JPH01127254A - 磁気軸受を主軸にもつ加工装置 - Google Patents

磁気軸受を主軸にもつ加工装置

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JPH01127254A
JPH01127254A JP62280516A JP28051687A JPH01127254A JP H01127254 A JPH01127254 A JP H01127254A JP 62280516 A JP62280516 A JP 62280516A JP 28051687 A JP28051687 A JP 28051687A JP H01127254 A JPH01127254 A JP H01127254A
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隆治 飯嶋
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気軸受により支承された回転スピンドルの
一端部に設けられた加工具により加工作業を行うような
、磁気軸受を主軸にもつ加工装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、電磁石に流れる電流値を所定の条件に制御す
ることにより加工条件を制御して、りイムリーな最適加
工条件での加工を実現して加工精度、加工能率を向上さ
せるものである。
〔従来の技術および問題点〕
従来の加工装置は、ワークの材質や加工具、あるいは加
工方法等によって一律に加工条件が決められるため、加
工具の切れ味その他各種原因により生ずる切削抵抗など
の加工負荷の変化に対応した、タイムリー奈最適加工条
件での加工を行なうことが難しく、このなめに加工精度
や加工能率を向上させることが難しいという問題点があ
った。
この問題点を解決するため、スピンドル駆動モータに供
給される電力を利用して加工制御する加工装置や、加工
負荷時の軸受圧力変化を利用して加工制御する加工装置
がある（特公昭５２−１７５９４号、特公昭５３−３４
６７６号、特公昭５１−２１５８号、特公昭５２−２６
３５６号）。
しかしながら、このような従来の加工装置にあっては、
回転数、軸受串擦トルク、軸受温度等で検出器の出力が
変化する点、検出感度が低い点、あるいは応答速度が遅
い点等の問題点がある。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで本発明は前記問題点を解決するため、一端部に加
工具を設けた回転スピンドルと、この回転スピンドルを
磁気力によって非接触に支承する半径方向および軸方向
の電磁石と、前記回転スピンドルの半径方向および軸方
向の位置を検出する位置検出器と、これら位置検出器の
出力に応じて前記電磁石に流れる電流を制御する制御手
段と、を備えた磁気軸受を主軸にもつ加工装置において
、前記電磁石に流れる電流値を所定の条件に制御するこ
とにより加工条件を制御する加工制御手段を設けた構成
としたものである。
〔作用〕
このような構成の磁気軸受を主軸にもつ加工装置によれ
ば、加工制御手段が、電磁石に流れる電流値を所定の条
件に制御することにより加工条件を最適なものに制御し
て、タイムリーな最適加工条件での加工を実現して加工
精度、加工能率を向上させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する
。第１〜５図は本発明による磁気軸受を主軸にもつ加工
装置の第１実施例を示す図である。
第１図に示す研削加工装置１において、２はその外形を
構成する本体であり、この本体２の軸線部には回転スピ
ンドル３が配置されている０回転スピンドル３の両端部
周囲には、この回転スピンドル３を磁気浮上させて軸受
支持するラジアル電磁石５．６が、本体２側に設けられ
ている。
回転スピンドル３の長さ方向中間部には、回転スピンド
ル３を回転駆動するモータ８と、回転スピンドル３のフ
ランジ部１０を介して回転スピンドル３の軸方向の変位
を規制する一対のアキシャル電磁石１１．１２が、本体
２側に設けられている。
ラジアル電磁石５の近傍には、ラジアル電磁石５の内径
側先端部と回転スピンドル３との間の隙間を検知して回
転スピンドル３の半径方向の位置を検知する位置センサ
１４（位置検出器）が、本体２側に設けられている。ラ
ジアル電磁石６の近傍には、やはり回転スピンドル３の
半径方向の位置を検知する位置センサ１５（位置検出器
）が、本体２側に設けられている。また、回転スピンド
ル３の一端側（図中左端側）に形成されれな段部３ａの
近傍には、回転スピンドル３の軸方向の位置を検知する
位置センサ１６（位置検出器）が、本体２側に設けられ
ている。
回転スピンドル３の一端側の小径部３ｂおよび他端側の
小径部３ｃの周囲にはそれぞれ、ラジアル電磁石５．６
が通電をＯＦＦされて回転スピンドル３の磁気浮上刃を
失ったときに小径部３ｂ、３Ｃを介して回転スピンドル
３を直接、軸受支持する保護ベアリング１８．１９が、
本体２側に設けられている。
回転スピンドル３の小径部３ｂの先端部には、回転スピ
ンドル３が回転することによりワーク（図示せず）を研
削加工する加工具としての円柱状の砥石２１が設けられ
ている。
ラジアル電磁石５．６はそれぞれ第２図に示すように、
回転スピンドル３の上下、左右横近傍に各１個、計４個
ずつ（５ａ　〜５ｄ、６ａ〜６ｄ）設けられている。同
図において、回転スピンドル３が左右方向に移動すると
きは、砥石２１がワークに対して切り込みを前進させた
り後退させたりする。
ラジアル電磁石５ａ　（６ａ＞、５ｃ　（６ｃ）は磁気
軸受制御装置２０（制御手段）により制御されて、回転
スピンドル３を上下方向中立位置に磁気浮上させるとと
もに、砥石２１にかかる加工負荷の接線方向の分力に対
抗する磁力を発生する（接線方向電磁石）、また、ラジ
アル電磁石５ｂ（６ｂ）、５ｄ　（６ｄ）は回転スピン
ドル３を水平方向中立位置に磁気浮上させるとともに、
砥石２１にかかる加工負荷の法線方向く切込み方向）の
分力に対抗する磁力を発生する（法線方向電磁石）。
回転スピンドル３のワークに対する切り込み移動はサー
ボモータ２６の回転により図外のボールネジを介して駆
動される。接線方向電磁石うａ（６ａ）に流れる電流は
変流器２８により測定され、その電流は変換器３１によ
り適当なアナログ信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換器
３６によりデジタル信号に変換されてから、マイクロコ
ンピュータ４５（加工制御手段）の内部バス４６に入力
される。
サーボモータ２６の回転数はエンコーダ４８により測定
され、この回転数から図外の切込みテーブルの位置を判
別する。すなわち、エンコーダ４８からの信号はパルス
整形回路と方向判別回路５０、位置カウンタ５１を経て
内部バス４６に入力される。マイクロコンピュータ４５
はキーボード４３により所定電流値、所定比較値その他
の所定データを内部バス４６に入力させて、ＲＡＭ５４
に記憶させたり、変更、消去したりする。
マイクロコンピュータ４５のＣＰＵ５５　（マイクロプ
ロセッサ）は一般のものと同様、ＲＯＭ５３に格納され
たプログラムに従って、内部バス４６に入力されたりＲ
ＯＭ５３やＲＡＭ５４に記憶された各種データの解読、
演算、制御等の作用を行なう、内部バス４６を通ってＤ
／Ａ変換器５６に出力されたデジタル信号はそこでアナ
ログ信号（電圧信号）に変換され、さらにサーボドライ
バ６０はその信号電圧に基づいてサーボモータ２６を回
転させて、切込みテーブルを所定制御量だけ移動させる
。また、内部バス４６を通ってＣＲＴあるいは液晶デイ
スプレィ等により構成される表示装置５８に出力された
デジタル信号により、表示装置５８は命令等の所定の事
項を表示する。
このような磁気軸受を主軸にもつ研削加工装置１にあっ
ては、たとえば第３図に示す切込み状態図において、ま
ず砥石２１が切込みテーブルによってワーク近傍のＡ位
置へ急速度で送られ、次にそのＡ位置からＢ位置までの
範囲では租研削としての切込みが行なわれる。このとき
砥石２１は法線方向（切込み方向）に一定負荷を受けた
状態のままＡ位置からＢ位置まで切込み送りが行なわれ
る。このため、法線方向電磁石５ｂ、６ｂあるいは５ｄ
、６ｄには常に一定値の電流が流れるよう、マイクロコ
ンピュータ４５によりサーボモータ２６を介して制御さ
れる。
次の、Ｂ位置からＣ位置までの範囲では精研削としての
切込みが行なわれ、このときも砥石２１は法線方向に一
定負荷を受けた状態のままＢ位置からＣ位置まで切込み
送りが行なわれ、法線方向電磁石５ｂ等にも常に一定値
の電流が流れるよう、マイクロコンピュータ４５により
サーボモータ２６を介して制御される。
すなわち、第４図、第５図に基づいて説明すると、切込
みテーブルの送りをスタートさせた後、エンコーダ４８
からの信号により同テーブルの位置を読み込む（Ｐｉ’
）、切込みテーブルの現在位置がＡ位置より手前の急速
送りの範囲であるときは、第４図におけるスイッチ４１
はＡ端子側と接続し、エンコーダ４８からの信号により
目標位置と比較しながらサーボドライバ６０はサーボモ
ータ２６をサーボ制御して、同テーブルをＡ位置まで急
速送りさせる（Ｐ２）。
また、エンコーダ４８からの信号による切込みテーブル
の現在位置が研削完了点（Ｃ位置）に達したことを読み
込んだときは、サーボドライバ６０はサーボモータ２６
をサーボ制御して、同テーブルをＣ位置から後退送りさ
せる（Ｐ３）。
切込みテーブルの現在位置がＡ位置からＢ位置までの粗
研削範囲にあるときは、法線方向電磁石５ｂ等に流れる
電流値を粗研削時の一定値（目標電流）に設定する（Ｐ
４）、切込みテーブルの現在位置がＢ位置からＣ位置ま
での精研削範囲にあるときは、法線方向電磁石５ｂ等に
流れる電流値を精研削時の一定値（目標電流）に設定す
る（Ｐ５）、上記Ｐ４、Ｐ５のときはスイッチ４１はＢ
端子側と接続される。
すなわち、まず法線方向電磁石５ｂ等に流れる電流値Ｉ
を読み込み（Ｐ６）、次にその電流値Ｉと予め設定され
た目標電流値との偏差Ｅを演算しくＰ７）、さらにこの
偏差ＥにゲインＫを乗算して（Ｐ８）電流値Ｉが目標電
流値と常に一致するような切込み送り速度でサーボモー
タ２６が回転するよう、サーボドライバ６０に指令を出
力する（Ｐ９）。
このようにして、粗研削範囲および精研削範囲における
法線方向のそれぞれの負荷が独自に一定になるようサー
ボモータ２６を制御することにより、ワークの円筒度を
向上させる等高精度の加工を行なうことができる。
第６図、第７図には本発明の第２実施例を示す、この第
２実施例においては、切込みテーブルの送り速度が一定
しているものについて用いられる。
まず、エンコーダ４８からの信号により切込みテーブル
の位置を読み込み（Ｐ　Ｌ　）　、同テーブルの現在位
置が粗研削範囲にあるときは、後述する比較電流値を粗
研削時の一定値に設定しくＰ２）、同テーブルの現在位
置が精研削範囲にあるときは同比較電流値を精研削時の
一定値に設定する（Ｐ３）、そして、次に法線方向電磁
石５ｂ等に流れる電流値■を読み込み（Ｐ４）、その電
流値Ｉが予め設建した比較電流値を越えたことを判別し
たときは、砥石２１が摩耗したと判断して、研削完了後
に次の研削サイクルの前に砥石修正工程を入れるよう表
示装！５８に指令を出力する（Ｐ５）。
このようにして、マイクロコンピュータ４５は砥石２１
が摩耗したことを判断して加工具修正指令を出力するこ
とにより、ワークを常に最適の切れ味の砥石２１で加工
することにより高精度、高能率の加工を行なうことがで
きる。
第８〜１０図には本発明の第３実施例を示す。
研削方法の中には第８図に示すように、研削加工終了前
に、スパークアウトといって、砥石２１の送り位置を停
止したままで工具ホルダ部の弾性復元力だけで研削加工
を行なう工程を入れて、加工精度を向上させようとする
ものがある。このスパークアウトは従来、タイマーで加
工時間を一律に設定して行なわれているため、ときには
必要以上の加工時間をかけて加工サイクル全体にががる
時間を増やし、加工能率が低下する場合があった。
この第３実施例はこの点を解決するために用いられるも
ので、スパークアウト研削中にエンコーダ４８からの信
号により法線方向電磁石５ｂ等に流れる電流値工を読み
込み（ＰＬ）、その？８流値Ｉが予め設定した比較電流
値以下となったことを判別したときは、さらにスパーク
アウトを続けても無駄であると判断して研削を完了させ
る（Ｐ２）、このようにして、スパークアウト時間をタ
イマ設定時間より珂くすることにより、加工時間を短縮
して加工能率を向上させることができる。
第１１図、第１２図は本発明の第４実施例を示す、この
第４実施例は、法線方向電磁石５ｂ等の他に接線方向電
磁石５ａ　（６ａ＞、５ｃ　（６ｃ）からも電流値を読
み込み、前者の電流値Ｉｎと後者の電流値Ｉｈとの比か
ら砥石２１の摩耗を判断して、加工具修正指令を出力す
るものである。
すなわち、まずエンコーダ４８からの信号により切込み
テーブルの位置を読み込み（Ｐｌ）、同テーブルの現在
位置が粗研削範囲にあるときは、後述する比較値を粗研
削時の一定値に設定しくＰ２）、同テーブルの現在位置
が精研削範囲にあるときは同比較値を精研削時の一定値
に設定する（Ｐ３）、そして次に法線方向電磁石５ｂ等
に流れる電流値Ｉｎを読み込み（Ｐ４）、さらに接線方
向電磁石５ａ等に流れる電流値Ｉｈを読み込む（Ｐ５＞
、そして、電流値ＩｎとＩｈとの比Ｉを演算しくＰ６）
、このＩが予め設定した比較値より大きいときは砥石２
１が摩耗したと判断して、研削完了後に次の研削サイク
ルの前に砥石修正工程を入れるよう表示装置５８に指令
を出力する（Ｐ７）、砥石２１が摩耗してくると、回転
スピンドル３が受ける接線方向分力）、法線方向分力と
の比が変化するからである。
このようにして、マイクロコンピュータ４５は砥石２１
が摩耗したことを判断して加工具修正指令を出力するこ
とにより、ワークを常に最適の切れ味の砥石２１で加工
することにより高精度、高能率の加工を行なうことがで
きる。
なお、上記実施例においては電磁石を上下左右十字方向
に配置したが、電磁石を斜め十字方向、すなわちいわゆ
るＸ形の方向に配置して、それらに流れる電流値を複合
的に読み込んで回転スピンドル３にかかる法線方向ある
いは接線方向の力を演算するようにしてもよい。
また、上記実施例においては本発明による磁気軸受を主
軸にもつ加工装置を砥石による研削加工装置に用いたが
、ミーリング、ドリリング等の他の加工装置に用いても
よい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、電磁石に流れる電
流値に基づいて加工制御手段が加工条件を最適なものに
制御するにより、タイムリーな最適加工条件での加工を
実現して加工精度、加工能率を向上させることができる
。
特に前記第１実施例によれば、粗研削範囲および精研削
範囲における法線方向のそれぞれの負荷が独自に一定に
なるようサーボモータを制御することにより、ワークの
円筒度を向上させるなど高精度の加工を行なうことがで
きる。
また前記第２、第４実施例によれば、加工制御手段は砥
石が摩耗したことを判断して加工具修正指令を出力する
ことにより、ワークを常に最適の切れ味の砥石で加工す
ることにより高精度、高能率の加工を行なうことができ
る。
さらに前記第３実施例によれば、スパークアウト時間を
タイマ設定時間より短くすることにより、加工時間を短
縮して加工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１〜５図は本発明による磁気軸受を主軸にもつ加工装
置の第１実施例を示す図であり、第１　　　図はその全
体構成図、第２図はその加工制御手段のブロック図、第
３図は加工具あるいは切込みテーブルの切込み状態図、
第４図は制御概念図、第５図はその制御手順を示すフロ
ーチャート図、第６図、第７図は本発明の第２実施例を
示す図であり、第６図はその制御概念図、第７図はその
制御手順を示すフローチャート図、第８．９．１０図は
本発明の第３実施例を示す図であり、第８図は切込み状
態図、第９図は制御概念図、第１０図はその制御手順を
示すフローチャート図、第１１図、第１２図は本発明の
第４実施例を示す図であり、第１１図はその制御概念図
、第１２図はその制御手順を示すフローチャート図であ
る。 １・・・研削加工装置 ２・・・本体 ３・・・回転スピンドル ３ａ・・・段部 ３ｂ、３Ｃ・・・小径部 ５　　（５ａ〜５ｄ）　　、６　　（６ａ　〜６ｄ）・
・・ラジアル電磁石 ８・・・モータ １０・・・フランジ部 １１．１．２・・・アキシャル電磁石 １４．１５．１６・・・位置センサ （位置検出器） １８．１９・・・保護ベアリング ２０・・・磁気軸受制御装置（制御手段）２１・・・砥
石 ２６・・・サーボモータ ２８・・・変流器 ３１・・・変換器 ３６・・・Ａ／Ｄ変換器 ４１・・・スイッチ ４３・・・キーボード ４５・・・マイクロコンピュータ （加工制御手段） ４６・・・内部バス ４８・・・エンコーダ ５０・・・パルス整形回路、方向判別回路５１・・・位
置カウンタ ５３・・・ＲＯＭ ５４・・・ＲＡＭ ５５・・・ＣＰＵ ５６・・・Ｄ／Ａ変換器 ５８・・・表示装置 ６０・・・サーボドライバ 特許出願人　セイコー精機株式会社 切　リ　込みＡ大部、図 第３図 ｕ し−−＋−＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋−一＋−
一＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋−−＋＋−＋＋＋＋Ｊ弔５図 制卸を多口 第６図 フ　ロ　−ナ！　−ト　図 第７図 を乃　ｌ）１＼　み４ズ態、図 第Ｓ図 第９図 フロー＋Ｙ−ト図 第１０図 ４５マイ７０コアけユータ 缶”１　待ロ　イ巧し　くし　口 第１１図 フローセード図 第１２図 手続補正書（１釦 １、事件の表示 昭和６２年　特許願　第２８０５１６号２、発明の名称 磁気軸受を主軸にもつ加工装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セイコー精機株式会社 代表取締役　　守　友　貞　雄 ４、代理人 ■１０４　　東京都中央区京橋２丁目６番２１号株式会
社　版部セイコー内　最上特許事務所６、補正の内容 （１１明細書第７頁８行目から１１１行目おける「同図
において−・・・−後退させたりする。」を削除致しま
す。 （２）明細書第８頁３行目の「回転スピンドル３のワー
クに対する」を「ワークの回転スピンドル３に対する」
に訂正致します。 （３）明細書第１３１８行目から１９９行目おける「ま
ず砥石２１が切込みテーブルによってワーク近傍の」を
「まずワークが切込みテーブルによって砥石２１近傍の
」に訂正致します。 （４）明細書第１３真１８行目の「砥石２１」を「ワー
ク」に訂正致します。 （５）明細書第１６頁５行目と６行目の間に次の文を挿
入します。 「なお、上記実施例においてはワークを砥石（回転スピ
ンドル）に対して移動するようにしたが、逆に砥石をワ
ークに対して切込み移動するようにしてもよい、」 （６）明細書第１６頁６行目の「なお」を「また」に訂
正致します。 以上

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）一端部に加工具を設けた回転スピンドルと、この
    回転スピンドルを磁気力によって非接触に支承する半径
    方向および軸方向の電磁石と、前記回転スピンドルの半
    径方向および軸方向の位置を検出する位置検出器と、こ
    れら位置検出器の出力に応じて前記電磁石に流れる電流
    を制御する制御手段と、を備えた磁気軸受を主軸にもつ
    加工装置において、前記電磁石に流れる電流値を所定の
    条件に制御することにより加工条件を制御する加工制御
    手段を設けたことを特徴とする磁気軸受を主軸にもつ加
    工装置。
  2. （２）前記加工制御手段は、前記電流値に基づいて加工
    負荷を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の磁気軸受を主軸にもつ加工装置。
  3. （３）前記加工制御手段は、前記電流値に基づいて加工
    具の切込み速度を制御することを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の磁気軸受を主軸にもつ加工装置。
  4. （４）前記加工制御手段は、前記電流値に基づいて加工
    具修正指令を出力することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の磁気軸受を主軸にもつ加工装置。
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