JPH06262485A

JPH06262485A - 主軸装置

Info

Publication number: JPH06262485A
Application number: JP4492093A
Authority: JP
Inventors: Masaki Okajima; 正樹岡島
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】軸受の予圧を変える機構を備えた主軸装置に
おいて、予圧の変更に伴う主軸位置の変動による加工精
度への悪影響を解消することのできる主軸装置を提供す
る。【構成】主軸の位置が移動制御されるとともに、主軸
を支持する軸受の予圧が変更される主軸装置において、
予圧の変更に伴う主軸位置の変動を補正する主軸位置補
正手段１、５を備えることにより、予圧の変更で主軸位
置が変動しても、主軸装置を備えた工作機械などにおけ
る加工精度が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主軸装置に関し、詳し
くは、各種工作機械などに備えられ、主軸を回転駆動さ
せるとともに、主軸を支持する軸受の予圧が変更される
主軸装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械などの主軸装置におい
て、主軸を、予圧をかける軸受、たとえばアンギュラ玉
軸受などで支持することが行われている。予圧型の軸受
は、主軸の回転精度や剛性を高めるのに有効である、と
されている。

【０００３】このような予圧型の軸受に加えておく予圧
の適正値は、主軸の回転数によって違ってくる。一般に
は、主軸の回転が低速域では、大きな予圧を加えて、主
軸の剛性あるいは回転精度を高めることができる。しか
し、主軸の回転数が高速域では、大きな予圧を加えてお
くと、軸受の発熱や遠心力の影響により内部予圧荷重が
増大するため、焼付きなどの問題を生じる。

【０００４】そこで、主軸装置に、主軸の回転数に合わ
せて、軸受の予圧を変える機構を備えておくことが提案
されている。例えば、特開昭６２−１２４８０５号公
報、特開平２−２７９２０３号公報などに開示された技
術がある。

【０００５】これらの先行技術では、主軸の回転数をセ
ンサなどで検出して、その回転数に応じて適切な予圧が
軸受に与えられるように、油圧機構などを駆動させて、
軸受に加える予圧の大きさを変更している。実用的に
は、主軸の回転数を、低速、中速、高速などの複数段階
に分け、それぞれの段階に合わせて、高予圧、中予圧、
低予圧などの複数段階に、予圧を切り換えるようにして
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな軸受の予圧を変える機構を組み込んだ主軸装置で
は、主軸の回転数が変わって予圧が適切に変化すると、
主軸の位置が軸方向に変動してしまい、たとえば、被加
工物に対する主軸すなわち加工工具の相対的な位置が変
わってしまって、加工精度が低下するという問題があっ
た。

【０００７】すなわち、軸受に予圧をかけると、軸受が
弾性的に変形して軸方向に移動することになる。軸受に
固定されている主軸も、軸受の変形移動に伴って軸方向
に移動し、主軸の端面などに取り付けられた加工工具な
どの位置も動くことになるのである。予圧の大きさによ
って、軸受すなわち主軸の移動量も変わるので、予圧を
変える毎に、主軸の位置が変動することになる。予圧の
変更に伴う軸受の変形すなわち主軸の移動量は微小な量
ではあるが、高精度な加工を行う際には、この程度の微
小な主軸位置の移動でも、加工精度に大きな影響を与え
ることになる。

【０００８】本発明は、このような従来の主軸装置の課
題を考慮し、上述したような軸受の予圧を変える機構を
備えた主軸装置において、予圧の変更に伴う主軸位置の
変動による加工精度への悪影響を解消することのできる
主軸装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる主軸装置
は、主軸を支持する軸受の予圧が変更される主軸装置に
おいて、予圧の変更に伴う主軸位置の変動を補正する主
軸位置補正手段を備えている。

【００１０】

【作用】本発明では、主軸装置に備えられ、予圧の変更
に伴う主軸位置の変動を補正する主軸位置補正手段が、
工作機械すなわち主軸装置の作動中に、主軸回転数の変
更および予圧の変更があり、主軸の位置が変動したとし
ても、この主軸位置の変動を補正することができる。そ
の結果、予圧の変更に伴う主軸位置の変動の影響を吸収
して、正確な加工が行える。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】本発明の主軸装置の基本的な構造は、従
来、各種の工作機械などに採用されていた主軸装置と同
様の構造が用いられる。具体的には、主軸装置には、加
工工具などを取り付ける主軸と、この主軸を回転駆動す
るモータなどの駆動源、駆動源と主軸の間に介在する変
速機構やブレーキ機構、主軸の回転数を検出するセンサ
機構などを備えている。また、主軸の位置を、前後左右
あるいは上下方向に移動させるための移動機構を備えて
いる。主軸装置は、工作機械などに組み込まれて使用さ
れるので、主軸装置と工作機械の他の装置部分との関連
構造も備えられている。

【００１３】主軸は、複数の軸受で支持された状態で回
転駆動される。軸受として、前記したアンギュラ玉軸受
のように、予圧をかけた状態で用いる構造の軸受を使用
する。そして、軸受に加える予圧を、油圧機構などで、
連続的あるいは段階的に変更できるようにしておく。こ
のような予圧可変型軸受の具体的構造は、前記した先行
技術に開示されている構造など、従来の装置と同様のも
のが使用できる。

【００１４】主軸装置には、上記したような主軸の作
動、軸受の予圧機構の作動などを管理制御するため、中
央演算処理装置や記憶装置、入出力装置などからなる制
御装置を備えている。この制御装置で、主軸の回転およ
び移動、軸受の予圧などを集中的に管理制御する。制御
装置は、主軸装置だけでなく、工作機械の他の構造部分
などをも総合的に管理制御できるようにしておいてもよ
い。

【００１５】予圧の変更に伴う主軸位置の変動を補正す
る主軸位置補正手段は、主軸の位置制御を前記した制御
装置などで行う際に、主軸の位置データを補正すること
ができれば、補正手段の具体的構造や補正の方法は任意
の構成が採用できる。補正手段は、予圧の変更あるいは
現在の予圧状態を知る手段、予圧状態に対応する主軸位
置の補正データを得る手段、それにもとづいて主軸位置
を補正する手段などで構成される。具体的には、予圧検
知のセンサを特に用いなくても、回転数を検知するセン
サによって、予圧値の変化を指示し、その指示で予圧変
化を認識することを利用すれば予圧状態を知ることがで
き、補正データの計算は、前記した制御装置などのコン
ピュータで演算処理し、制御装置の指令にもとづいて主
軸を移動させればよい。したがって、従来の主軸装置あ
るいは工作機械に対して、特別な付加装置を取り付けた
り、構造を変更したりしなくても、制御装置におけるプ
ログラムを変更あるいは追加することによって、予圧の
変更に対処するための主軸位置補正手段を構成すること
ができる。

【００１６】予圧の変更にともなう主軸位置の変動の補
正データすなわち予圧補正データは、予め、各予圧状態
において、主軸位置の変位量を測定し、この測定値から
予圧補正データを求めておけばよい。予圧補正データと
して、基準となる予圧状態と、それぞれの予圧状態との
主軸位置の差の値を用いることができる。基準となる予
圧状態として、主軸の回転数が０の初期状態、すなわち
最も予圧が大きい状態を採用することができる。この場
合は、最大予圧状態と、それよりも予圧が少ない各予圧
状態との主軸位置の差を予圧補正データとすればよい。

【００１７】上記のようにして得られた予圧補正データ
は、書換え可能な不揮発メモリなどに格納しておけば、
必要な時点で、予圧補正データを取り出すことができ、
予圧補正データの変更も容易である。

【００１８】予圧補正データにより補正する主軸の位置
データとして、ワーク座標系共通補正データを用いれ
ば、主軸位置の補正が容易である。ワーク座標系補正デ
ータとは、工作機械などに設置された被加工物すなわち
ワークの位置すなわちワーク座標系を、主軸装置あるい
は工作機械の固定的な機械座標系に換算するための補正
データである。ワーク座標系は、加工図面の適当な位置
を原点にして設定されているので、ワークの位置に対応
して、機械座標系におけるワーク座標系の原点位置を決
めれば、ワークを加工する際の主軸位置の移動制御が簡
単に行えるのである。特に、複数のワークを同時に設置
したときに、それぞれのワークのワーク座標系を同時に
変更するための補正データを、ワーク座標系共通補正デ
ータと呼ぶ。このようなワーク座標系共通補正データ
を、前記基準となる最大予圧状態での主軸位置に対し
て、前記予圧補正データで補正しておけば、その後の処
理および主軸の移動制御は、予圧の問題を全く考えず、
従来と同様に行うことができる。

【００１９】以下、更に詳しい具体例を図面に基づき説
明する。

【００２０】図３は、本発明の一実施例にかかる主軸装
置の主要部分の概略構造を詳細に示している。主軸１０
０が、軸受１２０を介して主軸支持筒１１０に支持され
ている。主軸１００の先端面１０１側には、加工工具な
どが取り付けられる。主軸１００の後端側は、モータな
どの回転駆動機構に連結されている。軸受１２０は、ア
ンギュラ玉軸受が使用されており、軸受１２０の側方に
設けられた油圧室１３０及び１３１に油圧を導入するこ
とにより、軸受１２０の外輪側を軸方向に加圧して、軸
受１２０に予圧をかけることができるようになってい
る。軸受１２０に予圧がかけられると、軸受１２０は軸
方向に弾性的に変形し、軸受１２０の内輪が固定されて
いる主軸１００も、軸方向に変位することになる。この
装置では、予圧を、最も強い段階、中ぐらいの段階、最
も少ない段階の３段階に切り換えられるようになってい
る（特開平２ー２７９２０３号公報参照）。

【００２１】上記のような主軸装置では、主軸１００が
０〜１３０００rpmの範囲で回転するとともに、０〜２
４９９rpmを低速回転、２５００〜７９９９rpm を中速
回転、８０００〜１３０００rpmを高速回転とし、低速
回転時には軸受１２０に重予圧がかけられ、中速回転時
には中予圧、高速回転時には軽予圧がかけられるように
なっている。

【００２２】図３の破線に示すように、軸受１２０に強
い予圧がかけられたとき、すなわち重予圧時と、中予圧
時および軽予圧時では、それぞれ主軸１００の先端面１
０１の位置が違ってくる。すなわち、重予圧時と中予圧
時における先端面１０１の位置の差５ｃ、重予圧時と軽
予圧時における先端面１０１の位置の差５ｄが生じてい
る。

【００２３】図１は、上記のような構造の主軸装置に備
えられた制御装置の構造をブロック図で示している。

【００２４】プロセッサ１は、ＲＯＭ３に格納されたシ
ステムプログラムに従って装置全体を制御するものであ
る。ＣＲＴ２ａ付きキーボード２から、入出力装置（イ
ンターフェース）２ｂを介して、プロセッサ１に種々の
データが入力される。ＣＲＴ２ａは、プロセッサ１の指
示にしたがって種々のデータを表示する。ＲＡＭ４に
は、演算途中の各種データや入出力信号等が格納され
る。

【００２５】不揮発性メモリ５には、電源切断後も保持
すべきＮＣプログラム、各種パラメータおよび各種補正
量データなどが格納されている。この格納データの中
に、Ｚ軸方向において、機械座標系に対する各ワーク原
点を共通に補正するワーク座標系共通のＺ軸データ５ａ
がある。また、ワーク座標系共通のＺ軸データ５ａの重
予圧時の値を記憶する重予圧時の座標値データ５ｂ、重
予圧時と中予圧時との主軸位置の変動を記憶する中予圧
時の補正量データ５ｃ、重予圧時と軽予圧時との主軸位
置の変動を記憶する軽予圧時の補正量データ５ｄが格納
されている。これらの格納データは、予め実験によって
経験的に得られたものであって、キーボード２からの入
力によって予め設定されている。また、その後、自由に
データの変更が可能である。

【００２６】軸制御回路６は、プロセッサ１から軸の移
動指令を受けて、軸を移動させる指令をサーボアンプ７
に出力する。サーボアンプ７は、この移動指令を受け
て、工作機械９のサーボモータを駆動する。ＰＭＣ８
は、ＮＣプログラムの実行時に、プロセッサ１よりＴ機
能指令（工具選択指令）やＭ機能指令（補助機能指令）
等を受け取り、これを処理して、動作指令をプロセッサ
１あるいは工作機械９に出力し、工作機械９を制御す
る。また、工作機械９から状態信号を受けて、プロセッ
サ１に必要な信号を転送する。なお、以上に説明した各
構成要素は、バスライン１０により、互いに結合されて
いる。

【００２７】図２は、上記のような構造を備えた主軸装
置における主軸位置の補正処理を、フロチャートで示し
ている。

【００２８】ステップＳ２は、主軸回転数の変化により
予圧が切り替わったかどうかを判断するステップであ
る。その予圧の切り替わりは、従来の公知の技術で検出
される。ステップＳ１は、主軸補正の処理を実行するス
テップであり、予圧が切り替わることにより、主軸位置
の変動する量を補正した値が、ワーク座標系共通のＺ軸
データ５ａに入力される。ステップＳ３は、オペレータ
によりワーク座標系共通のＺ軸データ５ａが変更された
かどうかを判断するステップである。ステップＳ４は、
ワーク座標系共通のＺ軸データ５ａがオペレータにより
変更された場合、そのときの予圧状態によって、重予圧
時の座標値データ５ｂを変更するステップである。

【００２９】そこで、電源投入時には、回転数が０であ
るから、重予圧がかかっており、重予圧時の座標値デー
タ５ｂをワーク座標系共通のＺ軸データ５ａに入力する
（ステップＳ１）。その後、原則として前記ステップＳ
２、Ｓ３の判断処理を繰り返す。

【００３０】回転数の変化により、予圧が切り替わった
と判断する（ステップＳ２）と、そのとき重予圧になっ
たならば、重予圧時の座標値データ５ｂをそのままワー
ク座標系共通のＺ軸データ５ａに入力する。そのとき重
予圧以外の予圧状態になったならば、重予圧時の座標値
データ５ｂに、その予圧状態における補正量データ、た
とえば中予圧時の補正量データ５ｃ、あるいは、軽予圧
時の補正量データ５ｄを加算した値を、ワーク座標系共
通のＺ軸データ５ａに入力する（ステップＳ１）。

【００３１】また、キーボード２からの手動入力によ
り、あるいはＮＣプログラムとして不揮発性メモリ５に
格納されたものを実行することにより、ワーク座標系共
通のＺ軸データを変更したと判断した（ステップＳ３）
場合、そのとき重予圧であれば、ワーク座標系共通のＺ
軸データ５ａをそのまま重予圧時の座標値データ５ｂに
入力する。そのとき重予圧以外の予圧状態であれば、ワ
ーク座標系共通のＺ軸データ５ａから、その予圧状態に
おける補正量データ、たとえば中予圧時の補正量データ
５ｃ、あるいは、軽予圧時の補正量データ５ｄを差し引
いた値を、重予圧時の座標データ５ｂに入力する（ステ
ップＳ４）。

【００３２】ステップＳ１、Ｓ４の処理後は、前記ステ
ップＳ２、Ｓ３の判断処理を繰り返す。

【００３３】（表１）には、上記のような補正処理を実
施した具体例について、各格納データの変化を表してい
る。

【００３４】

【表１】

【００３５】上記のように、予圧状態の変化があると、
ワーク座標系共通のＺ軸データ５ａが、自動的にそのと
きの予圧に対応する主軸位置の補正を含んだ値に変更さ
れる。また、オペレータが主軸位置の補正操作を行う
と、基準の予圧状態である重予圧時の座標値データ５ｂ
が自動的に変更されるので、オペレータによる補正操作
が行われても、予圧状態の変化に伴う補正は、常に適切
に行われることになる。

【００３６】なお、本発明の主軸位置補正手段は、上記
実施例では、プロセッサ１、不揮発性メモリ５等の手段
で、ソフトウェア的に実現されたが、これに限らず、予
圧の変更を受けて、主軸位置の変動を補正する機能を備
えた専用ハード手段でももちろん良い。

【００３７】また、本発明の補正は、上記実施例のよう
な、重予圧、中予圧、軽予圧というような粗い補正でな
く、連続的な補正でももちろん良い。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
この発明にかかる主軸装置は、予圧の変更に伴う主軸位
置の変動を補正する主軸位置補正手段を備えているの
で、予圧の変更により主軸自体の位置が変動しても、そ
の変動量を補正して、主軸の位置を常に正確に制御する
ことができ、主軸に取り付けられた工具による加工など
を、高い精度で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を表すブロック図である。

【図２】同実施例のフローチャート図である。

【図３】主軸装置の主要部分を表す概略構造断面図であ
る。

【符号の説明】

１プロセッサ５不揮発性メモリ５ａ共通のＺ軸データ５ｂ重予圧データ５ｃ中予圧データ５ｄ軽予圧データ９工作機械（主軸）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸を支持する軸受の予圧が変更される
主軸装置において、予圧の変更に伴う主軸位置の変動を
補正する主軸位置補正手段を備えていることを特徴とす
る主軸装置。
【請求項２】予圧の変更は、主軸の回転数の変化に応
じて変更され、その予圧変更の指示情報を利用して、予
圧の変更を認識し、前記主軸位置の変動を補正すること
を特徴とする請求項１記載の主軸装置。
【請求項３】前記主軸位置補正手段の補正は、ワーク
座標系共通のＺ軸データに対して行われることを特徴と
する請求項１記載の主軸装置。
【請求項４】ワーク座標系共通のＺ軸データが変更さ
れた場合、その際の予圧値に応じて、そのＺ軸データを
補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載の主軸装置。