JPH0724695A - 工作機主軸の回転位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、自動工具交換装置を備えた、磁気軸
受で非接触支持したスピンドルモータを内蔵した、工作
機主軸のオリエンテーション用回転位置センサに関し、
回転位置センサの検出面と被検出面の接触を予防し、信
頼性の高い工作機主軸の回転位置センサを提供すること
を目的とする。 【構成】上記問題を解決するため、先端に工具チャック
と後端に工具着脱操作機構を備えた、磁気軸受で非接触
支持したスピンドルモータにより駆動される、自動工具
交換装置を備えた工作機の主軸の回転位置センサにおい
て、主軸の後端に固定したリング状の被検出面と、この
被検出面の外径とエアギャップを介して対向させた非接
触形のセンサと、被検出面の外径とセンサのエアギャッ
プを、オリエンテーション動作中は所定の大きさに、オ
リエンテーション動作以外のときは所定値より大きくす
るエアギャップの変更機構により工作機主軸の回転位置
センサを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動工具交換装置を備
えた、磁気軸受で非接触支持したスピンドルモータを内
蔵した、工作機主軸のオリエンテーション用回転位置セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置を備えた工作機主軸の
先端には、工具ホルダを装着できるテーパシャンクを形
成されており、軸内にはドローバーを貫通させ、後端に
は工具着脱操作機構と回転位置センサを設けてある。こ
の回転位置検出センサは、主軸後端に工具着脱操作機構
を設けるため、ラジアルタイプのものが望ましい。工具
を自動交換する時は、主軸の回転位置を検出し、主軸の
回転位置と工具の嵌合位置が合致するようにオリエンテ
ーションする。また、主軸の支持は、従来ころがり軸受
で支持されていたが、最近は、生産性や加工品質を高め
るため高速化する傾向があり、磁気軸受で非接触支持す
るものが開発されている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、磁気軸受に
は回転部と固定部との間に大きなエアギャップがある。
エアギャップの大きさは、０．２から０．５ｍｍであ
り、回転位置センサのエアギャップより大きい。また、
非常対策のために補助軸受を併用した場合でも、エアギ
ャップは軸受のエアギャップのおよそ半分位に設定され
ているため、回転位置センサのエアギャップと同等か同
等以上となる。工作機械が作動していないとき、例え
ば、工具交換時などのように軸受が動作していない時
や、加工中でも突発的な外乱で主軸が大きく振れたとき
など回転位置センサの検出面と被検出面が接触してセン
サが破損する恐れがあった。そこで、本発明は、回転位
置センサの検出面と被検出面の接触を予防し、信頼性の
高い工作機主軸の回転位置センサを提供することを目的
とする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、先端に工具チャックと後端に工具着脱操作機構を備
えた、磁気軸受で非接触支持したスピンドルモータによ
り駆動される、自動工具交換装置を備えた工作機の主軸
の回転位置センサにおいて、主軸の後端に固定したリン
グ状の被検出面と、この被検出面の外径とエアギャップ
を介して対向させた非接触形のセンサと、被検出面の外
径とセンサのエアギャップを、オリエンテーション動作
中は所定の大きさに、オリエンテーション動作以外のと
きは所定値より大きくするエアギャップの変更機構によ
り工作機主軸の回転位置センサを構成する。

【０００４】

【作用】上記手段により、オリエンテーション動作以外
のときはエアギャップが非接触形軸受のエアギャップよ
りも大きくなる。一方、オリエンテーション動作中はエ
アギャップが所定の大きさになる。

【０００５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明のエアギャップ変更機構の正面図であ
る。回転位置検出センサを、被検出面を歯車とし、検出
センサを磁気センサとした場合を例に取り説明する。勿
論、位置検出センサは磁気タイプに限られるものではな
く、例えば、静電容量、光等、非接触タイプのものであ
れば適用できることは、自明である。１は主軸であり、
図示しない２つのラジアル磁気軸受、アキシャル磁気軸
受、高速モータの各回転子と先端部の工具ホルダ把持用
テーパシャンクから構成されており、後端部に歯車２が
固着されている。主軸１は、図示しないフレームに固定
された２つのラジアル磁気軸受とアキシャル磁気軸受の
各固定子と、主軸１の浮上位置検出用変位センサと、軸
受制御装置とで回転可能に非接触支持することができ、
図示しないフレームに固定された高速モータの固定子が
励磁装置により励磁されて主軸にトルクが与えられるよ
うになっている。これらの構成や動作の詳細は広く公知
であるため説明を省略する。

【０００６】３は図示しないフレームに固定された円環
状の固定板であり、中央の穴を主軸１が貫通している。
３１は固定板３に垂直に固着された支柱であり、該支柱
３１にはセンサ台４がその一端部付近で回転可能に取り
付けられている。センサ台４の中央部にはセンサ固定具
５とネジ５１、５２とで磁気センサ６が固定されてい
る。固定板３にはストッパ８、９がネジ８１、９１で固
定されており、それぞれ、センサ台４の回転をある範囲
に拘束している。ソレノイド７はネジ７４、７５で固定
板３に固定されており、センサ台４とソレノイド７の引
き棒７１とは引き棒先端部に切られたネジがセンサ台４
に切られたタップにねじ込まれナット７３で固定されて
いる。センサ台４とソレノイド７との間には中心に引き
棒７１を貫通してセンサ台４をソレノイド７から引き離
すようバネ７２が設けられている。歯車２は１周を等分
した歯車と１周に１カ所の溝を設けた回転位置基準用歯
車の２枚で構成されており、磁気センサ６は、この２枚
の歯車とエアギャップを介して２個対向させており、主
軸の回転絶対位置と方向が検出される。なお、１周を等
分した歯車２の１か所の歯を他の歯と歯幅を変え回転位
置基準用とし、歯車２を１枚に、センサ６を１個にして
もよい。このような構成において、主軸１が磁気軸受で
支持され高速回転しているときは、ソレノイド７は励磁
されずバネ７２によりセンサ台４がストッパ８に当てら
れており、磁気センサ６と歯車２間のエアギャップはラ
ジアル磁気軸受のエアギャップ以上になっている。主軸
１がオリエンテーションされるときは、ソレノイド７が
励磁され、バネ７２に抗して引き棒７１を引っ張り、セ
ンサ台４をストッパ９に当てて、磁気センサ６と歯車２
間のエアギャップを所定の大きさに狭める。この状態で
は、回転する歯に対応して回転パルス信号が得られオリ
エンテーション動作を遂行することができる。

【０００７】以上の動作をタイムチャートと信号回路で
補足説明する。図２は信号回路である。図３は主軸１の
回転速度と動作状況のタイムチャートであり、図３
（ａ）は主軸の回転速度、図３（ｂ）は信号回路のタイ
ムチャートである。図２において、１０は入力端子
（＋）に接続された回転速度設定値Ｖｓと、入力端子
（−）に接続された主軸の回転速度信号Ｖｎとを比較
し、（＋）入力端子の信号が（−）入力端子の信号より
大きいとき出力信号ａをＨｉにする比較器、１１１は入
力信号の立ち上がり（ＵＰ）でパルス信号ｄを出力する
ワンショットマルチバイブレータ、１１２は主軸の制御
装置が与える工具交換信号ｂを入力し該信号の立ち下が
り（ＤＯＷＮ）でパルス信号ｅを出力するワンショット
マルチバイブレータ、１２は入力信号ｄのパルスで出力
ｃがセット（Ｈｉ）され入力信号ｅのパルスで出力ｃが
リセット（Ｌｏ）されるフリップフロップである。回転
速度設定値Ｖｓは主軸の回転速度Ｎｓに対応しており、
信号Ｖｎは主軸の図示しない別の回転センサで検出され
回転速度に比例した信号である。

【０００８】主軸が図３（ａ）のタイムチャートで運転
されるとき次のようになる。はじめに主軸が加速されて
最大回転速度Ｎｍａｘにいたり、機械加工を行った後、
減速停止する。回転速度がＮｓを下回ると、図３（ｂ）
に示すように、信号ａはＨｉになり、その立上がり（Ｕ
Ｐ）で信号ｄがパルスを生じるとともにフリップフロッ
プ１２の出力ｃがセットされる。フリップフロップ１２
の出力は増幅されてソレノイド７を励磁し磁気センサが
作動しだして回転信号が得られ、主軸の回転位置決め動
作が可能な状態になる。主軸の回転が止まり所定の位置
で停止したのち、主軸制御装置の主軸交換信号ｂがＨｉ
になり，Ｈｉになっている間に工具が交換される。工具
の交換が完了して、信号ｂがＬｏになると信号ｅがパル
スを生じると同時にフリップフロップ１２の信号ｃがリ
セットされる。この信号ｃがＬｏになると、ソレノイド
７の励磁がされなくなるので磁気センサ６と歯車２間の
エアギャップが大きくなってラジアル磁気軸受のエアギ
ャップ以上になり、一連の動作が終了する。以上のよう
に、主軸が高速回転している時は、信号回路の働きで磁
気センサ６と歯車２との間のエアギャップが大きくな
り、何らかの外乱が加わって主軸が大きく振れても歯車
２と磁気センサ６が接触することはない。また、主軸が
主軸制御装置の働きでオリエンテーション動作に入ると
信号回路の働きで磁気センサ６と歯車２間のエアギャッ
プが所定の大きさとなり、磁気センサ６が回転センサと
して作動して、工具交換のための精密回転位置決めがで
きるのである。

【０００９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
速回転中は回転センサとして用いた磁気センサと歯車間
のエアギャップを広げて当たることがないようにし、オ
リエンテーション動作時にはその間のエアギャップが所
定の大きさとなりセンサが正常動作するので、工具交換
可能という汎用性を維持しつつ、主軸を高速化すること
ができ、工作機の動作の信頼性と生産性を高める効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す側面図

【図２】ソレノイドの駆動信号を得る信号回路

【図３】本発明の動作状況を示すタイムチャート

【符号の説明】

１ 主軸、４ センサ台、７ ソレノイド、７４、７５
ネジ ２ 歯車、５ センサ固定具、７１ 引き棒、８、９
ストッパ、３ 固定板、５１、５２ ネジ、７２ バ
ネ、８１、９１ ネジ、３１ 支柱、６ 磁気センサ、
７３ ナット、１０ 比較器、１１１、１１２ ワンシ
ョットマルチバイブレータ、１２ フリップフロップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具チャックと後端に工具着脱操
   作機構を備えた、磁気軸受で支持したスピンドルモータ
   により駆動される、自動工具交換装置を備えた工作機の
   主軸の回転位置センサにおいて、 主軸の後端に固定したリング状の被検出面と、この被検
   出面の外径とエアギャップを介して対向させた非接触形
   のセンサと、被検出面の外径とセンサのエアギャップ
   を、オリエンテーション動作中は所定の大きさに、オリ
   エンテーション動作以外のときは所定値より大きくする
   エアギャップの変更機構を備えたことを特徴とする工作
   機主軸の回転位置センサ。
2. 【請求項２】 前記エアギャップの変更機構が、主軸装
   置のフレームに固定された固定板と、該固定板に垂直に
   固定された支柱と、該支柱に回転可能に嵌合したセンサ
   台と、該センサ台に前記磁気センサを固定するセンサ固
   定具と、該センサ台と該センサ固定具で固定された前記
   磁気センサと、ネジで該固定板に固定され該センサ台の
   回転をある範囲に拘束する２つのストッパと、該固定板
   に固定され中心の引き棒が該センサ台の一部に固定され
   たソレノイドと、該ソレノイドと該センサ固定具との間
   に設けたバネとで構成された請求項１記載の工作機主軸
   の回転位置センサ。