JPH07112671B2 - 磁気軸受をスピンドルにもつ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、加工具が取付けられているスピンドルを磁
気軸受により軸受した加工装置に係り、特にオシレーシ
ョン動作などによる研削抵抗あるいは切削抵抗が速く変
動しても、そのワークを精度よく加工する技術に関す
る。

《従来の技術》 従来、この種のスピンドルを磁気軸受により軸受した加
工装置、例えば内面研削盤は、先端部に砥石を設けてな
るとともに回転駆動されるスピンドルを備えており、こ
のスピンドルは電磁石でもってラジアル方向及びアキシ
ャル方向に磁気浮上され、一方ラジアル方向及びアキシ
ャル方向の位置センサによりスピンドルの浮上位置が検
出され、その検出値を基に上記電磁石の励磁電流を調整
することにより、上記スピンドルを目標位置に浮上保持
するように構成されている。

また、上記スピンドルの砥石側には回転保持された円筒
状のワークを有する主軸台が配設されており、この主軸
台は、上記スピンドルの砥石がワーク内部に進入すると
ワーク内部を研削するために、ボールネジ機構を介して
所定の研削速度で移動するように構成され、これにより
ワークの研削が行われる。

ところで、上記の如きワークを研削するにあたっては、
上記砥石に生ずる研削抵抗はワークの取りしろバラツキ
や砥石の切れあじ変化等による変動が生じ、加工精度な
らびに加工効率が低下する。そこで、この種従来の装置
にあっては、その研削抵抗を一定に保つために、上記電
磁石の励磁電流より砥石に生ずる研削抵抗を検出し、そ
の研削抵抗が所定の値と等しくなるように上記ボールネ
ジ機構を介して駆動される主軸台の研削速度を制御する
よう構成されている。

《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、このような従来の装置にあっては、研削
抵抗を一定に保つために、上記のように主軸台の研削速
度を制御するように構成されており、またその主軸台は
ボールネジ機構により駆動されるものであるから、上記
研削速度の制御に遅れが生ずることは避けられない。

そのため、例えばオシレーション動作のように上記スピ
ンドルの砥石を左右に移動させ、これに伴って上記研削
抵抗が速く変動すると、上記主軸台の研削速度の制御
は、その研削抵抗の変動に追従することができず、上記
所定の値の研削抵抗でワークを加工することが困難とな
り、加工精度ならびに加工能率がさほど向上しない等の
問題点があった。

《課題を解決するための手段》 本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、特にスピンドルに取り付けられ
ている砥石等の加工具を瞬時に移動する、例えばオシレ
ーション動作を用いてワークを加工する際、そのワーク
を高精度にかつ高い加工効率で加工する加工装置を提供
することにあり、本発明は下記の如く構成されている。

すなわち、第１図に示すように、この発明は回転可能に
配設されたスピンドルと、このスピンドルの先端部に設
けた加工具と、上記スピンドルを回転させる回転駆動手
段と、上記スピンドルをラジアル方向及びアキシャル方
向またはいずれか一方に磁気浮上させるためのラジアル
電極石及びアキシャル電磁石またはいずれか一方の電磁
石と、上記スピンドルのラジアル方向及びアキシャル方
向の浮上位置を検出するラジアル位置センサ及びアキシ
ャル位置センサと、上記各位置センサの検出値を基に上
記電磁石の励磁電流を調節して上記スピンドルを目標位
置に浮上保持する制御手段とを備えてなる装置におい
て、上記加工具による粗研、精研等の加工レベルごとに
個別に予め定めた基準研削抵抗または基準切削抵抗を、
当該加工レベルに応じて出力するレベル別基準値出力手
段と、上記励磁電流を基にして上記加工具に生じるラジ
アル方向及びアキシャル方向またはいずれか一方の研削
抵抗または切削抵抗を検出する抵抗検出手段と、上記抵
抗検出手段での検出結果を基に、現在の研削抵抗または
切削抵抗を上記基準研削抵抗または基準切削抵抗と等し
くするためのスピンドルの目標位置補正量を演算すると
ともに、この目標位置補正量を上記スピンドルの目標位
置に加算する目標位置補正手段とを設けたことを特徴と
する。

《作用》 本発明にあっては、第２図に示す如く従来のボールネジ
機構により主軸台を移動するL2に代えて、電磁石で磁気
浮上されたスピンドルを移動するL1の方が、より優れた
ステップ応答性を有することに着目してなされたもの
で、本発明によればラジアル電磁石及びアキシャル電磁
石またはいずれか一方の電磁石により、目標位置に磁気
浮上されたスピンドルの目標位置を補正して、その補正
された目標位置にスピンドルを浮上保持し、加工具に生
ずるラジアル方向及びアキシャル方向またはいずれか一
方の研削抵抗または切削抵抗を所定の値と等しくするよ
うに作用する。

《実施例》 以下、本願装置を内面研削盤に適用した一実施例につい
て第３図及び第５図を用いて詳細に説明する。

第３図に示すものは、上記内面研削盤をブロック図で示
したものであり、この研削盤はスピンドル本体１内に収
納され、かつ先端部に加工具として砥石２を設けてなる
スピンドル３を回転可能に備えており、上記スピンドル
３はその中央付近に配設されたモータ４により回転駆動
されるように構成されている。

また、上記スピンドル３の左端側にラジアル電磁石5a,5
b,5c,5dが（第４図参照）、一方右端側に5e,5f,5g,5hが
それぞれ垂直方向に対して45゜傾けて設けられており、
これらのラジアル電極石により上記スピンドル３をラジ
アル方向へ磁気浮上させる。一方、上記スピンドル３の
中央に一体に形成されたディスク６の両側へ対向させ
て、アキシャル電磁石7a,7b,7c,7dが設けられており、
これらのアキシャル電磁石により上記スピンドル３をア
キシャル方向へ磁気浮上させるように構成されている。

更に、上記スピンドル３の左端側にラジアル方向の位置
センサ8a,8b,8c,8dが（第４図参照）、一方右端側に8e,
8f,8g,8hが上記ラジアル電磁石と同様に垂直方向に対し
て45゜傾けて設けられ、またスピンドル３の一端側にア
キシャル方向の位置センサ９が配設されており、これら
の位置センサによりスピンドル３の磁気浮上位置を検出
するように構成され、それら各センサからの検出値は、
後述の電気回路部分を構成する位置検出回路16及び処理
回路17,電磁石ドライバ18を介して、上記各ラジアル電
磁石5a〜5h及び各アキシャル電磁石7a〜7dの励磁電流を
調整して、上記スピンドル３を目標位置に浮上保持する
ように構成されている。

10は、上記スピンドル本体１を載置したテーブルであ
り、このテーブル10はサーボモータ11によりボールネジ
機構12を介してＺ軸方向に移動する。13は図示しないワ
ーク取付機構によりワークＷを回転保持した主軸台であ
り、この主軸台13はサーボモータ14によりボールネジ機
構15を介してＸ軸方向に移動するように構成されてい
る。

次に、研削盤の電気回路部分について説明すると、位置
検出回路16はブリッジ回路等より構成されており、上記
各位置センサ8a〜8h及び９から検出された検出値を基に
ブリッジ回路等を介して上記スピンドル３の浮上位置を
求め、その求めた浮上位置を処理回路17へ出力するよう
に構成されている。

また、処理回路17は上記スピンドル３が浮上する目標位
置を記憶しており、上記位置検出回路16より出力された
スピンドルの浮上位置と上記目標位置とを比較し、その
目標位置との差分を補償するように上記各ラジアル電磁
石5a〜5h及び各アキシャル電磁石7a〜7dの励磁電流を調
整する調整量を電磁石ドライバ18へ出力するとともに、
この処理回路17は後述する補正量演算回路20より目標位
置の補正量が出力されると、上記目標位置にその補正量
を加算するように構成されている。

さらに、電磁石ドライバ18は上記処理回路17より出力さ
れた励磁電流の調整量に基づき、上記各ラジアル電磁石
5a〜5h及びアキシャル電磁石7a〜7dへ励磁電流を供給す
ると共に、この電磁石ドライバ18は上記各電磁石へ供給
する励磁電流を研削抵抗検出回路19へ出力するように構
成されている。

そして、研削抵抗検出回路19は、上記電磁石ドライバ18
より出力された励磁電流が上記砥石２に生ずる研削抵抗
の大小に応じて大小変化することを利用し、その砥石２
に生ずる現在の研削抵抗19aを検出して、これを補正量
演算回路20へ出力するように構成されている。

補正量演算回路20は、後述する研削盤NC装置21より定研
削抵抗制御指令21a及び粗研，精研における所定の研削
抵抗21bが出力されると処理動作を行うものであり、こ
の補正量演算回路20は上記研削抵抗検出回路19より出力
された現在の研削抵抗19aと、上記研削盤NC装置より出
力された所定の研削抵抗21bとを比較して、上記スピン
ドルの目標位置を補正するための補正量を演算し、その
補正量20aを上記処理回路17へ出力するもので、上記補
正は例えば第３図に示すように所定の研削抵抗（イ）よ
り現在の研削抵抗（ハ）が大きい場合、上記スピンドル
３をX₂方向に移動せしめることにより、現在の研削抵抗
（ハ）を減少せしめ、これにより上記現在の研削抵抗を
所定の研削抵抗と等しくなるように補正する。

一方、所定の研削抵抗より現在の研削抵抗が小さい場
合、上記スピンドル３をX₁方向に移動せしめることによ
り、現在の研削抵抗を増加せしめ、その現在の研削抵抗
を所定の研削抵抗と等しくなるように補正するものであ
る。

研削盤NC装置21は、第５図に示すフローチャートを実行
するとともに、特にその実行途中で上記補正量演算回路
20へ定研削抵抗制御指令21a及び粗研，精研における所
定の研削抵抗21bを出力する。

このように、研削盤NC装置21は、粗研、精研等の加工レ
ベルごとに個別に予め定めた所定の研削抵抗21b、すな
わち基準研削抵抗または基準切削抵抗を当該加工レベル
ごとに出力する機能（レベル別基準値出力手段）を有す
る。

サーボモータドライバ22は上記主軸台13とテーブル10を
移動させるための各サーボモータ11,14を駆動するもの
であり、モータドライバ23は上記スピンドル２を回転駆
動させるためのモータ４へ励磁電流を供給する。

次に、上記の如く構成された内面研削盤の動作について
第５図に示すフローチャートを用いて説明する。なお、
このフローチャートは上記研削盤NC装置で実行されるも
のである。

まず、第３図における位置検出回路16及び処理回路17,
電磁石ドライバ18を介して処理回路17に記憶されている
目標位置でスピンドル３を浮上保持し、その後モータド
ライバ23を介してスピンドル３を回転駆動させる。（ス
テップ100）。

そして、研削盤NC装置21からサーボモータドライバ22に
駆動指令がなされ、これによりサーボモータ11が急速回
転してワークＷ内に砥石２が入るまでテーブル10を前進
させ（ステップ101）、さらに上記研削盤NC装置21がサ
ーボモータドライバ22にオシレーション指令がなされ、
これによりサーボモータ11が正逆転し、テーブル10をス
ピンドル３の軸方向へ一定量往復動させることにより砥
石２のオシレーション動作が行われる（ステップ10
2）。

次に、上記研削盤NC装置21よりサーボモータドライバ22
に駆動指令がなされ、これによりサーボモータ14が正回
転して主軸台13をX₁方向に前進させ（ステップ103）、
研削抵抗の増加から砥石２とワークＷが接触したか否か
を判断し（ステップ104）、接触していない場合（NO）
は上記ステップ103及びステップ104がくり返し行われ
る。一方、砥石２とワークＷが接触して砥石２に研削抵
抗が生ずると（YES）、研削盤NC装置21より定研削抵抗
制御指令21a、及び粗研における所定の研削抵抗21bが補
正量演算回路20へ出力され、定研削抵抗制御がなされる
（ステップ105）。

すなわち、上記定研削抵抗制御には粗研と精研があっ
て、まず粗研を行うために研削盤NC装置21より主軸台13
を粗研速度でX₁方向に前進させる駆動指令がなされ、こ
れによりサーボモータ11が粗研速度で前進してワークＷ
の粗研を行う。同時に電磁石ドライバ18から出力される
励磁電流を基にして、研削抵抗検出回路19で砥石２に生
ずる現在の研削抵抗が求められ、その研削抵抗19aが上
記粗研における所定の研削抵抗21bと等しくなるよう
に、上記スピンドルの目標位置を補正する補正量20aを
補正量演算回路20において演算し、上記スピンドル３は
目標位置と上記補正量を加算した新しい目標位置に基づ
いて迅速に浮上保持され、常に所定の粗研研削抵抗で研
削される（ステップ106）。

そして、上記ワークＷの粗研が終了したか否かを図示し
ないワークＷの内径測定機から測定される内径寸法より
判断し（ステップ107）、粗研が終了していない場合（N
O）は上記ステップ106及びステップ107がくり返し行わ
れる。一方、粗研が終了した場合（YES）は、上記研削
盤NC装置21より精研における所定の研削抵抗21bが補正
量演算回路20へ出力されるとともに（ステップ108）、
その研削盤NC装置21より精研を行うため主軸台13を精研
速度でX₁方向に前進させる駆動指令がなされ、これによ
りサーボモータ11が精研速度で前進してワークＷの精研
を行う。

同時に、この精研にあっても上記粗研と同様に、現在の
研削抵抗19aと上記精研における所定の研削抵抗21bとが
等しくなるようにスピンドルの目標位置の補正量が演算
され、上記スピンドルは目標位置と上記補正量20aを加
算した新しい目標位置に基づいて迅速に浮上保持され、
常に一定の精研研削抵抗で研削される（ステップ10
9）。

そして、上記ワークＷの精研が終了したか否かを判断し
上記精研と同様に内径寸法から（ステップ110）、精研
が終了していない場合（NO）は上記ステップ109及びス
テップ110がくり返し行われる。一方、精研が終了した
場合（YES）、上記の如き定研削抵抗制御を終了し（ス
テップ111）、主軸台13をX₂方向に後退させるととも
に、テーブル10のオシレーション動作を停止させ（ステ
ップ112）、その後上記テーブル10をワークＷより後退
させる（ステップ113）。

以上のように、本実施例装置によれば、加工具の研削・
切削抵抗が変化すると、この力の変化を吸収する方向に
磁気浮上のスピンドルが移動する、つまり磁気浮上した
スピンドルそれ自体の移動により加工具の研削・切削抵
抗の一定化を図るものである。このため例えばオシレー
ション動作を行うことにより研削・切削抵抗が速く変動
しても、その変動に追従したスピンドルの移動がなされ
ることから、加工具の研削・切削抵抗を常時一定とする
ことができ、ワークの加工精度並びに加工効率の向上を
図れる。

また、本実施例装置にあっては、粗研、精研等の加工レ
ベルごとに研削盤NC装置から所定の研削抵抗（基準研削
抵抗または基準切削抵抗）を出力し、これに基づきスピ
ンドル自体の移動による研削抵抗等の一定化を図る、つ
まり研削抵抗等の一定化を加工レベルごとに個別に実施
するものである。このため加工レベルに即した研削抵抗
等の一定加工が可能となる点でも、ワークの加工精度並
びに加工能率の向上を図れる。

なお、本実施例にあってはスピンドル先端部に砥石を設
けた内面研削盤についてラジアル方向の目標位置補正を
説明したが、その砥石に代えて切削工具を取り付けたも
ので、例えばミーリング等の場合アキシャル方向の目標
位置補正、あるいはそれにラジアル方向の目標位置補正
を加えたものであってもよい。

《発明の効果》 本発明は、加工具の研削・切削抵抗が変化すると、この
力の変化を吸収する方向に磁気浮上のスピンドルが移動
するように構成したもの、つまり磁気浮上したスピンド
ルそれ自体の移動により加工具の研削・切削抵抗の一定
化を図るように構成したものである。このため研削・切
削抵抗が速く変動しても、その変動に追従したスピンド
ルの移動がなされることから、加工具の研削・切削抵抗
を常時一定とすることができ、ワークの加工精度並びに
加工能率の向上を図れる。

しかも、本発明によると、スピンドルそれ自体の移動に
よる研削抵抗等の一定化を粗研、精研等の加工レベルご
とに個別に実施するものであるため、加工レベルに即し
た研削抵抗等の一定加工が可能となる点でも、ワークの
加工精度並びに加工能率の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図，第２図はスピンドル移動と主
軸台移動のステップ応答性を説明する説明図，第３図は
本願装置を適用した内面研削盤のブロック図，第４図は
第３図に示すIII−III線断面図，第５図は本願装置を適
用した内面研削盤の動作を示すフローチャートである。 ２……砥石 ３……スピンドル 5a〜5h……ラジアル電磁石 7a〜7d……アキシャル電磁石 8a〜8h……ラジアル方向の位置センサ ９……アキシャル方向の位置センサ 17……処理回路 18……電磁石ドライバ 19……研削抵抗検出回路 20……補正量演算回路 21……研削盤NC装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転可能に配設されたスピンドルと、この
   スピンドルの先端部に設けた加工具と、上記スピンドル
   を回転させる回転駆動手段と、上記スピンドルをラジア
   ル方向及びアキシャル方向またはいずれか一方に磁気浮
   上させるためのラジアル電磁石及びアキシャル電磁石ま
   たはいずれか一方の電磁石と、上記スピンドルのラジア
   ル方向及びアキシャル方向の浮上位置を検出するラジア
   ル位置センサ及びアキシャル位置センサと、上記各位置
   センサの検出値を基に上記電磁石の励磁電流を調節して
   上記スピンドルを目標位置に浮上保持する制御手段とを
   備えてなる装置において、 上記加工具による粗研、精研等の加工レベルごとに個別
   に予め定めた基準研削抵抗または基準切削抵抗を、当該
   加工レベルに応じて出力するレベル別基準値出力手段
   と、 上記励磁電流を基にして上記加工具に生じるラジアル方
   向及びアキシャル方向またはいずれか一方の研削抵抗ま
   たは切削抵抗を検出する抵抗検出手段と、 上記抵抗検出手段での検出結果を基に、現在の研削抵抗
   または切削抵抗を上記基準研削抵抗または基準切削抵抗
   と等しくするためのスピンドルの目標位置補正量を演算
   するとともに、この目標位置補正量を上記スピンドルの
   目標位置に加算する目標位置補正手段と、 を設けたことを特徴とする磁気軸受をスピンドルにもつ
   加工装置。