JPH03228570A - 磁気軸受をスピンドルにもつ加工装置 - 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） この発明は、加工具が取付けられているスピンドルを磁
気軸受により軸受した加工装置に係り、特にオシレーシ
ョン動作などによる研削抵抗あるいは切削抵抗が速く変
動しても、そのワークを精度よく加工する技術に関する
。

（従来の技術） 従来、この種のスピンドルを磁気軸受により軸受した加
工装置、例えば内面研削盤は、先端部に砥石を設けてな
るとともに回転駆動されるスピンドルを備えており、こ
のスピンドルは電磁石でもってラジアル方向及びアキシ
ャル方向に磁気浮上され、一方うシアル方向及びアキシ
ャル方向の位置センサによりスピンドルの浮上位置が検
出され、その検出値を基に上記電磁石の励磁電流を調整
することにより、上記スピンドルを目標位置に浮上保持
するように構成されている。

また、上記スピンドルの砥石側には回転保持された円筒
状のワークを有する主軸台が配設されており、この主軸
台は、上記スピンドルの砥石がワタ内部に進入するとワ
ーク内部を研削するために、ボールネジ機構を介して所
定の研削速度で移動するように構成され、これによりワ
ークの研削が行われる。

ところで、上記の如きワークを研削するにあたっては、
上記砥石に生ずる研削抵抗はワークの取りしろバラツキ
や砥石の切れあじ変化等による変動か生じ、加工精度な
らびに加工効率が低下する。

そこで、この種従来の装置にあっては、その研削抵抗を
一定に保つために、上記電磁石の励磁電流より砥石に生
ずる研削抵抗を検出し、その研削抵抗か所定の値と等し
くなるように上記ボールネジ機構を介して駆動される主
軸台の研削速度を制御するよう構成されている。

（発明か解決しようきする課題） しかしながら、このような従来の装置にあっては、研削
抵抗を一定に保つために、上記のように主軸台の研削速
度を制御するように構成されており、またその主軸台は
ボールネジ機構により駆動されるものであるから、上記
研削速度の制御に遅れが生ずることは避けられない。

そのため、例えはオシレーション動作のように上記スピ
ンドルの砥石を左右に移動させ、これに伴って上記研削
抵抗が速く変動すると、上記主軸台の研削速度の制御は
、その研削抵抗の変動に追従することができず、上記所
定の値の研削抵抗でワークを加工することが困難となり
、加工精度ならびに加工能率がさほと向上しない等の問
題点があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、特にスピンドルに取り付けられ
ている砥石等の加工具を瞬時に移動する、例えばオシレ
ーション動作を用いてワークを加工する際、そのワーク
を高精度にかつ高い加工効率で加工する加工装置を提供
することにあり、本発明は下記の如く構成されている。

すなわち、第１図のクレーム対応図によれはスピンドル
ａは先端部に加工具ａ１か設けられているとともに回転
駆動される。

ラジアル電磁石す及びアキシャル電磁石Ｃは、上記スピ
ンドルａをラジアル方向及びアキシャル方向に磁気浮上
する。

ラジアル位置センサｄ及びアキシャル位置センサｅは、
−ト記スピンドルａのラジアル方向及びアキシャル方向
の浮上位置を検出する。

制御手段ｆは、」二記各位置センサｄ、　　ｅの検出値
を基に上記各電磁石す、　　ｃの励磁電流を調整して上
記スピンドルａを目標位置に浮上保持する。

抵抗検出手段ｇは、上記励磁電流を基にして上記加工具
ａ１に生ずるラジアル方向及びアキシャル方向またはい
ずれか一方研削抵抗または切削抵抗を検出する。

補正量演算手段りは、上記研削抵抗または切削抵抗か所
定の値と等しくなるように上記スピンドルａの目標位置
を補正する補正量ｈ１の演算を行う。（作用） 本発明にあっては、第２図に示す如〈従来のポルネジ機
構により主軸台を移動するＬ２に代えて、電磁石で磁気
浮上されたスピンドルを移動するＬｌの方が、より優れ
たステップ応答性を有することに着目してなされたもの
で、本発明によればラジアル電磁石及びアキシャル電磁
石またはいずれか一方の電磁石により、目標位置に磁気
浮上されたスピンドルの目標位置を補正して、その補正
された目標位置にスピンドルを浮上保持し、加工具に生
ずるラジアル方向及びアキシャル方向またはいずれか一
方の研削抵抗または切削抵抗を所定の値と等しくするよ
うに作用する。

（実施例） 以下、本願装置を内面研削盤に適用した一実施例につい
て第３図及び第５図を用いて詳細に説明する。

第３図に示すものは、上記内面研削盤をブロック図で示
したものであり、この研削盤はスピンドル本体１内に収
納され、かつ先端部に加工具として砥石２を設けてなる
スピンドル３を回転可能に備えており、上記スピンドル
３はその中央付近に配設されたモータ４により回転駆動
されるように構成されている。

また、上記スピンドル３の左端側にラジアル電磁石５ａ
、５ｂ、５ｃ、５ｄが（第４図参照）、一方右端側に５
ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈがそれぞれ垂直方向に対して４５
°傾けて設けられており、これらのラジアル電磁石によ
り上記スピンドル３をラジアル方向へ磁気浮１させる。

一方、上記スピンドル３の中央に一体に形成されたディ
スク６の両側へ対向させて、アキシャル電磁石７ａ、７
ｂ、７ｃ、７ｄが設けられており、これらのアキシャル
電磁石により上記スピンドル３をアキシャル方向へ磁気
浮上させるように構成されている。

更に、上記スピンドル３の左端側にラジアル方向の位置
センサ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが（第４図参照）、一方
右端側に８ｅ、　８ｆ、　８ｇ、　８ｈが上記ラジアル
電磁石と同様に垂直方向に対して４５°傾けて設けられ
、またスピンドル３の一端側にアキシャル方向の位置セ
ンサ９が配設されており、これらの位置センサによりス
ピンドル３の磁気浮上位置を検出するように構成され、
それら各センサからの検出値は、後述の電気回路部分を
構成する位置検出回路１６及び処理回路１７．電磁石ド
ライバ１８を介して、上記各ラジアル電磁石５ａ〜５ｈ
及び各アキシャル電磁石７ａ〜７ｄの励磁電流を調整し
て、上記スピンドル３を目標位置に浮上保持するように
構成されている。

１０は、上記スピンドル本体１を載置したテーブルであ
り、このテーブル１０はサーボモータ１１によりボール
ネジ機構１２を介してＺ軸方向に移動する。１３は図示
しないワーク取付機構によりワークＷを回転保持した主
軸台であり、この主軸台１３はサーボモータ１４により
ボールネジ機構１５を介してＸ軸方向に移動するように
構成されている。

次に、研削盤の電気回路部分について説明すると、位置
検出回路１６はブリッジ回路等より構成されており、上
記各位置センサ８ａ〜８ｈ及び９から検出された検出値
を基にブリッジ回路等を介して上記スピンドル３の浮上
位置を求め、その求めた浮上位置を処理回路１７へ出力
するように構成されている。

また、処理回路１７は上記スピンドル３が浮上する目標
位置を記憶しており、上記位置検出回路１６より出力さ
れたスピンドルの浮上位置と上記目標位置とを比較し、
その目標位置との差分を補償するように上記各ラジアル
電磁石５ａ〜５ｈ及び各アキシャル電磁石７ａ〜７ｄの
励磁電流を調整する調整量を電磁石ドライバ１８へ出力
するとともに、この処理回路１７は後述する補正量演算
回路２０より目標位置の補正量が出力されると、上記目
標位置にその補正量を加算するように構成されている。

さらに、電磁石ドライバ１８は上記処理回路１７より出
力された励磁電流の調整量に基づき、上記各ラジアル電
磁石５ａ〜５ｈ及び各アキシャル電磁石７ａ〜７ｄへ励
磁電流を供給すると共に、この電磁石ドライバ１８は上
記各電磁石へ供給する励磁電流を研削抵抗検出回路１９
へ出力するように構成されている。

そして、研削抵抗検出回路１９は、上記電磁石ドライバ
１８より出力された励磁電流が上記砥石２に生ずる研削
抵抗の大小に応じて大小変化することを利用し、その砥
石２に生ずる現在の研削抵抗１９ａを検出して、これを
補正量演算回路２０へ出力するように構成されている。

また、本発明の特徴部分である補正量演算手段りを構成
する補正量演算回路２０は、後述する研削盤ＮＣ装置２
１より定研削抵抗制御指令２１ａ及び粗研、精研におけ
る所定の研削抵抗２１ｂが出力されると処理動作を行う
ものであり、この補正量演算回路２０は上記研削抵抗検
出回路１９より出力された現在の研削抵抗１９ａと、上
記研削盤ＮＣ装置より出力された所定の研削抵抗２１ｂ
とを比較して、上記スピンドルの目標位置を補正するた
めの補正量を演算し、その補正量２０ａを上記処理回路
１７へ出力するもので、上記補正は例えは第３図に示す
ように所定の研削抵抗（イ）より現在の研削抵抗（ハ）
が大きい場合、上記スピンドル３をＸ２方向に移動せし
めることにより、現在の研削抵抗（ハ）を減少せしめ、
これにより上記現在の研削抵抗を所定の研削抵抗と等し
くなるように補正する。

一方、所定の研削抵抗より現在の研削抵抗が小さい場合
、上記スピンドル３をＸ１方向に移動せしめることによ
り、現在の研削抵抗を増加せしめ、その現在の研削抵抗
を所定の研削抵抗と等しくなるように補正するものであ
る。

研削盤ＮＣ装置２１は、第５図に示すフローチャートを
実行するとともに、特にその実行途中で上記補正量演算
回路２０へ定研削抵抗制御指令２１ａ及び粗研、精研に
おける所定の研削抵抗２１ｂを出力する。

サーボモータドライバ２２は上記主軸台１３とテーブル
１０を移動させるための各サーボモータ１１．１４を駆
動するものであり、モータドライバ２３は上記スピンド
ル２を回転駆動させるためのモータ４へ励磁電流を供給
する。

次に、上記の如く構成された内面研削盤の動作について
第５図に示すフローチャートを用いて説明する。なお、
このフローチャートは上記研削盤ＮＣ装置で実行される
ものである。

まず、第３図における位置検出回路１６及び処理回路１
７．電磁石ドライバ１８を介して処理回路１７に記憶さ
れている目標位置でスピンドル３を浮上保持し、その後
モータドライバ２３を介してスピンドル３を回転駆動さ
せる。（ステップ１００）。

そして、研削盤ＮＣ装置２１からサーボモータドライバ
２２に駆動指令がなされ、これによりサーボモータ１１
か急速回転してワークＷ内に砥石２が入るまでテーブル
１０を前進させ（ステップ１０１）、さらに−上記研削
盤ＮＣ装置２１からサーボモータドライバ２２にオシレ
ーション指令がなされ、これによりサーボモータ１１か
正逆転し、テーブル１０をスピンドル３の軸方向へ一定
量往復動させることにより砥石２のオシレーション指令
か行われる（ステップ１０２）。

次に、−ｈ記研削盤ＮＣ装置２１よりサーボモータドラ
イバ２２に駆動指令かなされ、これによりサーボモータ
１４が正回転して主軸台１３をＸ方向に前進させ（ステ
ップ１０３）、研削抵抗の増加から砥石２とワークＷが
接触したか否かを判断しくステップ１０４）、接触して
いない場合（ＮＯ）は上記ステップ１０３及びステップ
１０４がくり返し行われる。一方、砥石２とワークＷか
接触して砥石２に研削抵抗が生ずると（ＹＥＳ）、研削
盤ＮＣ装置２１より定研削抵抗制御指令２１ａ、及び粗
研における所定の研削抵抗抵抗２１ｂが補正量演算回路
２０へ出力され、定研削抵抗制御かなされる（ステップ
１０５）。

すなわち、上記定研削抵抗制御には粗研と精研があって
、まず粗研を行うために研削盤ＮＣ装置２１より主軸台
１３を粗研速度でＸ、方向に前進させる駆動指令がなさ
れ、これによりサーボモータ１１が粗研速度で前進して
ワークＷの粗研を行う。同時に電磁石ドライバ１８から
出力される励磁電流を基にして、研削抵抗検出回路１９
で砥石２に生ずる現在の研削抵抗が求められ、その研削
抵抗１９ａか」−記粗研における所定の研削抵抗２１ｂ
と等しくなるように、上記スピンドルの目標位置を補正
する補正量２０ａを補正量演算回路２２において演算し
、上記スピンドル２は目標位置と上記補正量を加算した
新しい目標位置に基づいて迅速に浮上保持され、常に所
定の粗研研削抵抗で研削される（ステップ１０６）。

そして、上記ワークＷの粗研か終了したか否かを図示し
ないワークＷの内径測定機から測定される内径寸法より
判断しくステップ１０７）、粗研が終了していない場合
（Ｎｏ）は上記ステップ１０６及びステップ１０７がく
り返し行われる。

方、粗研が終了した場合（ＹＥＳ）は、上記研削盤ＮＣ
装置２１より精研における所定の研削抵抗２１ｂが補正
量演算回路２０へ出力されるとともに（ステップ１０８
）、その研削盤ＮＣ装置２１より精研を行うため主軸台
１３を精研速度でＸ方向に前進させる駆動指令がなされ
、これによりサーボモータ１１が精研速度で前進してワ
ークＷの精研を行う。

同時に、この精研にあっても上記粗研と同様に、現在の
研削抵抗１９ａと上記精研における所定の研削抵抗２１
ｂとが等しくなるようにスピンドルの目標位置の補正量
が演算され、上記スピンドルは目標位置と上記補正量２
０ａを加算した新しい目標位置に基づいて迅速に浮上保
持され、常に一定の精研研削抵抗で研削される（ステッ
プ１０９）そして、上記ワークＷの精研が終了したか否
かを判断し上記精研と同様に内径寸法から（ステップ１
１０）、精研が終了していない場合（Ｎｏ）は」二足ス
テップ１０９及びステップ１１０がくり返し行われる。

一方、精研が終了した場合（ＹＥＳ）、上記の如き定研
削抵抗制御を終了しくステップ１１１．）、主軸台１３
をＸ２方向に後退させるとともに、テーブル１０のオシ
レーション動作を停止させ（ステップ１１２）、その後
上記テーブル１０をワークＷより後退させる（ステップ
１１３）。

つまり、本実施例にあっては、スピンドルはラジアル電
磁石及びアキシャル電磁石でもって目標位置に浮上され
ており、そのスピンドルの先端部に設けた砥石に生ずる
研削抵抗が変化すると、上記スピンドルの目標位置を補
正して、補正された目標位置にスピンドルを浮上保持し
、砥石に生ずる研削抵抗を粗研における所定の研削抵抗
あるいは精研における所定の研削抵抗と等しくなるよう
構成されているので、例えばオシレーション動作を行い
上記研削抵抗が速く変動する場合であっても、その変動
に対応して補正された目標位置にスピンドルを迅速に追
従、移動できるため常に所定の研削抵抗でワークを加工
することができる。

なお、本実施例にあってはスピンドルの先端部に砥石を
設けた内面研削盤についてラジアル方向の目標位置補正
を説明したが、その砥石に代えて切削工具を取り付けた
もので、例えばミーリング等の場合アキシャル方向の目
標位置補正、あるいはそれにラジアル方向の目標位置補
正を加えたものであってもよい。

（発明の効果） 本発明は、上記の如くスピンドルはラジアル電磁石及び
アキシャル電磁石またはいずれか一方の電磁石で目標位
置に浮上保持されており、そのスピンドルの先端部に設
けた加工具に生ずるラジアル方向及びアキシャル方向ま
たはいずれか一方向の研削抵抗又は切削抵抗が変化する
と、そのスピンドルの目標位置を補正してスピンドルを
補正された目標位置に浮上保持し、加工具に生ずる上記
研削抵抗又は切削抵抗を所定の値と等しくなるように構
成されているので、上記研削抵抗又は切削抵抗が速く変
動する場合であっても、その変動にり１応じてスピンド
ルを補正された目標位置に迅速に追従、移動できるため
、常に上記研削抵抗又は切削抵抗を所定の値としてワー
クを加工することが可能となり、ワークの加工精度並び
に加工能率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図はスピンドル移動と主
軸台移動のステップ応答性を説明する説明図、第３図は
本願装置を適用した内面研削盤のブロック図、第４図は
第３図に示す■−■線断面図、第５図は本願装置を適用
した内面研削盤の動作を示すフローチャートである。 ２・・・・・・砥石 ３・・・・・・スピンドル ５ａ〜５ｈ・・・・・・ラジアル電磁石７ａ〜７ｄ・・
・・・・アキシャル電磁石８ａ〜８ｈ・・・・・・ラジ
アル方向の位置センサ９・・・・・・アキシャル方向の
位置センサ１７・・・・・・処理回路 １８・・・・・・電磁石ドライバ １９・・・・・・研削抵抗検出回路 ２０・・・・・・補正量演算回路 ２１・・・・・・研削盤ＮＣ装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端部に加工具を設けてなるとともに回転駆動され
   るスピンドルと、上記スピンドルをラジアル方向及びア
   キシャル方向またはいずれか一方に磁気浮上するラジア
   ル電磁石及びアキシャル電磁石またはいずれか一方の電
   磁石と、上記スピンドルのラジアル方向及びアキシャル
   方向の浮上位置を検出するラジアル位置センサ及びアキ
   シャル位置センサと、上記各位置センサの検出値を基に
   上記電磁石の励磁電流を調整して上記スピンドルを目標
   位置に浮上保持する制御手段とを備えてなる装置におい
   て、 上記励磁電流を基にして上記加工具に生ずるラジアル方
   向及びアキシャル方向またはいずれか一方の研削抵抗ま
   たは切削抵抗を検出する抵抗検出手段と、 上記研削抵抗または切削抵抗が所定の値と等しくなるよ
   うに、上記スピンドルの目標位置を補正する補正量の演
   算を行う補正量演算手段と、を設けたことを特徴とする
   磁気軸受をスピンドルにもつ加工装置。