JPH0386469A - 磁気軸受スピンドルの制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は磁気軸受スピンドルの制御装置に関し、特に
、能動制御型磁気軸受スピンドルを深孔円筒内面研削用
スピンドルとして用いる場合の制御装置に関する。

［従来の技術］ たとえば、長い円筒の内面を精密に研削を行なう場合、
通常は長クイルを装着したエアスピンドルなどによって
砥石研削を行なった後、ホーニング加工を行なっている
。しかしながら、この方法によると、長クイルのコンプ
ライアンスが高いために、研削抵抗背分力によってクイ
ルが弾性変形し、加工後の内面形状が加工前のものに倣
ってしまうという欠点があった。これに対して、内面形
状を先に測定しておき、そのデータに応じて切込量を変
化させるために、スピンドル本体を振動させるという加
工方法が考えられる。ところが、この方法では、大きな
パワーロスを生じてしまい、高速動作させることが困難
であるという欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、磁気軸受スピンドルは、磁気力によって主軸
を非接触で支持するものであり、タッチダウンベアリン
グと主軸とのギャップは数１００ミクロンある。磁気軸
受スピンドルは、このギャップ範囲内において主軸支持
位置の指令値を変化させることで主軸のみ振動させるこ
とができる。

これにより、上述の高速動作させることの問題点は解決
できる。しかしながら、磁気軸受のダンピング係数は小
さく、目標値指令には必ずオーバシュートを伴ない、長
クイルの弾性変形によってクイル先端の砥石部の位置が
指令位置とは異なってしまうという問題点がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、長い円筒の内面
などを精密に研削を行なう場合に、長クイルが弾性変形
することを考慮した研削機系のモデルを作成し、このモ
デルに基づいたオブザーバによって砥石部の位置制御を
行ない、かつ研削力に応じた軸受剛性制御を行なう磁気
軸受スピンドルの制御装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 第１請求項にかかる発明は主軸に深孔円筒内面研削用の
長クイルが取付けられた磁気軸受スピンドルを制御する
ための制御装置であって、主軸の前部を磁気浮上させて
支持するための前部磁気軸受と、主軸の後部を磁気浮上
させて支持するための後部磁気軸受と、主軸の前部の変
位を検出するための前部変位検出手段と、主軸の後部の
変位を検出するための後部変位検出手段と、前部磁気軸
受および後部磁気軸受のそれぞれに流れる電流値と、前
部変位検出手段および後部変位検出手段のそれぞれの検
出出力と、それぞれの微分出力とに基づいて、主軸に取
付けられた深孔円筒内面研削用の長クイルの砥石部位置
と変位速度とを推定する推定手段と、推定手段によって
推定された値で目標値を補正して前部磁気軸受および後
部磁気軸受を制御する制御手段を備えて構成される。

第２請求項にかかる発明は、長クイル砥石部に加わる研
削抵抗背分力に応じて、前記前部磁気軸受および後部磁
気軸受に与えられる制御信号を補償する補償手段をさら
に備えて構成される。

［作用］ この発明にかかる磁気軸受スピンドルの制御装置は、分
布定数系の胛性体である深孔円筒内面研削用の長クイル
を先端部にマスが集中した片持ちぼりに集中定数化し、
前部磁気軸受および後部磁気軸受に流れる電流値と前部
および後部の変位とそれぞれの微分信号とに基づいて、
砥石部位置と変位速度を推定し、推定された値で目標値
を補正する。さらに、砥石部に加わる研削抵抗背分力に
応じて、軸受剛性値の制御を行なう。それによって、長
い円筒の内面などを精密に研削を行なう場合において、
工作物形状に応じた研削力を砥石部に与えることができ
、加工後形状が加工前形状に倣うという問題点を解決で
きる。

［発明の実施例〕 第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図であり、
第２図は磁気軸受スピンドルの概要を示す図である。

磁気軸受スピンドルは、第２図に示すように、前部磁気
軸受１と後部磁気軸受４とによって主軸７が磁気力によ
って非接触で支持される。前部磁気軸受１は前部電磁石
２と前部センサ３とを含み、後部磁気軸受４は後部電磁
石５と後部センサ６とを含む。主軸７の先端部には長ク
イル２５が取付けられ、長クイル２５の先端部には砥石
部２６が取付けられている。砥石部２６に圧力Ｆｄが加
わると、長クイル２５に撓みが生じる。そこで、この発
明では、長クイル２５を砥石部２６にマスが集中した片
持ちぼりに集中定数化し、クイルを含めた磁気軸受スピ
ンドル全体のモデルを作成し、このモデルをもとに砥石
部２６の位置および変位速度を推定する。

このために、第１図に示すように、前部電磁石２の電流
値と前部センサ３の出力およびその微分信号と後部電磁
石５の電流値と後部センサ６の出力およびその微分信号
とが砥石部位置、速度推定オブザーバ２１に与えられる
。

オブザーバ２１は前部電磁石２および後部電磁石５の電
流値と前部センサ３および後部センサ６のそれぞれの出
力およびそれぞれの微分信号とに基づいて、砥石部２６
の位置変位速度を推定するために設けられる。オブザー
バ２１によって推定された砥石部２６の位置の値は前部
センサ補正信号および後部センサ補正信号として加算器
１９゜２０に個別的に与えられる。

加算器１９は前部センサ補正信号を前部センサ３の検出
信号に加算して比較器８に与える。また、加算器２０は
後部センサ補正信号を後部センサ６の検出出力に加算し
て比較器１３に与える。比較器８は目標値から加算器１
つの出力を減算してＰＩＤ制御回路９に与え、比較器１
３は目標値から加算器２０の出力を減算してＰＩＤ制御
回路１４に与える。ＰＩＤ制御回路９，１４はそれぞれ
与えられた信号を演算処理し、前部電磁石２および後部
電磁石５に与える制御信号を出力する。ＰＩＤ制ａ１回
路９，１４のそれぞれの出力は加算器１０．１５に与え
られる。

さらに、直接あるいは間接的にＡｌ１定した砥石部、八 ２６に加わる圧力Ｆｄが補償回路１２に与えられ、補償
回路１２の出力が加算器１０．１５に与えられ、ＰＩＤ
制御回路９．１４のそれぞれの出力に加算され、パワー
アンプ１１．１６に与えられる。

パワーアンプ１１．１６はそれぞれ与えられた制御信号
に基づいて、前部電磁石２および後部電磁石５・をそれ
ぞれ駆動する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、分布定数である弾性
体の長クイルを砥石部にマスが集中した片持ちぼりに集
中定数化し、長クイルを含めた磁気軸受スピンドル全体
をモデル化し、このモデルをもとにして、前部磁気軸受
および後部磁気軸受に流れる電流値と前部および後部の
変αとそれぞれの微分信号とに基づいて主軸に取付けら
れた深孔円筒内面研削用の長クイルの砥石部位置と変位
速度を推定し、推定された値で目標値を補正するように
したので、ワーク形状に応じた研削圧力を研削工具に与
えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。 第２図は磁気軸受スピンドルの概要を示す図である。 図において、１は前部磁気軸受、２は前部電磁石、３は
前部センサ、４は後部磁気軸受、５は後部電磁石、６は
後部センサ、７は主軸、８，１３は比較器、９．１４は
ＰＩＤ制御回路、１０，１５．１９．２０は加算器、１
．１．１６はパワーアンプ、１２は補償回路、１７．１
８は微分器、２５は長クイル、２６は砥石部を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸に深孔円筒内面研削用の長クイルが取付けら
   れた磁気スピンドルを制御するための磁気軸受スピンド
   ルの制御装置であって、 前記主軸の前部を磁気浮上させて支持するための前部磁
   気軸受、 前記主軸の後部を磁気浮上させて支持するための後部磁
   気軸受、 前記主軸の前部の変位を検出するための前部変位検出手
   段、 前記主軸の後部の変位を検出するための後部変位検出手
   段、 前記前部磁気軸受および後部磁気軸受のそれぞれに流れ
   る電流値と、前記前部変位検出手段および後部変位検出
   手段のそれぞれの検出出力と、それぞれの微分信号とに
   基づいて、前記主軸に取付けられた深孔円筒内面研削用
   の長クイルの砥石部位置と変位速度とを推定する推定手
   段、および前記推定手段によって推定された値で目標値
   を補正して前記前部磁気軸受および後部磁気軸受を制御
   する制御手段を備えた、磁気軸受スピンドルの制御装置
   。
2. （２）さらに、前記長クイル砥石部に加わる研削抵抗背
   分力に応じて、前記前部磁気軸受および後部磁気軸受に
   与えられる制御信号を補償する補償手段を備えた、請求
   項第１項記載の磁気軸受スピンドルの制御装置。