JPS63185553A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、スピンドル装置に関する。

（従来の技術） 従来のドリルや砥石等各種工具を回転させるスピンドル
装置は、これら工具を所定の速度で回転させ、所定の送
り速度で被加工物に対して送るように構成されている。

ここに、前記工具に加わるトルクを検出４るために、前
記スピンドルを回転駆動するモータに電流計が付属され
、該電流計の検出値によってトルク制御するものが考え
られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の如き従来よりのスピンドル装置で
は、工具に加わるトルクや反ノＪが確実に検出されてい
なかったため、送り速度や回転速度を十分高精度に詞ｉ
Ｉｌすることができなかった。

例えば、電流計によるトルク検出では、実際トルクが大
となってのちｆｆｉ流値が大となるのにかなりの時ｆｉ
１ｍれがあるために、電流大部ちトルク大となったこと
を検出し送りｍ度を変化させたとしても、既に工具に異
常なトルクが加わって工具や機械を損耗してしまってい
るという事態が発生Ｊる。

又、例えば、スピンドルを１回転単位で回転・トルクの
制御パターン合せてｖ制御しようとしても、トルクの検
出電流が実際トルクに対し１回転分程度遅れるため、制
御不能となってしまうことになる。

そこで、この発明は、工具に加わるトルク及び被加工物
への反力を高速に検出し、スピンドルの回転速度及び送
り速度を所望のものに制御可能のスピンドル装置を促供
することを目的とする。

［１明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためこの発明では、スピンドルと該
スピンドルによって回転駆動される工具ホルダトとの間
に、前記工具ホルダを介して前記スピンドルに加わる反
力を検出する圧電素子製圧力検出器及び前記工具ホルダ
と前記スピンドルとの間に加わるトルクを検出する圧電
素子製トルク検出器を漏え、前配圧力検出器及び前記ト
ルク検出器の検出値に基いて反力に応じて設定されるト
ルク・回転のＩＩＩ　ＩＩＩパターンが所定のものとな
るように前記スピンドルの送り速度及び回転速度を制御
ＩＶるようにした。

（作用） この発明では、工具ホルダとスピンドルとの間に備えた
圧電素子製の圧力検出器及びトルク検出器によって工具
に加わるトルク及び被加工物からの反力が高速に検出さ
れるので、スピンドルの回転速度及び送り速度を所望の
ものにパターン制御可能となる。

（実施例） 第１図は、この発明の一実施例に係るスピンドル装置を
ｔＩ１１６Ｉｌブロックと共に示す断面説明図である。

図示のように、工具（ドリル）１を保持する工具ホルダ
３は、中間部材５を介してスピンドル７と接続され、こ
れら部Ｉｉ３．５．７は支持外筒９内に回転可能に支持
されている。

ＩｙＩ記ホルダ３と前記中間部材５との接合面には、両
部材３，５０間に生ずるトルク値を検出可能の圧電素子
製トルク検出器１１が介在されている。

又、前記中間部材５と前記スピンドル７との間には、両
部材５．７の軸方向に加わる圧力を検出可能の圧電素子
製圧力検出器１３と、同じく圧電素子製のセラミックア
クチュエータ１５とが直列に組合わされて介在されいて
る。

セラミックアクチュエータ１５の例としては、例えば日
本電装株式会社が開発した「圧電式アクチュエータ」の
例がある。本アクチュエータによれば、Ｑ、５ｍｓの厚
みのＰＺＴ系圧電素子に３００〜４００ボルトの電圧を
印加することにより、５ｓｅｃｔｔ１位の超スピードで
変位２０〜３０μ、力８００　ｋＱを出力することがで
きる。変位量は積層数によって自由に設定できるもので
ある。

前記中間部材５と、スピンドル７との間には、常時は、
稀かの隙間ｄ　（例えば１１ＩＩｌ）が置かれるように
設計されている。

前記スピンドル７の上方には、プーリ１９が設けられ、
該プーリ１９は、モータＭ＋　によりベルト２１を介し
て回転駆動されるようになっている。

又、前記スピンドル７の上端にはねじ２３が設けられ、
該ねじ２３は、モータＭ２により、図示しないナツト部
材を介して図下方に移動され、スピンドル７を送り駆動
するようになっている。

制御装置は、主ｉ、ＩＩ　ｉｌ１部２５を主体として構
成され、該主制御部２５には、各種ＩＩ、１１１１１部
材及び検出部材が接続されている。

トルク検出部２７は、前記トルク検出器１１と適宜スリ
ップリングを介して接続され、トルク検出器１１が検出
した電圧を読み込んで、検出電圧からトルク値を算出す
るものである。

圧力検出部２９は、前記圧力検出器１３と接続され、該
検出Ｆｉ１３が検出した電圧を読み込んで、検出電圧か
らドリル１に加わる反力を算出するものである。

回転数制御部３１は、前記モータＭ＋　と接続され、モ
ータＭ１を駆動することにより、スピンドル７の回転を
制御するものである。

送り速度ｔＩＩ制御部３３は、前記モータＭ２と＠続さ
れ、モータＭ２を回転駆動することにより、スピンドル
の送り速度を制御するものである。

加圧制御部３５は、前記セラミックアクチュエータ１５
と接続され、該アクチュエータ１５に所定の条件下で所
定の電圧を与えることにより、ホルダ３をスピンドル７
に対し、高速に接近・離反動作させるものである。

又、前記主制御部２５に接続される比較部３７には、パ
ターン設定部３９が接続されている。

第２図に示すように、パターン設定部３９には、反力Ｆ
（例えばＦ＋　）に応じて、回転（角度０〜３６０°）
・トルクの制御の基本パターンｐｓが設定されている。

この幕末パターンＰＳは、ドリル１が新しいときの制御
状態の平均値として設定されるものである。

比較部３７は、前記パターン設定部３９に設定されたパ
ターンＰｓと、前記トルク検出部２７及び前記圧力検出
部２９が検出したトルク及び圧力等を比較し、前記回転
数制御部３１．送り速度制御１部３３．加圧制御部３５
等の制御値を適正化するものである。なお、モータＭ＋
及びＭ２の回転数はエンコーダＥ１及びＥ２によって検
出され、検出値は主制御部２５に帰還されている。

上記構成のスピンドル装置において、パターン設定部３
９には、前記したように第２図に実線で示した基本パタ
ーンｐｓが設定されている。

そこで、モータＭ１及びＭ２が通常通り駆動され、ドリ
ル１によって所定の穴明は加工が開始されたとする。

すると、比較部３７は、予め設定された加工力と圧力部
２９で検出する反力Ｆが一致するよう回転速度や送り速
度を制御する。

又、比較部３７は、第２図に示した幕本パターンｐｓと
、破線で示した検出パターンｐｄとの相関を演算し、両
パターンの相関関係が所定値より外れた場合にはドリル
摩耗を確認し、加工の中断処理等を行う。

更に、比較部３７は、第３図位）に示ずように、ドリル
欠損等により、急激なトルクを変化が生じた場合には、
ドリル全体の破断を防止するため、第３図（ｂ）に示す
ように、モータＭ＋　を停止させるまでに、セラミック
アクチュエータ１５にマイナス（−）の縮小電圧を与え
、ドリル１を瞬時に後退させ、第３図（Ｃ）に示すよう
に反力Ｆを増大させないようにする。

上記の制御例では、加工中の送り速度を適正化すること
ができ、又、ドリルの欠損によるドリル全体の破断等の
事故が防止できるが、この他、ドリル１の被加工面から
の抜は際を前記圧力検出器１３で検出し、セラミックア
クチュエータ１５をマイナス（−）方向に動作させつつ
、扱は際ををゆっくりと適正に加工することもできる。

以上のように本例では、ドリル１に加わるトルク及び反
力を容易迅速に検出することができ、ドリル１を高速に
後退υ制御できるので、ドリル１の液加：［面に対する
追従性を極めて良好とすることができ、確実なパターン
制御を行うことができる。

なお、−［記実施例では、工具としてトルクの例を示し
たが、工具はドリル以外の刃物や砥石車等であっても同
様に制御することができるものである。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様でも
実施し得るものである。

［発明の効！＆！］ 以上の通り、この発明によれば、工員に加わるトルク及
び反力を確実に検出できるので、スピンドルの回転速度
及び送り速度を所望のものに制御可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るスピンドル装置をｉ
１１制御装置と共に示す説明図、第２図は制御パターン
の説明図、第３図はＬ記制御装置の作用の説明図である
。 ７・・・スピンドル １１・・・トルク検出器 １３・・・圧力検出器 １５・・・セラミックアクチュエータ Ｐｓ・・・基本パターン Ｐｄ・・・検出パターン 代理人　　弁理士　　三　好　　保　男第１図 ０３６０゜ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スピンドルと該スピンドルによつて回転駆動される工具
   ホルダとの間に、前記工具ホルダを介して前記スピンド
   ルに加わる反力を検出する圧電素子製圧力検出器及び前
   記工具ホルダと前記スピンドルとの間に加わるトルクを
   検出する圧電素子製トルク検出器を備え、前記圧力検出
   器及び前記トルク検出器の検出値に基いて反力に応じて
   設定されるトルク・回転の制御パターンが所定のものと
   なるように前記スピンドルの送り速度及び回転速度を制
   御することを特徴とするスピンドル装置。