JPH02101944A - 回転軸の熱変位制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ＮＧ工作機主軸駆動用回転電機の運転時、
回転子や軸受による発熱を軸外周に対面して設けた冷却
装置により加工条件に応じ冷却能力を制御し、回転軸負
荷側軸端部の温度上昇を所定値に保ち、加工精度を保つ
ための方法に関する。

［従来の技術］ 従来、回転軸の回転数に応じて、熱電素子に印加する電
圧を制御し、冷却装置の冷却能力を制御する方法は特開
昭６０−１９２１１８公報に開示されているが、高速軽
切削時は軸受の発熱が主体であるから有効に機能すると
思われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、回転軸に駆動モータの回転子と工具装着部を一
体に構成したスピンドル・モータ軸においては、特に低
速重切削時、発熱の主体が回転子と切削工具に起因し、
一体軸を伝導した熱による軸の温度上昇にもとすく変位
には適確に対応できなかった。

本発明は、上記の点に鑑み加工条件に応じ、冷却装置に
設けた熱電素子に印加する電流を制御し冷却能力を制御
し回転軸の熱変位を所定値に保つ方法と制御装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 回転軸に駆動モータの回転子と工具装着部を一体に構成
したＮＣ工作機主軸駆動用スピンドル・モータにおいて
、 ＮＣ装置に蓄えられている送り量、切り込み量や工具回
転数等の指令値とすくい角、材質等の工具諸元と、回転
電機の諸元や回路定数および軸受に掛かるスラストおよ
びラジアル荷重等から、あらかじめ予測計算した発生損
失や熱コンダクタンス、冷却装置の熱交換量、各部の熱
容量を与え、軸端部の温度上昇一定のもとで、数値計算
により、熱電素子の必要吸熱量を加工前に予測計算し、
出力軸端部に空隙を介し設けた冷却装置に内装した熱雷
素子の印加電流を特性曲線から読み出し、熱電素子に印
加し吸熱し、出力軸端部の熱変位を所定値に保つように
する。

各部の温度上昇値を予測計算する手法としては、等価熱
回路網でシミュレートし連立微分方程式を、軸端部の温
度上昇値を所定値にセットし、各回路定数を与え、出力
軸端の冷却装置の必要吸熱量を求める。

［作用］ 加工状態に応じ軸の温度上昇が一定に保たれる。

また、過度の加工条件を事前にチエツク出来る。

［実施例コ 第１図から第２図により本発明の詳細な説明をする。

第１図は本発明を適用するＮＣ工作機主軸駆動用スピン
ドル・モータの構造図で、フレームｌの内径には固定子
巻線２を収納したコアを嵌合し、外周には冷却ジャケッ
ト３を装着しである。

フレームｌの両端にはブラケット４を介し、負荷側には
組み合わＵアンギュラベアリング等のスラスト負荷も受
ける負荷側軸受５ａを、反負荷側には玉軸受５ｂを設け
である。

軸受５ａ、５ｂの内径には、中空スピンドルシャフト８
が嵌合・支持されている。

スピンドルシャフト８の反負荷側軸端にオーバーハング
させタコゼネやパルゼネ等の回転計６を、軸受スパン間
には回転電機回転子７を、負荷側軸端には内径に工具シ
ャンクを収納するテーパ孔とテーパ孔部の外径に放熱環
９を軸方向に多数段けである。

スピンドルシャフト８の放熱環９と空隙を介し、内面に
吸熱環ＩＯを、さらに吸熱環１０の外径にペルチェ効果
を有する熱電素子１１を円周上に配置し、さらにその外
側を冷却水が流れる溝を設けた外ジャケット１３で包絡
して冷却装置を形成しである。

冷却装置の外ジャケット１３に冷却水を外部から供給し
熱電素子ｉｔを冷却する。

ここで、上記のごとく構成したスピンドルモータの各部
を、第２図のごとく等価熱回路網（単純化しである）で
シミュレートし、下記連立微分方程式 ％式％］ ただし、［］は行列、ｉおよびｊは要素番号を示すザフ
ィクス、Ｃｉは要素ｉの熱容量、Ｃｉは要素ｉの温度上
昇値、Ｇｉｊは要素ＩＮ　　ｊ間の熱コンダクタンス、
Ｗｉは要素ｉの発生損失または熱交換量である。

ここで、主要損失発生部分は、回転子７、軸受５ａと切
削部であり、回転子７の発生損失はＮＣ装置の指令値ば
対応して固定子巻線２の励磁電流と電圧および回路定数
等から計算できる。

軸受５ａの発生損失はスピンドルシャフト８の回転数と
主軸送り機構のスラストおよびラジアル荷重等から計算
でき、また工具の発生損失は加工材料の材質、工具すく
い角、送り量、切り込み爪や回転数等の加工条件から計
算できる。

また、Ｃｉは各部諸元と材質、Ｇｉｊは熱伝導部は各部
諸元と材質、熱伝達部はＲｅ数、Ｔａ数により流速や回
転数と諸元から計算できる。

（１）式を、あらかじめＮＣ装置に指令される加工条件
から予測計算１７、予測発生損失や熱コンダクタンス、
冷却装置の熱交換量、各部の熱容量を与え、軸端部の温
度上昇値θ１０１を所定値にセットし、各部の回路定数
を与え、軸端部の冷却装置に内装した熱雷素子１１の必
要吸熱量−ＷＩＯ？を未知数として求める。

求めた必要吸熱ＩＩ　　Ｗｌｏ？に対応する熱電素子ｌ
！の制ｇＩＪ電流を、あらかじめ関数化し記憶しである
特性曲線から読み出し熱電素子１１に印加して、各部の
温度上昇値を制御する。

［発明の効果コ １、加工状態に応じ軸の温度を所定値制御するので加工
精度が保たれる。

２、加工条件に応じ各部の発生損失と温度が予測するの
で、統計資料として活用出来るとともに車面チエツクが
出来、種々の加工条件に対する対応がしやすくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、氷室を適用するスピンドル・モータの断面図
、第２図は熱回路図である。 なお、同一構成要素には同一符号を付しである。 ２は固定子巻線、３は冷却ジャケット、４はブラケット
、５ａは負荷側軸受、６は回転計、７は回転子、８はス
ピンドルシャフト、９は放熱環、ｌＯは吸熱環、１１は
熱電素子、１２は内ジャケット、１３は外ジャケット、
である、。 特許出廓人 株式会社　安用電機裂作所 第　１　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸に駆動モータの回転子と工具装着部を一体に
   構成し、冷却装置を設けたＮＣ工作機主軸駆動用スピン
   ドル・モータにおいて、 ＮＣ装置に蓄えられている指令値の加工条件と軸系の諸
   元から、あらかじめ予測計算した発生損失や熱コンダク
   タンス、冷却装置の熱交換量、熱容量を与え、軸端部の
   温度上昇一定のもとで、あらかじめ数値計算により、軸
   端の冷却装置の熱電素子の必要吸熱量を予測し、熱電素
   子の特性曲線から印加電流を読み出し、熱電素子に印加
   し軸端部の熱を吸収し、出力軸端部の熱変位を所定値に
   保つようにすることを特徴とする回転軸の熱変位制御方
   法。 ２、前記数値計算を等価熱回路網でシミュレートし、連
   立微分方程式から求める請求項１記載の回転軸の熱変位
   制御方法。