JPH1044033A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワーク１０の加工形状を高精度に計測でき、
これにより、高精度な修正加工制御が行える加工装置の
提供。 【解決手段】 内面研削盤Ａは、センサ回路５１１が検
出した主軸２１の回転軸位置と電磁石２２に流す励磁電
流とからテーパ値演算回路５２４がワーク１０の加工形
状を測定し、測定した加工形状と目標加工形状とからテ
ーパ値演算回路５２４が修正力を演算して修正力記憶回
路５２６に記憶させる形状計測サイクルを最初のオシレ
ートで実施し、記憶させた修正力に基づいて電力増幅回
路５１３が電磁石２２に励磁電流を流す修正制御サイク
ルをつぎのオシレートで実施し、これを繰り返してワー
ク１０の加工形状を目標加工形状にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受スピンド
ルを備えた加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁力により回転軸を浮いた状
態で支持する磁気軸受を有する磁気軸受スピンドルを備
えた加工装置が知られている（特開平１- ２３４１６１
号公報、特開平１- ２４０２６７号公報）。

【０００３】これら加工装置は、回転軸に研削工具（例
えば砥石）を取り付けて、ワーク（例えば円筒物）を研
削加工するものであり、回転軸が浮いた状態で磁気軸受
により支持されているので研削工具が高速回転しワーク
を短時間に研削加工できる。

【０００４】しかし、従来の転り軸受スピンドルを用い
た加工法では、研削工具の切れ味の低下やワークの加工
度合の進行に対して、上記の加工装置では、加工形状を
インプロセスに修正制御することができないので、加工
精度が安定しないという不具合を有していた。

【０００５】この為、上記の不具合を解消するため、発
明者らは、磁気軸受スピンドルを用い、ワークの形状修
正をインプロセスで制御でき加工精度の安定化を図った
加工装置を試作し、特願平５- １６９２３３号で出願し
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記加工装置では、１
オシレーション毎、つまり、オシレートテーブルが１往
復する間に、加工形状の計測と形状修正制御とを同時に
行っている。しかし、形状修正制御が行われていると、
修正力発生時に回転軸が計測誤差を発生させるような動
きをしたり、研削工具が必要以上に撓むため、加工形状
の計測に誤差が生じ、修正制御精度が低下することを発
明者らは見い出した。

【０００７】本発明の目的は、ワークの加工形状を高精
度に計測でき、これにより、高精度な修正加工制御が行
える加工装置の提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】最初のオシレートは形状
計測サイクルとする。スピンドル位置制御手段は、ワー
クの目標加工形状に対応して、磁気軸受スピンドルの、
ワークに対する軸方向位置及びワークの切り込み方向に
対する位置とを独立して制御する。

【０００９】加工形状測定手段は、位置検出手段が検出
した回転軸位置と磁気軸受に流す励磁電流とからワーク
の加工形状を測定する。修正力演算手段は、加工形状測
定手段が測定したワークの加工形状と、予め入力してあ
るワークの目標加工形状とから修正力を演算する。修正
力記憶手段は、つぎのオシレートまで修正力を記憶す
る。

【００１０】磁気軸受スピンドルが軸方向に一往復する
と、オシレーション検出センサがオシレートを検出し、
修正制御サイクルに切り替わる。修正力記憶手段に記憶
させた修正力に基づいて励磁電流制御手段が磁気軸受に
励磁電流を流す修正制御を行う。磁気軸受スピンドルが
軸方向に一往復すると、オシレーション検出センサがオ
シレートを検出し、形状計測サイクルに切り替わる。こ
れを繰り返してワークの加工形状を目標加工形状にす
る。

【００１１】本発明では、ワークの加工形状を計測する
形状計測サイクルと、ワークを修正加工する修正制御サ
イクルとを分離して実施している。形状計測サイクルで
は、ワークの形状修正を行う修正力が回転軸に加わらな
いので回転軸が傾かず、研削工具も撓まない。これによ
り、ワークの加工形状が高精度で計測でき（加工形状の
計測に誤差が生じないため）、修正加工制御を高精度で
行う（修正力が高精度に求まるため）ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を、図１〜図３
に基づいて説明する。図１は、内面研削盤Ａの構成を示
すブロック図である。内面研削盤Ａは、ワーク軸スピン
ドル１と、磁気軸受スピンドル２と、切り込みテーブル
３と、オシレートテーブル４と、制御装置５と、テーブ
ル制御装置６０とを有する。

【００１３】磁気軸受スピンドル２は、主軸２１と、軸
位置修正力を発生する電磁石２２と、主軸２１を回転
（ワーク軸１３１と逆回転）させるための高周波モータ
２３と、軸位置検出用のセンサ２４、２５、２６とを有
する。

【００１４】磁気軸受スピンドル２は切り込みテーブル
３上に固定され、該切り込みテーブル３はワーク１０の
切り込み方向に磁気軸受スピンドル２が移動可能な様に
オシレートテーブル４上に配置されている。そして、オ
シレートテーブル４はワークの軸方向に磁気軸受スピン
ドル２が移動可能な様に、ベットフレーム６上に配置さ
れている。

【００１５】ベットフレーム６の図示左端には、ワーク
テーブル１１が固定され、該ワークテーブル１１には、
ワーク軸スピンドル１３が配設されている。ワーク軸ス
ピンドル１３は、モータ（図示せず）により回転するワ
ーク軸１３１、及びワーク１０を掴むチャック装置１３
２を有する。

【００１６】主軸２１の図示左端には、クイル１１１が
設けられ、該クイル１１１の先端には研削用の砥石１１
２が取り付けられている。各電磁石２２は、主軸２１の
所定箇所に配置され、主軸２１を浮いた状態に支持す
る。各電磁石２２は、励磁電流の大きさに応じて磁力が
変化して、主軸２１の、軸方向への移動及びｘ、ｙ、ｚ
方向への変位を規制する。尚、各電磁石２２に通電が成
されない場合には、主軸２１は図示しない保護ベアリン
グにより軸支される。

【００１７】制御装置５は、磁気軸受コントローラ５１
と、計測・修正制御回路５２とからなる。又、５０はオ
シレートテーブル４のオシレート（１オシレートは数百
ｍｓ〜数秒）に対応してオシレート同期信号を出力する
オシレーション検出センサである。更に、６０は、ワー
ク１０を切削加工する為に、切り込みテーブル３及びオ
シレートテーブル４を駆動する各モータ（図示せず）を
制御するテーブル制御装置である。

【００１８】５１は磁気軸受コントローラであり、セン
サ２４、２５、２６が出力する各センサ信号をそれぞれ
変位信号に変換するセンサ回路５１１と、これら変位信
号をＰＩＤ調節（比例＋積分＋微分動作）して電流信号
を出力するＰＩＤ回路５１２と、この電流信号をパワー
ブーストした励磁電流を電磁石２２に流す電力増幅回路
５１３とにより構成される。

【００１９】５２は計測・修正制御回路であり、センサ
信号や電流信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換回路５２１、５２２と、切削加工形状を
計測する計測動作（形状計測サイクル）と、切削加工形
状を修正する修正動作（修正制御サイクル）とを切り替
えるスイッチｓｗを切替制御する計測・修正分離制御回
路５２３と、Ａ／Ｄ変換回路５２１、５２２が出力する
各デジタル信号に基づいてワーク１０のテーパ値（入口
と奥部の加工度合）を演算するテーパ値演算回路５２４
と、テーパ値演算回路５２４が演算したテーパ値と目標
値とから修正力を演算する修正力演算回路５２５と、演
算した修正力をつぎのオシレートサイクルまで記憶する
修正力記憶回路５２６と、軸変位修正力信号を電力増幅
回路５１３に出力する修正力発生回路５２７とからな
る。

【００２０】つぎに、内面研削盤Ａの作動を、図３に基
づいて説明する。ステップｓ１で、目標加工形状のデー
タを入力し、加工を開始する。ステップｓ２で、計測・
修正分離制御回路５２３がスイッチｓｗを短絡し、形状
計測サイクルとする。

【００２１】オシレーション同期信号を検知する（ステ
ップｓ３でＹＥＳ）と、ステップｓ４に進む。ステップ
ｓ４で、計測・修正分離制御回路５２３がスイッチｓｗ
を短絡（又は短絡保持）し、ステップｓ５に進む。

【００２２】ステップｓ５で、テーパ値演算回路５２４
が各信号（Ａ／Ｄ変換回路５２１、５２２が出力するデ
ジタル信号）を読み込む。ステップｓ６で、テーパ値演
算回路５２４が各デジタル信号に基づいてワーク１０の
テーパ値（入口と奥部の加工度合）を演算する（ワーク
１０の加工形状を計測する）。

【００２３】ステップｓ７で、計測された加工形状が目
標加工形状である（ＹＥＳ；演算されたワーク１０のテ
ーパ値が目標値）か否（ＮＯ；演算されたワーク１０の
テーパ値が目標値でない）かの判別を行い、ＹＥＳの場
合にはステップｓ１４に進み、ＮＯの場合にはステップ
ｓ８に進む。

【００２４】ステップｓ８で、演算されたワーク１０の
テーパ値と目標値との差から、進修正力演算回路５２５
が修正力を演算する。ステップｓ９で、修正力記憶回路
５２６が修正力を記憶する。

【００２５】オシレーション同期信号を検知する（ステ
ップｓ１０でＹＥＳ）と、ステップｓ１１に進む。ステ
ップｓ１１で、計測・修正分離制御回路５２３がスイッ
チｓｗを開放し、修正制御サイクルとし、ステップｓ１
２に進む。

【００２６】ステップｓ１２で、修正力記憶回路５２６
に記憶された修正力を修正力発生回路５２７が読み込
む。ステップｓ１３で、修正力発生回路５２７は、軸変
位修正力信号を電力増幅回路５１３に出力しステップｓ
３に戻る。尚、同期信号が検知される（ステップｓ３で
ＮＯ）まで修正制御が継続される。

【００２７】本実施例の内面研削盤Ａは、以下の利点を
有する。内面研削盤Ａは、ワーク１０の加工形状を計測
する形状計測サイクルと、ワーク１０を修正加工する修
正制御サイクルとをオシレート毎に切り替えて実施して
いる。形状計測サイクルでは、ワーク１０の形状修正を
行う修正力が主軸２１に加わらないので主軸２１が計測
誤差を発生させるような動きをせず、砥石１１２やクイ
ル１１１も必要以上に撓まない。これにより、ワーク１
０の加工形状が高精度で計測でき（加工形状の計測に誤
差が生じないため）、修正加工制御を高精度で行う（修
正力が高精度に求まるため）ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内面研削盤の構成を示
すブロック図である。

【図２】その内面研削盤の作動に係る各波形のタイムチ
ャートである。

【図３】その内面研削盤の作動に係るフローチャートで
ある。

【符号の説明】

２ 磁気軸受スピンドル １０ ワーク ２１ 主軸（回転軸） ２２ 電磁石（磁気軸受） ２４、２５、２６ 位置センサ ５０ オシレーション検出センサ １１２ 砥石（研削工具） ５１３ 電力増幅回路（励磁電流制御手段） ５２４ テーパ値演算回路（加工形状測定手段） ５２５ 修正力演算回路（修正力演算手段） ５２６ 修正力記憶回路（修正力記憶手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを研削加工するための研削工具を
   取り付けた回転軸、および励磁電流を流すことにより発
   生する磁力により前記回転軸を浮いた状態に支持する磁
   気軸受を有する磁気軸受スピンドルと、 前記ワークの目標加工形状に対応して、前記磁気軸受ス
   ピンドルの、前記ワークに対する軸方向位置及び前記ワ
   ークの切り込み方向に対する位置とを独立して制御する
   スピンドル位置制御手段と、 前記磁気軸受スピンドルが軸方向に一往復するオシレー
   トを検出するオシレーション検出センサと、 前記回転軸の複数箇所に配した位置センサ群により、前
   記回転軸の軸方向位置および径方向位置を検出する回転
   軸位置検出手段と、 該位置検出手段が検出した回転軸位置に基づいて前記磁
   気軸受に励磁電流を流す励磁電流制御手段と、 前記位置検出手段が検出した回転軸位置と前記磁気軸受
   に流す励磁電流とから前記ワークの加工形状を測定する
   加工形状測定手段と、 前記加工形状測定手段が測定した前記ワークの加工形状
   と前記ワークの目標加工形状とから修正力を演算する修
   正力演算手段と、 前記修正力を記憶する修正力記憶手段とを備え、 最初のオシレートでは、前記ワークの加工形状を測定し
   て修正力を演算し、該修正力を前記修正力記憶手段に記
   憶する形状計測サイクルを実施し、 つぎのオシレートで、記憶させた前記修正力に基づいて
   前記励磁電流制御手段が前記磁気軸受に励磁電流を流す
   修正制御サイクルを実施し、これを繰り返して前記ワー
   クの加工形状を目標加工形状にする加工装置。