置取付位置Pから工具先端までの寸法(C寸法)の温度変化に伴う変化量を、スピンドル送り量の補正値として加える演算を行う。この工具先端のアキシアル位置を示すC寸法は、工具11の先端からスピンドル鍔部4aまでの主軸4の寸法(A寸法)と、スピンドル装置取付位置Pからスピンドル鍔部4aまでのハウジング5の寸法(B寸法)との差である。したがって、B寸法のハウジング熱膨張量と、A寸法のスピンドル熱膨張量との差によって、C寸法の熱膨張量が演算される。ハウジング5と主軸4とは、非接触であるため、温度や温度変化に差があるため、ハウジング5の温度測定手段76では主軸4の温度は測定できない。そのため、主軸4の熱膨張量は、温度測定手段76の検出温度から推定演算した温度で演算するようにしても良く、またスピンドル熱膨張量を無視しても良い。このため、主軸4に低熱膨張材料を使用した場合は、熱膨張補正の誤差が小さくて済む。
【0032】
図6は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、温度測定対応出力手段77Aは、換算手段90を有し、その後段に比較手段84Aを有するものとしてある。また、温度測定対応出力手段77Aは、入力部にディジタル変換手段85Aを有し、温度測定値をディジタル値に変換した信号が換算手段90に入力される。換算手段90は、温度測定手段76の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸4の先端のアキシアル位置、またはスピンドル先端に取付けられた部材である工具11の先端のアキシアル位置(C寸法)に換算する。比較手段84Aは、この換算手段90から出力される換算値を設定値と比較し、換算値が設定値を超える場合に異常信号を出力する。温度測定対応出力手段77Aは、このようなディジタル変換手段85Aの温度測定値出力、換算手段90の出力、および比較手段84Aの異常信号を出力する。
外部出力手段78は、温度測定対応出力手段77Aの上記各出力をスピンドルコントローラ3の外部に出力する。また、書き込み手段80は、温度測定対応出力手段77Aの上記各出力を記憶手段79に記憶させる。
温度補正手段83Aは、換算手段90で出力される換算値を用いて温度補正演算を行うものとされる。
【0033】
この実施形態におけるその他の構成,機能は、図1の実施形態と同じである。なお、この実施形態において、比較手段84Aは、換算値を比較する代わりに、図1の実施形態と同じく温度測定手段76の温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良く、また温度測定手段76のディジタル変換手段85Aで変換されたディジタル値による温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良い。
例えば、異常信号は、温度測定手段76の温度測定値(またはそのディジタル変換値)を比較手段84Aで比較して発生させ、換算手段90の換算値出力は、温度補正手段83Aによる温度補正演算に用いる。
【0034】
これら図1および図6の実施形態のスピンドル装置1によると、スピンドル装置1の温度が変化しても、スピンドル位置決め量を温度補正することができ、高精度にワークを加工することができる。また、ハウジング温度の過度の上昇によるスピンドル装置異常時に、外部に信号を出し、スピンドル装置1を停止させたり、警報を出す等の処置が行える。
【0035】
上記各実施形態は、スピンドル装置1が静圧磁気複合軸受6〜9を有するものである場合につき説明したが、主軸4を静圧気体軸受のみで支持するスピンドル装置にも適用することができる。例えば、上記各実施形態において、静圧磁気複合軸受6〜9に代えて、図8に示すように静圧気体軸受6A〜9Aのみを設けたものとしても良い。
【0036】
つぎに、通信系を説明する。図7は、図1または図6のスピンドル装置1、およびこのスピンドル装置1を装備した加工装置13の通信系の展開例を示す。この加工装置13を設置した事業所101には、他の加工装置102が複数設置されており、これら加工装置13,102は、各々単独で、または複数台が共通の情報処理手段103,104に接続されている。これら情報処理手段103,104は、ウェブサーバ110、ファイバウォール111、およびルータ112等のネットワーク構成機器と共にローカルエリアネットワーク119を構成する。このローカルエリアネットワーク119は、通信回線87によりインターネット120を介して、各々別の事業所113,114のローカルエリアネットワークに設置された遠隔地の情報処理手段121に通信機器116を介して接続されている。
加工装置13は、基本的にはその数値制御装置14が、情報処理手段103に接続され、この情報処理手段103を介してローカルエリアネットワーク119内の通信線に接続された構成とされているが、これと併用して、あるいはこれとは別に、数値制御装置14に設けられた通信手段やスピンドルコントローラ3に設けられた外部出力手段78の通信機能部86(図1,図6)から直接にローカルエリアネットワーク119内の通信線に接続された通信系統を備えるものとしても良い。
【0037】
【発明の効果】
この発明のスピンドル装置は、先端に工具が取付けられた主軸を、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で支持し、前記主軸を支持する軸受として、主軸の前後方向の中間に設けられた鍔部に対向するアキシアル型の非接触軸受を含み、前記主軸の設置されたスピンドルハウジングを主軸の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構を設け、前記スピンドルハウジングは、前端で前記スピンドル位置決め機構に取付けたスピンドル装置において、スピンドルハウジングの前記鍔部よりも前側の部分の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段とを設け、前記所定の出力は、次の (1) 〜 (2) 、すなわち、 (1) .前記温度測定手段の出力、および (2) .前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端のアキシアル位置若しくは主軸先端に取付けられた工具のアキシアル位置に換算した換算値、のうちの少なくとも一つを含み、前記温度測定対応出力手段から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段を設けたため、ハウジング等の温度が変化しても、高精度にワークを加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかるスピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
【図2】そのスピンドル装置本体の縦断面側面図である。
【図3】同スピンドル装置本体の横断正面図である。
【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。
【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。
【図6】この発明の他の実施形態にかかるスピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
【図7】この発明のスピンドル装置に接続した通信系の概念構成の説明図である。
【図8】この発明のさらに他の実施形態にかかるスピンドル装置のスピンドル装置本体の断面図である。
【図9】従来のスピンドル装置の断面図である。
【符号の説明】
1…スピンドル装置 75…スピンドル位置決め機構
2…スピンドル装置本体 76…温度測定手段
3…スピンドルコントローラ 77,77A…温度測定対応出力手段
4…主軸 78…外部出力手段
5…ハウジング 79…記憶手段
6〜9…静圧磁気複合軸受 80…書き込み手段
6A〜9A…静圧気体軸受 81…読み出し手段
6B〜9B…磁気軸受 82…冷却制御手段
10…スピンドル駆動源 83,83A…温度補正手段
13…加工装置 84,84A…比較手段
14…数値制御装置 85,85A…ディジタル変換手段
71…冷却手段 87…通信回線
74…スピンドル装置設置台 90…換算手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention spindle apparatus installed in a high speed cutting device or grinding device, relates to a spindle apparatus having a combined externally pressurized gas and magnetic bearing assembly especially.
[0002]
[Prior art]
In order to perform high-efficiency and high-precision machining, a spindle device capable of high-speed rotation and high rotation accuracy is required. In response to this requirement, non-contact bearings such as a static pressure gas bearing and a static pressure magnetic composite bearing (for example, Japanese Patent Application No. 10-97505) in which a magnetic bearing is integrated with a static pressure gas bearing are employed. FIG. 9 shows an example of a hydrostatic magnetic compound bearing spindle device.
In the spindle apparatus using these non-contact bearings, as shown in the example of FIG. 9, it is common to have a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such a hydrostatic gas bearing spindle device and hydrostatic magnetic compound bearing spindle device, as described in the example of FIG. 9, the axial position (C dimension) of the tip of the
When the hydrostatic gas bearing spindle device or the hydrostatic magnetic compound bearing spindle device is rotated at a high speed, the temperature of the
[0004]
The purpose of this invention, even when change temperature, such as housing, Ru der to provide a spindle device capable of machining a workpiece with high precision.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention will be described with reference to FIG. 1 corresponding to the embodiment. This spindle device (1) supports a main shaft (4) with a tool (11) attached to the tip by a hydrostatic magnetic compound bearing (6-9) in which a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing are combined. The bearings for supporting the main shaft (4) include axial type non-contact bearings (8, 9) facing the flange (4a) provided in the middle in the front-rear direction of the main shaft (4), and the main shaft ( 4) is provided with a spindle positioning mechanism (75) for moving the spindle housing (5) installed in the axial direction of the main shaft (4), and the spindle housing (5) is attached to the spindle positioning mechanism (75) at the front end. In the spindle device
Temperature measurement means (76) for measuring the temperature of the front portion of the spindle housing (5) with respect to the flange (4a), and temperature measurement support for obtaining a predetermined output from the temperature measurement value of the temperature measurement means (76). An output means (77) and a temperature correction means (83) are provided.
The predetermined output of the temperature measurement corresponding output means (77) is:
The following (1) to (2) :
(1). The output of the temperature measuring means (76) (ie the temperature measurement value ), and
(2) . A converted value obtained by converting the temperature measurement value of the temperature measuring means (76) into the axial position of the spindle tip or the axial position of the tool (11) attached to the spindle tip by a predetermined thermal displacement calculation ,
At least one of them.
The converted value may be any handleable value as position data, the actual value and in proportion to the location data, be a value that indicates the amount of displacement from the reference position have good.
The temperature correction means (83) is means for controlling the spindle positioning mechanism (75) according to the temperature measurement value or the converted value output from the temperature measurement corresponding output means (77).
According to this configuration, even if the temperature of the spindle device (1) rises due to heat generation due to loss (windage loss) or the like of the static pressure gas bearing, the temperature measurement value output from the temperature measurement corresponding output means (77) by the displacement computed converted value of the axial position, it is possible to correct the feeding amount, Ru can machine the workpiece with high precision.
Further, since the spindle positioning mechanism (75) is provided in this way and the temperature of the spindle is controlled by temperature correction using the measured temperature value or its converted value, the workpiece can be machined with high accuracy.
[0006]
In the present invention, a low thermal expansion material may be used for the main shaft (4).
The axial position of the tip of the spindle (4) or the member (11) such as a tool attached to the tip of the spindle is related to both the thermal expansion of the housing (5) and the thermal expansion of the spindle (4). ) Is difficult to measure temperature because it rotates at high speed. For this reason, a low thermal expansion material is used for the main shaft (4), and the thermal displacement correction of the main shaft tip position, etc. is performed by measuring the temperature of the housing (5), thereby making it possible to easily and accurately correct the thermal displacement, thereby achieving high-precision machining Is possible.
[0007]
In the present invention, external output means (78) for outputting the predetermined output of the temperature measurement corresponding output means (77) to the outside of the spindle device (1) may be provided. Thus, by providing the external output means (78), the numerical control device (14) of the machining apparatus (13) equipped with the spindle device (1) and other information processing means use the output to determine the spindle position. It is possible to easily perform thermal displacement correction and control when temperature is abnormal.
[0008]
In the present invention, the external output means (78) may be one that transmits to the outside of the spindle device (1) via a communication line (87).
By enabling transmission via the communication line (87) in this way, the thermal displacement status of the spindle device (1) is monitored by the remote information processing means, and appropriate commands are given or statistical processing is performed. Can be applied.
[0009]
In the present invention, the temperature measurement corresponding output means (77) may output a digital signal. By outputting as a digital signal in this way, handling of the output becomes easy.
[0010]
In the present invention, there may be provided a writing means (80) for inputting the output of the temperature measurement value or the converted value of the temperature measurement corresponding output means (77) to the storage means (79) and storing it.
By providing the writing means (80) and the storage means (79) in this way, the progress of changes in the temperature measurement value and the converted value can be examined later.
[0011]
When the writing means (80) and the storage means (79) are provided as described above, a reading means (81) for outputting stored data from the storage means (79) in accordance with an external command may be provided.
As described above, the storage data can be output by an external command, so that the storage data (79) can be easily handled.
[0012]
In this invention, a cooling means (71) for cooling the housing (5) in which the main shaft (4) is installed is provided, and in response to the output of the temperature measurement corresponding output means (77), the cooling means (71) A cooling control means (82) for controlling the cooling operation may be provided.
Thus, by appropriately controlling the cooling means (71) with the output corresponding to the temperature measurement result, appropriate cooling of the housing (5) can be easily performed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The spindle device 1 is mainly composed of a
[0015]
In the spindle device 1 of this embodiment, in the spindle device having such a basic configuration, the
[0016]
The spindle device
In this example, the
[0017]
Each of the radial type hydrostatic magnetic
[0018]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, by providing the
[0019]
The static
As shown in the stepped cross section in FIG. 3, the
[0020]
The
[0021]
FIG. 5 is an enlarged view of the axial type hydrostatic magnetic
In this embodiment, by providing the
[0022]
The axial type static
[0023]
The axial type
[0024]
In the static
[0025]
The control system will be described. In FIG. 1, the
The temperature measuring means 76 provided in the
[0026]
In this example, the temperature measurement corresponding
[0027]
The
[0028]
The external output means 78 is a means for outputting each output of the temperature measurement corresponding output means 77 to the outside of the
[0029]
The
The forcible stop means 88 is means for forcibly stopping the
[0030]
The cooling control means 82 is means for controlling the cooling means 71 in response to an abnormal signal output from the temperature measurement corresponding output means 77 via the external output means 78. For example, the cooling control means 73 instructs the cooling
[0031]
The
In this temperature correction calculation, for example, a calculation is performed in which a change amount associated with a temperature change in the dimension (C dimension) from the spindle device mounting position P to the tool tip is added as a correction value of the spindle feed amount. The C dimension indicating the axial position of the tool tip is the dimension (A dimension) of the
[0032]
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the temperature measurement corresponding
The external output means 78 outputs the above outputs of the temperature measurement corresponding output means 77A to the outside of the
The
[0033]
Other configurations and functions in this embodiment are the same as those in the embodiment of FIG. In this embodiment, instead of comparing the converted values, the comparison means 84A may compare the temperature measurement value of the temperature measurement means 76 with the set value and output an abnormal signal as in the embodiment of FIG. Alternatively, the temperature measurement value obtained by the digital value converted by the digital conversion means 85A of the temperature measurement means 76 may be compared with a set value to output an abnormal signal.
For example, the abnormality signal is generated by comparing the temperature measurement value (or its digital conversion value) of the temperature measurement means 76 with the comparison means 84A, and the converted value output of the conversion means 90 is output to the temperature correction calculation by the temperature correction means 83A. Use.
[0034]
According to the spindle device 1 of the embodiment of FIGS. 1 and 6, even if the temperature of the spindle device 1 changes, the spindle positioning amount can be corrected for temperature, and the workpiece can be processed with high accuracy. Further, when the spindle device is abnormal due to an excessive rise in the housing temperature, a signal can be output to the outside to stop the spindle device 1 or issue an alarm.
[0035]
Although each said embodiment demonstrated the case where the spindle apparatus 1 has the static pressure magnetic compound bearings 6-9, it can be applied also to the spindle apparatus which supports the main axis |
[0036]
Next, the communication system will be described. FIG. 7 shows a development example of the communication system of the spindle device 1 of FIG. 1 or FIG. 6 and the
The
[0037]
【The invention's effect】
In the spindle device of the present invention, a spindle having a tool attached to the tip is supported by a hydrostatic magnetic compound bearing in which a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing are combined, and the spindle is supported by a front and rear of the spindle as a bearing for supporting the spindle. A spindle positioning mechanism for moving the spindle housing on which the spindle is installed in the axial direction of the spindle, including an axial-type non-contact bearing facing a flange provided in the middle of the direction, the spindle housing at the front end In the spindle apparatus attached to the spindle positioning mechanism, temperature measuring means for measuring the temperature of the front portion of the spindle housing from the flange portion, and temperature measurement corresponding output for obtaining a predetermined output from the temperature measurement value of the temperature measuring means And the predetermined output is the following (1) to (2) , that is, (1) . The output of the temperature measuring means, and (2) . The temperature measurement value includes at least one of a temperature measurement value of the temperature measuring means converted into an axial position of a spindle tip or an axial position of a tool attached to the spindle tip by a predetermined thermal displacement calculation, and the temperature measurement Since the temperature correction means for controlling the spindle positioning mechanism according to the temperature measurement value output from the corresponding output means or the converted value is provided , the workpiece can be processed with high accuracy even if the temperature of the housing or the like changes. can Ru.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a conceptual configuration of a spindle device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional side view of the spindle device main body.
FIG. 3 is a cross-sectional front view of the spindle apparatus main body.
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a radial type hydrostatic magnetic composite bearing.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an axial type hydrostatic magnetic composite bearing.
FIG. 6 is a block diagram showing a conceptual configuration of a spindle device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conceptual configuration of a communication system connected to the spindle device of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a spindle device body of a spindle device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional spindle device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (8)
スピンドルハウジングの前記鍔部よりも前側の部分の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段とを設け、前記所定の出力は、
次の(1) 〜 (2) 、すなわち、
(1) .前記温度測定手段の出力、および
(2) .前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端のアキシアル位置若しくは主軸先端に取付けられた工具のアキシアル位置に換算した換算値、
のうちの少なくとも一つを含み、
前記温度測定対応出力手段から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段を設けた、スピンドル装置。 The main shaft the tool is attached to the distal end, the externally pressurized gas bearing and a magnetic bearing is supported by a combined externally pressurized gas and magnetic bearing assembly which is complexed, as a bearing for supporting the main shaft, is provided in the longitudinal direction of the intermediate of the main shaft A spindle positioning mechanism that includes an axial non-contact bearing facing the flange and moves the spindle housing on which the spindle is installed in the axial direction of the spindle, and the spindle housing is attached to the spindle positioning mechanism at the front end In the spindle device
A temperature measuring means for measuring the temperature of the portion of the spindle housing in front of the flange portion and a temperature measurement corresponding output means for obtaining a predetermined output from the temperature measurement value of the temperature measuring means are provided, and the predetermined output is:
The following (1) to (2) :
(1 ). Output of the temperature measuring means, and
(2) . A converted value obtained by converting the temperature measurement value of the temperature measurement means into an axial position of the spindle tip or a tool attached to the spindle tip by a predetermined thermal displacement calculation,
Including at least one of
A spindle apparatus comprising temperature correction means for controlling the spindle positioning mechanism in accordance with a temperature measurement value output from the temperature measurement corresponding output means or the converted value .
温度測定対応出力手段の前記所定の出力を、このスピンドル装置の外部に通信回線を介して送信する外部出力手段を設けた
スピンドル装置。 The spindle device according to claim 1,
A spindle apparatus provided with external output means for transmitting the predetermined output of the temperature measurement corresponding output means to the outside of the spindle apparatus via a communication line.
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