JPH01252343A - 接触位置検出装置および該装置を用いた工作機械 - Google Patents

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、磁気軸受で軸支された砥石等とワーク等との
接触位置を検出するための接触位置検出装置に関し、さ
らに、この接触位置検出装置を利用した工作機械に関す
る。

（発明の概要） 本発明は、磁気軸受で軸支されたロータ軸の位置変化か
ら、ロータ軸先端にム２けられた刃物、砥石等がワーク
に接触したことを検出し、この検出位置を基に切削加工
あるいはドレス加工を行なうようにしたものである。

（従来の技術） 従来、研削盤あるいはフライス盤等の工作機械においで
、ワークと刃物あるいは砥石（以下これらを「工具」と
いう）の接触状態を検出する手段として工具またはワー
クを回転させるモータの駆動電流（または電圧）変化を
検出して行なうことが提案されている（例えば特公昭５
３−３４６７７＠、同６１−２６４６９号）。

すなわち、ワークと工具が接触したことによる負荷変動
を駆動電流の変化として捕え、これによりワークと工具
の接触状態を検出するようにしている。

また、最近工作機械の仕上げの高精度化に伴い、例えば
砥石を超高速回転させて研削加工することが行なわれて
いる。

この場合における砥石の回転は、ロータ軸の先端に砥石
を設け、このロータ軸をモータの回転子とするとともに
、スピンドル内にモータコイルを有するステータを設け
、ざらにロータ軸を磁気軸受で軸支して超高速回転させ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来のワークと工具の接触状態検出
は、ワークまたは工具を回転駆動させるモータの電流変
化を監視して行なうようになっているが、高精度の接触
位置検出ができないという問題点があった。

すなわち、ワークを回転させる主軸または工具を回転さ
せるロータ軸自体一定の質量を有し、これが回転させら
れると相当のエネルギーを持っているため、ワークと工
具の接触初めの回転体のエネルギー変化はごく僅かでモ
ータの駆動電流変化としては正確に検出できず、瞬時か
つ鋭敏に高精度の接触位置検出が不可能であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あってその構成は、磁気軸受で軸支されて回転駆動され
るロータ軸の先端に刃物、砥石等の付属体を有するスピ
ンドルと、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
ための位置センサと、 前記スピンドルの相対移動により前記付属体が他の物体
に接触したことを前記ロータ軸の位置変化または前記磁
気軸受の励磁電流の変化から検出するための接触検出手
段とからなる接触位置検出装置であり、 また、磁気軸受で軸支されて回転駆動されるＯ−タ軸の
先端に刃物または砥石等の工具を有するスピンドルと、 上記スピンドルが載置固定されるテーブルと、前記工具
により加工されるワークを支持する支持台と、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
ための位置センサと、 前記テーブルまたは前記主軸台が移動することにより前
記工具とワークが接触したことを前記ロータ軸の位置変
化または前記磁気軸受の励磁電流の変化から検出するた
めの接触検出手段とからなる工作機械であり、 ざらに、磁気軸受で軸支されて回転駆動されるロータ軸
の先端に砥石を有するスピンドルと、上記スピンドルが
載置されるテーブルと、前記砥石をドレスするドレッサ
ーを支持する支持合と、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
ための位置センサと、 前記テーブルまたは前記支持台が移動することにより前
記［ｉと前記ドレッサーとが接触したことを前記ロータ
軸の位置変化または前記磁気軸受の励磁電流の変化から
検出するための接触検出手段と、 前記砥石と前記ドレツナーとの接触位置から所定のドレ
ス吊となるように前記磁気軸受内のロータ軸を該ロータ
軸芯と平行に移動するように前記磁気軸受の励磁電流を
制御するための励磁制御手段とからなる工作機械である
。

（作用） 本発明は、ワークと工具とが接触すると磁気軸受内のロ
ータ軸位置が変化し、また磁気軸受の励磁電流が変化す
るので、その変化は接触検出手段により検出されてワー
クと工具との接触状態が検出されるように作用する。

（実施例の説明） 第１〜３図は請求項１および２に係わる接触位置検出装
置およびこの装置を用いた研削盤の一実施例を示すもの
であって、第１図はその概略構成図である。

図中１はスピンドルであって、そのスピンドル１の一端
に砥石ａを有するロータ軸２が回転自在に横架されてい
る。スピンドル１はテーブル３に載置固定されており、
このテーブル３はサーボモータ４およびこれにより回転
されるスクリュー５等から構成される周知の送り機構に
よりロータ軸２の軸芯方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に構
成されている。

ロータ軸２は、そのほぼ中央に一体的に設けられた円盤
状のプレート６を有し、これはスピンドル１内に設けら
れたスラスト磁気軸受７で軸支され、軸芯方向の力を受
止めているとともに、その左右端をラジアル磁気軸受８
，９により軸支されている。

スラストおよびラジアル磁気軸受の機構は周知であるの
でその詳細については省略するが、これら磁気軸受は複
数の対からなる電磁石７ａ、７ｂ。

８ａ、ａｂ、９ａ、９ｂ、の間にロータ１ｌｌ１２を磁
力により浮上させて構成される。

磁気軸受は、通常型￥ｉｉ石の磁極とロータｆ’１ｌ１
２ならびにプレート６の外周との間にはＱ、５ｍｍ程度
のクリアランスが設けられている。従って、一対の電磁
石の励磁電流を調整することによってロータ軸２をいず
れかの電磁石側に偏らせて軸支することが可能である。

しかし、通常ロータｆ＠２にはクリアランスのほぼ中間
に位置するように後述の位置センサでロータ軸２の位置
を検出し、この検出信号をフィードバックして励磁電流
が調整されている。

１０はモータステータであって、そのコイル１０′に電
流が流れるとロータ軸２を回転させるように作用する。

このためロータ軸２はモータの回転子として作用し、モ
ータステータ１０は固定子として作用する。

１１．１２はロータ軸２の左右側に設けられた位置セン
サ、１３はプレート６側に設けられた位置センサおよび
１６はロータ軸２の他端側に設けられた位置センサであ
って、このうち位置センサ１１．１２はロータ軸２の半
径（ラジアル）方向位置が検出される。

センサ１３はスラスト磁気軸受７の間におけるプレート
６の位置が検出され、ざらにセンサ１４はスピンドル１
内のロータ軸２の軸芯（スラスト）方向の位置偏位が検
出される。

なお、センサ１３と１４は必ずしも両方設ける必要はな
く、どちらか一方を設けるようにしても良い。

これら位置センサ１１〜１４としては、本出願人が先に
実願昭６１−６１２６１号で提案した位置検出センサ等
が使用できる。

図中すはワークであって、上記テーブル３と同様の送り
機構を有する支持台１５上に載置固定されている。すな
わち支持台１５はサーボモータ１６およびこれにより回
転されるスクリュー１７を備えている。

図中Ｃは制御手段を示すものであって、ｃｐｕ。

ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む制御部１８．ユーザプログラム
を設定するためのキーボード等からなる設定器１９２位
置センサ１１〜１４からの検出信号を取込むためのＡ／
Ｄ変換器２０．スラスト磁気軸受７およびラジアル磁気
軸受８．９を駆動させるための磁気軸受駆動回路２１．
Ｅ−タコイル１０を駆動するためのモータ駆動回路２２
およびテーブル３．支持台１５を駆動させるためのテー
ブル・支持台駆動回路２３ならびにこれら各駆動回路の
ためのＤ／Ａ変換器２４から構成されている。

制御部１８は、研削盤を統轄的に制御するもので、その
ＲＡＭにはユーザプログラムが予め設定されているとと
もに、俊速の工具ａとワークｂの接触を検出するための
しきい値が予め設定されている。

以上の構成からなる本実施例の動作を第２図のフローヂ
ャートおよび第３図のテーブルの移動量。

位置センサ出力および磁気軸受の励磁電流との関係を示
した説明図（切込特性線図）を参照しながら説明する。

今、図示しない研削開始ボタンが押されて研削加工が開
始されるとくステップ１ｏｏ＝定、第３図ｔ、）、制御
部１８からＤ／Ａ変換器２４を介してテーブル・支持台
駆動回路２３から信号を受けてサーボモータ４が急速回
転し砥石ａがワークｂに接近する（ステップ１０２）。

この場合、位置センサ１４の検出電流は一定値を維持し
ている。しかし、砥５ａとワークｂとが接すると、ロー
タ軸２が位置センサ１４側に移動するので、これが位置
センサ１４の検出電流を増加させ、その増加が設定器１
９で予め設定して必るしきい値よりも大きくなり、この
時点が砥石ａとワークｂとの接触位置として検出される
（ステップ１０４肖定、第３図Ａ）。この検出はロータ
軸２の位置変化を位置センサ１４で行なうため、瞬時か
つ鋭敏に高精度に検出することができる。

なお、ここでは砥石ａとワークｂとは、ロータ軸２の軸
芯方向へ移動して接触する例を示したが、砥石ａまたは
ワークｂがロータ軸２の軸芯方向と直交する方向に移動
して接触するときは、位置センサ１１および１２（、：
より検出される。

さて、砥５ａとワークｂが接触したときサーボモータ４
を停止させるとともに、微小量逆転させてテーブルを微
小潰後退（リトラクション）させ、その後サーボを一タ
４の回転数を粗研削回転数に設定してテーブル３を移動
させる（ステップ１０８）。もちろん、この場合、リト
ラクションを行なわずに急速送りから粗研送りにそのま
ま移項するようにしても良い。粗研削が終了した俊（第
３図Ｂ）、さらにサーボモータ４の回転数を落して精研
送りにしてテーブル３を移動させる（ステップ１１０．
１１２）。

精研終了俊（第３図Ｃ）、研削量を０にして研削加工を
行なって、いわゆるスパークアウト後（第３図Ｄ）、テ
ーブル３を急速後退させて終了する（ステップ１１４肖
定、１１６．１１８＞。

上述の接触検出は、位置センサの検出電流により検出し
たが、これを第３図に示すように磁気軸受の励１ａ電流
（ロータ軸２の軸芯方向の接触検出時はスラスト磁気軸
受の励磁電流、ロータ軸２の軸芯と直交する方向の接触
検出時はラジアル磁気軸受の励磁電流）をしきい値と比
較して行なうようにしても良い。

本実施例の制御動作に対し、従来においては、第３図−
点鎖線に示されるように急速送りをワークと砥石とが接
する前の所定の位置のところまで行なうようになってい
る。このため上記ｔ１より早いｔｏから急速送りが開始
され、従って本実施例においてはｊ＋　　ｊｏの分だけ
研削加工時間が短縮できる効果がある。

なお、上記実施例では研削盤の例を示したが砥石の代り
に刃物を取付けてフライス盤とすることもできる。

またテーブル３の送りの代りに支持台１５を送るように
しても良く、さらにこれら両方の送り機構を任意に組合
せて初期の研削量あるいは切削口を求めるようにしても
良い。

第４〜６図は請求項３記載の発明に係わる研削盤の自動
ドレス装置の一実施例を示すもので必って、第４図はそ
の概略構成図である。

同図においてスピンドル１は、上記第１図のラジアル磁
気軸受９と七−タステータ１０の位置が逆転している点
９位置センサ１２がロータ軸２の他端側に位置している
点および位置センサ１４が省略されている点を除いて同
じである。

なお、第４図の構成において第１図と同一符号ないし同
一符号に′を付した構成要素は同一機能ないしは類似機
能を有する構成を示している。

スピンドル１は図示しないテーブルに載置固定されてい
て、このテーブルはサーボモータ４−およびスクリュー
５′によりロータ軸２の軸芯方向と直角に移動可能に構
成されている。

図中ｄはドレッサーであってその先端にはダイヤ［ンド
ツール２５を有し、図示しない主軸台に固定支持されて
いて、スピンドル１がテーブルの送り機構により移動さ
れたとき、または主軸台の送り機構により移動されたと
きダイヤモンドツール２５が砥石ａに接するように両者
は対応して配置されている。

なお、ドレッサーｄは主軸台とは別に送り機構を有する
ドレッサー支持台を設け、これに取付けるようにしても
良い。

図中Ｃは制御手段を示すもので市って、ｃｐｕ。

メ［り等を含む制御部１８１位置検出回路２５ａ。

２５ｂ、制御回路２６ａ、２６ｂ、演算回路２７ａ、２
７ｂ、増幅回路２８ａ、２８ｂ、２９ａ。

２９ｂ、七−タ駆動回路２２およびテーブル駆動回路２
３から構成されている。

このうち制御部１８はドレス作業を統轄的に制御するも
ので、そのメ［りには砥石ａのドレス看ｈ（削り呈）が
予め工Ω定されている。

以上の構成からなる本実施例の動作を第５図のフローチ
Ｖ−トおよび第６図のロータ軸２の移動状態の説明図を
参照しながら説明する。

今、図示しないドレススタートボタンが押されてドレス
作業が開始されるとくステップ２００肖定）、回転して
いるロータ軸２の軸芯方向位置はラジアル磁気軸受８，
９の中間に位置するように、すなわち第６図工点鎖線位
置に位置していて、この位置状態が位置検出回路２５ａ
、２５ｂにより検出されている。

一方、ドレス作業開始と同時に制御部１８からＤ／Ａ変
換器２４′を介して演痒部２７ａ、２７ｂにランプ波信
号が送出されるとともに（ステップ２０２＞、テーブル
駆動回路２３に出力され、サーボモータ４′が第６図矢
印イ方向へスピンドル１を移動させる。

この移動により砥石ａとドレッサーｄとが接しロータ軸
２の移動が阻止されると、位置センサ１１．１２からの
検出信号を処理する位置検出回路２５ａ、２５ｂの出力
信号とランプ波信号とが一致して、その接触状態が検出
され（ステップ２０４）、その時点でサーボモータ４−
が停止される。

このためスピンドル１の移動が停止する（ステップ２０
６）。

次いで、制御部１８のメモリには予め砥石ａのドレス口
である削り深さｈが記憶工２定されているので、すなわ
ちロータ軸２のドレッサーｄ側への平行移動量が図示し
ないキーボードから入力設定されているので、この削り
吊深さｈに相当するラジアル磁気軸受８，９の励磁電流
が制御されてロータ軸２をドレッサーｄ側に平行移動さ
せる（ステップ２０８．２１０＞。これにより、ロータ
軸２は第６図工点鎖線位置から実線位置へ平行移動する
。

ラジアル磁気軸受８，９の励磁電流の供給は、制御部１
８により制御される制御回路２６８．２６ｂから増幅器
２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂを介して所定の励磁電
流が供給される。この際、位置センサ１１．１２により
ロータ軸２の移動量が検出され、その検出信号がフィー
ドバックされて所定の移動量となるように調整される。

所定の削り量に達した後（ステップ２１０肯定）テーブ
ル駆動回路２３からサーボモータ４に出力されスピンド
ル１をロータ軸２の軸芯方向へ移動させて（第６図矢印
ロ方向）ドレス作業を行ない終了する（ステップ２１２
，２１４＞。

なお、スピンドル１の軸芯方向への移動は、所定のドレ
スｌに達するまで数回繰り返して行なうようにしても良
く、またはドレッサーｄの取付けられている主軸台をス
ピンドル１側へ移動するようにしても良い。

また砥石ａとドレッサーｄが接するまでの移動は、ドレ
ッサーｄを移動させるようにしても良い。

すなわち、ドレッサーｄの固定しである主軸台を移動さ
せるようにしても良い。

以上の実施例においては、研削作業時に用いられる砥石
とワークとの接触位置検出手段を用いて砥石とドレッサ
ーとの接触位置を検出した俊、磁気軸受の励磁電流を調
整して砥石の所定削り深さまで調整できるように構成し
たので、ドレッサーのための特別なメカニカルな送り機
構は必要でなく、しかもドレス作業は自動化されるため
作業員によるドレスの不均一は解消される。

なお、上述した各実施例では、位置センサの検出出力は
検出電流から検出し、ざらに磁気軸受の励磁電流の変化
から接触位置を検出するようにしたが、もちろんこれら
電流を電圧変換して検出しても良いのであって、このた
め特許請求の範囲で励磁電流の変化というときは電圧変
化も含むと解釈しなりればならない。

（効果） 本発明は、磁気軸受で軸支されるロータ軸の先端に設け
られた刃物あるいは砥？ｌＥｉ等の工具（付属体）とワ
ークあるいはドレッサー等の他の物体との接触を磁気軸
受の位置変化または磁気軸受の励磁電流の変化から検出
するように構成したため、工具とワークが接触した位置
を瞬時にかつ鋭敏に高精度に検出することができ、この
接触位置を基にして研削量、切削量等の加工寸法を容易
に冑ることのできる工作機械とすることができる。

また、ドレス量も磁気軸受内におけるロータ軸の平行移
動により自動的に行なうことができるため、作業員によ
るドレス♀の不均一が防止できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す概略構成図、第２
図は研削制御動作のフローチャート、第３図は切込特性
線図、第４図は他の実施例を示す概略構成図、第５図は
ドレス作業の制御動作のフローチャートおよび第６図は
ロータ軸の移動状態を示す説明図である。 １・・・スピンドル ２・・・ロータ軸 ７・・・スラスト磁気軸受 ８．９・・・ラジアル磁気軸受 １０・・・モータコイル １１．１２．１３．１４・・・位置センサ１８・・・制
御部 ａ・・・砥石（付属体） ｂ・・・ワーク（他の物体） Ｃ・・・制御手段 ｄ・・・ドレッサー 特許出願人　　セイコー精機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気軸受で軸支されて回転駆動されるロータ軸の先
   端に刃物、砥石等の付属体を有するスピンドルと、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
   ための位置センサと、 前記スピンドルの相対移動により前記付属体が他の物体
   に接触したことを前記ロータ軸の位置変化または前記磁
   気軸受の励磁電流の変化から検出するための接触検出手
   段と、 を具備することを特徴とする接触位置検出装置。 ２、磁気軸受で軸支されて回転駆動されるロータ軸の先
   端に刃物または砥石等の工具を有するスピンドルと、 上記スピンドルが載置固定されるテーブルと、前記工具
   により加工されるワークを支持する支持台と、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
   ための位置センサと、 前記テーブルまたは前記主軸台が移動することにより前
   記工具とワークが接触したことを前記ロータ軸の位置変
   化または前記磁気軸受の励磁電流の変化から検出するた
   めの接触検出手段と、を具備することを特徴とする工作
   機械。 ３、磁気軸受で軸支されて回転駆動されるロータ軸の先
   端に砥石を有するスピンドルと、上記スピンドルが載置
   されるテーブルと、 前記砥石をドレスするドレッサーを支持する支持台と、 前記磁気軸受内における前記ロータ軸の位置を検出する
   ための位置センサと、 前記テーブルまたは前記支持台が移動することにより前
   記砥石と前記ドレッサーとが接触したことを前記ロータ
   軸の位置変化または前記磁気軸受の励磁電流の変化から
   検出するための接触検出手段と、 前記砥石と前記ドレッサーとの接触位置から所定のドレ
   ス量となるように前記磁気軸受内のロータ軸を該ロータ
   軸芯と平行に移動するように前記磁気軸受の励磁電流を
   制御するための励磁制御手段と、 を具備することを特徴とする工作機械。