JPH1158180A - 磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置 - Google Patents
磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置Info
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- JPH1158180A JPH1158180A JP23175597A JP23175597A JPH1158180A JP H1158180 A JPH1158180 A JP H1158180A JP 23175597 A JP23175597 A JP 23175597A JP 23175597 A JP23175597 A JP 23175597A JP H1158180 A JPH1158180 A JP H1158180A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気軸受スピンドルの主軸及び切削工具が切
削力により弾性変形しても加工誤差を無くすことの出来
る磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置を提供する。 【解決手段】 演算部４１では、弾性変形量δn 及び撓
み角θn の双方を推定する。撓み角θn を強制的にゼロ
にするため、信号加算部４３で半径方向位置制御電流Ｉ
f にｋff＊θn を加算する。また、信号加算部４５で半
径方向位置制御電流Ｉr にｋrr＊θn を加算する。信号
加算部４７では、前側半径方向位置センサ１１で検出し
た半径方向位置εf に対し、演算部４１で求めた位置の
偏差分を加算する。また、信号加算部４９でも、後側半
径方向位置センサ１３で検出した半径方向位置εr に対
し、同一の偏差分を加算する。
削力により弾性変形しても加工誤差を無くすことの出来
る磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置を提供する。 【解決手段】 演算部４１では、弾性変形量δn 及び撓
み角θn の双方を推定する。撓み角θn を強制的にゼロ
にするため、信号加算部４３で半径方向位置制御電流Ｉ
f にｋff＊θn を加算する。また、信号加算部４５で半
径方向位置制御電流Ｉr にｋrr＊θn を加算する。信号
加算部４７では、前側半径方向位置センサ１１で検出し
た半径方向位置εf に対し、演算部４１で求めた位置の
偏差分を加算する。また、信号加算部４９でも、後側半
径方向位置センサ１３で検出した半径方向位置εr に対
し、同一の偏差分を加算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受スピンドル
の切削位置補正装置に係わり、特に磁気軸受スピンドル
の主軸及び切削工具が切削力により弾性変形しても加工
誤差を無くすことの出来る磁気軸受スピンドルの切削位
置補正装置に関する。
の切削位置補正装置に係わり、特に磁気軸受スピンドル
の主軸及び切削工具が切削力により弾性変形しても加工
誤差を無くすことの出来る磁気軸受スピンドルの切削位
置補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速切削加工において、図８に示すよう
な磁気軸受スピンドル１が用いられている。磁気軸受ス
ピンドル１は主軸３を空中に磁気浮上させた状態で主軸
３を高速回転させる。主軸３の先端には、切削工具５が
固定されている。切削工具５によりワーク７を加工する
場合、ワーク７を移動させるテーブル９の２次元運動等
は、送り方向の変化点付近でサーボ送り制御系の応答遅
れにより形状誤差を生じ易い。このため、切削工具５対
ワーク７の相対速度を速める必要がある。昨今の技術開
発により、この点に関してはワーク７を移動させるテー
ブル９の２次元運動等にフィードフォワード制御等をか
けることで、一定の形状の場合はかかる形状誤差を少な
く出来るようになりつつある。
な磁気軸受スピンドル１が用いられている。磁気軸受ス
ピンドル１は主軸３を空中に磁気浮上させた状態で主軸
３を高速回転させる。主軸３の先端には、切削工具５が
固定されている。切削工具５によりワーク７を加工する
場合、ワーク７を移動させるテーブル９の２次元運動等
は、送り方向の変化点付近でサーボ送り制御系の応答遅
れにより形状誤差を生じ易い。このため、切削工具５対
ワーク７の相対速度を速める必要がある。昨今の技術開
発により、この点に関してはワーク７を移動させるテー
ブル９の２次元運動等にフィードフォワード制御等をか
けることで、一定の形状の場合はかかる形状誤差を少な
く出来るようになりつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たサーボ送り制御系の応答遅れによる誤差を無くしても
次のような加工精度上の問題点が残る。図８で切削工具
５をワーク７の加工面に垂直に当て、Ｘ座標方向に切削
力を増加した場合には、反力により図９のように切削工
具５の先端は弾性変形する。即ち、この切削工具５の弾
性変形により、予め定めた加工位置指令値に比べＸ座標
方向にδn だけの加工誤差（以下、弾性変形量という）
が残る。本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされ
たもので、磁気軸受スピンドルの主軸及び切削工具が切
削力により弾性変形しても加工誤差を無くすことの出来
る磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置を提供するこ
とを目的とする。
たサーボ送り制御系の応答遅れによる誤差を無くしても
次のような加工精度上の問題点が残る。図８で切削工具
５をワーク７の加工面に垂直に当て、Ｘ座標方向に切削
力を増加した場合には、反力により図９のように切削工
具５の先端は弾性変形する。即ち、この切削工具５の弾
性変形により、予め定めた加工位置指令値に比べＸ座標
方向にδn だけの加工誤差（以下、弾性変形量という）
が残る。本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされ
たもので、磁気軸受スピンドルの主軸及び切削工具が切
削力により弾性変形しても加工誤差を無くすことの出来
る磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、主軸
の先端に切削工具を固定した磁気軸受スピンドルと、該
磁気軸受スピンドルを立体座標上若しくは平面座標上に
固定若しくは移動可能な第１の固定・移動手段と、前記
切削工具により加工されるワークと、該ワークを立体座
標上若しくは平面座標上に固定若しくは移動可能な第２
の固定・移動手段を備えた加工装置において、前記磁気
軸受スピンドルの内部に一組又は前記主軸方向に複数組
配設された半径方向位置制御用電磁石に流れる電流値及
び前記磁気軸受スピンドルの内部に一組又は前記主軸方
向に複数組配設された半径方向位置センサで検出した半
径方向変位を基に前記ワークに対する予め定めた加工位
置指令値と前記主軸に与えられた加工力に伴い変形した
前記切削工具先端間の弾性変形量及び前記主軸に予め設
定した傾斜中心から前記切削工具先端方向をみた撓み角
とのいずれか少なくとも一方の値を推定する弾性変形量
等推定手段と、該弾性変形量等推定手段で推定された値
及び前記一組又は複数組の半径方向位置センサで検出さ
れた半径方向変位のいずれか少なくとも一方を基に前記
主軸、前記第１の固定・移動手段及び前記第２の固定・
移動手段のいずれか少なくとも一方の位置補正を行う位
置補正手段を備えて構成した。磁気軸受スピンドルの主
軸の先端には、ワークを加工するため切削工具が固定さ
れている。磁気軸受スピンドルは、第１の固定・移動手
段により立体座標上若しくは平面座標上に固定若しくは
移動可能である。また、ワークは、第２の固定・移動手
段により立体座標上若しくは平面座標上に固定若しくは
移動可能である。第１の固定・移動手段、第２の固定・
移動手段は固定や移動の可能なテーブルや多関節ロボッ
ト等を含んでいる。磁気軸受スピンドルは、３軸制御磁
気軸受の場合には一組、また５軸制御磁気軸受の場合に
は主軸方向に２組の半径方向位置制御用電磁石が配設さ
れている。そして、一組の半径方向位置制御用電磁石は
主軸中心を原点としたＶ，Ｗ方向の直交する座標系でＶ
方向に一対、またＷ方向に一対の半径方向位置制御用電
磁石を有している。ここで、各対の半径方向位置制御用
電磁石に流れる電流値を検出する。また、磁気軸受スピ
ンドルには、３軸制御磁気軸受の場合には一組、また５
軸制御磁気軸受の場合には主軸方向に２組の半径方向位
置センサが配設されている。一組の半径方向位置センサ
は主軸中心を原点としたＶ，Ｗ方向の直交する座標系で
Ｖ方向に一対、またＷ方向に一対の半径方向位置センサ
を有している。ここで、各対の半径方向位置センサで
Ｖ，Ｗ方向の半径方向変位を検出する。切削工具がワー
クを加工する際、磁気軸受スピンドルの主軸に切削力が
かけられる。この切削力の反力により、主軸及び切削工
具は弾性変形する。この弾性変形を定量的に把握するた
め、２種類の数値を定義する。まず、一つ目は、ワーク
に対する予め定めた加工位置指令値と弾性変形により変
形した切削工具の先端間の弾性変形量である。二つ目
は、主軸に予め設定した傾斜中心から切削工具の先端方
向をみたときの撓み角である。この傾斜中心は数値計算
や制御の都合上等により予め任意に定める。弾性変形量
等推定手段では、検出された半径方向位置制御用電磁石
に流れる電流値及び半径方向変位を基に弾性変形量及び
撓み角のいずれか少なくとも一方の値を推定する。推定
に際しては、予め実験により半径方向位置制御用電磁石
に流れる電流値と弾性変形量及び撓み角等の関係を求め
ておく。または、電磁気学的、力学的な方策により理論
的にこの関係を求めておいてもよい。そして、位置補正
手段では、この弾性変形量等推定手段で推定された値及
び一組又は複数組の半径方向位置センサで検出された半
径方向変位のいずれか少なくとも一方を基に主軸、第１
の固定・移動手段及び第２の固定・移動手段のいずれか
少なくとも一方の位置補正を行う。即ち、位置補正は、
半径方向位置制御用電磁石の電流を調整することによ
り、主軸を半径方向に移動することでおこなってもよい
し、また第１の固定・移動手段及び第２の固定・移動手
段のいずれか少なくとも一方を移動することによりおこ
なってもよい。第１の固定・移動手段及び第２の固定・
移動手段のいずれか少なくとも一方としたのは、第１の
固定・移動手段や第２の固定・移動手段独自で移動等し
てもよいし、双方の同時制御により移動等してもよいた
めである。第１の固定・移動手段や第２の固定・移動手
段はＸ，Ｙ座標を利用しており、移動に際し、Ｖ，Ｗ座
標とＸ，Ｙ座標が一致していない場合には所定の座標変
換を行う。以上により、切削力に伴い生じた弾性変形に
よる加工誤差を軽減又は無くすことが出来る。
の先端に切削工具を固定した磁気軸受スピンドルと、該
磁気軸受スピンドルを立体座標上若しくは平面座標上に
固定若しくは移動可能な第１の固定・移動手段と、前記
切削工具により加工されるワークと、該ワークを立体座
標上若しくは平面座標上に固定若しくは移動可能な第２
の固定・移動手段を備えた加工装置において、前記磁気
軸受スピンドルの内部に一組又は前記主軸方向に複数組
配設された半径方向位置制御用電磁石に流れる電流値及
び前記磁気軸受スピンドルの内部に一組又は前記主軸方
向に複数組配設された半径方向位置センサで検出した半
径方向変位を基に前記ワークに対する予め定めた加工位
置指令値と前記主軸に与えられた加工力に伴い変形した
前記切削工具先端間の弾性変形量及び前記主軸に予め設
定した傾斜中心から前記切削工具先端方向をみた撓み角
とのいずれか少なくとも一方の値を推定する弾性変形量
等推定手段と、該弾性変形量等推定手段で推定された値
及び前記一組又は複数組の半径方向位置センサで検出さ
れた半径方向変位のいずれか少なくとも一方を基に前記
主軸、前記第１の固定・移動手段及び前記第２の固定・
移動手段のいずれか少なくとも一方の位置補正を行う位
置補正手段を備えて構成した。磁気軸受スピンドルの主
軸の先端には、ワークを加工するため切削工具が固定さ
れている。磁気軸受スピンドルは、第１の固定・移動手
段により立体座標上若しくは平面座標上に固定若しくは
移動可能である。また、ワークは、第２の固定・移動手
段により立体座標上若しくは平面座標上に固定若しくは
移動可能である。第１の固定・移動手段、第２の固定・
移動手段は固定や移動の可能なテーブルや多関節ロボッ
ト等を含んでいる。磁気軸受スピンドルは、３軸制御磁
気軸受の場合には一組、また５軸制御磁気軸受の場合に
は主軸方向に２組の半径方向位置制御用電磁石が配設さ
れている。そして、一組の半径方向位置制御用電磁石は
主軸中心を原点としたＶ，Ｗ方向の直交する座標系でＶ
方向に一対、またＷ方向に一対の半径方向位置制御用電
磁石を有している。ここで、各対の半径方向位置制御用
電磁石に流れる電流値を検出する。また、磁気軸受スピ
ンドルには、３軸制御磁気軸受の場合には一組、また５
軸制御磁気軸受の場合には主軸方向に２組の半径方向位
置センサが配設されている。一組の半径方向位置センサ
は主軸中心を原点としたＶ，Ｗ方向の直交する座標系で
Ｖ方向に一対、またＷ方向に一対の半径方向位置センサ
を有している。ここで、各対の半径方向位置センサで
Ｖ，Ｗ方向の半径方向変位を検出する。切削工具がワー
クを加工する際、磁気軸受スピンドルの主軸に切削力が
かけられる。この切削力の反力により、主軸及び切削工
具は弾性変形する。この弾性変形を定量的に把握するた
め、２種類の数値を定義する。まず、一つ目は、ワーク
に対する予め定めた加工位置指令値と弾性変形により変
形した切削工具の先端間の弾性変形量である。二つ目
は、主軸に予め設定した傾斜中心から切削工具の先端方
向をみたときの撓み角である。この傾斜中心は数値計算
や制御の都合上等により予め任意に定める。弾性変形量
等推定手段では、検出された半径方向位置制御用電磁石
に流れる電流値及び半径方向変位を基に弾性変形量及び
撓み角のいずれか少なくとも一方の値を推定する。推定
に際しては、予め実験により半径方向位置制御用電磁石
に流れる電流値と弾性変形量及び撓み角等の関係を求め
ておく。または、電磁気学的、力学的な方策により理論
的にこの関係を求めておいてもよい。そして、位置補正
手段では、この弾性変形量等推定手段で推定された値及
び一組又は複数組の半径方向位置センサで検出された半
径方向変位のいずれか少なくとも一方を基に主軸、第１
の固定・移動手段及び第２の固定・移動手段のいずれか
少なくとも一方の位置補正を行う。即ち、位置補正は、
半径方向位置制御用電磁石の電流を調整することによ
り、主軸を半径方向に移動することでおこなってもよい
し、また第１の固定・移動手段及び第２の固定・移動手
段のいずれか少なくとも一方を移動することによりおこ
なってもよい。第１の固定・移動手段及び第２の固定・
移動手段のいずれか少なくとも一方としたのは、第１の
固定・移動手段や第２の固定・移動手段独自で移動等し
てもよいし、双方の同時制御により移動等してもよいた
めである。第１の固定・移動手段や第２の固定・移動手
段はＸ，Ｙ座標を利用しており、移動に際し、Ｖ，Ｗ座
標とＸ，Ｙ座標が一致していない場合には所定の座標変
換を行う。以上により、切削力に伴い生じた弾性変形に
よる加工誤差を軽減又は無くすことが出来る。
【０００５】また、本発明は、前記弾性変形量等推定手
段では弾性変形量を推定し、前記位置補正手段は、該弾
性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、前記第１の固
定・移動手段及び前記第２の固定・移動手段のいずれか
少なくとも一方をフィードバック制御により位置調整す
ることを特徴とする。弾性変形量等推定手段では弾性変
形量のみを推定する。そして、位置補正手段は、この推
定された弾性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、第
１の固定・移動手段及び第２の固定・移動手段のいずれ
か少なくとも一方をフィードバック制御により位置調整
する。このことにより、簡易な手法により、切削力に伴
い生じた弾性変形による加工誤差を軽減することが出来
る。
段では弾性変形量を推定し、前記位置補正手段は、該弾
性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、前記第１の固
定・移動手段及び前記第２の固定・移動手段のいずれか
少なくとも一方をフィードバック制御により位置調整す
ることを特徴とする。弾性変形量等推定手段では弾性変
形量のみを推定する。そして、位置補正手段は、この推
定された弾性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、第
１の固定・移動手段及び第２の固定・移動手段のいずれ
か少なくとも一方をフィードバック制御により位置調整
する。このことにより、簡易な手法により、切削力に伴
い生じた弾性変形による加工誤差を軽減することが出来
る。
【０００６】更に、本発明は、前記弾性変形量等推定手
段では弾性変形量を推定し、前記位置補正手段は、該弾
性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、前記一組又は
複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流し、前記
主軸の半径方向位置をフィードバック制御により位置調
整することを特徴とする。弾性変形量等推定手段では弾
性変形量のみを推定する。そして、位置補正手段は、こ
の推定された弾性変形量に等しい大きさ及び変形方向
分、一組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流
を流し、主軸の半径方向位置をフィードバック制御によ
り位置調整する。このことにより、簡易な手法により、
切削力に伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽減する
ことが出来る。
段では弾性変形量を推定し、前記位置補正手段は、該弾
性変形量に等しい大きさ及び変形方向分、前記一組又は
複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流し、前記
主軸の半径方向位置をフィードバック制御により位置調
整することを特徴とする。弾性変形量等推定手段では弾
性変形量のみを推定する。そして、位置補正手段は、こ
の推定された弾性変形量に等しい大きさ及び変形方向
分、一組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流
を流し、主軸の半径方向位置をフィードバック制御によ
り位置調整する。このことにより、簡易な手法により、
切削力に伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽減する
ことが出来る。
【０００７】更に、本発明は、前記弾性変形量等推定手
段では弾性変形量及び撓み角を推定し、前記位置補正手
段は、該撓み角に基づき撓み角をゼロにするよう前記一
組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流す
撓み角補正部と、前記弾性変形量及び前記一組又は複数
組の半径方向位置センサで検出された半径方向変位に基
づき前記主軸の半径方向位置、前記第１の固定・移動手
段及び前記第２の固定・移動手段のいずれか少なくとも
一方をフィードバック制御により位置調整する弾性変形
量補正部を少なくとも備えて構成した。弾性変形量等推
定手段では、弾性変形量及び撓み角の双方を推定する。
位置補正手段は、撓み角補正部と弾性変形量補正部を少
なくとも備えている。そして、撓み角補正部は、弾性変
形量等推定手段で推定された撓み角をゼロにするよう、
一組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流
す。撓み角は、主軸に予め設定した傾斜中心から切削工
具の先端方向をみたときの角度である。半径方向位置セ
ンサが二組であり、傾斜中心を主軸の任意の位置に設定
した場合には、二組の半径方向位置制御用電磁石に対し
それぞれ撓み角の調整用の電流を流すことになる。一
方、傾斜中心をこの内の一組の半径方向位置センサの中
心位置に設定した場合には、一組の半径方向位置制御用
電磁石のみに撓み角の調整用の電流を流せばよいことに
なる。この場合には制御が単純になる。また、撓み角の
調整は傾斜中心に対して行われるため、撓み角をゼロに
調整したとき僅かながら弾性変形量に対する調整誤差を
生ずる。弾性変形量補正部では、弾性変形量等推定手段
で推定した弾性変形量、半径方向位置センサで検出した
半径方向変位、前述した調整誤差に基づき、主軸の半径
方向位置、第１の固定・移動手段及び第２の固定・移動
手段のいずれか少なくとも一方をフィードバック制御に
より位置調整する。この弾性変形量、半径方向変位、調
整誤差は、すべてＸ，Ｙ座標平面に帰属している。即
ち、この弾性変形量等により、主軸の半径方向位置を制
御してもよいし、また第１の固定・移動手段及び第２の
固定・移動手段のいずれか少なくとも一方をフィードバ
ック制御してもよい。このことにより、切削力に伴い生
じた弾性変形による加工誤差を無くすことが出来る。
段では弾性変形量及び撓み角を推定し、前記位置補正手
段は、該撓み角に基づき撓み角をゼロにするよう前記一
組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流す
撓み角補正部と、前記弾性変形量及び前記一組又は複数
組の半径方向位置センサで検出された半径方向変位に基
づき前記主軸の半径方向位置、前記第１の固定・移動手
段及び前記第２の固定・移動手段のいずれか少なくとも
一方をフィードバック制御により位置調整する弾性変形
量補正部を少なくとも備えて構成した。弾性変形量等推
定手段では、弾性変形量及び撓み角の双方を推定する。
位置補正手段は、撓み角補正部と弾性変形量補正部を少
なくとも備えている。そして、撓み角補正部は、弾性変
形量等推定手段で推定された撓み角をゼロにするよう、
一組又は複数組の半径方向位置制御用電磁石に電流を流
す。撓み角は、主軸に予め設定した傾斜中心から切削工
具の先端方向をみたときの角度である。半径方向位置セ
ンサが二組であり、傾斜中心を主軸の任意の位置に設定
した場合には、二組の半径方向位置制御用電磁石に対し
それぞれ撓み角の調整用の電流を流すことになる。一
方、傾斜中心をこの内の一組の半径方向位置センサの中
心位置に設定した場合には、一組の半径方向位置制御用
電磁石のみに撓み角の調整用の電流を流せばよいことに
なる。この場合には制御が単純になる。また、撓み角の
調整は傾斜中心に対して行われるため、撓み角をゼロに
調整したとき僅かながら弾性変形量に対する調整誤差を
生ずる。弾性変形量補正部では、弾性変形量等推定手段
で推定した弾性変形量、半径方向位置センサで検出した
半径方向変位、前述した調整誤差に基づき、主軸の半径
方向位置、第１の固定・移動手段及び第２の固定・移動
手段のいずれか少なくとも一方をフィードバック制御に
より位置調整する。この弾性変形量、半径方向変位、調
整誤差は、すべてＸ，Ｙ座標平面に帰属している。即
ち、この弾性変形量等により、主軸の半径方向位置を制
御してもよいし、また第１の固定・移動手段及び第２の
固定・移動手段のいずれか少なくとも一方をフィードバ
ック制御してもよい。このことにより、切削力に伴い生
じた弾性変形による加工誤差を無くすことが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の第１実施形態を示す図１に
おいて、磁気軸受スピンドル１は５軸制御磁気軸受で構
成されている。主軸３の先端には、切削工具５が固定さ
れている。切削工具５は、ワーク７を切削加工するよう
になっている。ワーク７は、テーブル９上に固定され、
テーブル９のＸ，Ｙ座標方向の移動によりＸ，Ｙ座標方
向の切削力がかけられるようになっている。テーブル９
は第２の固定・移動手段に相当する。また、磁気軸受ス
ピンドル１は図示しない移動ユニットにより、Ｚ座標方
向に上下動されるようになっている。移動ユニットは第
１の固定・移動手段に相当する。前側半径方向位置セン
サ１１は、主軸３の切削工具５に近い側の半径方向位置
εf を検出するようになっている。後側半径方向位置セ
ンサ１３は、主軸３の切削工具５に遠い側の半径方向位
置εr を検出するようになっている。前側半径方向位置
制御用電磁石１５は、前側半径方向位置センサ１１で検
出された半径方向位置信号εf に基づき、磁気軸受制御
回路２９を介しＰＩＤ調節等により電流制御されること
で、主軸３の前側の半径方向位置調整をするようになっ
ている。前側半径方向位置センサ１１及び前側半径方向
位置制御用電磁石１５は、各々Ｖ方向に一対、Ｗ方向に
一対の４個ずつの電磁石で構成されている。また、後側
半径方向位置制御用電磁石１７は、後側半径方向位置セ
ンサ１３で検出された半径方向位置信号に基づき、磁気
軸受制御回路２９を介しＰＩＤ調節等により電流制御さ
れることで、主軸３の後側の半径方向位置調整をするよ
うになっている。後側半径方向位置センサ１３及び後側
半径方向位置制御用電磁石１７も、各々Ｖ方向に一対、
Ｗ方向に一対の４個ずつの電磁石で構成されている。な
お、軸方向位置制御用電磁石１９は、金属ディスク２１
を吸引することで主軸３の軸方向位置調整をするように
なっている。高周波モータ２３は、主軸３を高速回転す
るようになっている。電流検出器３１は、前側半径方向
位置制御用電磁石１５に流れる電流ｉf を検出するよう
になっている。演算部３３は、電流検出器３１で検出し
た電流ｉf を基に、切削工具５の弾性変形量δn を推定
するようになっている。送り制御部３５では、演算部３
３で推定した弾性変形量δn に相当する分、テーブル９
をフィードバック制御により移動し、位置調整するよう
になっている。ここで、演算部３３は弾性変形量等推定
手段に相当し、送り制御部３５及びテーブル９は位置補
正手段に相当する。
基づいて説明する。本発明の第１実施形態を示す図１に
おいて、磁気軸受スピンドル１は５軸制御磁気軸受で構
成されている。主軸３の先端には、切削工具５が固定さ
れている。切削工具５は、ワーク７を切削加工するよう
になっている。ワーク７は、テーブル９上に固定され、
テーブル９のＸ，Ｙ座標方向の移動によりＸ，Ｙ座標方
向の切削力がかけられるようになっている。テーブル９
は第２の固定・移動手段に相当する。また、磁気軸受ス
ピンドル１は図示しない移動ユニットにより、Ｚ座標方
向に上下動されるようになっている。移動ユニットは第
１の固定・移動手段に相当する。前側半径方向位置セン
サ１１は、主軸３の切削工具５に近い側の半径方向位置
εf を検出するようになっている。後側半径方向位置セ
ンサ１３は、主軸３の切削工具５に遠い側の半径方向位
置εr を検出するようになっている。前側半径方向位置
制御用電磁石１５は、前側半径方向位置センサ１１で検
出された半径方向位置信号εf に基づき、磁気軸受制御
回路２９を介しＰＩＤ調節等により電流制御されること
で、主軸３の前側の半径方向位置調整をするようになっ
ている。前側半径方向位置センサ１１及び前側半径方向
位置制御用電磁石１５は、各々Ｖ方向に一対、Ｗ方向に
一対の４個ずつの電磁石で構成されている。また、後側
半径方向位置制御用電磁石１７は、後側半径方向位置セ
ンサ１３で検出された半径方向位置信号に基づき、磁気
軸受制御回路２９を介しＰＩＤ調節等により電流制御さ
れることで、主軸３の後側の半径方向位置調整をするよ
うになっている。後側半径方向位置センサ１３及び後側
半径方向位置制御用電磁石１７も、各々Ｖ方向に一対、
Ｗ方向に一対の４個ずつの電磁石で構成されている。な
お、軸方向位置制御用電磁石１９は、金属ディスク２１
を吸引することで主軸３の軸方向位置調整をするように
なっている。高周波モータ２３は、主軸３を高速回転す
るようになっている。電流検出器３１は、前側半径方向
位置制御用電磁石１５に流れる電流ｉf を検出するよう
になっている。演算部３３は、電流検出器３１で検出し
た電流ｉf を基に、切削工具５の弾性変形量δn を推定
するようになっている。送り制御部３５では、演算部３
３で推定した弾性変形量δn に相当する分、テーブル９
をフィードバック制御により移動し、位置調整するよう
になっている。ここで、演算部３３は弾性変形量等推定
手段に相当し、送り制御部３５及びテーブル９は位置補
正手段に相当する。
【０００９】次に動作を説明する。本発明の第１実施形
態は、切削工具５の弾性変形量δn をテーブル９側を移
動することで位置調整するものである。図１において、
前側半径方向位置制御用電磁石１５に流れる電流の変化
量ｉf を電流検出器３１で検出する。電流の変化量ｉf
は、Ｖ方向とＷ方向にそれぞれ検出する。そして、検出
した電流の変化量ｉf を演算部３３に入力する。演算部
３３では入力された電流の変化量ｉf に基づき、切削工
具５の弾性変形量δn を推定する。この弾性変形量δn
の推定方法について説明する。
態は、切削工具５の弾性変形量δn をテーブル９側を移
動することで位置調整するものである。図１において、
前側半径方向位置制御用電磁石１５に流れる電流の変化
量ｉf を電流検出器３１で検出する。電流の変化量ｉf
は、Ｖ方向とＷ方向にそれぞれ検出する。そして、検出
した電流の変化量ｉf を演算部３３に入力する。演算部
３３では入力された電流の変化量ｉf に基づき、切削工
具５の弾性変形量δn を推定する。この弾性変形量δn
の推定方法について説明する。
【００１０】磁気軸受スピンドル１は、前側半径方向位
置センサ１１及び後側半径方向位置センサ１３で、半径
方向中心位置に主軸３を磁気浮上させるように制御して
いる。そのため、主軸３に外力である切削力が加わる
と、それに対する反力を前側半径方向位置制御用電磁石
１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７で発生さ
せ、常に、主軸３の中心で磁気浮上するように制御す
る。このとき、切削力と、前側半径方向位置制御用電磁
石１５（又は後側半径方向位置制御用電磁石１７）に流
れる電流の変化量には比例関係が成り立つ。切削工具５
の刃先に切削力がかかると、切削工具５の刃先が弾性変
形により撓む。このときの弾性変形量δn も、切削力に
比例する。よって、切削工具５の刃先の弾性変形量δn
と前側半径方向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方
向位置制御用電磁石１７）に流れる電流変化量ｉf の間
には、数１の比例関係が成り立つ。
置センサ１１及び後側半径方向位置センサ１３で、半径
方向中心位置に主軸３を磁気浮上させるように制御して
いる。そのため、主軸３に外力である切削力が加わる
と、それに対する反力を前側半径方向位置制御用電磁石
１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７で発生さ
せ、常に、主軸３の中心で磁気浮上するように制御す
る。このとき、切削力と、前側半径方向位置制御用電磁
石１５（又は後側半径方向位置制御用電磁石１７）に流
れる電流の変化量には比例関係が成り立つ。切削工具５
の刃先に切削力がかかると、切削工具５の刃先が弾性変
形により撓む。このときの弾性変形量δn も、切削力に
比例する。よって、切削工具５の刃先の弾性変形量δn
と前側半径方向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方
向位置制御用電磁石１７）に流れる電流変化量ｉf の間
には、数１の比例関係が成り立つ。
【００１１】
【数１】 従って、各切削工具５に対して、切削工具５の刃先の弾
性変形量δn と、そのときの前側半径方向位置制御用電
磁石１５（又は後側半径方向位置制御用電磁石１７）の
電流の変化量ｉf の関係を予め調べておくことにより、
前側半径方向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方向
位置制御用電磁石１７）の電流の変化量ｉf から、切削
工具５の刃先での弾性変形量δn を推定することが可能
となる。推定した弾性変形量δn は、δn に相当する
分、テーブル９側を移動させるフイードバック制御を行
うことで位置調整する。弾性変形量δn は、前側半径方
向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方向位置制御用
電磁石１７）の電流値の変化が、Ｖ方向とＷ方向にそれ
ぞれ検出されるため、Ｖ方向とＷ方向に推定される。即
ち、切削工具５の刃先での弾性変形量δn には、弾性変
形の大きさと共に弾性変形の方向が含まれている。一
方、テーブル９はＸ，Ｙ座標を利用しており、移動に際
し、Ｖ，Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が一致している場合には推
定した弾性変形量δn をそのままテーブル９側にフイー
ドバックすればよい。また、Ｖ，Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が
一致していない場合には、所定の角度分の座標変換を行
った後に、テーブル９側にフイードバックする。以上に
より、切削力に伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽
減することが出来る。なお、本発明の第１実施形態は弾
性変形量δn の推定に際し、前側半径方向位置制御用電
磁石１５で電流の変化量ｉf を検出するようにしたが、
後側半径方向位置制御用電磁石１７で電流の変化量ｉr
を検出するようにしてもよい。また、電流の変化量ｉf
と電流の変化量ｉr を検出し、その平均値に基づき弾性
変形量δn の推定をしてもよい。更に、電流の変化量ｉ
f と電流の変化量ｉr の相互の関係（大きさ及び方向）
から弾性変形量δn を推定してもよい。
性変形量δn と、そのときの前側半径方向位置制御用電
磁石１５（又は後側半径方向位置制御用電磁石１７）の
電流の変化量ｉf の関係を予め調べておくことにより、
前側半径方向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方向
位置制御用電磁石１７）の電流の変化量ｉf から、切削
工具５の刃先での弾性変形量δn を推定することが可能
となる。推定した弾性変形量δn は、δn に相当する
分、テーブル９側を移動させるフイードバック制御を行
うことで位置調整する。弾性変形量δn は、前側半径方
向位置制御用電磁石１５（又は後側半径方向位置制御用
電磁石１７）の電流値の変化が、Ｖ方向とＷ方向にそれ
ぞれ検出されるため、Ｖ方向とＷ方向に推定される。即
ち、切削工具５の刃先での弾性変形量δn には、弾性変
形の大きさと共に弾性変形の方向が含まれている。一
方、テーブル９はＸ，Ｙ座標を利用しており、移動に際
し、Ｖ，Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が一致している場合には推
定した弾性変形量δn をそのままテーブル９側にフイー
ドバックすればよい。また、Ｖ，Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が
一致していない場合には、所定の角度分の座標変換を行
った後に、テーブル９側にフイードバックする。以上に
より、切削力に伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽
減することが出来る。なお、本発明の第１実施形態は弾
性変形量δn の推定に際し、前側半径方向位置制御用電
磁石１５で電流の変化量ｉf を検出するようにしたが、
後側半径方向位置制御用電磁石１７で電流の変化量ｉr
を検出するようにしてもよい。また、電流の変化量ｉf
と電流の変化量ｉr を検出し、その平均値に基づき弾性
変形量δn の推定をしてもよい。更に、電流の変化量ｉ
f と電流の変化量ｉr の相互の関係（大きさ及び方向）
から弾性変形量δn を推定してもよい。
【００１２】次に、本発明の第２実施形態を図２に基づ
き説明する。尚、図１と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。図２において、演算部３
７は、前側半径方向位置センサ１１で検出した半径方向
位置εf と、前側半径方向位置制御用電磁石１５で検出
した電流の変化量ｉf を入力するようになっている。そ
して、この入力された半径方向位置εf と電流の変化量
ｉf に基づき、弾性変形量δn を推定するようになって
いる。磁気軸受制御回路３９は、演算部３７で推定され
た弾性変形量δn に基づき、主軸３の半径方向位置を弾
性変形量δn に等しい大きさと方向分だけ平行移動させ
るため、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び後側半
径方向位置制御用電磁石１７を電流駆動するようになっ
ている。ここで、演算部３７は弾性変形量等推定手段に
相当し、磁気軸受制御回路３９、前側半径方向位置制御
用電磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７は
位置補正手段に相当する。
き説明する。尚、図１と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。図２において、演算部３
７は、前側半径方向位置センサ１１で検出した半径方向
位置εf と、前側半径方向位置制御用電磁石１５で検出
した電流の変化量ｉf を入力するようになっている。そ
して、この入力された半径方向位置εf と電流の変化量
ｉf に基づき、弾性変形量δn を推定するようになって
いる。磁気軸受制御回路３９は、演算部３７で推定され
た弾性変形量δn に基づき、主軸３の半径方向位置を弾
性変形量δn に等しい大きさと方向分だけ平行移動させ
るため、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び後側半
径方向位置制御用電磁石１７を電流駆動するようになっ
ている。ここで、演算部３７は弾性変形量等推定手段に
相当し、磁気軸受制御回路３９、前側半径方向位置制御
用電磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７は
位置補正手段に相当する。
【００１３】次に動作を説明する。本発明の第２実施形
態は、切削工具５の弾性変形量δn に相当する分、磁気
軸受スピンドル１の主軸３側の半径方向位置を平行移動
することで位置調整するものである。図２において、演
算部３７では、半径方向位置εf と電流の変化量ｉf に
基づき、弾性変形量δn を推定する。図３に示すように
無負荷時に半径方向位置変位εが生じている場合、半径
方向位置変位εと前側半径方向位置制御用電磁石１５の
電流の変化量ｉfpの間には、電磁気学的に数２のような
比例関係が存在する。
態は、切削工具５の弾性変形量δn に相当する分、磁気
軸受スピンドル１の主軸３側の半径方向位置を平行移動
することで位置調整するものである。図２において、演
算部３７では、半径方向位置εf と電流の変化量ｉf に
基づき、弾性変形量δn を推定する。図３に示すように
無負荷時に半径方向位置変位εが生じている場合、半径
方向位置変位εと前側半径方向位置制御用電磁石１５の
電流の変化量ｉfpの間には、電磁気学的に数２のような
比例関係が存在する。
【００１４】
【数２】 ここで、ｋf は比例定数である。ここで、主軸３の浮上
位置を移動させながら切削工具５の刃先に切削力を加え
弾性変形を生じている場合に、切削工具５の弾性変形量
δn だけを正しく推定するためには、演算部３７では数
３のように換算する必要がある。
位置を移動させながら切削工具５の刃先に切削力を加え
弾性変形を生じている場合に、切削工具５の弾性変形量
δn だけを正しく推定するためには、演算部３７では数
３のように換算する必要がある。
【００１５】
【数３】 演算部３７で推定した弾性変形量δn を磁気軸受制御回
路３９に入力する。磁気軸受制御回路３９では、この弾
性変形量δn に等しい大きさと方向分だけ主軸３の半径
方向位置を移動させるため、前側半径方向位置制御用電
磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７を電流
駆動する。即ち、前側半径方向位置制御用電磁石１５及
び後側半径方向位置制御用電磁石１７は、主軸３の軸浮
上位置を切削工具５の弾性変形量δn がゼロになる方向
に動かす。かかるフィードバック制御により、切削力に
伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽減することが出
来る。なお、本発明の第２実施形態は弾性変形量δn の
推定に際し、前側半径方向位置制御用電磁石１５で電流
の変化量ｉf 、前側半径方向位置センサ１１で半径方向
位置εf を検出するようにしたが、後側半径方向位置制
御用電磁石１７で電流の変化量ｉr 、後側半径方向位置
センサ１３で半径方向位置εr を検出する等してもよ
い。
路３９に入力する。磁気軸受制御回路３９では、この弾
性変形量δn に等しい大きさと方向分だけ主軸３の半径
方向位置を移動させるため、前側半径方向位置制御用電
磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７を電流
駆動する。即ち、前側半径方向位置制御用電磁石１５及
び後側半径方向位置制御用電磁石１７は、主軸３の軸浮
上位置を切削工具５の弾性変形量δn がゼロになる方向
に動かす。かかるフィードバック制御により、切削力に
伴い生じた弾性変形による加工誤差を軽減することが出
来る。なお、本発明の第２実施形態は弾性変形量δn の
推定に際し、前側半径方向位置制御用電磁石１５で電流
の変化量ｉf 、前側半径方向位置センサ１１で半径方向
位置εf を検出するようにしたが、後側半径方向位置制
御用電磁石１７で電流の変化量ｉr 、後側半径方向位置
センサ１３で半径方向位置εr を検出する等してもよ
い。
【００１６】次に、本発明の第３実施形態を図４に基づ
き説明する。尚、図１と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。図４において、後側半径
方向位置センサ１３は主軸３の半径方向位置εr を検出
するようになっている。電流検出器３２は、後側半径方
向位置制御用電磁石１７に流れる電流ｉr を検出するよ
うになっている。演算部４１は、前側半径方向位置セン
サ１１で検出した半径方向位置εf と、電流検出器３１
で検出した電流の変化量ｉf 及び後側半径方向位置セン
サ１３で検出した半径方向位置εr を基に、切削工具５
の弾性変形量δn 及び撓み角θn を推定するようになっ
ている。演算部４１は弾性変形量等推定手段に相当す
る。信号加算部４３は磁気軸受制御回路２９から送られ
た主軸３の前側の半径方向位置制御電流Ｉf に対し、演
算部４１で推定された撓み角θn に比例する電流が加算
されるようになっている。そして、加算後の電流によ
り、前側半径方向位置制御用電磁石１５を電流駆動する
ようになっている。同様に、信号加算部４５は磁気軸受
制御回路２９から送られた主軸３の後側の半径方向位置
制御電流Ｉr に対し、演算部４１で推定した撓み角θn
に比例する電流が加算されるようになっている。そし
て、加算後の電流により、後側半径方向位置制御用電磁
石１７を電流駆動するようになっている。信号加算部４
３及び信号加算部４５は撓み角補正部に相当する。ま
た、信号加算部４７では前側半径方向位置センサ１１で
検出した半径方向位置εf に対し、演算部４１で求めた
δn −（ εf＋εr ）／２−εk に相当する偏差分が
加算されるようになっている。同様に、信号加算部４９
では後側半径方向位置センサ１３で検出した半径方向位
置εr に対し、演算部４１で求めたδn −（ εf ＋ε
r ）／２−εk に相当する偏差分が加算されるようにな
っている。ここで、εk は後述するように、無負荷時に
前側半径方向位置センサ１１においてεf 、後側半径方
向位置センサ１３においてεr の半径方向位置変位が生
じているときの切削工具５の先端における変位量であ
る。信号加算部４７及び信号加算部４９は弾性変形量補
正部に相当する。
き説明する。尚、図１と同一要素のものについては同一
符号を付して説明は省略する。図４において、後側半径
方向位置センサ１３は主軸３の半径方向位置εr を検出
するようになっている。電流検出器３２は、後側半径方
向位置制御用電磁石１７に流れる電流ｉr を検出するよ
うになっている。演算部４１は、前側半径方向位置セン
サ１１で検出した半径方向位置εf と、電流検出器３１
で検出した電流の変化量ｉf 及び後側半径方向位置セン
サ１３で検出した半径方向位置εr を基に、切削工具５
の弾性変形量δn 及び撓み角θn を推定するようになっ
ている。演算部４１は弾性変形量等推定手段に相当す
る。信号加算部４３は磁気軸受制御回路２９から送られ
た主軸３の前側の半径方向位置制御電流Ｉf に対し、演
算部４１で推定された撓み角θn に比例する電流が加算
されるようになっている。そして、加算後の電流によ
り、前側半径方向位置制御用電磁石１５を電流駆動する
ようになっている。同様に、信号加算部４５は磁気軸受
制御回路２９から送られた主軸３の後側の半径方向位置
制御電流Ｉr に対し、演算部４１で推定した撓み角θn
に比例する電流が加算されるようになっている。そし
て、加算後の電流により、後側半径方向位置制御用電磁
石１７を電流駆動するようになっている。信号加算部４
３及び信号加算部４５は撓み角補正部に相当する。ま
た、信号加算部４７では前側半径方向位置センサ１１で
検出した半径方向位置εf に対し、演算部４１で求めた
δn −（ εf＋εr ）／２−εk に相当する偏差分が
加算されるようになっている。同様に、信号加算部４９
では後側半径方向位置センサ１３で検出した半径方向位
置εr に対し、演算部４１で求めたδn −（ εf ＋ε
r ）／２−εk に相当する偏差分が加算されるようにな
っている。ここで、εk は後述するように、無負荷時に
前側半径方向位置センサ１１においてεf 、後側半径方
向位置センサ１３においてεr の半径方向位置変位が生
じているときの切削工具５の先端における変位量であ
る。信号加算部４７及び信号加算部４９は弾性変形量補
正部に相当する。
【００１７】次に動作を説明する。本発明の第３実施形
態は、主軸３に予め設定した傾斜中心５０から切削工具
５の先端方向をみた撓み角θn をゼロとし、かつワーク
７に対する予め定めた加工位置指令値との誤差が無くな
るように、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び後側
半径方向位置制御用電磁石１７により半径方向位置調整
するものである。図５に示すように、切削工具５に加工
力Ｆn を加えていったとき、前側半径方向位置センサ１
１及び後側半径方向位置センサ１３の設置点を半径方向
位置ゼロの支点として切削工具５及び主軸３は撓む。こ
のとき、切削工具５の先端には弾性変形量δn 及び撓み
角θn を生じている。また、前側半径方向位置センサ１
１の設置点には前側軸受反力ＦF 、後側半径方向位置セ
ンサ１３の設置点には後側軸受反力ＦR がかかってい
る。ここで、加工力Ｆn に対する弾性変形量δn 、撓み
角θn 、前側軸受反力ＦF 、後側軸受反力ＦR を実測又
は計算で予め求めておく。前側軸受反力ＦF 及び後側軸
受反力ＦR は、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び
後側半径方向位置制御用電磁石１７に流れる電流値に換
算して読み取る。この弾性変形量δn 及び撓み角θn
は、加工時の加工誤差になる。このため、図６に示すよ
うに、加工力Ｆn に対して弾性変形量δn 及び撓み角θ
n が共にゼロになるように、前側半径方向位置センサ１
１及び後側半径方向位置センサ１３の設置点におけるそ
れぞれの半径方向位置をオフセットさせる。この半径方
向位置をオフセットすると、前側半径方向位置制御用電
磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７に流れ
る電流値が変化する。そのため、加工力Ｆn に対する前
側半径方向位置センサ１１における反力ＦF 及び後側半
径方向位置センサ１３における反力ＦR をセンシングす
るためには、前側半径方向位置センサ１１における変位
量εf と前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変
化量ｉf 及び後側半径方向位置センサ１３における変位
量εr と後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の変
化量ｉr の相関を予め調べておく必要がある。切削工具
５が複数個存在する場合には、加工力Ｆn に対する撓み
方は各切削工具５毎に異なるため、各切削工具５毎に相
関を調べる必要がある。
態は、主軸３に予め設定した傾斜中心５０から切削工具
５の先端方向をみた撓み角θn をゼロとし、かつワーク
７に対する予め定めた加工位置指令値との誤差が無くな
るように、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び後側
半径方向位置制御用電磁石１７により半径方向位置調整
するものである。図５に示すように、切削工具５に加工
力Ｆn を加えていったとき、前側半径方向位置センサ１
１及び後側半径方向位置センサ１３の設置点を半径方向
位置ゼロの支点として切削工具５及び主軸３は撓む。こ
のとき、切削工具５の先端には弾性変形量δn 及び撓み
角θn を生じている。また、前側半径方向位置センサ１
１の設置点には前側軸受反力ＦF 、後側半径方向位置セ
ンサ１３の設置点には後側軸受反力ＦR がかかってい
る。ここで、加工力Ｆn に対する弾性変形量δn 、撓み
角θn 、前側軸受反力ＦF 、後側軸受反力ＦR を実測又
は計算で予め求めておく。前側軸受反力ＦF 及び後側軸
受反力ＦR は、前側半径方向位置制御用電磁石１５及び
後側半径方向位置制御用電磁石１７に流れる電流値に換
算して読み取る。この弾性変形量δn 及び撓み角θn
は、加工時の加工誤差になる。このため、図６に示すよ
うに、加工力Ｆn に対して弾性変形量δn 及び撓み角θ
n が共にゼロになるように、前側半径方向位置センサ１
１及び後側半径方向位置センサ１３の設置点におけるそ
れぞれの半径方向位置をオフセットさせる。この半径方
向位置をオフセットすると、前側半径方向位置制御用電
磁石１５及び後側半径方向位置制御用電磁石１７に流れ
る電流値が変化する。そのため、加工力Ｆn に対する前
側半径方向位置センサ１１における反力ＦF 及び後側半
径方向位置センサ１３における反力ＦR をセンシングす
るためには、前側半径方向位置センサ１１における変位
量εf と前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変
化量ｉf 及び後側半径方向位置センサ１３における変位
量εr と後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の変
化量ｉr の相関を予め調べておく必要がある。切削工具
５が複数個存在する場合には、加工力Ｆn に対する撓み
方は各切削工具５毎に異なるため、各切削工具５毎に相
関を調べる必要がある。
【００１８】また、図３に示すように無負荷時におい
て、主軸３の半径方向位置をεだけ平行移動させたとき
の前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変化量ｉ
fp及び後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の変化
量ｉrpの関係を調べておく。次に、図７に示すように無
負荷時において、主軸３の任意の位置（傾斜中心５０）
からみた切削工具５の先端の傾斜角θ、前側半径方向位
置センサ１１における変位量εf 、後側半径方向位置セ
ンサ１３における変位量εr 、切削工具５の先端におけ
る変位量εk と前側半径方向位置制御用電磁石１５の電
流の変化量ｉfk及び後側半径方向位置制御用電磁石１７
の電流の変化量ｉrkの関係を調べておく。以上の関係を
実験的又は電磁気学及び力学的に予め求めておくことに
より、前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変化
量ｉf 及び後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の
変化量ｉr を検出すれば、加工力Ｆn を加えたときの切
削工具５の先端の弾性変形量δn 及び傾斜中心５０から
切削工具５の先端をみた撓み角θn を推定することが出
来る。
て、主軸３の半径方向位置をεだけ平行移動させたとき
の前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変化量ｉ
fp及び後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の変化
量ｉrpの関係を調べておく。次に、図７に示すように無
負荷時において、主軸３の任意の位置（傾斜中心５０）
からみた切削工具５の先端の傾斜角θ、前側半径方向位
置センサ１１における変位量εf 、後側半径方向位置セ
ンサ１３における変位量εr 、切削工具５の先端におけ
る変位量εk と前側半径方向位置制御用電磁石１５の電
流の変化量ｉfk及び後側半径方向位置制御用電磁石１７
の電流の変化量ｉrkの関係を調べておく。以上の関係を
実験的又は電磁気学及び力学的に予め求めておくことに
より、前側半径方向位置制御用電磁石１５の電流の変化
量ｉf 及び後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流の
変化量ｉr を検出すれば、加工力Ｆn を加えたときの切
削工具５の先端の弾性変形量δn 及び傾斜中心５０から
切削工具５の先端をみた撓み角θn を推定することが出
来る。
【００１９】図４の全体制御ブロック図において、後側
半径方向位置センサ１３で主軸３の半径方向位置εr を
検出する。電流検出器３２で、後側半径方向位置制御用
電磁石１７に流れる電流の変化量ｉr を検出する。そし
て、演算部４１に、前側半径方向位置センサ１１で検出
した半径方向位置εf と電流検出器３１で検出した電流
の変化量ｉf 及び後側半径方向位置センサ１３で検出し
た半径方向位置εr と後側半径方向位置制御用電磁石１
７に流れる電流の変化量ｉr を入力する。演算部４１で
は、入力された各信号に基づき数４により弾性変形量δ
n を、また数５により撓み角θn を推定する。
半径方向位置センサ１３で主軸３の半径方向位置εr を
検出する。電流検出器３２で、後側半径方向位置制御用
電磁石１７に流れる電流の変化量ｉr を検出する。そし
て、演算部４１に、前側半径方向位置センサ１１で検出
した半径方向位置εf と電流検出器３１で検出した電流
の変化量ｉf 及び後側半径方向位置センサ１３で検出し
た半径方向位置εr と後側半径方向位置制御用電磁石１
７に流れる電流の変化量ｉr を入力する。演算部４１で
は、入力された各信号に基づき数４により弾性変形量δ
n を、また数５により撓み角θn を推定する。
【００２０】
【数４】
【数５】 磁気軸受制御回路２９からは、主軸３の前側の半径方向
位置を制御するため半径方向位置制御電流Ｉf が出力さ
れている。撓み角θn を強制的にゼロにするため、信号
加算部４３で半径方向位置制御電流Ｉf にｋff＊θn を
加算する。ここに、ｋffは無負荷時における前側半径方
向位置制御用電磁石１５の電流の変化量ｉfkと傾斜中心
５０からみた切削工具５の先端の傾斜角θを関連付ける
比例定数である。また、磁気軸受制御回路２９からは、
主軸３の後側の半径方向位置を制御するため半径方向位
置制御電流Ｉr が出力されている。撓み角θn を強制的
にゼロにするため、信号加算部４５で半径方向位置制御
電流Ｉr にｋrr＊θn を加算する。ここに、ｋrrは無負
荷時における後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流
の変化量ｉrkと傾斜中心５０からみた切削工具５の先端
の傾斜角θを関連付ける比例定数である。このように、
撓み角θn を強制的にゼロにしようとする場合、切削工
具５の先端では、ワーク７に対する予め定めた加工位置
指令値がずれる。このため、このずれに相当する偏差
（δn −（ εf ＋εr ）／２−εk ）分、主軸３を平
行移動する必要が生ずる。信号加算部４７では、前側半
径方向位置センサ１１で検出した半径方向位置εf に対
し、演算部４１で求めたδn −（εf ＋εr ）／２−ε
k に相当する偏差分を加算する。また、信号加算部４９
では、後側半径方向位置センサ１３で検出した半径方向
位置εr に対し、演算部４１で求めたδn −（ εf ＋
εr ）／２−εk に相当する偏差分を加算する。そし
て、信号加算部４７及び信号加算部４９の出力信号は、
磁気軸受制御回路２９に送られる。
位置を制御するため半径方向位置制御電流Ｉf が出力さ
れている。撓み角θn を強制的にゼロにするため、信号
加算部４３で半径方向位置制御電流Ｉf にｋff＊θn を
加算する。ここに、ｋffは無負荷時における前側半径方
向位置制御用電磁石１５の電流の変化量ｉfkと傾斜中心
５０からみた切削工具５の先端の傾斜角θを関連付ける
比例定数である。また、磁気軸受制御回路２９からは、
主軸３の後側の半径方向位置を制御するため半径方向位
置制御電流Ｉr が出力されている。撓み角θn を強制的
にゼロにするため、信号加算部４５で半径方向位置制御
電流Ｉr にｋrr＊θn を加算する。ここに、ｋrrは無負
荷時における後側半径方向位置制御用電磁石１７の電流
の変化量ｉrkと傾斜中心５０からみた切削工具５の先端
の傾斜角θを関連付ける比例定数である。このように、
撓み角θn を強制的にゼロにしようとする場合、切削工
具５の先端では、ワーク７に対する予め定めた加工位置
指令値がずれる。このため、このずれに相当する偏差
（δn −（ εf ＋εr ）／２−εk ）分、主軸３を平
行移動する必要が生ずる。信号加算部４７では、前側半
径方向位置センサ１１で検出した半径方向位置εf に対
し、演算部４１で求めたδn −（εf ＋εr ）／２−ε
k に相当する偏差分を加算する。また、信号加算部４９
では、後側半径方向位置センサ１３で検出した半径方向
位置εr に対し、演算部４１で求めたδn −（ εf ＋
εr ）／２−εk に相当する偏差分を加算する。そし
て、信号加算部４７及び信号加算部４９の出力信号は、
磁気軸受制御回路２９に送られる。
【００２１】なお、本実施形態では、演算部４１で求め
たδn −（ εf ＋εr ）／２−εk に相当する偏差
分、主軸３を平行移動させることとしたが、この偏差分
はフイードバック制御によりテーブル９側を移動させる
ことによっても収束することが出来る。この場合、Ｖ，
Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が一致していない場合には、所定の
角度分の座標変換を行った後に、テーブル９側にフイー
ドバックする。以上により、切削力に伴い生じた弾性変
形による加工誤差を無くすことが出来る。
たδn −（ εf ＋εr ）／２−εk に相当する偏差
分、主軸３を平行移動させることとしたが、この偏差分
はフイードバック制御によりテーブル９側を移動させる
ことによっても収束することが出来る。この場合、Ｖ，
Ｗ座標とＸ，Ｙ座標が一致していない場合には、所定の
角度分の座標変換を行った後に、テーブル９側にフイー
ドバックする。以上により、切削力に伴い生じた弾性変
形による加工誤差を無くすことが出来る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弾
性変形量等推定手段で弾性変形量及び撓み角のいずれか
少なくとも一方の値を推定し、位置補正手段でこの推定
した値に基づき主軸、第１の固定・移動手段及び第２の
固定・移動手段のいずれか少なくとも一方の位置補正を
行うように構成したので、切削力に伴い生じた弾性変形
による加工誤差を軽減又は無くすことが出来る。
性変形量等推定手段で弾性変形量及び撓み角のいずれか
少なくとも一方の値を推定し、位置補正手段でこの推定
した値に基づき主軸、第１の固定・移動手段及び第２の
固定・移動手段のいずれか少なくとも一方の位置補正を
行うように構成したので、切削力に伴い生じた弾性変形
による加工誤差を軽減又は無くすことが出来る。
【００２３】
【図１】 本発明の第１実施形態の全体構成図
【図２】 本発明の第２実施形態の全体構成図
【図３】 無負荷時に半径方向位置変位を生じさせたと
きの様子を示す図
きの様子を示す図
【図４】 本発明の第３実施形態の全体構成図
【図５】 切削工具に加工力を加えたときの主軸の撓む
様子を概念的に示した図
様子を概念的に示した図
【図６】 加工力に対して弾性変形量及び撓み角が共に
ゼロになるように、主軸の半径方向位置をオフセットさ
せたときの様子を概念的に示した図
ゼロになるように、主軸の半径方向位置をオフセットさ
せたときの様子を概念的に示した図
【図７】 無負荷時に主軸を傾斜させたときの様子を示
す図
す図
【図８】 磁気軸受スピンドルを高速切削加工に適用し
たときの様子を示す図
たときの様子を示す図
【図９】 切削工具の先端が弾性変形したときの様子を
示す図
示す図
１ 磁気軸受スピンドル ３ 主軸 ５ 切削工具 ７ ワーク ９ テーブル １１ 前側半径方向位置センサ １３ 後側半径方向位置センサ １５ 前側半径方向位置制御用電磁石 １７ 後側半径方向位置制御用電磁石 ２９、３９ 磁気軸受制御回路 ３１、３２ 電流検出器 ３３、３７、４１ 演算部 ３５ 送り制御部 ４３、４５、４７、４９ 信号加算部 ５０ 傾斜中心
Claims (4)
- 【請求項１】 主軸の先端に切削工具を固定した磁気軸
受スピンドルと、該磁気軸受スピンドルを立体座標上若
しくは平面座標上に固定若しくは移動可能な第１の固定
・移動手段と、前記切削工具により加工されるワーク
と、該ワークを立体座標上若しくは平面座標上に固定若
しくは移動可能な第２の固定・移動手段を備えた加工装
置において、前記磁気軸受スピンドルの内部に一組又は
前記主軸方向に複数組配設された半径方向位置制御用電
磁石に流れる電流値及び前記磁気軸受スピンドルの内部
に一組又は前記主軸方向に複数組配設された半径方向位
置センサで検出した半径方向変位を基に前記ワークに対
する予め定めた加工位置指令値と前記主軸に与えられた
加工力に伴い変形した前記切削工具先端間の弾性変形量
及び前記主軸に予め設定した傾斜中心から前記切削工具
先端方向をみた撓み角とのいずれか少なくとも一方の値
を推定する弾性変形量等推定手段と、該弾性変形量等推
定手段で推定された値及び前記一組又は複数組の半径方
向位置センサで検出された半径方向変位のいずれか少な
くとも一方を基に前記主軸、前記第１の固定・移動手段
及び前記第２の固定・移動手段のいずれか少なくとも一
方の位置補正を行う位置補正手段を備えたことを特徴と
する磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置。 - 【請求項２】 前記弾性変形量等推定手段では弾性変形
量を推定し、前記位置補正手段は、該弾性変形量に等し
い大きさ及び変形方向分、前記第１の固定・移動手段及
び前記第２の固定・移動手段のいずれか少なくとも一方
をフィードバック制御により位置調整することを特徴と
する請求項１記載の磁気軸受スピンドルの切削位置補正
装置。 - 【請求項３】 前記弾性変形量等推定手段では弾性変形
量を推定し、前記位置補正手段は、該弾性変形量に等し
い大きさ及び変形方向分、前記一組又は複数組の半径方
向位置制御用電磁石に電流を流し、前記主軸の半径方向
位置をフィードバック制御により位置調整することを特
徴とする請求項１記載の磁気軸受スピンドルの切削位置
補正装置。 - 【請求項４】 前記弾性変形量等推定手段では弾性変形
量及び撓み角を推定し、前記位置補正手段は、該撓み角
に基づき撓み角をゼロにするよう前記一組又は複数組の
半径方向位置制御用電磁石に電流を流す撓み角補正部
と、前記弾性変形量及び前記一組又は複数組の半径方向
位置センサで検出された半径方向変位に基づき前記主軸
の半径方向位置、前記第１の固定・移動手段及び前記第
２の固定・移動手段のいずれか少なくとも一方をフィー
ドバック制御により位置調整する弾性変形量補正部を少
なくとも備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気軸
受スピンドルの切削位置補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23175597A JPH1158180A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23175597A JPH1158180A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158180A true JPH1158180A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16928534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23175597A Pending JPH1158180A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 磁気軸受スピンドルの切削位置補正装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1158180A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010525958A (ja) * | 2007-05-07 | 2010-07-29 | ペー ウント エル ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲー | 重畳駆動システムを有する動特性最適化工作機械 |
| CN110366478A (zh) * | 2017-02-28 | 2019-10-22 | 费尔有限公司 | 铰接臂机器人和借助于铰接臂机器人来切削加工工件的方法 |
| JP2019209411A (ja) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 国立大学法人 鹿児島大学 | 主軸装置 |
| KR20200112434A (ko) * | 2019-03-22 | 2020-10-05 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 위상차 스트로보스코피를 이용한 회전 공구 실시간 상태 감시 시스템 |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP23175597A patent/JPH1158180A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010525958A (ja) * | 2007-05-07 | 2010-07-29 | ペー ウント エル ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲー | 重畳駆動システムを有する動特性最適化工作機械 |
| CN110366478A (zh) * | 2017-02-28 | 2019-10-22 | 费尔有限公司 | 铰接臂机器人和借助于铰接臂机器人来切削加工工件的方法 |
| JP2019209411A (ja) * | 2018-06-01 | 2019-12-12 | 国立大学法人 鹿児島大学 | 主軸装置 |
| KR20200112434A (ko) * | 2019-03-22 | 2020-10-05 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 위상차 스트로보스코피를 이용한 회전 공구 실시간 상태 감시 시스템 |
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