JPH0724601A - 加工機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の加工をインプロセスで制御するこ
とのできる磁気軸受スピンドルを備えた加工機械の提
供。 【構成】 加工機械１は、磁気軸受スピンドル４と加工
制御装置５を備える。加工制御装置５は、磁気軸受スピ
ンドル４の電磁石７、９に流れる励磁電流を制御する磁
気軸受コントローラ１８、この磁気軸受コントローラ１
８より抽出される変位信号と電流信号よりワーク２の加
工形状を測定する加工形状測定部１９、あらかじめ推定
されるワーク２の加工形状に対応する波形を記憶して、
磁気軸受スピンドル４のオシレーションに同期して出力
する波形発生部２０、加工形状測定部５で測定されたワ
ーク２の加工形状と目標形状から制御ゲインを演算し
て、波形発生部２０に記憶された波形の０点にて制御ゲ
インの切り替えを行う制御ゲイン出力部２１、磁気軸受
コントローラ１８へ出力する制御信号を演算する制御信
号演算部２２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受スピンドルを
備えた加工機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電磁石の磁力によって回転軸
を非接触で支持する磁気軸受スピンドルを備えた加工機
械が提案されている（特開平１−２４０２６７、特開平
１−２３４１６１の各公報参照）。この加工機械は、回
転軸に回転工具（例えば砥石）を取り付けて、被加工物
の加工面（例えば円筒内面）を加工するもので、回転軸
が非接触で支持されることから高速回転性に優れるとと
もに、回転軸が径方向あるいは軸方向に変位可能である
ことから、その回転軸の変位を利用した被加工物の形状
測定機能および形状修正機能を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の磁気
軸受スピンドルを備えた加工機械は、回転工具の切れ味
の変化や、被加工面の変化等に対して、加工形状をイン
プロセスに修正制御することができず、加工精度が安定
しないという課題を有していた。本発明は、上記事情に
基づいて成されたもので、その目的は、被加工物の加工
形状をインプロセスで修正制御することのできる加工機
械の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、被加工物を加工するための回転工具が取
り付けられた回転軸、および励磁電流が流れることで発
生する磁力により前記回転軸を浮上させた状態で軸支す
る磁気軸受を有する磁気軸受スピンドルと、前記回転軸
の軸芯方向および前記被加工物への切込み方向に対し
て、前記被加工物と前記回転工具との相対位置を可変す
る位置可変手段と、前記磁気軸受スピンドル内での前記
回転軸の径方向および軸方向の位置を検出する回転軸位
置検出手段と、この回転軸位置検出手段の検出値と前記
磁気軸受に流れる励磁電流を基に前記被加工物の加工形
状を測定する加工形状測定手段と、この加工形状測定手
段で測定された前記被加工物の加工形状と前記被加工物
の目標形状との比較に基づいて制御ゲインを演算する制
御ゲイン演算手段と、あらかじめ推定される前記被加工
物の加工形状に対応する修正波形を記憶する修正波形記
憶手段と、この修正波形記憶手段に記憶された修正波形
と前記制御ゲイン演算手段で演算された制御ゲインから
制御信号を演算する制御信号演算手段と、この制御信号
演算手段で演算された制御信号と前記回転軸位置検出手
段の検出値に基づいて前記磁気軸受に流れる励磁電流を
制御する励磁電流制御手段とを備えたことを技術的手段
とするものである。

【０００５】

【作用】上記構成より成る本発明は、以下の作用を奏す
る。まず、回転軸位置検出手段の検出値と磁気軸受に流
れる励磁電流を基に被加工物の加工形状が測定され、そ
の測定された加工形状と被加工物の目標形状との比較に
基づいて制御ゲインが演算される。次に、修正波形記憶
手段に記憶された被加工物の加工形状に対応する修正波
形と制御ゲイン演算手段で演算された制御ゲインから制
御信号が演算される。そして、この演算された制御信号
と回転軸位置検出手段の検出値に基づいて磁気軸受に流
れる励磁電流が制御される。

【０００６】

【実施例】次に、本発明の加工機械の一実施例を図１〜
図４に基づいて説明する。図１は加工機械の構成を示す
ブロック図である。本実施例の加工機械１は、ワーク２
（被加工物）の円筒内周面を研削する内面研削盤で、研
削用の砥石３を回転支持する磁気軸受スピンドル４と、
この磁気軸受スピンドル４の加工制御装置５とを備え
る。

【０００７】磁気軸受スピンドル４は、外周にフランジ
部６ａを有する回転軸６、この回転軸６の両端外周部に
配置されて、回転軸６を浮上させて軸支するラジアル電
磁石（本発明の磁気軸受）７、回転軸６を回転駆動する
モータ８、回転軸６のフランジ部６ａを介して回転軸６
の軸方向の変位を規制するアキシャル電磁石９等より構
成されている。回転軸６の先端（図１の左端）には、回
転軸６と同軸にクイル１０が設けられ、このクイル１０
の先端に砥石３が取り付けられている。なお、回転軸６
は、ラジアル電磁石７の通電が遮断されて磁気浮上力が
消失した時に、図示しない保護ベアリングによって軸支
される。

【０００８】ラジアル電磁石７は、それぞれ回転軸６の
上下、左右に各々１個、計４個ずつ配置されて、励磁電
流の大きさに応じて磁力が変化する。従って、各ラジア
ル電磁石７の励磁電流を制御することにより、回転軸６
を偏らせて軸支することができる。磁気軸受スピンドル
４には、回転軸６の半径方向の位置を検出する位置セン
サ１１と、回転軸６の軸方向の位置を検出する位置セン
サ１２とが設けられている。位置センサ１１は、回転軸
６の両端外周面にそれぞれ近接して配置され、位置セン
サ１２は、回転軸６の後端面（図１の右端面）に近接し
て配置されている。

【０００９】この磁気軸受スピンドル４は、図２に示す
ように、オシレーションテーブル１３に固定支持され
て、このオシレーションテーブル１３がベッドフレーム
１４に対して磁気軸受スピンドル４の軸方向に移動可能
に設けられている。ベッドフレーム１４の端部には、ワ
ーク２を支持するチャック装置１５を備えたワークテー
ブル１６が載置されて、このワークテーブル１６がベッ
ドフレーム１４に対してオシレーションテーブル１３の
移動方向と直交する方向に移動可能に設けられている。
従って、ベッドフレーム１４に対してオシレーションテ
ーブル１３とワークテーブル１６とを移動することによ
り、ワーク２と砥石３との相対位置が変化する。なお、
チャック装置１５に支持されたワーク２は、図示しない
モータにより回転駆動される。また、ベッドフレーム１
４には、オシレーションテーブル１３の位置を検出する
オシレーション検出センサ１７（図１参照）が設けられ
ている。

【００１０】加工制御装置５は、磁気軸受コントローラ
１８、加工形状測定部１９、修正波形発生部２０、制御
ゲイン出力部２１、および制御信号演算部２２より構成
される。 磁気軸受コントローラ１８は、位置センサ１
１、１２の各検出値をそれぞれ変位信号Ｈｓに変換する
センサ回路１８ａ、このセンサ回路１８ａで変換された
変位信号Ｈｓと制御信号演算部２２で演算された制御信
号ＳをＰＩＤ調節（比例＋積分＋微分動作）して電流信
号Ｄｓを演算するＰＩＤ回路１８ｂ、このＰＩＤ回路１
８ｂで得られた電流信号Ｄｓを増幅して各ラジアル電磁
石７およびアキシャル電磁石９に出力する電力増幅回路
１８ｃより構成される。

【００１１】加工形状測定部１９は、センサ回路１８ａ
で変換された変位信号Ｈｓをデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器１９ａ、ＰＩＤ回路１８ｂより抽出した電流
信号Ｄｓをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１９
ｂ、Ａ／Ｄ変換器１９ａで変換されたデジタル信号とＡ
／Ｄ変換器１９ｂで変換されたデジタル信号を基にワー
ク２の加工形状を測定する（本実施例では、円筒状を呈
するワーク２の内周面入口と奥のデータより内周面のテ
ーパ値を演算する）加工形状測定回路１９ｃより構成さ
れている。

【００１２】修正波形発生部２０は、あらかじめ推定さ
れるワーク２の加工形状（加工途中で形状修正を行わな
い場合の加工形状）に対する１オシレート分の修正波形
を記憶しておく修正波形記憶部２０ａ、この修正波形記
憶部２０ａに記憶された修正波形を磁気軸受スピンドル
４のオシレーションに同期して出力する波形出力タイミ
ング回路２０ｂより構成されている。なお、１オシレー
ト分の波形とは、オシレーションテーブル１３が１往復
する間に加工されるワーク２の加工形状に対応する修正
波形（図４（ｂ）参照）である。

【００１３】制御ゲイン出力部２１は、修正波形記憶部
２０ａより出力される修正波形の０点を検出する０点検
出回路２１ａ、加工形状測定回路１９ｃで測定されたワ
ーク２の加工形状（テーパ値）とワーク２の目標形状か
ら制御ゲインを演算する制御ゲイン演算部２１ｂ、０点
検出回路２１ａで検出された０点にて制御ゲインの切り
替えを行う制御ゲイン出力タイミング回路２１ｃより構
成されている。制御信号演算部２２は、修正波形発生部
２０より出力される修正波形と制御ゲイン出力部２１よ
り出力される制御ゲインとを乗算して制御信号Ｓを求
め、この制御信号Ｓを磁気軸受コントローラ１８のＰＩ
Ｄ回路１８ｂへ出力する。

【００１４】次に、本実施例の作動を図３に示すフロー
チャートおよび図４に示すタイムチャートを基に説明す
る。まず、加工が開始されることにより、オシレーショ
ン検出センサ１７により、磁気軸受スピンドル４のオシ
レーションと同期する同期信号（図４（ａ）参照）を検
出する（ステップＳ１でＹＥＳ）。続いて、磁気軸受コ
ントローラ１８のセンサ回路１８ａで変換された変位信
号ＨｓおよびＰＩＤ回路１８ｂで得られた電流信号Ｄｓ
を抽出し（ステップＳ２）、その変位信号Ｈｓと電流信
号Ｄｓよりワーク２の加工形状を測定する（ステップＳ
３）。続いて、測定されたワーク２の加工形状と目標形
状から制御ゲインを演算する（ステップＳ４）。

【００１５】続いて、修正波形記憶部２０ａより磁気軸
受スピンドル４のオシレーションに同期して出力される
修正波形の０点（図４（ｂ）、（ｃ）参照）を検出して
（ステップＳ５でＹＥＳ）、そのタイミングで制御ゲイ
ンの切り替えを行う（図４（ｄ）参照・ステップＳ
６）。このように、修正波形の０点で制御ゲインの切り
替えを行うことにより、切替点で制御信号に段差が生じ
ることによる加工精度の悪化を防止することができる。
続いて、修正波形発生部２０より出力される修正波形と
制御ゲイン出力部２１より出力される制御ゲインとを乗
算して得られた制御信号Ｓ（図４（ｅ）参照）を磁気軸
受コントローラ１８のＰＩＤ回路１８ｂへ出力して、各
ラジアル電磁石７およびアキシャル電磁石９に流れる励
磁電流を制御する（ステップＳ７）。以上の動作を１オ
シレーション毎に行い、目標形状が得られるまで研削加
工を行った後（ステップＳ８でＹＥＳ）、加工を終了す
る。

【００１６】このように、本実施例では、磁気軸受スピ
ンドル４の１オシレーション毎にワーク２の加工形状を
測定して、各ラジアル電磁石７およびアキシャル電磁石
９に流れる励磁電流を制御することにより、砥石３の切
れ味の変化やワーク２の被加工面の変化に対応した加工
を行うことができる。つまり、ワーク２の形状修正をイ
ンプロセスで行うことができるため、加工精度を安定さ
せることができる。

【００１７】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
５は第２実施例に係る加工機械１の構成を示すブロック
図である。本実施例の加工機械１は、磁気軸受スピンド
ル４、磁気軸受コントローラ１８、クイル撓み量演算部
２３、円筒度演算部２４、波形演算部２５、および制御
信号演算部２２より構成されて、加工中のクイル１０の
撓み量に応じてワーク２の形状修正を行うものである。
なお、磁気軸受スピンドル４、および磁気軸受コントロ
ーラ１８は、第１実施例と同じ構成および機能を有する
もので、その説明を省略する。

【００１８】クイル撓み量演算部２３は、磁気軸受コン
トローラ１８のセンサ回路１８ａで変換された変位信号
Ｈｓから特定の周波数成分だけを取り出すフィルタ２３
ａ、ＰＩＤ回路１８ｂより抽出した電流信号Ｄｓから特
定の周波数成分だけを取り出すフィルタ２３ｂ、フィル
タ２３ａを通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器２３ｃ、フィルタ２３ｂを通過した信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２３ｄ、Ａ／Ｄ変換器
２３ｃで変換されたデジタル信号とＡ／Ｄ変換器２３ｄ
で変換されたデジタル信号を基に、予め求めておいたク
イル１０の撓み量と変位信号Ｈｓおよび電流信号Ｄｓと
の関係から、連続的にクイル１０の撓み量を演算するク
イル撓み量演算回路２３ｅより構成されている。

【００１９】円筒度演算部２４は、オシレーション検出
センサ１７の検出信号を基に、クイル撓み量演算回路２
３ｅで演算されたクイル１０の撓み量をオシレーション
毎に抽出するオシレーションタイミング抽出回路２４
ａ、オシレーション毎に抽出されたクイル１０の撓み量
からワーク２の円筒度を判定する円筒度判定回路２４
ｂ、この円筒度判定回路２４ｂで判定された円筒度から
制御ゲインを演算する制御ゲイン演算回路２４ｃより構
成されている。

【００２０】波形演算部２５は、オシレーションタイミ
ング抽出回路２４ａより抽出された１オシレーション毎
のクイル１０の撓み量より波形を作成して記憶する波形
記憶回路２５ａ、この波形記憶回路２５ａに記憶された
波形を磁気軸受スピンドル４のオシレーションに同期し
て出力するオシレーション同期回路２５ｂより構成され
ている。制御信号演算部２２は、制御ゲイン演算回路２
４ｃで演算された制御ゲインとオシレーション同期回路
２５ｂより出力される波形とを乗算して制御信号Ｓを求
め、この制御信号Ｓを磁気軸受コントローラ１８のＰＩ
Ｄ回路１８ｂへ出力する。

【００２１】次に、本実施例の作動を説明する。まず、
磁気軸受スピンドル４のセンサ回路１８ａより抽出され
た変位信号ＨｓとＰＩＤ回路１８ｂより抽出された電流
信号Ｄｓを基にクイル１０の撓み量を演算する（図６
（ａ）参照）。続いて、オシレーション毎のクイル１０
の撓み量を抽出して、あらかじめ設定されたタイミング
（図６（ｂ）参照）でのクイル１０の撓み量から円筒度
を判定し（図６（ｃ）参照）、この円筒度より制御ゲイ
ンを演算する。続いて、制御ゲインと１オシレーション
毎のクイル１０の撓み量より作成された波形とを演算し
て得られた制御信号Ｓ（図６（ｄ）参照）を磁気軸受コ
ントローラ１８のＰＩＤ回路１８ｂへ出力して、各ラジ
アル電磁石７およびアキシャル電磁石９に流れる励磁電
流を制御する。

【００２２】上記の作動を１オシレーション毎に繰り返
して、１オシレーション毎にワーク２の形状修正を行
う。このように、本実施例では、磁気軸受スピンドル４
の１オシレーション毎にクイル１０の撓み量を演算し、
そのクイル１０の撓み量より演算された円筒度に基づい
て、ワーク２の内面研削加工をインプロセスで制御する
ことができる。

【００２３】〔変形例〕上記実施例では、磁気軸受スピ
ンドル４のオシレーション毎にワーク２の形状修正を行
う例を示したが、ワーク２の回転に同期した信号によっ
て回転方向の形状修正を行うことも可能である。磁気軸
受スピンドル４（オシレーションテーブル１３）のオシ
レーションを検出するためにオシレーション検出センサ
１７を設けたが、ＮＣ、シーケンサ、定寸装置、磁気軸
受スピンドル４のＺ軸センサ等より出力される信号によ
ってオシレーションを検出するようにしても良い。制御
ゲインの決定に対して、微分要素、積分要素等により精
度向上を図ることもできる。修正波形記憶部２０ａ（波
形記憶回路２５ａ）に記憶される修正波形は、ワーク２
の品番毎に変更可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の加工機械は、被加工物の形状修
正をインプロセスで制御できることにより、加工精度の
安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の加工機械の構成を示すブロック図
である。

【図２】加工機械（内面研削盤）の斜視図である。

【図３】第１実施例の作動を示すフローチャートであ
る。

【図４】第１実施例の作動に係るタイムチャートであ
る。

【図５】第２実施例の加工機械の構成を示すブロック図
である。

【図６】第２実施例の作動に係るタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 加工機械 ２ ワーク（被加工物） ３ 砥石（回転工具） ４ 磁気軸受スピンドル ６ 回転軸 ７ ラジアル電磁石（磁気軸受） １１ 位置センサ（回転軸位置検出手段） １２ 位置センサ（回転軸位置検出手段） １３ オシレーションテーブル（位置可変手段） １６ ワークテーブル（位置可変手段） １８ 磁気軸受コントローラ（励磁電流制御手段） １９ 加工形状測定部（加工形状測定手段） ２０ａ 修正波形記憶部（形状記憶手段） ２１ｂ 制御ゲイン演算部（制御ゲイン演算手段） ２２ 制御信号演算部（制御信号演算手段） ２４ 円筒度演算部（加工形状測定手段） ２４ｃ 制御ゲイン演算回路（制御ゲイン演算手段） ２５ａ 波形記憶回路（形状記憶手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 新三 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）被加工物を加工するための回転工具が
   取り付けられた回転軸、および励磁電流が流れることで
   発生する磁力により前記回転軸を浮上させた状態で軸支
   する磁気軸受を有する磁気軸受スピンドルと、 ｂ）前記回転軸の軸芯方向および前記被加工物への切込
   み方向に対して、前記被加工物と前記回転工具との相対
   位置を可変する位置可変手段と、 ｃ）前記磁気軸受スピンドル内での前記回転軸の径方向
   および軸方向の位置を検出する回転軸位置検出手段と、 ｄ）この回転軸位置検出手段の検出値と前記磁気軸受に
   流れる励磁電流を基に前記被加工物の加工形状を測定す
   る加工形状測定手段と、 ｅ）この加工形状測定手段で測定された前記被加工物の
   加工形状と前記被加工物の目標形状との比較に基づいて
   制御ゲインを演算する制御ゲイン演算手段と、 ｆ）あらかじめ推定される前記被加工物の加工形状に対
   応する修正波形を記憶する修正波形記憶手段と、 ｇ）この修正波形記憶手段に記憶された修正波形と前記
   制御ゲイン演算手段で演算された制御ゲインから制御信
   号を演算する制御信号演算手段と、 ｈ）この制御信号演算手段で演算された制御信号と前記
   回転軸位置検出手段の検出値に基づいて前記磁気軸受に
   流れる励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備えた
   加工機械。