JP3874400B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の主軸装置、例えば研削盤の砥石主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示す従来の技術における研削盤の砥石台において、砥石軸１は、軸線方向で前後２箇所の流体軸受２，２を介して回転自在に支承されている。砥石軸１の先端には砥石車３が、後端にはプーリ４及びエンコーダ５が夫々取り付けられており、モータ６のモータ軸に取り付けられたプーリ７と砥石軸１のプーリ４とには無端ベルト８が巻掛られている。
モータ９により駆動されるポンプ１０の吐出口と各流体軸受２とは、固定圧力制御弁１５が介在する管路・通路１１により接続されている。
【０００３】
研削盤において、モータ６によりベルト伝動機構を介して回転駆動される砥石軸１、即ち砥石車３により工作物（図示しない）が研削加工される際に、研削抵抗により砥石軸１への負荷は、モータ９により駆動されるポンプ１０から圧力流体が固定圧力制御弁１５を介し管路・通路１１で供給される流体軸受２，２により支持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流体軸受２の負荷容量Ｃは、流体軸受２に供給される流体圧力Ｐと砥石軸１の回転速度Ｎとにより定まる。即ち、流体圧力Ｐ一定の下では、砥石軸の回転速度Ｎと流体軸受２の負荷容量Ｃとは一致して増減するので、研削加工において、工作物・研削条件等で砥石軸１の回転速度Ｎが低下されると、流体軸受２の負荷容量Ｃも低下し、即ち剛性が低下して、その結果、加工精度が低下する（図５参照）。従って、一つ研削盤においては、剛性の低下、即ち加工精度の低下を回避するために、砥石軸の回転速度の変化範囲、即ち工作物・研削条件等の範囲が制限される。
【０００５】
この発明は、工作機械での加工において、工作物・加工条件等で主軸の回転速度の変化に拘らず、流体軸受の負荷容量を所要値に維持し、剛性、即ち加工精度の低下を抑止し、広い範囲での工作物・加工条件等の加工を可能としようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の主軸装置は、流体軸受を介して回転自在に支承され、動力源で回転駆動される工作機械の主軸、動力源で駆動されるポンプから流体軸受へ供給される圧力流体の圧力を制御する可変圧力制御弁、主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段、及び流体軸受の負荷容量の設定値のもとでの回転速度と流体圧力との関係が設定されており、流体軸受の負荷容量が設定値に維持されるように、回転速度検出手段からの回転速度検出信号に基づいて可変圧力制御弁を調整する制御器から構成されている。
【０００７】
更には、主軸に対する負荷を検出する負荷検出手段、例えば流体軸受における主軸の半径方向変位を検出する変位計又は主軸の駆動手段の動力負荷を検出する手段も備えられ、制御器は、負荷検出手段の負荷検出信号に基づいて負荷容量の設定値を制御し、その流体軸受の負荷容量の設定値のもとでの回転速度と流体圧力との関係が設定されており、流体軸受の負荷容量が所定値に維持されるように、回転速度検出手段からの回転速度検出信号及び負荷検出手段からの負荷検出信号に基づいて可変圧力制御弁を調整するようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態においては、工作機械の主軸装置として研削盤の砥石主軸装置を例示し、それを図面に従って説明する。
図１に示すこの発明の実施の第１形態においては、研削盤の砥石台における砥石軸１は、軸線方向で前後２箇所の流体軸受２，２を介して回転自在に支承されている。砥石軸１の先端には砥石車３が、後端にはプーリ４及びエンコーダ５が夫々取り付けられており、モータ６のモータ軸に取り付けられたプーリ７と砥石軸１のプーリ４とには無端ベルト８が巻掛られている。
【０００９】
モータ９により駆動されるポンプ１０の吐出口と各流体軸受２とは、管路・通路１１により接続され、管路１１中には、制御器１２に接続されて制御器１２からの制御信号に基づいて制御される可変圧力制御弁１３が介在しており、制御器１２は、砥石軸１に設けられたエンコーダ５に接続され、エンコーダ５からの砥石軸回転速度検出信号に基づいて可変圧力制御弁１３を調整するようになっている。
【００１０】
そして、流体軸受２の負荷容量Ｃは、流体軸受２に供給される流体圧力Ｐと砥石軸１の回転速度Ｎとにより定まるので、制御器１２には、流体軸受２の負荷容量Ｃの所定値のもとでの回転速度Ｎと流体圧力Ｐとの関係が設定されている。即ち、制御器１２は、所望に設定した流体軸受２の負荷容量Ｃを一定に維持するように、砥石軸１の回転速度Ｎに対応して流体軸受２に供給される流体圧力Ｐを制御するようになっている。
【００１１】
砥石軸１の回転速度Ｎの検出手段としては、砥石軸１のエンコーダ５の代りに、砥石軸１のモータ６の出力値又は数値制御研削盤における砥石軸１の回転速度データに基づく検出手段を用いてもよい。
研削盤において、モータ６によりベルト伝動機構を介して回転駆動される砥石軸１、即ち砥石車３により工作物（図示しない）が研削加工される際に、研削抵抗により砥石軸１への負荷は、流体軸受２により支持される。
【００１２】
ここで、図３に基づき流体軸受２について説明する。
流体軸受２の軸受部材２１は、図３に示すように、砥石軸１（図示しない）の外周面を回転自在に支持する円筒形のインナースリーブ２２が円筒形の軸受ケーシング２３の内周面に、例えば圧入、焼嵌め等により嵌着一体化されて構成されている。
【００１３】
軸受面となるインナースリーブ２２の内周面には静圧ポケット２４が適宜数円周方向に等間隔配列で形成されている。図３に示す例では、静圧ポケットは四辺形の形をしているが、この発明では特に形を限定しない。そして、インナースリーブ２２の内周面において、静圧ポケット２４以外の区域は、ランド２５となる。
【００１４】
図３に示すように、インナースリーブ２２の外周面には、両側端部を残して全周に亘る円周方向の凹溝が形成され、インナースリーブ２２が軸受ケーシング２３に嵌着された状態では、凹溝は、軸受ケーシング２３の内周面と共に、給油円周通路２６を形成する。この給油円周通路２６には、図１で示すように管路・通路１１が接続されており、給油円周通路２６は給油孔２７を介して静圧ポケット２４の中央部に連通している。
【００１５】
ポンプ１０から吐出された流体は、管路・通路１１、給油円周通路２６及び給油孔２７を介して静圧ポケット２４に供給される。静圧ポケット２４へ供給された流体は、隣接するランド２５と図示しない砥石軸１との間隙に導入され、この間隙から漏れ出た流体は油槽へ排出される。
かくして、流体軸受２は、静圧ポケット２４において静圧流体軸受として機能すると共に、ランド２５と砥石軸１の外周面との間隙に存在する流体には砥石軸１の回転における楔作用により動圧が発生して、流体軸受２の動圧効果も加わる。
【００１６】
流体軸受２の負荷容量Ｃは、このとき発生する動圧に応じて変化する。即ち、静圧ポケット２４に供給される流体圧力Ｐが一定であれば、砥石軸１の回転速度が速いほど、砥石軸１の回転における楔作用が高まるため、ランド２５と砥石軸１の外周面との間隙に発生する動圧が高まり、流体軸受２の負荷容量Ｃが大きくなるのである。
【００１７】
流体軸受２の負荷容量Ｃは、流体軸受２に供給される流体圧力Ｐと砥石軸１の回転速度Ｎとにより定まる。即ち、流体圧力Ｐ一定の下では、回転速度Ｎと負荷容量Ｃとは一致して増減するので、工作物・研削条件等で砥石軸１の回転速度Ｎが変更された場合、その変更した回転速度Ｎは検出手段（エンコーダ５等）で検出され、その検出信号が制御器１２に入力される。
【００１８】
すると、制御器１２においては、予め設定されている一定負荷容量Ｃのもとでの回転速度Ｎと流体圧力Ｐとの関係に基づいて、エンコーダ５等の検出手段から入力された砥石軸回転速度Ｎに対応した流体圧力Ｐになるように可変圧力制御弁１３に対し制御信号を入力するので、可変圧力制御弁１３はそれにより調整される。
【００１９】
かくして、モータ９により駆動されるポンプ１０から管路・通路１１を介して各流体軸受２に供給される流体の流体圧力Ｐは、調整された可変圧力制御弁１３により増減調整され、砥石軸１の回転速度Ｎが変化しても、流体軸受２の負荷容量Ｃは、設定された所定値に維持される（図５参照）。
従って、研削加工において、砥石軸１の負荷容量変化による加工精度の低下を防止することができる。
【００２０】
図２に示す別の実施の形態は、図１に示す実施の形態の主軸装置において、更に砥石車３、即ち砥石軸１に対する負荷を検出する負荷検出手段が設けられ、負荷検出手段は、負荷検出信号を制御器１２に入力するように、回転速度信号を入力するエンコーダ５と並列して接続されている。
【００２１】
砥石車３、即ち砥石軸１に対する負荷を検出する負荷検出手段としては、例えば、砥石軸１に対する負荷が流体軸受２における砥石軸１の半径方向の位置に対応することに注目して、流体軸受２における砥石軸１の半径方向の位置を検出する変位計１４が流体軸受２の部位に設けられている。
変位計１４は、例えば渦電流式変位計等の非接触検知のものである。
【００２２】
そして、制御器１２は、砥石軸１の回転速度Ｎと砥石軸１の負荷とに対応して流体軸受２に供給される流体圧力Ｐを制御するように可変圧力制御弁１３を調整するようになっている。即ち、制御器１２においては、位置検出信号が中立位置に維持するのに必要な最低増圧傾向に流体圧力Ｐの設定値が調整されるようになっている。
【００２３】
砥石車３、即ち砥石軸１に対する負荷を砥石軸１のモータ６の動力負荷として扱い、砥石軸１に対する負荷を検出する手段として、変位計１４の代りに、砥石軸１のモータ６の動力負荷を検出する手段（例えばモータ６の負荷電流を検出する電流センサ）を用いてもよい。
【００２４】
砥石車３の同一回転のもとにおいても、加工条件により砥石車３、即ち砥石軸１への負荷が異なるので、先の実施の形態においては、加工条件範囲において、流体軸受２の十分な負荷容量Ｃが設定されている。又加工条件の変更に応じて負荷容量Ｃを変更設定しなければならない。
【００２５】
しかし、負荷容量Ｃの一つの設定のもとで、加工中の負荷の減少においては、無駄な流体圧力が流体軸受２に供給されることになるが、図２に示す実施の形態においては、負荷検出手段（変位計１４等）からの負荷に応じた検出信号が制御器１２に入力されるので、検出位置が中立位置、又は動力負荷が所定値に維持されるのに必要な最低増圧傾向に流体圧力Ｐの設定値が調整されるので、無駄な流体圧力を供給することはなくなり、ポンプ１０を駆動するモータ９の消費電力は節減される。
【００２６】
【発明の効果】
この発明の主軸装置においては、流体軸受に供給される流体の流体圧力は、制御器により調整される可変圧力制御弁により増減調整され、主軸の回転速度が変化しても、流体軸受の負荷容量は、制御器に設定された所定値に維持される（図５参照）。
従って、主軸の負荷容量変化による加工誤差等の問題は発生せず、更には、広い範囲での工作物・加工条件等の加工を可能としようとするものである。
【００２７】
更に、負荷容量の一つの設定値のもとで、加工中の負荷の減少においては、無駄な流体圧力が流体軸受に供給されることになるが、負荷検出手段での検出負荷に基づく所定値に維持されるのに必要な最低増圧傾向に流体圧力の設定値が調整されるので、無駄な流体圧力の供給、即ち動力は節減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における研削盤の主軸装置の構成図である。
【図２】この発明の別の実施の形態における研削盤の主軸装置の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態における研削盤の主軸装置のラジアルの軸装置の断面斜視図である。
【図４】従来の技術における研削盤の主軸装置の構成図である。
【図５】研削盤の主軸装置の流体軸受の流体圧力・負荷容量と砥石軸の回転速度との関係グラフである。
【符号の説明】
１ 砥石軸
２ 流体軸受
３ 砥石車
４ プーリ
５ エンコーダ
６ モータ
７ プーリ
８ 無端ベルト
９ モータ
１０ ポンプ
１１ 管路・通路
１２ 制御器
１３ 可変圧力制御弁
１４ 変位計

Claims (4)

1. 流体軸受を介して回転自在に支承され、動力源で回転駆動される主軸、
   動力源で駆動されるポンプから流体軸受へ供給される圧力流体の圧力を制御する可変圧力制御弁、
   主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段、
   及び流体軸受の負荷容量が設定されると共に該負荷容量設定値のもとでの回転速度と流体圧力との関係が設定されており、前記設定された回転速度と流体圧力との関係と前記回転速度検出手段からの回転速度検出信号とに基づいて流体軸受の負荷容量が前記負荷容量設定値に維持されるように、可変圧力制御弁を調整する制御器
   から構成されている工作機械の主軸装置。
2. 流体軸受を介して回転自在に支承され、動力源で回転駆動される主軸、
   動力源で駆動されるポンプから流体軸受へ供給される圧力流体の圧力を制御する可変圧力制御弁、
   主軸の回転速度を検出する回転速度検出手段、
   主軸に対する負荷を検出する負荷検出手段、
   及び流体軸受の負荷容量が設定されると共に負荷検出手段の負荷検出信号に基づいて負荷容量設定値を制御し、制御される流体軸受の負荷容量設定値のもとでの回転速度と流体圧力との関係が設定されており、負荷検出信号に基づいて制御設定された流体軸受の負荷容量設定値のもとでの回転速度と流体圧力との関係と前記回転速度検出手段からの回転速度検出信号とに基づいて流体軸受の負荷容量が前記負荷容量設定値に維持されるように、可変圧力制御弁を調整する制御器
   から構成されている工作機械の主軸装置。
3. 負荷検出手段が流体軸受における主軸の半径方向変位を検出する変位計である請求項２に記載の工作機械の主軸装置。
4. 負荷検出手段が主軸の駆動手段の動力負荷を検出する手段である請求項２に記載の工作機械の主軸装置。

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