JPS6254623B2 - - Google Patents

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JPS6254623B2
JPS6254623B2 JP11737976A JP11737976A JPS6254623B2 JP S6254623 B2 JPS6254623 B2 JP S6254623B2 JP 11737976 A JP11737976 A JP 11737976A JP 11737976 A JP11737976 A JP 11737976A JP S6254623 B2 JPS6254623 B2 JP S6254623B2
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JP
Japan
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shaft
electromagnetic
radial
spindle
circuit
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JP11737976A
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Japanese (ja)
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JPS5260492A (en
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Heiyukensukukoerudo Matsutsu
Raruson Suteyua
Kuratsusen Bero
Hedoberugu Oru
Haberuman Erumuto
Burune Morisu
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ESU KAA EFU AB
YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC
Original Assignee
ESU KAA EFU AB
YUUROPEENU DO PUROPUYURUSHION SOC
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Publication of JPS5260492A publication Critical patent/JPS5260492A/en
Publication of JPS6254623B2 publication Critical patent/JPS6254623B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に研削盤用工具保持スピンドル装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates in particular to a tool holding spindle arrangement for a grinding machine.

研削盤において、工具保持スピンドルの軸は一
盤にローラによつてラジアル軸受内に取付けられ
る。この様式の装置においてはスピンドルの軸の
周速度はローラに許し得る最大値によつて制限さ
れる。従つて、スピンドルを極力高い回転速度で
駆動するために、スピンドルの軸の直径したがつ
てその慣性は制限されなければならない。この制
限の結果として特に工具を保持するスピンドルの
自由端におけるスピンドルの剛性の減少を来た
す。この剛性の欠如は特に工具が作動していると
き工具の回転軸線の変位によつて表わされ、かつ
従つて機械加工精度に可成りな不具合を与える。
さらに、ローラが摩擦による摩耗を受けこの摩耗
はスピンドルの回転速度が増大すると増々速くな
るから、工具の半径方向運動の不要な振巾はいず
れは増大傾向をとる。或る公知の解決手段として
油圧軸受を用いることによつてスピンドルの軸の
その支持軸受上の機械的摩擦を制限して上述の欠
点を回避する試みがなされ、スピンドルの軸は粘
性流体をもつて充たされた密閉された軸受内に支
持される構造のものがあるが、この装置は摩擦を
減少せしめかつスピンドルの軸の剛性を比較的低
い回転速度に対して維持せしめるが、スピンドル
の軸線の半径方向変位を避けかつ極めて高い機械
加工精度を得るために所望の剛性を回転スピンド
ルに与えることは不可能である。さらに、高い回
転速度において、摩擦は可成りの大きさになるこ
とは事実である。
In grinding machines, the shaft of the tool-holding spindle is mounted in a radial bearing by means of rollers. In this type of device, the circumferential speed of the spindle shaft is limited by the maximum permissible value of the rollers. Therefore, in order to drive the spindle at as high a rotational speed as possible, the diameter of the shaft of the spindle and therefore its inertia must be limited. This limitation results in a reduction in the stiffness of the spindle, particularly at the free end of the spindle that holds the tool. This lack of stiffness is manifested in particular by a displacement of the axis of rotation of the tool when the tool is in operation, and thus results in considerable defects in machining accuracy.
Moreover, since the rollers are subject to frictional wear and this wear becomes increasingly rapid as the rotational speed of the spindle increases, the unnecessary amplitude of the radial movement of the tool will tend to increase over time. Attempts have been made to circumvent the above-mentioned drawbacks by limiting the mechanical friction of the spindle shaft on its support bearing by using hydraulic bearings as a known solution, in which the spindle shaft is moved with a viscous fluid. Some structures are supported in filled, sealed bearings, which reduce friction and maintain spindle axis stiffness at relatively low rotational speeds, but It is not possible to provide the rotating spindle with the desired stiffness in order to avoid radial displacements and obtain extremely high machining precision. Furthermore, it is true that at high rotational speeds the friction becomes significant.

本発明の目的は既知の装置がもつ上述の欠点を
避ける工具保持用支持装置を提供することにあ
る。
The object of the invention is to provide a support device for holding a tool which avoids the above-mentioned drawbacks of known devices.

本発明の他の目的は、制御された振巾での工具
の変位を精密に制御することを可能ならしめる工
具保持用支持装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a support device for holding a tool that makes it possible to precisely control the displacement of the tool with a controlled swing width.

本発明による工具保持用スピンドルは: (a) 外被13と、 (b) 大きな径を有する軸と、 (c) 前記軸の前方の自由端に達成された前記軸よ
り小さな径を有する工具保持用スピンドルと、 (d) 前記軸の端部領域において、それぞれ励磁用
ステータコイルが巻回された環状ステータと該
軸に前記環状ステータに取囲まれて取付けられ
た環状ロータとから成る二つの電磁ラジアル軸
受と、 (e) それぞれの前記電磁ラジアル軸受から実質的
に等距離の位置に前記外被内に固定され、且つ
前記軸を取囲んでいる誘導子を有し、前記軸の
該誘導子に対応する外周部分に電機子を配して
前記軸を高速回転駆動するための電気モータ
と、 (f) 前記二つの電磁ラジアル軸受の近傍において
前記軸の半径方向位置を示す信号を供給するた
めに互いに異つた二つの半径方向に向けて夫々
配設された二対の強磁性体から成るステータと
前記軸上に設けられた円筒状の導電体から成る
リングとから構成される電磁型の少なくとも二
つのラジアル位置検知器と、 (o) 前記軸に取付けられた円板形ロータと該ロー
タの周縁部の両側にそれぞれ軸方向に隔たつて
配置されたコイルを有する強磁性体から成る界
磁ヨークとから構成される少なくとも1つの電
磁スラスト軸受と、 (h) 前記軸の前方部において、該軸に取り付けら
れた円板状の導電体から成る円板状ロータと前
記外被の前方端を覆う環状蓋の外側に取付けら
れた環状リングに保持されたコイルとから構成
されるスピンドルの前方部の軸方向変位を示す
信号を供給する少なくとも1つの電磁スラスト
位置検知器と、 (i) 前記電磁ラジアル位置検知器およびスラスト
位置検知器並びに前記軸の後端部に設けられ該
軸後端部の軸方向変位を検知するための第2の
電磁スラスト位置検知器からの信号を受けて前
記各電磁ラジアル軸受および電磁スラスト軸受
の励磁電流を制御して前記軸が常時基準位置を
とるようにするための前記各検知器と前記各軸
受のコイルとの間に設けられた電気的制御回路
と、 (j) 前記検知器からの各信号の少なくとも1つに
変更を与え加工目的に応じて軸の基準位置を変
化させるために前記検知器と前記制御回路との
間に夫々接続された基準位置変更信号を出力し
且つ前記検知器からの信号の代数的合計値に加
算する回路からなる検知信号変更回路とから成
つており、更に電磁スラスト軸受の円板形ロー
タが軸の後部に配置されていることをそれぞれ
特徴としている。
The tool-holding spindle according to the invention comprises: (a) a jacket 13; (b) a shaft with a large diameter; and (c) a tool-holding device with a smaller diameter than said shaft achieved at the front free end of said shaft. (d) in the end region of said shaft, two electromagnetic motors each comprising an annular stator wound with an excitation stator coil and an annular rotor mounted on said shaft surrounded by said annular stator; a radial bearing; (e) an inductor fixed within the jacket at a location substantially equidistant from each electromagnetic radial bearing and surrounding the shaft, the inductor of the shaft; (f) an electric motor for driving the shaft at high speed with an armature disposed on an outer peripheral portion corresponding to the shaft; (f) for supplying a signal indicating the radial position of the shaft in the vicinity of the two electromagnetic radial bearings; At least one of an electromagnetic type comprising a stator made of two pairs of ferromagnetic materials arranged in two different radial directions, and a ring made of a cylindrical conductive material provided on the shaft. (o) a magnetic field consisting of a ferromagnetic material having a disc-shaped rotor mounted on the shaft and coils arranged axially apart on each side of the circumferential edge of the rotor; (h) at least one electromagnetic thrust bearing comprising a yoke; (h) a disc-shaped rotor comprising a disc-shaped conductor attached to the shaft, and a front end of the outer sheath, at the front part of the shaft; at least one electromagnetic thrust position sensor for providing a signal indicative of the axial displacement of the forward part of the spindle, comprising: a coil carried in an annular ring mounted on the outside of a covering annular lid; In response to signals from a radial position detector, a thrust position detector, and a second electromagnetic thrust position detector provided at the rear end of the shaft for detecting axial displacement of the rear end of the shaft, each of the electromagnetic an electric control circuit provided between each of the detectors and the coil of each of the bearings for controlling the excitation current of the radial bearing and the electromagnetic thrust bearing so that the shaft always takes the reference position; j) reference position change signals respectively connected between the detector and the control circuit for modifying at least one of the signals from the detector to change the reference position of the axis depending on the machining purpose; and a detection signal changing circuit comprising a circuit for outputting and adding to the algebraic sum of the signals from the detector, and further comprising a disc-shaped rotor of an electromagnetic thrust bearing disposed at the rear of the shaft. Each is characterized by

かくして表わされる本発明の第1の利点は、何
等の機械的摩擦を受けずにスピンドルの軸が回転
されるという事実によつて得られるもので、この
軸は電磁軸受上に支持されかつ電機子を直接取付
けた電気モータによつて駆動される。さらに、電
磁支持方式はスピンドルの軸径に何等の制限も及
ぼさないから、スピンドルの軸は高い慣性と可成
りの剛性をあらわし、これによつて高速における
振動を避けることができる。そのうえ、検知器に
よる各ラジアル軸受の制御は、軸の剛性と協働し
て、スピンドルの回転軸線の半径方向変位を減じ
て高い機械加工精度を達成せしめる。さらに、少
くとも1つの位置検知器によつて発生された信号
の選択的変更は加工作業中における工具の位置と
その変位量を精密に制御せしめ、これによつてス
ピンドルの半径方向および/または軸方向変位の
制御、円錐度の修正等の特殊な作業を実施可能と
している。
The first advantage of the invention thus represented is obtained by the fact that the shaft of the spindle is rotated without undergoing any mechanical friction, this shaft being supported on an electromagnetic bearing and mounted on an armature. is driven by a directly mounted electric motor. Furthermore, since the electromagnetic support system does not impose any restrictions on the spindle shaft diameter, the spindle shaft exhibits high inertia and considerable stiffness, which makes it possible to avoid vibrations at high speeds. Moreover, the control of each radial bearing by the detector cooperates with the stiffness of the shaft to reduce the radial displacement of the axis of rotation of the spindle and achieve high machining accuracy. Furthermore, selective modification of the signal generated by the at least one position sensor allows precise control of the position of the tool and its displacement during the machining operation, thereby allowing the radial and/or axial movement of the spindle. It is possible to perform special operations such as controlling directional displacement and correcting conicity.

この装置は、それぞれが電磁ラジアル位置検知
器によつて制御されかつスピンドル軸の末端区域
と接近して配置された2つの電磁ラジアル軸受を
含み、モータの電機子が2つの電磁ラジアル軸受
から実質的に等距離でスピンドルの軸に取付けら
れている。従つてスピンドル軸は相互に隔つた2
つの場所で半径方向に心合せされ、回転軸線の如
何なるみそすり運動や才差運動も速みやかに除去
される。
The device includes two electromagnetic radial bearings, each controlled by an electromagnetic radial position sensor and located in close proximity to the end section of the spindle shaft, the armature of the motor being substantially disposed from the two electromagnetic radial bearings. mounted on the spindle axis equidistant from the Therefore, the spindle axes are separated from each other by two
radially aligned in one place, any wobbling or precession of the axis of rotation is quickly eliminated.

電磁スラスト軸受はスピンドルが軸方向変位を
行なわないように維持するために電磁スラスト位
置検知器から受けた信号に依り動作する電気的制
御回路によつて制御される。
The electromagnetic thrust bearing is controlled by an electrical control circuit operated by signals received from the electromagnetic thrust position sensor to maintain the spindle against axial displacement.

電磁ラジアル位置検知器はスピンドルの軸に取
付けられた管状の導電体ロータおよびこれを取囲
むステータとで構成される形式のものを用いるこ
とができる。
The electromagnetic radial position sensor may be of the type consisting of a tubular electrically conductive rotor mounted on the shaft of a spindle and a stator surrounding the rotor.

附図を参照しつつ以下に本発明を詳述する。 The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は研削盤の工具保持用スピンドル10を
示し、その軸11は円筒形外被13内に収容さ
れ、かつその末端部はといし車15が取付けられ
たマンドレル14を担持する。
FIG. 1 shows a tool-holding spindle 10 of a grinding machine, the shaft 11 of which is housed in a cylindrical jacket 13 and whose distal end carries a mandrel 14 on which a grinding wheel 15 is attached.

外被13はといし車15側に位置するその前部
内面に環状当接肩部13aが設けられ、これに外
被13の内側表面にねじ付けられたリング17に
よつて電子ラジアル軸受16の環状ステータ16
aの強磁性体部分が当接する。環状ステータ16
aは電磁ラジアル軸受16の強磁性体から成る環
状ロータ16bを囲い、また前記環状ロータ16
bは軸11に固定されている。第2図からさらに
判るように、環状ステータ16aは外側環状部分
および内側に向け半径方向に突出しかつそれぞれ
がコイル16eによつて捲かれている分岐部分を
含む1つの磁極片16cから成り、隣接コイルの
巻線方向は反対になつている。
The outer cover 13 is provided with an annular abutment shoulder 13a on its front inner surface located on the side of the grinding wheel 15, and a ring 17 screwed onto the inner surface of the outer cover 13 allows the electronic radial bearing 16 to Annular stator 16
The ferromagnetic part a comes into contact with it. Annular stator 16
a surrounds the annular rotor 16b made of ferromagnetic material of the electromagnetic radial bearing 16, and
b is fixed to the shaft 11. As can be further seen in FIG. 2, the annular stator 16a consists of one pole piece 16c including an outer annular portion and a branch portion projecting radially inward and each wound by a coil 16e, with adjacent coils The winding directions are opposite.

外被13の前面はスクリユ19で外被13に固
定された環状蓋18で閉鎖される。蓋18はロー
ラベアリング20によつて、軸11用の前方補助
軸受として作用しローラベアリング20の内側表
面と軸11の外側表面との間にすき間が提供され
る。ローラベアリング20はスクリユ22によつ
て蓋18に同軸に固定された環状リング21を用
いて蓋18の内方肩部と当接して軸方向の移動が
阻止される。
The front side of the jacket 13 is closed with an annular lid 18 which is fixed to the jacket 13 with screws 19. The lid 18 acts as a front auxiliary bearing for the shaft 11 by the roller bearing 20, providing a clearance between the inner surface of the roller bearing 20 and the outer surface of the shaft 11. The roller bearing 20 is prevented from moving in the axial direction by abutting against the inner shoulder of the lid 18 using an annular ring 21 coaxially fixed to the lid 18 by a screw 22.

外被13はその後部に内方当接肩部13bを具
え、これに第2電極ラジアル軸受23の環状ステ
ータ23aの強磁性部分が当てられる。電磁ラジ
アル軸受23の構成はラジアル軸受16と類似し
ており、かつ軸11に取付けられた強磁性体から
成る環状ロータ23bを含む。電磁ラジアル軸受
16の環状ステータ16aと同様に、電磁ラジア
ル軸受23の環状ステータ23aはコイル23e
を有している。
The jacket 13 has at its rear an inner abutment shoulder 13b against which the ferromagnetic part of the annular stator 23a of the second electrode radial bearing 23 rests. The structure of the electromagnetic radial bearing 23 is similar to that of the radial bearing 16, and includes an annular rotor 23b made of a ferromagnetic material attached to the shaft 11. Similar to the annular stator 16a of the electromagnetic radial bearing 16, the annular stator 23a of the electromagnetic radial bearing 23 has a coil 23e.
have.

外被13の後部は外被13にスクリユ25で固
定された蓋24によつて閉鎖されている。蓋24
はローラベアリング26によつて軸11用の後方
補助軸受として作用しローラベアリング26の内
方表面と軸11の外側表面との間にすき間が設け
られている。ローラベアリング26は蓋24にね
じ込み方のリング27を用いて蓋24の内方肩部
に当接し固定されている。
The rear part of the jacket 13 is closed by a lid 24 fixed to the jacket 13 with screws 25. Lid 24
The roller bearing 26 acts as a rear auxiliary bearing for the shaft 11, and a gap is provided between the inner surface of the roller bearing 26 and the outer surface of the shaft 11. The roller bearing 26 is fixed in contact with the inner shoulder of the lid 24 using a ring 27 that is screwed into the lid 24.

軸11の後方でその自由端部分には電磁スラス
ト軸受28の強磁性体から成る円板形ロータ28
bが取付けられている。円板形ロータ28bは軸
11の肩部と当接するリング29とナツト31で
固定されたリング30との間に介装され軸方向運
動が阻止されている。リング29および30は絶
縁性プラスチツク材料で造られ、リング30は通
常はローラベアリング26から隔離された半径方
向表面30aをもちこれは電磁スラスト軸受28
が作動状態に無い場合には後方補助用のローラベ
アリング26とは離隔して空転状態にある。スラ
スト軸受28のステータ28aはコイル28eを
有する2つの環状の強磁性体から成る界磁ヨーク
28cおよび28dを含む。界磁ヨーク28cお
よび28dは円板形ロータ28bの両側にそれぞ
れ配置されかつこのロータの半径方向の面の周縁
部から夫々僅かに軸方向に隔つている。界磁ヨー
ク28cは蓋24に設けられた溝内に収容される
が、界磁ヨーク28dは一方の側において絶縁リ
ング32を介在させて電磁ラジアル軸受23のス
テータ23aの強磁性体部分の側面と、また他側
は絶縁リング34を介して外被13にねじ込み式
のリング33とに依つて軸方向に保持される。
At the rear of the shaft 11 and at its free end, there is a disk-shaped rotor 28 made of a ferromagnetic material with an electromagnetic thrust bearing 28.
b is installed. The disk-shaped rotor 28b is interposed between a ring 29 that contacts the shoulder of the shaft 11 and a ring 30 that is fixed with a nut 31, and is prevented from moving in the axial direction. Rings 29 and 30 are constructed of an insulative plastic material, with ring 30 having a radial surface 30a which is normally spaced from roller bearing 26 and which is connected to electromagnetic thrust bearing 28.
When the roller bearing 26 is not in an operating state, it is separated from the rear auxiliary roller bearing 26 and is in an idling state. The stator 28a of the thrust bearing 28 includes two annular ferromagnetic field yokes 28c and 28d having a coil 28e. Field yokes 28c and 28d are respectively disposed on either side of disk-shaped rotor 28b and are each slightly axially spaced from the periphery of the radial surface of the rotor. The field yoke 28c is housed in a groove provided in the lid 24, and the field yoke 28d is connected to the side surface of the ferromagnetic portion of the stator 23a of the electromagnetic radial bearing 23 with an insulating ring 32 interposed on one side. , and the other side is held in the axial direction by an insulating ring 34 and a ring 33 screwed into the jacket 13.

電磁ラジアル軸受16および23のステータ1
6aおよび23a間の外被の中間部分にはチユー
ブ体35が取付けられている。電磁ラジアル軸受
16と組合わされた電磁ラジアル位置検知器36
の強磁性体から成るステータ36a、電気モータ
37の誘導子37aおよび電磁ラジアル軸受23
と組合わされた電磁ラジアル位置検知器の同じく
強磁性体から成るステータ38aはチユーブ体3
5の内側円筒表面に前方から後方へ上記の順序で
取付けられる。これら3つの要素はチユーブ体3
5の内方当接肩部35bとチユーブ体35にねじ
込まれたナツト39との間で軸方向に保持され
る。
Stator 1 of electromagnetic radial bearings 16 and 23
A tube body 35 is attached to the intermediate portion of the jacket between 6a and 23a. Electromagnetic radial position detector 36 combined with electromagnetic radial bearing 16
A stator 36a made of a ferromagnetic material, an inductor 37a of an electric motor 37, and an electromagnetic radial bearing 23.
The stator 38a, also made of ferromagnetic material, of the electromagnetic radial position detector combined with the tube body 3
5 in the above order from front to rear. These three elements are tube body 3
5 and a nut 39 screwed into the tube body 35.

電磁ラジアル軸受16および23の強磁性体か
ら成る環状ロータ16bと23bとの間において
軸11の中間部分には電磁ラジアル位置検知器3
6の導電体から成り筒状のロータを形成するリン
グ36b、電気モータ37の電機子37bおよび
電磁ラジアル位置検知器38の導電体から成り筒
状のロータを形成するリング38bが順次に取付
けられている。環状ロータ16bと23b、リン
グ36bと38bおよびモータ電機子37bで構
成された装置は軸11にねじ込み式の2つのナツ
ト40および41によつて軸方向に保持される。
An electromagnetic radial position detector 3 is located at the intermediate portion of the shaft 11 between the annular rotors 16b and 23b made of ferromagnetic material of the electromagnetic radial bearings 16 and 23.
A ring 36b made of conductors of No. 6 to form a cylindrical rotor, an armature 37b of the electric motor 37, and a ring 38b made of conductors of the electromagnetic radial position detector 38 to form a cylindrical rotor are attached in sequence. There is. The device consisting of annular rotors 16b and 23b, rings 36b and 38b and motor armature 37b is held axially by two nuts 40 and 41 screwed onto shaft 11.

軸11の前方部には電磁スラスト位置検知器4
2の導電体から成る円板状ロータ42bが取付け
られそのコイル42aは環状蓋18の外側に取付
けられた環状リング21の環状溝内に収容されて
いる。円板状ロータ42bは軸11の肩部と軸1
1にスクリユ付されたナツト42との間で軸方向
に保持される。
An electromagnetic thrust position detector 4 is installed in the front part of the shaft 11.
A disk-shaped rotor 42b made of two conductive materials is attached, and its coil 42a is housed in an annular groove of an annular ring 21 attached to the outside of the annular lid 18. The disc-shaped rotor 42b is connected to the shoulder of the shaft 11 and the shaft 1.
It is held in the axial direction with a nut 42 screwed on the shaft 1.

軸11の後端には蓋24内に収容されたコイル
53aおよびコイル53aと面対しかつ軸11の
後方半径方向の端面に形成された凹所内に収容さ
れた平板状導電隊53bとから成る第2電磁スラ
スト位置検知器53が配置される。
At the rear end of the shaft 11, there is a coil 53a housed in the lid 24, and a flat conductive member 53b facing the coil 53a and housed in a recess formed in the rear radial end surface of the shaft 11. Two electromagnetic thrust position detectors 53 are arranged.

スピンドル10の回転中における電磁支持作用
は電磁ラジアル軸受16,23および電磁スラス
ト軸受28によつて実施される。電磁ラジアル位
置検知器36および38は第3図で詳細に示され
ているものと同一の構造をもつ。ステータ36a
はコイル36eが捲かれている磁極分岐部分36
dを具備している。電磁ラジアル位置検知器36
および38に対しては、英国特許第1418261号明
細書「電磁軸受用ラジアル位置検知装置」に記載
のものと類似の構造を採ることが好適である。電
磁ラジアル軸受16および23のコイル16eお
よび23eを励起する電流は電磁ラジアル位置検
知器36および38によつて発信された信号によ
つて制御される。このために、電磁ラジアル位置
検知36および38それぞれからの軸受16およ
び23の制御は第4図および第5図に従つて後述
する米国特許第3787100号に記載の如き回路を用
いて実施できる。
The electromagnetic support effect during rotation of the spindle 10 is carried out by the electromagnetic radial bearings 16, 23 and the electromagnetic thrust bearing 28. Electromagnetic radial position sensors 36 and 38 have the same construction as shown in detail in FIG. Stator 36a
is the magnetic pole branch portion 36 around which the coil 36e is wound.
It is equipped with d. Electromagnetic radial position detector 36
and 38, it is preferable to adopt a structure similar to that described in British Patent No. 1418261 "Radial position detection device for electromagnetic bearing". The currents exciting coils 16e and 23e of electromagnetic radial bearings 16 and 23 are controlled by signals emitted by electromagnetic radial position sensors 36 and 38. To this end, control of bearings 16 and 23 from electromagnetic radial position sensing 36 and 38, respectively, can be implemented using a circuit such as that described in U.S. Pat. No. 3,787,100, described below with reference to FIGS. 4 and 5.

スピンドルの軸方向位置は電磁スラスト位置検
知器42および53、電磁スラスト軸受のコイル
28eの励起回路を調節するこれら検知器のコイ
ル42aおよび53aによつて伝達された信号に
よつて調節される。スピンドルの軸方向の制御
は、軸11の熱をもつ部分の膨張による影響を極
力少くするように軸11の前端に位置する一方の
電磁スラスト位置検知器のみを主として用いて実
施されることに注目すべきである。しかし2つの
電磁スラスト位置検知器42および53の機能は
検知器42が軸11の研削作業中における急激な
変位や振動を軸前方部において検知し一方検知器
53が熱膨張による軸11の緩除な位置変位を軸
後端部において検知するように設定されている。
The axial position of the spindle is regulated by the signals transmitted by the electromagnetic thrust position sensors 42 and 53, the coils 42a and 53a of these sensors which adjust the excitation circuit of the coil 28e of the electromagnetic thrust bearing. It is noted that the axial control of the spindle is carried out mainly using only one electromagnetic thrust position sensor located at the front end of the shaft 11, so as to minimize the influence of the expansion of the hot part of the shaft 11. Should. However, the function of the two electromagnetic thrust position detectors 42 and 53 is that the detector 42 detects sudden displacements and vibrations of the shaft 11 during grinding work at the front part of the shaft, while the detector 53 detects sudden displacements and vibrations of the shaft 11 due to thermal expansion. It is set to detect positional displacement at the rear end of the shaft.

スピンドル11は電気モータ37によつて回転
される。このモータは非同期モータで鉄心および
励起コイルを含むその誘導子37aが固定されな
おその電機子37bは軸11の軸線と平行に延び
かつ前記軸の周縁に収容された銅棒37cで構成
されている。棒37cはその端部を溶接して電気
的に結合されている。モータ37の誘導子37a
は電磁ラジアル軸受16および23が金属薄板束
または重ね鉄板で構成されていると同様に電磁ラ
ジアル軸受16,23のステータの磁極片および
半径方向検知器36,38のステータと類似して
いる。モータ37の誘導子37aの冷却は、チユ
ーブ体35の外円側筒状表面に設けられたらせん
溝44内に水のような冷却流体を循環せしめて行
なわれる。この外側表面は外被13の内側表面と
当接し、溝44は密閉回路を形成する。このらせ
ん溝は冷却流体用の供給オリフイス45および排
出オリフイス46(第3図参照)を通つて外部と
連通し、これらのオリフイスは外被13の壁に設
けられている。さらに詳細はこれらオリフイス4
5および46は溝44に向つてほぼ切線方向に開
口する。
The spindle 11 is rotated by an electric motor 37. This motor is an asynchronous motor, and its inductor 37a including an iron core and an excitation coil is fixed, and its armature 37b is composed of a copper rod 37c extending parallel to the axis of the shaft 11 and housed in the periphery of said shaft. . The rod 37c is electrically connected by welding its ends. Inductor 37a of motor 37
is similar to the pole pieces of the stators of the electromagnetic radial bearings 16, 23 and the stators of the radial detectors 36, 38 in that the electromagnetic radial bearings 16 and 23 are constructed of sheet metal bundles or stacked iron plates. The inductor 37a of the motor 37 is cooled by circulating a cooling fluid such as water in a spiral groove 44 provided on the outer cylindrical surface of the tube body 35. This outer surface abuts the inner surface of the jacket 13 and the groove 44 forms a closed circuit. This helical groove communicates with the outside through a supply orifice 45 and a discharge orifice 46 (see FIG. 3) for the cooling fluid, which orifices are provided in the wall of the jacket 13. For further details, please refer to these orifices 4.
5 and 46 open toward the groove 44 substantially in the tangential direction.

モータ37の誘導子37aの給電ケーブルと同
様にコイル16e,23e,28e,36e,3
8e,42aおよび53aに接続された導電体お
よびケーブルは蓋24に固定された接続箱47に
それらの末端が統括されている。これらの導電体
およびケーブルを通すために、48のような通路
が外被13、チユーブ体35および蓋18および
24に造られる。電磁軸受を制御する回路(第4
図参照)はこの外被の内側に生ずる温度に依る影
響を受けないように外被13の外側に配置され
る。
Similarly to the power supply cable of the inductor 37a of the motor 37, the coils 16e, 23e, 28e, 36e, 3
The ends of the conductors and cables connected to 8e, 42a and 53a are integrated into a junction box 47 fixed to the lid 24. Passages such as 48 are made in the jacket 13, tube body 35 and lids 18 and 24 for passing these electrical conductors and cables. Circuit that controls the electromagnetic bearing (4th
(see figure) is arranged outside the jacket 13 so as not to be affected by the temperature occurring inside this jacket.

外被13の外側での加工作業から生ずる埃や破
片の侵入を避けるために、一方において蓋18に
ねじ付けられたスクリユ50によつて外被13の
前方に固定された保護蓋49、他方において蓋1
8に設けられかつ外被13の内側に圧縮空気を吹
付けるための圧力空気源(図示されていない)に
結合された少くとも1つのオリフイス51が設け
られている。前記外被はその後方部において封密
閉鎖され外被に導入された圧力空気は前記オリフ
イスの前方で逃れて埃や破片の侵入を防ぐ。
In order to avoid the ingress of dust and debris resulting from machining operations on the outside of the housing 13, a protective lid 49 is fixed in front of the housing 13 by a screw 50 screwed to the lid 18 on the one hand, and on the other hand. Lid 1
At least one orifice 51 is provided at 8 and coupled to a source of pressurized air (not shown) for blowing compressed air onto the inside of the jacket 13. The jacket is hermetically closed at its rear and the pressurized air introduced into the jacket escapes in front of the orifice to prevent dust and debris from entering.

既述のように、本発明による装置におけるスピ
ンドルの支持および駆動様態は60000rpmのよう
な極めて高い回転速度に達せしめ、しかもスピン
ドルの軸の直径の大きさには何等の制限をも与え
ない。従つてこの軸は高い慣性と可成りの剛性と
をもつ。そのうえ、スピンドルの軸の位置の検知
器による制御によつてスピンドルの軸線のその正
規位置に対する如何なる変位も修正され、かつ軸
の剛性と相埃つて、高い加工精度を得ることがで
きる。
As already mentioned, the manner in which the spindle is supported and driven in the device according to the invention allows extremely high rotational speeds of 60,000 rpm to be reached, without any restriction on the diameter of the spindle shaft. This axis therefore has high inertia and considerable stiffness. Moreover, the sensor control of the position of the spindle axis corrects any displacement of the spindle axis with respect to its normal position, and together with the rigidity of the axis, high machining accuracy can be obtained.

加工作業中、スピンドルの半径方向および軸方
向の位置は、電磁ラジアル位置検知器および電磁
スラスト位置検知器によつて伝えられる信号によ
つて制御されるから、これらの位置は外被13に
対して一定に保たれ、軸11は電磁ラジアル軸受
16,23および電磁スラスト軸受28のステー
タ28aと円板状のロータ28bとの間の空隙内
で完全に心合せ状態に保持される。この場合、工
具の位置決めおよび移動は単にブツユ52によつ
て外被13が固定されている送り台(図示されて
いない)を移動することによるのみで実施され
る。
During the machining operation, the radial and axial position of the spindle is controlled by signals conveyed by an electromagnetic radial position sensor and an electromagnetic thrust position sensor, so that these positions relative to the jacket 13 The shaft 11 is held constant and perfectly aligned within the gap between the stator 28a and the disc-shaped rotor 28b of the electromagnetic radial bearings 16, 23 and the electromagnetic thrust bearing 28. In this case, the positioning and movement of the tool is carried out simply by moving a carriage (not shown) to which the jacket 13 is fixed by means of a bush 52.

しかし、上述のような工具保持用スピンドル装
置は軸それ自体も変位可能であるため加工作業用
工具の位置決めおよび移動を制御する極めて有用
な補助的な作用を提供する。
However, tool holding spindle devices such as those described above provide a very useful auxiliary action for controlling the positioning and movement of tools for machining operations since the shaft itself is also displaceable.

事実、軸11が例えば外被13内で完全に心合
せされているような或る軸方向および半径方向の
基準位置内に位置されているとき、すべての方向
に軸11と固定部分との間には0.10乃至0.20mm程
度のすき間が存在する。この基準位置から軸が軸
方向または半径方向に変位すると直ちに、この変
位は電磁スラスト位置検知器および電磁ラジアル
位置検知器によつて検知されて電磁スラストおよ
び電磁ラジアル軸受の励起電流は前記各検知器に
よつて伝達された信号の関数として変更され、軸
11をその基準位置に戻す。従つて予め定めた様
態でスラスト位置および/またはラジアル位置検
知器によつて発生された信号、または電磁スラス
トおよび/または電磁ラジアル軸受の励起電流を
変更することによつて、軸11の軸方向または半
径方向基準位置は意図的に変更されてあらかじめ
定めた振巾および方向の変位を与えることが考え
られる。
In fact, when the shaft 11 is located in a certain axial and radial reference position, for example perfectly aligned in the jacket 13, there is a There is a gap of about 0.10 to 0.20 mm. As soon as the shaft is displaced axially or radially from this reference position, this displacement is detected by an electromagnetic thrust position detector and an electromagnetic radial position detector, and the excitation current of the electromagnetic thrust and electromagnetic radial bearings is is changed as a function of the signal transmitted by the shaft 11 to return the shaft 11 to its reference position. It is therefore possible to adjust the axial direction or It is contemplated that the radial reference position may be intentionally varied to provide a predetermined amplitude and direction displacement.

勿論、このようにして電気的に制御される工具
の変位は0.10mm程度の制限最大振巾のものである
が機械的制御による変位によつて得られるよりも
はるかに優れた精度のものであることは明らかで
あり、これによつて特別の諸加工の制御が実施さ
れるという多大の利点を提供する。
Of course, the displacement of the tool electrically controlled in this way is of a limited maximum amplitude of the order of 0.10 mm, but is of much greater precision than can be obtained by mechanically controlled displacement. Obviously, this offers the great advantage of providing special processing control.

以下の項目は以上のようにして実施される特別
の諸加工作業の若干例である。
The following items are some examples of special processing operations performed as described above.

1 スピンドルの半径方向変位の制御。1. Control of the radial displacement of the spindle.

電磁ラジアル位置検知器によつて伝達された
信号に変更を加えることによつてスピンドルの
軸の半径方向基準位置が前方および後方軸受1
6および23それぞれへの同時作用によつてあ
らかじめ定めた振巾の半径方向変位を与えて変
更する。この制御によつて、加工物の研削は、
ミクロンのオーダでの半径方向変位を工具に与
えて極めて精密に終結させる。
By modifying the signal transmitted by the electromagnetic radial position detector, the radial reference position of the axis of the spindle can be adjusted to the forward and backward bearings 1.
A radial displacement of a predetermined amplitude is applied and changed by simultaneous action on each of 6 and 23. Through this control, the grinding of the workpiece is
A radial displacement on the order of microns is imparted to the tool for extremely precise termination.

2 スピンドルの軸方向変位の制御。2 Control of axial displacement of spindle.

スピンドルの軸方向基準位置は電磁スラスト
位置検知器によつて伝達された信号に変更を与
えることによつて変更される。この変更は線形
制御方式で実施され、スピンドルの半径方向運
動と同時に実施されるときは、溝または通路の
表面のような傾斜もしくは彎曲表面の加工を行
なえる。
The axial reference position of the spindle is changed by modifying the signal transmitted by the electromagnetic thrust position sensor. This modification is carried out in a linearly controlled manner and, when carried out simultaneously with the radial movement of the spindle, allows machining of inclined or curved surfaces, such as the surfaces of grooves or passages.

3 円錐度の修正。3 Correction of conicity.

対応する検知器によつて伝達された信号に変
更を与えることによつて前方の電磁ラジアル軸
受16または後方の電磁ラジアル軸受23の半
径方向基準位置を選択的に変更することによつ
て加工物の円錐度を加工中において補整または
修正できる。
of the workpiece by selectively changing the radial reference position of the front electromagnetic radial bearing 16 or the rear electromagnetic radial bearing 23 by imparting a change to the signal transmitted by the corresponding detector. Conicity can be compensated or corrected during machining.

電磁ラジアル軸受の半径方向基準位置のこの
ような選択変更はスピンドルの軸の回転位置の
調節目的にも用いることができる。
Such a selection change of the radial reference position of the electromagnetic radial bearing can also be used for the purpose of adjusting the rotational position of the shaft of the spindle.

4 熱的影響の補償。4 Compensation for thermal effects.

スピンドルの半径方向および軸方向基準位置
の変更は熱発生部の膨張または収縮によつて生
ずるスピンドル位置の偏差を補償するのを可能
ならしめる。
Changing the radial and axial reference position of the spindle makes it possible to compensate for deviations in the spindle position caused by expansion or contraction of the heat generating part.

5 研削表面の幾何学形状加工。5. Geometrical shape processing of the ground surface.

研削表面が特定の断面を示す場合、例えばこ
の表面を長円形化したいときは、加工作業中に
スピンドルの軸方向および/または半径方向の
基準位置の連続変位が電気的に制御されて所望
の断面形を直接に得ることができる。
If the grinding surface exhibits a specific cross-section, for example if this surface is to be ovalized, the continuous displacement of the axial and/or radial reference position of the spindle is electrically controlled during the machining operation to achieve the desired cross-section. You can get the shape directly.

6 工具の微小振動。6. Micro-vibration of tools.

研削作業中、工具にその前進運動と併せて往
復直線運動を与えることが有効である。このよ
うな往復線形運動は微小振動の形で、例えば電
磁スラスト軸受の励起電流の周期的な変化によ
つて得ることができる。
During grinding operations, it is advantageous to provide the tool with a reciprocating linear motion in conjunction with its forward motion. Such a reciprocating linear motion can be obtained in the form of minute vibrations, for example by periodic changes in the excitation current of an electromagnetic thrust bearing.

上記に表記した諸加工例はすべてスピンドルの
半径方向および/または軸方向基準位置の偏位を
制御することに基く。既述したように、この制御
は1つ以上の電磁スラスト位置検知器および電磁
ラジアル位置検知器によつて伝達された信号の変
更によつて実施される。
The processing examples described above are all based on controlling the excursion of the radial and/or axial reference position of the spindle. As previously mentioned, this control is accomplished by modifying the signals transmitted by one or more of the electromagnetic thrust position detectors and the electromagnetic radial position detectors.

例えば以下に電磁ラジアル位置検知器および電
磁ラジアル軸受を考えて見よう。例えば36のよ
うな各電磁ラジアル位置検知器は2組のコイルに
まとめられるコイル36e(第3図)で構成さ
れ、各組のコイルは直径上に対向配置されかつ2
組のコイルは2つの垂直な直径に沿つて配置され
ている。16のような各電磁ラジアル軸受はコイ
ル16e(第2図)を含む複数の電磁石を含み、
これらの電磁石は組にまとめられ、各組は直径上
に対向する電磁石を含む。軸11の半径方向位置
の制御は前記した米国特許第3787100号明細書に
記載のように制御回路で行われ、各検知器組の信
号は代数的に加算されて一対の電磁石の少なくと
も1つの給電回路への制御信号を供給する。軸1
1が軸受16内で完全に心合せ状態となつた半径
方向基準位置を占める場合には、1組の検知器は
絶対値の等しい反応信号を生じ、軸受16の電機
子の電磁石の励起電流は変更されない。これに反
し、軸11が半径方向基準位置から変位すると直
ちに、制御信号が発せられて、軸11をその半径
方向基準位置に戻すために少くとも一方の電磁石
の励起電流を変更する。
For example, consider an electromagnetic radial position sensor and an electromagnetic radial bearing below. Each electromagnetic radial position detector, such as 36, is composed of coils 36e (FIG. 3) that are grouped into two sets of coils, each set of coils being arranged diametrically opposite each other and having two sets of coils.
The sets of coils are arranged along two perpendicular diameters. Each electromagnetic radial bearing such as 16 includes a plurality of electromagnets including a coil 16e (FIG. 2);
These electromagnets are grouped into sets, each set containing diametrically opposed electromagnets. Control of the radial position of the shaft 11 is performed by a control circuit as described in the above-mentioned U.S. Pat. Provides control signals to the circuit. axis 1
1 occupies a perfectly aligned radial reference position within the bearing 16, the pair of detectors produces response signals of equal absolute value, and the excitation current of the electromagnet of the armature of the bearing 16 is Not changed. On the contrary, as soon as the shaft 11 is displaced from its radial reference position, a control signal is issued to change the excitation current of at least one electromagnet in order to return the shaft 11 to its radial reference position.

軸11の半径方向の基準位置からのあらかじめ
定めた振巾および方向の変位を制御することを望
む場合には、従つて、検知器によつて伝達された
信号を、それに軸がその基準位置から変位すると
きと同じ距離だけしかも反対方向の値を与えるこ
とだけで十分である。このために、電磁ラジアル
位置検知器36および38の検知器群に接続され
た1つの制御回路が提供され、この制御回路は検
知器群によつて伝達された信号を選択的に変更す
る装置を含みかつ電磁ラジアル軸受16および2
3を制御する回路網への入力側に接続される。
If it is desired to control a predetermined amplitude and directional displacement of the shaft 11 from its radial reference position, it is therefore possible to use the signal transmitted by the detector to cause the shaft to move from its reference position. It is sufficient to give a value of the same distance but in the opposite direction as when it is displaced. To this end, a control circuit is provided which is connected to the sensor group of electromagnetic radial position sensors 36 and 38, and which control circuit includes a device for selectively modifying the signals transmitted by the sensor group. Containing and electromagnetic radial bearings 16 and 2
3 is connected to the input side to the circuitry controlling the circuit.

スピンドルの軸方向基準位置の変位を制御する
ことは電磁スラスト位置検知器42,53によつ
て伝達された信号を選択的に変更し得る装置を含
みかつスピンドルの軸方向位置を制御する回路網
への入力側に接続する電磁スラスト位置検知器4
2および53に接続された制御回路を提供するこ
とによつて同様の方法で実施され、前記制御回路
網は電磁スラスト軸受28の励起電流供給回路を
制御する。
Controlling the displacement of the axial reference position of the spindle includes a device capable of selectively modifying the signals transmitted by the electromagnetic thrust position detectors 42, 53 and to the circuitry controlling the axial position of the spindle. Electromagnetic thrust position detector 4 connected to the input side of
2 and 53, said control circuitry controls the excitation current supply circuit of the electromagnetic thrust bearing 28.

第4図および第5図において前述の米国特許第
3787100号明細書に示された公知の電気的制御回
路網を含む全体的な電気的制御回路並びに第1図
に示したスピンドル装置の軸11に対する検知器
群と軸受群との概略的配置を示している。
4 and 5, the aforementioned U.S. patent no.
3787100 shows the general electrical control circuit including the known electrical control circuitry shown in the patent specification 3787100, as well as the schematic arrangement of the detector group and the bearing group with respect to the shaft 11 of the spindle device shown in FIG. 1; ing.

第5図において、電磁ラジアル位置検知器36
のコイル36eは更に詳しく横方向の巻線X1
よびX′1、並びに垂直方向の巻線Y′およびY′1とし
て示されており、同じく電磁ラジアル位置検知器
38の横方向の巻線X2およびX′2並びに垂直方向
の巻線Y2,Y2′として示され、更にラジアル軸受
16のコイル16eは更に詳しく横方向の巻線が
A1およびA′1、並びに垂直方向の巻線がB1および
B′1、そしてもう一方の電磁ラジアル軸受23の
横方向の巻線がA2およびA′2、並びに垂直方向の
巻線がB2およびB′2として示されている。この配
置において前記横方向に配置された検知器群の出
力信号は横方向の電磁ラジアル軸受の巻線を統括
的に制御し、前記垂直方向に配置された検知器群
の出力信号は垂直方向の電磁ラジアル軸受の巻線
を統括的に制御しており、更に電磁スラスト軸受
の巻線(図示せず)は対応する電磁スラスト位置
検出器の出力信号によつて制御される事を第4図
に示された制御回路を理解する上で予め銘記され
るべきである。
In FIG. 5, the electromagnetic radial position detector 36
The coil 36e is shown in more detail as the lateral windings X 1 and X' 1 and the vertical windings Y' and Y' 1 , as well as the lateral windings 2 , and _
A 1 and A′ 1 and the vertical windings are B 1 and
B' 1 , and the lateral windings of the other electromagnetic radial bearing 23 are designated A 2 and A' 2 , and the vertical windings are designated B 2 and B' 2 . In this arrangement, the output signals of the horizontally arranged detector group collectively control the windings of the horizontal electromagnetic radial bearing, and the output signals of the vertically arranged detector group control the vertical direction. Figure 4 shows that the windings of the electromagnetic radial bearing are centrally controlled, and the windings of the electromagnetic thrust bearing (not shown) are controlled by the output signal of the corresponding electromagnetic thrust position detector. This should be kept in mind in understanding the control circuit shown.

第4図において、一方のラジアル位置検知器3
6の横方向巻線X1およびX′1から生じた出力信号
は代数的に加算され、その合計値(実際には差に
なる)x1は加算回路Ax1においてポテンシヨメー
タPx1により軸の動作基準位置変更信号Δx1が加
えられ公知の制御回路網Sの入力端子に接続さ
れ、同様にして他方のラジアル位置検知器38の
横方向巻線X2およびX′2から生じた出力信号は同
じく代数的に加算され、その合計値X2は加算回
路Ax2においてポテンシヨメータPx2により制御
された軸の動作基準位置変更信号Δx2が加えられ
公知の制御回路網Sの入力端子に接続される。
こゝで注目されるのは前記合成値x1およびx2は軸
11が基準位置で回転している状態ではそれらの
値は理論上x1=x2となり、前記動作基準位置変更
信号の値もΔx1=Δx2という関係をとる。前記x1
およびx2は実際軸11に負荷がかかつた時は当然
夫々異つた値をとるが前記Δx1およびΔx2は最初
に設定した値のまゝである。これらの動作から言
える事は、Δx1およびΔx2の値が最初に軸11を
無負荷で回転している際の芯出し状態に置くため
の値に設定されねばならないという事である。し
かしながらこの芯出し状態即わち基準位置回転状
態は幾何学的中心における回転状態を意味してい
るのでなく力学的中心における回転状態を意味し
ている。即わち、通常これらの中心位置はロータ
のバランスや磁界の強弱に依り互いに異つてお
り、例えば前述した「伝達された信号を選択的に
変更する装置」というのはこのΔx1,Δx2,Δ
y1,Δy2およびΔzを変化させて基準位置を別途
設定するための装置を意味し、第4図においては
加算回路Ax1,Ax2,Ay1,Ay2およびAz並びに
ポテンシヨメータPx1,Px2,Py1,Py2およびPz1
並びにPz2を意味している。この事は更に、力学
的中心位置が相対性を有している事を意味し、ス
ピンドル或いは軸の位置を傾けたり或いは前後に
軸方向に移動したりする事もポテンシヨメータの
調節により容易に行なえる事をも意味している。
In FIG. 4, one radial position detector 3
The output signals resulting from the 6 transverse windings X 1 and An operating reference position change signal Δx 1 is applied and connected to an input terminal of a known control network S, and in a similar manner output signals resulting from the transverse windings X 2 and X' 2 of the other radial position sensor 38. are likewise added algebraically, and the summation value X 2 is added to the operating reference position change signal Δx 2 of the axis controlled by the potentiometer Px 2 in the adder circuit Ax 2 to the input terminal of the known control network S. Connected.
What is noteworthy here is that the composite values x 1 and x 2 are theoretically x 1 = x 2 when the shaft 11 is rotating at the reference position, and the value of the operation reference position change signal is also has the relationship Δx 1 = Δx 2 . Said x 1
When a load is actually applied to the shaft 11, Δx 1 and Δx 2 naturally take different values, but Δx 1 and Δx 2 remain at their initially set values. What can be said from these operations is that the values of Δx 1 and Δx 2 must initially be set to values for centering the shaft 11 when rotating without load. However, this centering state, ie, the reference position rotation state, does not mean a rotation state at the geometric center, but a rotation state at the mechanical center. That is, these center positions usually differ depending on the balance of the rotor and the strength of the magnetic field. For example, the above-mentioned "device for selectively changing the transmitted signal" is based on these Δx 1 , Δx 2 , Δ
It means a device for separately setting a reference position by changing y 1 , Δy 2 and Δz , and in FIG . , Px 2 , Py 1 , Py 2 and Pz 1
It also means Pz 2 . This also means that the mechanical center position is relative, and the position of the spindle or shaft can be tilted or moved axially back and forth by adjusting the potentiometer. It also means something that can be done.

次に公知の回路網S、即わち米国特許第
3787100号明細書に示された制御回路網について
概略的に説明する。
Next, the known network S, namely U.S. Pat.
The control circuit shown in the specification of No. 3787100 will be schematically explained.

加算回路Ax1,Ax2,Ay1,Ay2および2つの差
動増幅器115,116からの3群の出力信号は
夫々3群の回路網Sに入力され、例えばAx1およ
びAx2からの出力信号を受ける回路網について説
明すると、Ax1から出力された信号は二つに分か
れ、一方は直接、加算回路121の一方の入力端
子へ他方はインバータ124によつて位相を反転
された後Ax2から出力された信号が直接入力され
る加算回路125の他方の端子に入力され、加算
回路121の他方の入力端子はAx2からの出力に
直接々続されている。加算回路121の出力は進
相ネツトワーク122の入力側に接続され、該ネ
ツトワークは積分一微分・増幅回路から構成され
ている。更に該ネツトワークの出力は加算回路1
23および選択増幅器101を介してラジアル軸
受16のステータコイル16eの巻線A1或いは
A′1へ出力され、前記ネツトワーク122からの
信号は同時に加算回路128および選択増幅器1
02を介して他方のラジアル軸受23のステータ
コイル23eの巻線A2或いはA′2へ出力されてい
る。更に前記加算回路125からの出力は広帯域
進相回路126に入力され、該広帯域進相回路1
26からの出力は前記回路123および前記選択
増幅器101を介して前記巻線A1或いはA′1へ出
力され、同時に前記加算回路125からの出力は
インバータ127に依り位相を180度変換された
後、前記選択増幅器102を介して前記巻線A2
或いはA′2へ出力される。なお、加算回路123
の一方の入力端は前記広帯域進相回路126の出
力が直接々続され、同時に前記加算回路128の
一方の入力端は前記進相ネツトワーク122の出
力が直接々続されている。
The three groups of output signals from the adder circuits Ax 1 , Ax 2 , Ay 1 , Ay 2 and the two differential amplifiers 115 and 116 are respectively input to the three groups of circuit networks S, and the outputs from Ax 1 and Ax 2 , for example, To explain the circuit network that receives the signal, the signal output from Ax 1 is divided into two, one is directly sent to one input terminal of the adder circuit 121, and the other is inverted in phase by the inverter 124 and then sent to Ax 2. The signal output from Ax 2 is directly input to the other terminal of the adder circuit 125, and the other input terminal of the adder circuit 121 is directly connected to the output from Ax2 . The output of the adder circuit 121 is connected to the input side of a phase advance network 122, which is composed of an integrator-differentiator/amplifier circuit. Furthermore, the output of the network is added to the adder circuit 1.
23 and the selection amplifier 101 to the winding A 1 of the stator coil 16e of the radial bearing 16 or
A'1 , and the signal from the network 122 is simultaneously sent to the adder circuit 128 and the selection amplifier 1.
02 to the winding A 2 or A' 2 of the stator coil 23e of the other radial bearing 23. Further, the output from the adder circuit 125 is input to a wideband phase advancer circuit 126, and the wideband phase advancer circuit 1
The output from 26 is output to the winding A 1 or A' 1 via the circuit 123 and the selection amplifier 101, and at the same time, the output from the adder circuit 125 is converted in phase by 180 degrees by the inverter 127. , the winding A 2 via the selection amplifier 102
Alternatively, it is output to A'2 . Note that the addition circuit 123
One input terminal of the adder circuit 128 is directly connected to the output of the broadband phase advance circuit 126, and at the same time, one input terminal of the adder circuit 128 is directly connected to the output of the phase advance network 122.

各回路の対応関係を念の為以下に列記する。 For convenience, the correspondence between each circuit is listed below.

加算回路121→131、進相ネツトワーク1
22→132、加算回路123→133、インバ
ータ124→134、加算回路125→135、
広帯域進相回路126→136、インバータ12
7→137、加算回路128→138、選択増幅
器101→103、選択増幅器102→104。
Addition circuit 121 → 131, phase advance network 1
22→132, addition circuit 123→133, inverter 124→134, addition circuit 125→135,
Wideband phase advancing circuit 126 → 136, inverter 12
7→137, addition circuit 128→138, selection amplifier 101→103, selection amplifier 102→104.

電磁スラスト軸受28の制御に関しては、あら
かじめ電磁スラスト位置検知器42および53の
各コイルの巻線ZaおよびZbからの出力信号を比
較回路118にて代数的に加算し、スラスト位置
変更信号を得てポテンシヨメータPz1およびPz2
の出力側へフイードバツクし、該ポテンシヨメー
タPz1からの動作基準位置変更信号Δz1に加え前
記コイル巻線Zaからの出力信号を代数的に加
え、その出力を公知の制御回路網Sへ入力する。
なお、この場合かかる回路網の構成はラジアル方
向制御の場合とは異つて、単に前記出力を進相回
路114に入力し選択増幅器105を介して電磁
スラスト軸受のコイル28eの2つの巻線へ選択
的に出力するのみで軸11の軸方向制御が可能と
なる。
Regarding the control of the electromagnetic thrust bearing 28, the output signals from the windings Za and Zb of the respective coils of the electromagnetic thrust position detectors 42 and 53 are algebraically added in advance in the comparator circuit 118 to obtain a thrust position change signal. Potentiometers Pz 1 and Pz 2
and algebraically add the output signal from the coil winding Za to the operation reference position change signal Δz 1 from the potentiometer Pz 1 , and input the output to the known control circuit S. do.
Note that in this case, the configuration of the circuit network is different from that in the case of radial direction control; the output is simply input to the phase advance circuit 114, and then selected to the two windings of the coil 28e of the electromagnetic thrust bearing via the selection amplifier 105. It is possible to control the shaft 11 in the axial direction by simply outputting the signal.

なお上記電磁スラスト軸受の制御方法並びに回
路の詳細は第6図乃至第13図を参照した以下の
説明により一層明らかになるであろう。
The details of the control method and circuit of the electromagnetic thrust bearing will become clearer from the following explanation with reference to FIGS. 6 to 13.

第6図乃至第11図は電磁スラスト軸受28お
よび電磁スラスト位置検知器42,53の軸11
に関する動作中の隙間の変化を示す説明図であ
る。第12図は本発明による研削盤用工具保持ス
ピンドル装置における前記第6図乃至第11図に
示された隙間の位置を示した概略図であり、第1
3図は電磁スラスト軸受の制御回路を示してい
る。
6 to 11 show the shaft 11 of the electromagnetic thrust bearing 28 and the electromagnetic thrust position detectors 42, 53.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a change in the gap during the operation. FIG. 12 is a schematic diagram showing the positions of the gaps shown in FIGS. 6 to 11 in the tool holding spindle device for a grinding machine according to the present invention;
Figure 3 shows the control circuit for the electromagnetic thrust bearing.

第15図において符号11は電磁ラジアル位置
検知器36,38により制御される電磁ラジアル
軸受16,23に依り懸架されている軸を示して
いる。前記軸11を回転させるための電気モータ
37は前記電磁ラジアル軸受16,23の中間位
置に設けられている。電気モータ37がかゝる装
置における最大の熱発生源であり、且つ前記軸1
1の膨張熱源が実質的にはこの電気モータ37で
ある事は充分銘記されねばならない。
In FIG. 15, reference numeral 11 indicates a shaft suspended by electromagnetic radial bearings 16, 23 controlled by electromagnetic radial position detectors 36, 38. An electric motor 37 for rotating the shaft 11 is provided at an intermediate position between the electromagnetic radial bearings 16 and 23. The electric motor 37 is the largest source of heat in such a device and the shaft 1
It must be kept in mind that the source of expansion heat of 1 is essentially this electric motor 37.

符号28は前記軸11に取着けられた円板形ロ
ータ28bおよび励磁コイル28dを備えた界磁
ヨークから成る電磁スラスト軸受を示している。
該電磁スラスト軸受28の後部間隙Eは界磁ヨー
クのラジアル平面Aおよび円板形ロータ28bの
後部ラジアル平面A′とが成す自由空間に依つて
限定されている。
Reference numeral 28 designates an electromagnetic thrust bearing consisting of a disk-shaped rotor 28b attached to the shaft 11 and a field yoke provided with an excitation coil 28d.
The rear clearance E of the electromagnetic thrust bearing 28 is limited by the free space formed by the radial plane A of the field yoke and the rear radial plane A' of the disc-shaped rotor 28b.

電磁スラスト位置検知器42は軸11の前端部
に位置し、ラジアル平面B′を有し、コイル42a
を有する環状リング21の外端面に依つてラジア
ル平面Bが規定されている。ラジアル平面Bおよ
びB′は第1の電磁スラスト位置検知器42の隙間
e1を形成している。
The electromagnetic thrust position detector 42 is located at the front end of the shaft 11, has a radial plane B', and has a coil 42a.
A radial plane B is defined by the outer end surface of the annular ring 21 having a diameter. Radial planes B and B' are the gaps of the first electromagnetic thrust position detector 42
forming e 1 .

前記軸11の後端に配置された電磁スラスト位
置検知器53は平板状導電体53bが該軸端面に
配設されラジアル平面Cを規定しており、外被1
3の蓋は内部端面内にコイル53aを収容してお
り、該端面がラジアル平面Cを形成している。そ
してこれらラジアル平面CおよびC′は第2の電
磁スラスト位置検知器53の隙間e2を形成してい
る。
The electromagnetic thrust position detector 53 disposed at the rear end of the shaft 11 has a flat conductor 53b disposed on the end surface of the shaft to define a radial plane C.
The lid No. 3 accommodates a coil 53a in its inner end surface, and the end surface forms a radial plane C. These radial planes C and C' form a gap e 2 of the second electromagnetic thrust position detector 53.

この第2の電磁スラスト位置検知器53が電磁
スラスト軸受28の極めて近傍に配設されている
事は銘記されねばならない。従つて、隙間e2の変
化は電磁スラスト位置検知器53に依り検知さ
れ、該隙間e2は同時に該軸受28と該検知器との
間の軸の熱膨張がほとんど無視出来る程度である
故に直接前記軸受28の隙間Eに正比例して変化
する。
It must be noted that this second electromagnetic thrust position detector 53 is arranged very close to the electromagnetic thrust bearing 28. Therefore, the change in the gap e 2 is detected by the electromagnetic thrust position detector 53, and the gap e 2 is also directly detected since the thermal expansion of the shaft between the bearing 28 and the detector is almost negligible. It changes in direct proportion to the clearance E of the bearing 28.

前記軸11の前端部近傍に配設された第1の電
磁スラスト位置検知器42は該軸(マンドレル1
4に配設された)上に取着けられた工具のスラス
ト位置の全変化を固定ラジアル平面Bに対しての
値として検知する事が可能である。勿論、このス
ラスト位置変化は電気モータ37に依る熱に起因
する軸11の熱膨張をも包含する。
A first electromagnetic thrust position detector 42 disposed near the front end of the shaft 11 is connected to the shaft (mandrel 1
It is possible to detect all changes in the thrust position of the tool mounted on the tool (located at 4) as a value with respect to a fixed radial plane B. Of course, this thrust position change also includes thermal expansion of the shaft 11 due to heat generated by the electric motor 37.

もし軸のスラスト位置制御が唯一つの電磁スラ
スト位置検知器に依つて行なわれるとすれば現実
の工具の軸上位置を出来る丈正確に検知するため
に、この検知器42は熱源が軸11上のどの位置
にあろうとも該軸の前端に配置されねばならな
い。また逆に第2の電磁スラスト位置検知器53
のみを使用しても軸11の後端軸と外被13に設
けられた蓋の内端面との間の隙間の変化が正確に
工具(砥石早車或いはミーリング工具)の位置変
化と対応しない為不満足な結果となるであろう
し、工作物の精密な加工は行なわれなくなるであ
ろう。
If the thrust position control of the shaft is performed by a single electromagnetic thrust position detector, this detector 42 detects the position of the actual tool on the shaft as precisely as possible. Whatever position it is in, it must be placed at the front end of the shaft. Conversely, the second electromagnetic thrust position detector 53
Even if a chisel is used, the change in the gap between the rear end of the shaft 11 and the inner end surface of the cover provided on the outer sheath 13 does not correspond accurately to the change in the position of the tool (grinding wheel speed wheel or milling tool). The result will be unsatisfactory and the precision machining of the workpiece will not be possible.

電磁スラスト位置検知器42および53の目的
は第6図乃至第11図の説明を検討することに依
つてより一層容易に理解されるであろう。
The purpose of electromagnetic thrust position sensors 42 and 53 will be more readily understood by considering the description of FIGS. 6-11.

第6図は軸11が正常な位置にある場合の各隙
間の位置を示している。この状態において前記各
検知器42および53の隙間e1およびe2はe10およ
びe20のリフアレンス値を有しており、隙間Eは
またE0のリフアレンス値を有している。
FIG. 6 shows the position of each gap when the shaft 11 is in a normal position. In this state, gaps e 1 and e 2 of each of the detectors 42 and 53 have reference values of e 10 and e 20 , and gap E also has a reference value of E 0 .

第7図はモータ37によつて回転される軸11
が全体に亘つて熱膨張をしている状態を示してい
る。また軸11は何ら外的摂動を受けていない状
態である。第7図に示されているように、軸11
の中央部に設けられた電気モータの発熱作用のた
めに該軸に発生する熱膨張作用はスラスト位置検
知器42の隙間e1をある値aだけ増加されるこ
とゝなり、これに対して電磁スラスト軸受28お
よび電磁スラスト位置検知器53の隙間Eおよび
e2はある値aだけ減ぜられる。勿論、電気モータ
37が実質的に前記検知器42および53との中
央部分に位置し該検知器53が該軸受28に極め
て近接した位置に配設されている事が前提条件で
ある。
FIG. 7 shows the shaft 11 rotated by the motor 37.
The figure shows a state in which thermal expansion is occurring throughout. Further, the shaft 11 is not subjected to any external perturbation. As shown in FIG.
The thermal expansion effect generated on the shaft due to the heat generation effect of the electric motor installed in the center of the shaft increases the gap e1 of the thrust position detector 42 by a certain value a. Gap E between thrust bearing 28 and electromagnetic thrust position detector 53 and
e 2 is reduced by a certain value a. Of course, it is a prerequisite that the electric motor 37 is located substantially centrally with the detectors 42 and 53 and that the detector 53 is arranged in close proximity to the bearing 28.

もし前記電磁スラスト軸受28が電磁スラスト
位置検知器53より制御されるとすれば、該検知
器隙間e2の減少を感知して前記軸受28の隙間E
を定常状態の値E0へ向つて軸11と円板形ロー
タ28bを値aだけ前方へ向けて移動させようと
し、その結果該電磁スラスト位置検知器42の円
板形ロータ42b(およびマンドレル14)は更
に左方へ移動し隙間e1はe10+2aの値となりマン
ドレル14をこの値だけ左方へ移動させる結果と
なる。
If the electromagnetic thrust bearing 28 is controlled by the electromagnetic thrust position detector 53, the detector detects a decrease in the gap e2 and increases the gap E of the bearing 28.
to move the shaft 11 and the disk rotor 28b forward by a value a toward the steady state value E 0 , so that the disk rotor 42b of the electromagnetic thrust position sensor 42 (and the mandrel 14 ) moves further to the left, and the gap e 1 becomes the value e 10 +2a, resulting in the mandrel 14 being moved to the left by this value.

これに対して第7図においては電磁スラスト軸
受28は電磁スラスト位置検知器42に依つて制
御されれば該検知器42は値aだけ隙間e1が増加
したのを検知し、該軸受28の隙間Eを値aだけ
軸11を右方(後方)へ移して減じようとし、前
記電磁スラスト位置検知器42の円板形ロータ4
2b(およびマンドレル14)はもとの位置(第
9図)に復帰し、これに対し軸受28の隙間Eは
E0−2aの値となり、電磁スラスト位置検知器5
3の隙間e2はe20−2aの値となる。この場合にお
いて、マンドレル14は軸11の膨張にも拘らず
もとの位置に復帰し、軸受28および電磁スラス
ト位置検知器53の隙間は夫々もとのリフアレン
ス値E0およびe20とは異つた値をとる。
On the other hand, in FIG. 7, when the electromagnetic thrust bearing 28 is controlled by the electromagnetic thrust position detector 42, the detector 42 detects that the gap e1 has increased by the value a, and the An attempt is made to reduce the clearance E by moving the shaft 11 to the right (backward) by a value a, and the disk-shaped rotor 4 of the electromagnetic thrust position detector 42
2b (and the mandrel 14) return to their original positions (Fig. 9), whereas the gap E of the bearing 28
The value becomes E 0 −2a, and the electromagnetic thrust position detector 5
The gap e 2 in No. 3 has a value of e 20 -2a. In this case, the mandrel 14 returns to its original position despite the expansion of the shaft 11, and the gaps between the bearing 28 and the electromagnetic thrust position detector 53 are different from the original reference values E0 and e20, respectively. Takes a value.

第8図は電気モータの発熱により軸11が左・
右に値aだけ膨張し、更に外的摂動により値bだ
け全体的に左方へ移動した状態を示している。こ
の場合において電磁スラスト位置検知器42は
e12=e10+a+bの値を有する隙間となり、軸受
28はE2=E0−a+bの値を有する隙間とな
り、更に電磁スラスト位置検知器53はe22=e20
−a+bの値を有する隙間となる。
Figure 8 shows that the shaft 11 is moved to the left due to the heat generated by the electric motor.
It shows a state in which it has expanded to the right by a value a and has further moved overall to the left by a value b due to external perturbation. In this case, the electromagnetic thrust position detector 42
The gap has a value of e 12 = e 10 + a + b, the bearing 28 has a gap of E 2 = E 0 - a + b, and the electromagnetic thrust position detector 53 has a gap of e 22 = e 20
The gap has a value of −a+b.

もし電磁スラスト軸受28が電磁スラスト位置
検知器42に依つて制御されれば円板形ロータ4
2b(およびマンドレル14)は隙間がe10の値
となるもとの位置に復帰する。軸受28の位置が
電磁スラスト位置検知器42の出力の関数として
修正される時、該軸受28の隙間および該電磁ス
ラスト位置検知器53の隙間はひとたび修正が起
れば第9図に示される如く夫々E3およびe23の値
を有することゝなる。
If the electromagnetic thrust bearing 28 is controlled by the electromagnetic thrust position detector 42, the disc-shaped rotor 4
2b (and mandrel 14) return to their original position with a gap of value e10 . When the position of the bearing 28 is modified as a function of the output of the electromagnetic thrust position detector 42, the clearance of the bearing 28 and the clearance of the electromagnetic thrust position detector 53 will be as shown in FIG. 9 once the modification occurs. They have values of E 3 and e 23 , respectively.

上記したスラスト方向の軸制御は第13図に示
された回路構成により実施される。電磁スラスト
位置検知器42および53の巻線ZaおよびZb、
従つて実際には42aおよび53aから発生する
信号e′1およびe′2は夫々第12図における前記隙
間e1およびe2を発生する電位に対応する。これら
の信号e′1およびe′2はそれぞれ最初に比較回路1
15,116の非反転入力端子へ入力される。該
回路の反転入力端子はそれぞれポテンシヨンメー
タPz1およびPz2からの基準位置信号e′10又はe′20
を入力される。これらの基準位置信号は正常動作
時のスラスト位置検知器42,53の隙間e10
はe20に発生する電位に対応する。前記比較回路
115および116の出力E1およびE2は共に加
算回路117および比較回路118へ入力され
る。該回路117は外的摂動(高周波摂動)に起
因する軸11の移動値bに対応する値E+E/2を 出力し、前記比較回路118は熱膨張による軸1
1の前端部の移動値aに対応する値E−E/2を出 力する。
The axis control in the thrust direction described above is implemented by the circuit configuration shown in FIG. Windings Za and Zb of electromagnetic thrust position detectors 42 and 53,
Therefore, in reality, the signals e' 1 and e' 2 generated from 42a and 53a correspond to the potentials that generate the gaps e 1 and e 2 in FIG. 12, respectively. These signals e′ 1 and e′ 2 are each first connected to comparator circuit 1.
It is input to non-inverting input terminals 15 and 116. The inverting input terminal of the circuit receives the reference position signal e' 10 or e' 20 from the potentiometers P z1 and P z2 , respectively.
is input. These reference position signals correspond to the potential generated in the gap e 10 or e 20 of the thrust position detectors 42, 53 during normal operation. The outputs E 1 and E 2 of the comparison circuits 115 and 116 are both input to an addition circuit 117 and a comparison circuit 118. The circuit 117 outputs a value E 1 +E 2 /2 corresponding to the movement value b of the axis 11 due to external perturbation (high frequency perturbation), and the comparator circuit 118 outputs a value E 1 +E 2 /2 corresponding to the movement value b of the axis 11 due to external perturbation (high frequency perturbation), and the comparison circuit 118
A value E 1 −E 2 /2 corresponding to the movement value a of the front end portion of No. 1 is output.

前記加算回路117の出力は表示回路119へ
入力され、前記比較回路118の出力は演算回路
113へ入力され、該演算回路は軸11の熱膨張
を考慮してポテンシヨメータPz1およびPz2の出
力側に移動値aに対応する修正値をフイードバツ
クするための該値を演算している。
The output of the adder circuit 117 is input to the display circuit 119, and the output of the comparator circuit 118 is input to the arithmetic circuit 113 . A value for feeding back a correction value corresponding to the movement value a to the output side is calculated.

比較回路115の出力E1は進相回路114へ
次いで選択増幅器105へ入力される。(第4図
参照)この事は前述した如く実際の動作中のスピ
ンドル10の前方部における急激な軸方向変化は
電磁スラスト位置検知器42によつて検知され且
つ主としてその出力信号が電磁スラスト軸受28
を制御することになる。比較回路116の出力
E2は例えば限界設定回路120へ入力され限界
値と比較され、更に該回路はアラーム回路121
或いは作動パラメータを再調整するための回路に
接続される。実際にE2は検知器53の隙間e2の変
位量または軸受28の隙間Eの変位量を表わして
いる。これらの変位量E2は第1の電磁スラスト
位置検知器の変位量E1とは異つているので、隙
間e1は拡大され得るが、隙間e2はせばめられる。
(第9図参照)この事は、隙間Eおよびe2は、電
磁スラスト軸受28および電磁スラスト位置検知
器53の回転部分が固定部分に接触するのを避け
るために、前記限界値以下に保たれねばならない
事を意味し、更にE2が上記限界値を超えた時に
アラームが作動されねばならない。
The output E 1 of the comparator circuit 115 is input to the phase advance circuit 114 and then to the selection amplifier 105 . (See FIG. 4) This means that, as mentioned above, a sudden change in the axial direction at the front of the spindle 10 during actual operation is detected by the electromagnetic thrust position detector 42, and the output signal is mainly transmitted to the electromagnetic thrust bearing 28.
will be controlled. Output of comparison circuit 116
E 2 is input to, for example, a limit setting circuit 120 and compared with a limit value, and the circuit is further connected to an alarm circuit 121.
Alternatively, it is connected to a circuit for readjusting operating parameters. Actually, E 2 represents the amount of displacement of the gap e 2 of the detector 53 or the amount of displacement of the gap E of the bearing 28. Since these displacements E 2 are different from the displacement E 1 of the first electromagnetic thrust position sensor, the gap e 1 can be enlarged, but the gap e 2 is narrowed.
(See Figure 9) This means that the gaps E and e2 must be kept below the above-mentioned limit values to avoid the rotating parts of the electromagnetic thrust bearing 28 and the electromagnetic thrust position detector 53 coming into contact with the fixed parts. Furthermore, an alarm must be activated when E 2 exceeds the above-mentioned limit value.

軸11の左右両方向の熱膨張値aを示している
ところの比較回路118の出力は、ラジアル平面
B′とマンドレル14外端との間(l)の軸11の
熱膨張を考慮した修正値a/kは同時に演算回路
113に入力される。現実問題として、もし軸1
1が値aだけ軸の中央部から左右に夫々膨張した
ら、マンドレル14に取付けられた工具の先端か
ら円板形ロータ42bとの間の軸もまた更に左方
へ値a/kだけ更に膨張してしまう。この場合、
値a/kは熱膨張値aの関数であり通常この値は
第1、第2スラスト位置検知器間の軸長Lの膨張
量を基準として算出される。このようにして算出
され且つ熱膨張値を加算した演算回路113から
の出力は前記比較回路115および116の反転
入力端子へフイードバツクされ前記修正値を加味
した熱膨張による軸のスラスト位置変化に対応し
た動作基準位置変更信号Δz1およびΔz2が順次比
較回路115,116へ出力される。この事は第
10図に見られるように、実際の加工に当つては
工具先端を特殊な場合を除いて軸方向に移動させ
てはならない為軸11は更にa/kだけ右へ移動
させねばならない。
The output of the comparator circuit 118, which indicates the thermal expansion value a in both the left and right directions of the shaft 11, is
A correction value a/k taking into account the thermal expansion of the shaft 11 between B' and the outer end of the mandrel 14 (l) is simultaneously input to the arithmetic circuit 113. As a practical matter, if axis 1
1 expands left and right from the center of the shaft by a value a, the shaft between the tip of the tool attached to the mandrel 14 and the disc-shaped rotor 42b also expands further leftward by a value a/k. It ends up. in this case,
The value a/k is a function of the thermal expansion value a, and this value is usually calculated based on the amount of expansion of the axial length L between the first and second thrust position detectors. The output from the arithmetic circuit 113 calculated in this manner and added with the thermal expansion value is fed back to the inverting input terminals of the comparison circuits 115 and 116 to correspond to the change in the thrust position of the shaft due to thermal expansion, taking into account the correction value. Operation reference position change signals Δ z1 and Δ z2 are sequentially output to comparison circuits 115 and 116. As shown in Fig. 10, in actual machining, the tool tip must not be moved in the axial direction except in special cases, so the shaft 11 must be further moved to the right by a/k. No.

第11図および第13図はポテンシヨメータP
z1およびPz2から発生される動作基準位置変更信
号Δz1およびΔz2に加算される合算修正値を出力
するための演算回路113およびその際の各隙間
の状態を夫々示しているが、前記演算回路113
は熱膨張修正以外のパラメータについても入力さ
れ得るものである。即ち前記演算回路113は動
作基準位置を加工目的に合わせて値Tだけ加える
事も可能であり、この値Tは工具の摩耗を補償し
たり軸11を僅かに左方へ移動させたりする作動
値を意味している。勿論、このTの値を短時間に
規則的に変化させる事に依つて微少振動を工具に
伝達する事が可能である。
Figures 11 and 13 are potentiometer P.
The arithmetic circuit 113 for outputting the total correction value to be added to the operation reference position change signals Δ z1 and Δ z2 generated from z1 and P z2 and the state of each gap at that time are shown, respectively. circuit 113
can also be input for parameters other than thermal expansion correction. That is, the arithmetic circuit 113 can add a value T to the operation reference position according to the machining purpose, and this value T is an operation value that compensates for tool wear or moves the shaft 11 slightly to the left. It means. Of course, by regularly changing the value of T in a short period of time, it is possible to transmit minute vibrations to the tool.

以上のことから第1および第2電磁スラスト位
置検知器42および53の機能は明らかにされた
が、より端的に言えば、第1電磁スラスト位置検
知器42は実際の使用に際しての軸11の前方部
の比較的大きな軸方向変位を検知し、他方軸後端
に設けた第2電磁スラスト位置検知器53は軸1
1の熱膨張分を含めた全体の軸方向変化を検知し
ており、両検知値の差が熱膨張値を意味し、この
値を得るために第2電磁スラスト位置検知器53
が必要不可欠となり、結果的に該検知器の機能は
熱膨張分の検知という事となる。
From the above, the functions of the first and second electromagnetic thrust position detectors 42 and 53 have been clarified, but to put it more simply, the first electromagnetic thrust position detector 42 is A second electromagnetic thrust position detector 53 provided at the rear end of the other shaft detects a relatively large axial displacement of the shaft 1.
The entire axial change including the thermal expansion of 1 is detected, and the difference between the two detected values means the thermal expansion value.
becomes indispensable, and as a result, the function of the detector is to detect thermal expansion.

以上の記載から理解されるように、上記の制御
回路網は軸11の如何なる方向への基準位置の設
定をも可能とし、その事によつて極めて多様な研
削作業を達成し得る事も容易に理解されよう。
As can be seen from the above description, the control network described above makes it possible to set the reference position of the shaft 11 in any direction, thereby making it easy to achieve a very wide variety of grinding operations. be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による研削機の工具保持用スピ
ンドルの説明図で第2図の線−に沿つてとら
れた軸方向断面図;第2図は第1図の線−に
沿つてとられた軸方向断面図;第2図は第1図の
線−に沿つてとられた部分説明図;第3図は
第1図の線−に沿つてとられた切断部分説明
図;第4図は電気的制御回路の説明図;第5図は
電気的制御要素の概略的配置を示した。説明図;
第6図乃至第11図は電磁スラスト軸受および第
1、第2電磁スラスト位置検知器の隙間の変化を
示す説明図;第12図は本発明に依る装置の隙間
位置を示すための概略図;第13図は電磁スラス
ト軸受の制御回路図。 図中;符号;10……工具保持用スピンドル、
11……軸、13……外被、13a,13b……
内方当接肩部、14……マンドレル、15……と
いし車、16……電磁ラジアル軸受、16a……
環状ステータ、16b……環状ロータ、16c…
…磁極片、16d……分岐部分、16e……コイ
ル、17……リング、18……環状蓋、19……
スクリユ、20……ローラベアリング、21……
環状リング、22……スクリユ、23……電磁ラ
ジアル軸受、23a……環状ステータ、23b…
…環状ロータ、23e……コイル、24……蓋、
25……スクリユ、26……ローラベアリング、
27……リング、28……電磁スラスト軸受、2
8a……ステータ、28b……円板形ロータ、2
8c……界磁ヨーク、28d……界磁ヨーク、2
9,30……リング、30a……半径方向表面、
32……絶縁リング、33……リング、34……
絶縁リング、35……チユーブ体、35a……円
筒状表面、35b……内方当接肩部、36……電
磁ラジアル位置検知器、36a……ステータ、3
6b……リング、36d……磁極分岐部分、36
e……コイル、37……電気モータ、37a……
誘導子、37b……電機子、37c……銅棒、3
8……電磁ラジアル位置検知器、38a……ステ
ータ、38b……リング、38e……コイル、3
9……ナツト、40,41……ナツト、42……
電磁スラスト位置検知器、42a……コイル、4
2b……円板形ロータ、43……ナツト、44…
…らせん形溝、45……供給オリフイス、46…
…排水オリフイス、47……接続箱、48……通
路、49……保護蓋、50……スクリユ、51…
…オリフイス、52……ブシユ、53……電磁ス
ラスト位置検知器、53a……コイル、53b…
…平板状導電体、53e……コイル、X1,X′1
X2,X′2,Y1,Y′1,Y2Y′2……電磁ラジアル位置
検知器ステータコイル巻線、Za,Zb……電磁ス
ラスト位置検知器コイル巻線、Px1………Pz……
ポテンシヨメータ、A1………B′2……電磁ラジア
ル軸受ステータコイル巻線を夫々示す。
FIG. 1 is an explanatory view of a tool holding spindle of a grinding machine according to the present invention, and is an axial sectional view taken along the line - in FIG. 2; Fig. 2 is a partial explanatory view taken along the line - of Fig. 1; Fig. 3 is a partial explanatory view taken along the line - of Fig. 1; Fig. 4 is an explanatory diagram of the electrical control circuit; FIG. 5 shows the schematic arrangement of the electrical control elements. Explanatory diagram;
6 to 11 are explanatory diagrams showing changes in the gap between the electromagnetic thrust bearing and the first and second electromagnetic thrust position detectors; FIG. 12 is a schematic diagram showing the gap position of the device according to the present invention; FIG. 13 is a control circuit diagram of an electromagnetic thrust bearing. In the figure; code; 10... spindle for tool holding;
11...shaft, 13...outer cover, 13a, 13b...
Inner contact shoulder, 14... mandrel, 15... grinding wheel, 16... electromagnetic radial bearing, 16a...
Annular stator, 16b... Annular rotor, 16c...
...Magnetic pole piece, 16d... Branch part, 16e... Coil, 17... Ring, 18... Annular lid, 19...
Screw, 20...Roller bearing, 21...
Annular ring, 22... Screw, 23... Electromagnetic radial bearing, 23a... Annular stator, 23b...
...Annular rotor, 23e...Coil, 24...Lid,
25... Screw, 26... Roller bearing,
27...Ring, 28...Electromagnetic thrust bearing, 2
8a... Stator, 28b... Disc-shaped rotor, 2
8c...Field yoke, 28d...Field yoke, 2
9, 30...ring, 30a...radial surface,
32... Insulating ring, 33... Ring, 34...
Insulating ring, 35...Tube body, 35a...Cylindrical surface, 35b...Inner abutment shoulder, 36...Electromagnetic radial position detector, 36a...Stator, 3
6b...Ring, 36d...Magnetic pole branch part, 36
e...Coil, 37...Electric motor, 37a...
Inductor, 37b...armature, 37c...copper rod, 3
8... Electromagnetic radial position detector, 38a... Stator, 38b... Ring, 38e... Coil, 3
9...Natsuto, 40, 41...Natsuto, 42...
Electromagnetic thrust position detector, 42a...Coil, 4
2b... Disk-shaped rotor, 43... Nut, 44...
... Helical groove, 45 ... Supply orifice, 46 ...
...Drainage orifice, 47...Connection box, 48...Passage, 49...Protective lid, 50...Screw, 51...
... Orifice, 52 ... Bush, 53 ... Electromagnetic thrust position detector, 53a ... Coil, 53b ...
... Flat conductor, 53e... Coil, X 1 , X' 1 ,
X 2 , X' 2 , Y 1 , Y' 1 , Y 2 Y' 2 ...... Electromagnetic radial position detector stator coil winding, Za, Zb ... Electromagnetic thrust position detector coil winding, Px 1 ...... Pz...
Potentiometer, A 1 . . . B' 2 . . . shows the electromagnetic radial bearing stator coil windings, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) 外被13と、 (b) 大きな径を有する軸11と、 (c) 前記軸11の前方の自由端に連成された前記
軸11より小さな径を有する工具保持用スピン
ドル10と、 (d) 前記軸11の端部領域において、それぞれ励
磁用ステータコイル16e,23eが巻回され
た環状ステータ16a,23aと該軸11に前
記環状ステータに取囲まれて取付けられた環状
ロータ16b,23bとから成る二つの電磁ラ
ジアル軸受16,23と、 (e) それぞれの前記電磁ラジアル軸受16,23
から実質的に等距離の位置に前記外被内に固定
され、且つ前記軸11を取囲んでいる誘導子3
7aを有し、前記軸11の該誘導子37aに対
応する外周部分に電機子37bを配して前記軸
を高速回転駆動するための電機モータ37と、 (f) 前記二つの電磁ラジアル軸受16,23の近
傍において前記軸11の半径方向位置を示す信
号を供給するために互いに異つた二つの半径方
向に向けて夫々配設された二対の強磁性体から
成るステータ36a,38aと前記軸11上に
設けられた円筒状の導電体から成るリング36
b,38bとから構成される電磁型の少なくと
も二つのラジアル位置検知器36,38と、 (g) 前記軸11に取付けられた円板形ロータ28
bと該ロータの周縁部の両側にそれぞれ軸方向
に隔たつて配置されたコイル28eを有する強
磁性体から成る界磁ヨーク28c,28dとか
ら構成される少なくとも1つの電磁スラスト軸
受28と、 (h) 前記軸11の前方部において、該軸に取り付
けられた円板状の導電体から成る円板状ロータ
42bと前記外被13の前方端を覆う環状蓋1
8の外側に取付けられた環状リング21に保持
されたコイル42aとから構成されるスピンド
ル10の前方部の軸方向変位を示す信号を供給
する少なくとも1つの電磁スラスト位置検知器
42と、 (i) 前記電磁ラジアル位置検知器36,38およ
びスラスト位置検知器42並びに前記軸11の
後端部に設けられ該軸後端部の軸方向変位を検
知するための第2の電磁スラスト位置検知器5
3からの信号を受けて前記各電磁ラジアル軸受
および電磁スラスト軸受の励磁電流を制御して
前記軸が常時基準位置をとるようにするための
前記各検知器と前記各軸受のコイル16e,2
3e,28eとの間に設けられた電気的制御回
路と、 (j) 前記検知器36,38,42,53からの各
信号の少なくとも1つに変更を与え加工目的に
応じて軸11の基準位置を変化させるために前
記検知器と前記制御回路との間に夫々接続され
た基準位置変更信号を出力し且つ前記検知器か
らの信号の代数的合計値に加算する回路からな
る検知信号変更回路とから成ることを特徴とす
る研削盤用工具保持スピンドル装置。 2 電磁スラスト軸受28の円板形ロータ28b
が軸11の後部に配設されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項に記載の装置。
[Scope of Claims] 1 (a) a jacket 13; (b) a shaft 11 having a large diameter; and (c) a shaft 11 connected to a front free end of the shaft 11 and having a smaller diameter than the shaft 11. (d) Annular stators 16a and 23a around which excitation stator coils 16e and 23e are wound, respectively, in the end region of the shaft 11; two electromagnetic radial bearings 16, 23 consisting of attached annular rotors 16b, 23b; (e) each of the electromagnetic radial bearings 16, 23;
an inductor 3 fixed within said jacket at a position substantially equidistant from and surrounding said axis 11;
(f) the two electromagnetic radial bearings 16; and (f) the two electromagnetic radial bearings 16. . A ring 36 made of a cylindrical conductor provided on 11
(g) a disk-shaped rotor 28 attached to the shaft 11;
b and field yokes 28c and 28d made of ferromagnetic material having coils 28e arranged axially apart from each other on both sides of the peripheral edge of the rotor; h) At the front part of the shaft 11, a disc-shaped rotor 42b made of a disc-shaped conductor attached to the shaft and an annular lid 1 covering the front end of the jacket 13;
at least one electromagnetic thrust position sensor 42 providing a signal indicative of the axial displacement of the forward part of the spindle 10, consisting of a coil 42a carried in an annular ring 21 mounted on the outside of the spindle 10; (i) The electromagnetic radial position detectors 36, 38, the thrust position detector 42, and a second electromagnetic thrust position detector 5 provided at the rear end of the shaft 11 for detecting axial displacement of the rear end of the shaft.
coils 16e and 2 of each of the detectors and each of the bearings for controlling the excitation current of each of the electromagnetic radial bearings and the electromagnetic thrust bearing in response to signals from 3 so that the shaft always takes the reference position;
3e, 28e; (j) changing at least one of the signals from the detectors 36, 38, 42, 53 to adjust the reference of the axis 11 according to the processing purpose; a sensing signal changing circuit comprising a circuit for outputting and adding to an algebraic summation of the signals from the detector a reference position change signal connected between the detector and the control circuit, respectively, for changing the position; A tool holding spindle device for a grinding machine, comprising: 2 Disc-shaped rotor 28b of electromagnetic thrust bearing 28
2. Device according to claim 1, characterized in that the is arranged at the rear of the shaft (11).
JP11737976A 1975-10-02 1976-10-01 Tool holding spindle device for use in grinding machine Granted JPS5260492A (en)

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