JPH0938804A - 工作機械 - Google Patents
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- JPH0938804A JPH0938804A JP7196730A JP19673095A JPH0938804A JP H0938804 A JPH0938804 A JP H0938804A JP 7196730 A JP7196730 A JP 7196730A JP 19673095 A JP19673095 A JP 19673095A JP H0938804 A JPH0938804 A JP H0938804A
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- cutting
- cutting tool
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Abstract
(57)【要約】
【課題】磁気軸受スピンドルによって支持した切削工具
をワークに対して高速で送り、且つ切削工具がワークの
端面を突っ切って削り始めたり削り終わったりする場合
に、削り不良を発生させない工作機械を提供すること。 【解決手段】加工開始タイミングＴS や加工終了タイミ
ングをそれぞれ含む所定長さの時間領域での送り速度
を、残りの時間領域での送り速度よりも遅くした。 【効果】削り始めや削り終わりにおいて、磁気軸受スピ
ンドルの回転軸を径方向に変位させる外力の変化率が小
さくなるので、回転軸の目標位置からの径方向への位置
ずれ量を許容範囲内に収めることができる。削り不足や
削り過ぎ等の削り不良の発生を防止できる。
をワークに対して高速で送り、且つ切削工具がワークの
端面を突っ切って削り始めたり削り終わったりする場合
に、削り不良を発生させない工作機械を提供すること。 【解決手段】加工開始タイミングＴS や加工終了タイミ
ングをそれぞれ含む所定長さの時間領域での送り速度
を、残りの時間領域での送り速度よりも遅くした。 【効果】削り始めや削り終わりにおいて、磁気軸受スピ
ンドルの回転軸を径方向に変位させる外力の変化率が小
さくなるので、回転軸の目標位置からの径方向への位置
ずれ量を許容範囲内に収めることができる。削り不足や
削り過ぎ等の削り不良の発生を防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具が装着さ
れるスピンドルとワークを相対運動させ、切削工具をワ
ークに対して所定の送り方向に送ることによって、ワー
クに加工を施すための工作機械に関する。
れるスピンドルとワークを相対運動させ、切削工具をワ
ークに対して所定の送り方向に送ることによって、ワー
クに加工を施すための工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、加工時間を短縮するため、上
記工作機械のスピンドルとして、切削工具を高速回転さ
せ得る磁気軸受スピンドルを備えたものが広く採用され
ている。係る磁気軸受スピンドルは、本体と、この
本体を貫通し切削工具に回転力を伝達する回転軸と、
この回転軸を磁気力により非接触で径方向に支持する電
磁石と、回転軸の径方向位置を検出する位置検出セン
サと、この位置検出センサからの出力信号に基づいて
得られた回転軸の径方向位置と回転軸の本体に対する径
方向の目標位置との偏差（回転軸の目標位置からの径方
向への位置ずれ量）を求め、この偏差を打ち消して回転
軸を目標位置に維持するべく、電磁石の磁気力を制御す
る磁気力制御手段とを含んでいる。
記工作機械のスピンドルとして、切削工具を高速回転さ
せ得る磁気軸受スピンドルを備えたものが広く採用され
ている。係る磁気軸受スピンドルは、本体と、この
本体を貫通し切削工具に回転力を伝達する回転軸と、
この回転軸を磁気力により非接触で径方向に支持する電
磁石と、回転軸の径方向位置を検出する位置検出セン
サと、この位置検出センサからの出力信号に基づいて
得られた回転軸の径方向位置と回転軸の本体に対する径
方向の目標位置との偏差（回転軸の目標位置からの径方
向への位置ずれ量）を求め、この偏差を打ち消して回転
軸を目標位置に維持するべく、電磁石の磁気力を制御す
る磁気力制御手段とを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近時、更な
る加工時間の短縮化を達成するため、上記磁気軸受スピ
ンドルを備えた工作機械において、磁気軸受スピンドル
とワークを相対運動させ、加工時に切削工具をワークに
対して所定の送り方向に高速度（例えば、１０〜１５ｍ
／ｍｉｎ）で送り込む能力を有するサーボモータを採用
したものが普及しつつある。
る加工時間の短縮化を達成するため、上記磁気軸受スピ
ンドルを備えた工作機械において、磁気軸受スピンドル
とワークを相対運動させ、加工時に切削工具をワークに
対して所定の送り方向に高速度（例えば、１０〜１５ｍ
／ｍｉｎ）で送り込む能力を有するサーボモータを採用
したものが普及しつつある。
【０００４】図１０（ａ）〜（ｆ）は、上記の高速送り
機能を具備した工作機械を用いた加工例を示している。
同図では、ワーク２を移動させることによって、エンド
ミルからなる切削工具１を、ワーク２に対して送り方向
Ｍに沿って一定の高速度で送り、上記送り方向Ｍと交差
するワーク２の一端面２ａ側から他端面２ｂ側へ切削工
具１を突っ切らせて、ワーク２の被切削面２ｃの加工を
行なう。Ｌは、切削工具１がトレースすべき加工ライン
であり、Ｆは切削工具１が受ける外力である。
機能を具備した工作機械を用いた加工例を示している。
同図では、ワーク２を移動させることによって、エンド
ミルからなる切削工具１を、ワーク２に対して送り方向
Ｍに沿って一定の高速度で送り、上記送り方向Ｍと交差
するワーク２の一端面２ａ側から他端面２ｂ側へ切削工
具１を突っ切らせて、ワーク２の被切削面２ｃの加工を
行なう。Ｌは、切削工具１がトレースすべき加工ライン
であり、Ｆは切削工具１が受ける外力である。
【０００５】切削工具１は、図１０（ａ）及び（ｂ）に
示すように上記一端面２ａへ突っ込む際には、零から急
激に増大する外力Ｆの変化を受け、また、図１０
（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）に示すように他端面１ｂを突
き抜ける際に、急激に減少して零となる外力Ｆの変化を
受ける。この外力Ｆの変化率は、送り速度が大きいほど
大きい。
示すように上記一端面２ａへ突っ込む際には、零から急
激に増大する外力Ｆの変化を受け、また、図１０
（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）に示すように他端面１ｂを突
き抜ける際に、急激に減少して零となる外力Ｆの変化を
受ける。この外力Ｆの変化率は、送り速度が大きいほど
大きい。
【０００６】したがって、送り速度を大きくして高速で
加工をしようとした場合、加工初期では、切削工具１
が、磁気軸受スピンドルの本体に対して、被切削面２ｃ
への切り込み量を減じる方向（図において下方）へ急激
に位置ずれし（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）、加工終
期では、切削工具１が、上記切り込み量を増大する方向
（図において上方）へ急激に位置ずれする（図１０
（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）参照）ことになる。なお、図
１０（ｃ）に示す加工中期では、外力Ｆが略一定とな
り、切削工具１は略加工ライン上を移動する。
加工をしようとした場合、加工初期では、切削工具１
が、磁気軸受スピンドルの本体に対して、被切削面２ｃ
への切り込み量を減じる方向（図において下方）へ急激
に位置ずれし（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）、加工終
期では、切削工具１が、上記切り込み量を増大する方向
（図において上方）へ急激に位置ずれする（図１０
（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）参照）ことになる。なお、図
１０（ｃ）に示す加工中期では、外力Ｆが略一定とな
り、切削工具１は略加工ライン上を移動する。
【０００７】一方、磁気軸受スピンドルでは、上記位置
ずれを零にするべく働く磁気力を発生させるが、この磁
気力の発生を、上記のような急激な位置ずれの変化に対
して、遅れなく追従させることができなかった。このた
め、加工初期及び加工終期において、上記の加工ライン
Ｌからの位置ずれ量ｅが図１１に示すように許容範囲Ｑ
を超えてしまい、このため、図１０（ｆ）に示すよう
に、加工初期では許容レベルを超えた削り不足２ｄを生
じ、加工終期では許容レベルを超えた削り過ぎ２ｅを生
じていた。
ずれを零にするべく働く磁気力を発生させるが、この磁
気力の発生を、上記のような急激な位置ずれの変化に対
して、遅れなく追従させることができなかった。このた
め、加工初期及び加工終期において、上記の加工ライン
Ｌからの位置ずれ量ｅが図１１に示すように許容範囲Ｑ
を超えてしまい、このため、図１０（ｆ）に示すよう
に、加工初期では許容レベルを超えた削り不足２ｄを生
じ、加工終期では許容レベルを超えた削り過ぎ２ｅを生
じていた。
【０００８】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、ワークの端面を突っ切って削り始めたり削り終わ
ったりする際に削り不良を発生させることなく、且つ高
速でワークを加工することができる工作機械を提供する
ことを目的とする。
あり、ワークの端面を突っ切って削り始めたり削り終わ
ったりする際に削り不良を発生させることなく、且つ高
速でワークを加工することができる工作機械を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明に係る課題解決手段は、筒状の本体、この本
体を貫通して切削工具に回転力を伝達する回転軸、この
回転軸を磁気力により非接触で径方向に支持する電磁
石、前記回転軸の径方向位置を検出する位置検出セン
サ、及びこの位置検出センサからの出力信号を処理して
前記回転軸の前記本体に対する目標位置からの径方向へ
の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量を打ち消して前記
回転軸を前記目標位置に維持するべく、前記電磁石の磁
気力を制御する磁気力制御手段を含む磁気軸受スピンド
ルと、この磁気軸受スピンドルとワークを相対運動させ
るためのサーボモータを含み、切削工具をワークに対し
て所定の送り方向に送る送り手段とを備えた工作機械に
おいて、予め設定された速度データに基づいて前記サー
ボモータの回転数を制御する送り制御手段を含み、前記
速度データは、前記送り方向と交差するワークの端面を
切削工具が突っ切って通過する時点を含む所定長さの時
間領域での送り速度が、前記時間領域での前記位置ずれ
量が予め定める許容範囲内に収まるように、加工時の残
りの時間領域での送り速度よりも低く設定されているも
のである。
の、本発明に係る課題解決手段は、筒状の本体、この本
体を貫通して切削工具に回転力を伝達する回転軸、この
回転軸を磁気力により非接触で径方向に支持する電磁
石、前記回転軸の径方向位置を検出する位置検出セン
サ、及びこの位置検出センサからの出力信号を処理して
前記回転軸の前記本体に対する目標位置からの径方向へ
の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量を打ち消して前記
回転軸を前記目標位置に維持するべく、前記電磁石の磁
気力を制御する磁気力制御手段を含む磁気軸受スピンド
ルと、この磁気軸受スピンドルとワークを相対運動させ
るためのサーボモータを含み、切削工具をワークに対し
て所定の送り方向に送る送り手段とを備えた工作機械に
おいて、予め設定された速度データに基づいて前記サー
ボモータの回転数を制御する送り制御手段を含み、前記
速度データは、前記送り方向と交差するワークの端面を
切削工具が突っ切って通過する時点を含む所定長さの時
間領域での送り速度が、前記時間領域での前記位置ずれ
量が予め定める許容範囲内に収まるように、加工時の残
りの時間領域での送り速度よりも低く設定されているも
のである。
【００１０】上記構成において、切削工具が、ワークの
端面を突っ切って削り始めたり削り終わったりする時間
領域での送り速度を、残りの時間領域での送り速度より
も遅くしたので、上記削り終わり等の時間領域において
切削工具に働く外力の変化率を小さくすることができる
結果、切削工具の位置ずれ量の変化率を小さくすること
ができる。このように位置ずれ量の変化率が小さい場合
には、位置ずれ量の変化に見合う磁気力を大幅な遅れな
く発生することができるので、位置ずれ量を許容範囲内
に抑えることができる。その結果、削り不足や削り過ぎ
の発生を防止できる。また、上記残りの時間領域での送
り速度は十分に速くしておけば良いので、全体としての
加工速度としては高速を維持できる。
端面を突っ切って削り始めたり削り終わったりする時間
領域での送り速度を、残りの時間領域での送り速度より
も遅くしたので、上記削り終わり等の時間領域において
切削工具に働く外力の変化率を小さくすることができる
結果、切削工具の位置ずれ量の変化率を小さくすること
ができる。このように位置ずれ量の変化率が小さい場合
には、位置ずれ量の変化に見合う磁気力を大幅な遅れな
く発生することができるので、位置ずれ量を許容範囲内
に抑えることができる。その結果、削り不足や削り過ぎ
の発生を防止できる。また、上記残りの時間領域での送
り速度は十分に速くしておけば良いので、全体としての
加工速度としては高速を維持できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形
態に係る工作機械の全体構成を示す概略図である。同図
を参照して、本実施形態の工作機械は、例えばエンドミ
ル等の切削工具１０とワーク２０との相対位置関係を変
化させることによって、ワーク２０に加工を施すための
ものであって、切削工具１０を含む切削装置３０と、
ワーク２０を切削工具１０に向かって送り出す送り手
段としての送り装置４０と、数値化された加工指令デ
ータに基づいて送り装置４０の送り動作を制御する送り
制御手段としてのＮＣ装置５０とを備えている。
図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形
態に係る工作機械の全体構成を示す概略図である。同図
を参照して、本実施形態の工作機械は、例えばエンドミ
ル等の切削工具１０とワーク２０との相対位置関係を変
化させることによって、ワーク２０に加工を施すための
ものであって、切削工具１０を含む切削装置３０と、
ワーク２０を切削工具１０に向かって送り出す送り手
段としての送り装置４０と、数値化された加工指令デ
ータに基づいて送り装置４０の送り動作を制御する送り
制御手段としてのＮＣ装置５０とを備えている。
【００１２】切削装置３０は、Ｚ軸方向と直交する方
向に沿って立設された基台３１と、この基台３１の上
部に固定されたテーブル３２と、このテーブル３２
に、切削工具１０をワーク２０に対して上方から臨ませ
るようにして取り付けられた磁気軸受スピンドル３３と
を備えており、磁気軸受スピンドル３３によって切削工
具１０を高速回転させるようになっている。
向に沿って立設された基台３１と、この基台３１の上
部に固定されたテーブル３２と、このテーブル３２
に、切削工具１０をワーク２０に対して上方から臨ませ
るようにして取り付けられた磁気軸受スピンドル３３と
を備えており、磁気軸受スピンドル３３によって切削工
具１０を高速回転させるようになっている。
【００１３】送り装置４０は、Ｚ軸方向に沿って横設
された基台４１と、この基台４１に軸受４２を介して
支持された送りねじ４３と、この送りねじ４３に螺合
されたナット４４と、このナット４４に連結部材４５
を介して結合されており、ワーク２０が載置されるテー
ブル４６と、送りねじ４３と継手を介して出力軸４７
ａが連結されたサーボモータ４７と、このサーボモー
タ４７の回転速度ωを検出する回転速度検出器４８と、
サーボモータ４７の回転角度θを検出する回転角度検
出器４９とを備えており、サーボモータ４７により送り
ねじ４３を正逆回転させることによってテーブル４６を
Ｚ軸方向に沿って前進・後退させるようになっている。
された基台４１と、この基台４１に軸受４２を介して
支持された送りねじ４３と、この送りねじ４３に螺合
されたナット４４と、このナット４４に連結部材４５
を介して結合されており、ワーク２０が載置されるテー
ブル４６と、送りねじ４３と継手を介して出力軸４７
ａが連結されたサーボモータ４７と、このサーボモー
タ４７の回転速度ωを検出する回転速度検出器４８と、
サーボモータ４７の回転角度θを検出する回転角度検
出器４９とを備えており、サーボモータ４７により送り
ねじ４３を正逆回転させることによってテーブル４６を
Ｚ軸方向に沿って前進・後退させるようになっている。
【００１４】サーボモータ４７は、加工時にテーブル４
６を高速度（例えば、１０〜１５ｍ／ｍｉｎ）で送り込
む能力を有している。回転速度検出器４８及び回転角度
検出器４９は、それぞれ、サーボモータ４７に直接取り
付けられており、各検出器４８，４９の出力信号ω、θ
はＮＣ装置５０に与えられる。
６を高速度（例えば、１０〜１５ｍ／ｍｉｎ）で送り込
む能力を有している。回転速度検出器４８及び回転角度
検出器４９は、それぞれ、サーボモータ４７に直接取り
付けられており、各検出器４８，４９の出力信号ω、θ
はＮＣ装置５０に与えられる。
【００１５】図２は磁気軸受スピンドルの構成を示す縦
断側面図である。同図を参照して、磁気軸受スピンドル
３３は、その外形を構成する筒状の本体３３１内に、
先端部３３２ａが本体３３１から下方へ突出しており、
先端部３３２ａに装着された切削工具１０に回転力を伝
達する回転軸３３２と、この回転軸３３２の軸方向略
中央部に配置されており、回転軸３３２を高速回転させ
る高周波モータ３３３と、この高周波モータ３３３に
隣接して配置されており、回転軸３３２に固定された回
転ディスク３３４を介して回転軸３３２を磁気力により
軸方向に非接触で支持するアキシャル電磁石３３５と、
高周波モータ３３３及び回転ディスク３３４を挟んだ
両側に一対が配置されており、それぞれ、回転軸３３２
を磁気力により径方向に非接触で支持するラジアル電磁
石３３６と、回転軸３３２の先端部３３２ａに連続し
て形成された段部３３２ｂ近傍に配置されており、回転
軸３３２の軸方向位置を検出するアキシャル方向位置検
出センサ３３７と、ラジアル電磁石３３６の近傍に配
置されており、回転軸３３２の径方向位置を検出するラ
ジアル方向位置検出センサ３３８とを備えている。
断側面図である。同図を参照して、磁気軸受スピンドル
３３は、その外形を構成する筒状の本体３３１内に、
先端部３３２ａが本体３３１から下方へ突出しており、
先端部３３２ａに装着された切削工具１０に回転力を伝
達する回転軸３３２と、この回転軸３３２の軸方向略
中央部に配置されており、回転軸３３２を高速回転させ
る高周波モータ３３３と、この高周波モータ３３３に
隣接して配置されており、回転軸３３２に固定された回
転ディスク３３４を介して回転軸３３２を磁気力により
軸方向に非接触で支持するアキシャル電磁石３３５と、
高周波モータ３３３及び回転ディスク３３４を挟んだ
両側に一対が配置されており、それぞれ、回転軸３３２
を磁気力により径方向に非接触で支持するラジアル電磁
石３３６と、回転軸３３２の先端部３３２ａに連続し
て形成された段部３３２ｂ近傍に配置されており、回転
軸３３２の軸方向位置を検出するアキシャル方向位置検
出センサ３３７と、ラジアル電磁石３３６の近傍に配
置されており、回転軸３３２の径方向位置を検出するラ
ジアル方向位置検出センサ３３８とを備えている。
【００１６】なお、図中３３９はタッチダウン軸受であ
って、両電磁石３３５，３３６への通電が遮断されるに
伴って両電磁石３３５，３３６の各磁気力が失われたと
きに、回転軸３３２をタッチダウンさせるためののであ
る。高周波モータ３３３、両電磁石３３５，３３６、両
位置検出センサ３３７，３３８及びタッチダウン軸受３
３９は、それぞれ、本体３３１に固定されている。
って、両電磁石３３５，３３６への通電が遮断されるに
伴って両電磁石３３５，３３６の各磁気力が失われたと
きに、回転軸３３２をタッチダウンさせるためののであ
る。高周波モータ３３３、両電磁石３３５，３３６、両
位置検出センサ３３７，３３８及びタッチダウン軸受３
３９は、それぞれ、本体３３１に固定されている。
【００１７】アキシャル方向位置検出センサ３３７及び
ラジアル方向位置検出センサ３３８の各出力信号は、図
３に示すコントローラ１００に与えられる。図３は磁気
軸受スピンドルの電気的構成を示すブロック図である。
同図を参照して、磁気軸受スピンドル３３は、高周波モ
ータ３３３の駆動、並びにアキシャル電磁石３３５及び
ラジアル電磁石３３６の各磁気力を制御するコントロー
ラ１００をさらに備えている。
ラジアル方向位置検出センサ３３８の各出力信号は、図
３に示すコントローラ１００に与えられる。図３は磁気
軸受スピンドルの電気的構成を示すブロック図である。
同図を参照して、磁気軸受スピンドル３３は、高周波モ
ータ３３３の駆動、並びにアキシャル電磁石３３５及び
ラジアル電磁石３３６の各磁気力を制御するコントロー
ラ１００をさらに備えている。
【００１８】コントローラ１００は、高周波モータ３
３３を駆動させる高周波モータドライバ１１０と、ア
キシャル方向位置検出センサ３３７の出力信号Ｓa を入
力として回転軸３３２を本体３３１に対する軸方向目標
位置ｈa0に維持するべく、アキシャル電磁石３３５の磁
気力を制御すると共に、ラジアル方向位置検出センサ３
３８の出力信号Ｓr を入力として回転軸３３２を本体３
３１の径方向目標位置ｈr0に維持するべく、ラジアル電
磁石３３６の磁気力を制御する磁気力制御手段としての
磁気力制御部１２０とを備えている。
３３を駆動させる高周波モータドライバ１１０と、ア
キシャル方向位置検出センサ３３７の出力信号Ｓa を入
力として回転軸３３２を本体３３１に対する軸方向目標
位置ｈa0に維持するべく、アキシャル電磁石３３５の磁
気力を制御すると共に、ラジアル方向位置検出センサ３
３８の出力信号Ｓr を入力として回転軸３３２を本体３
３１の径方向目標位置ｈr0に維持するべく、ラジアル電
磁石３３６の磁気力を制御する磁気力制御手段としての
磁気力制御部１２０とを備えている。
【００１９】磁気力制御部１２０は、位置検出回路１２
１、処理回路１２２及び電磁石ドライバ１２３を備えて
いる。位置検出回路２１は、アキシャル方向位置検出セ
ンサ３３７からの出力信号Ｓa に基づいて回転軸３３２
の軸方向位置ｈa を求め、これを処理回路１２２に与え
る。処理回路１２２は、回転軸３３２の軸方向目標位置
ｈa0を記憶しており、この軸方向目標位置ｈa0と軸方向
位置ｈa とを付き合わせて軸方向偏差（回転軸３３２の
軸方向目標位置ｈa0からの軸方向への位置ずれ量）δｈ
a を求め、この軸方向偏差δｈa を増幅して電磁石ドラ
イバ１２３に与える。電磁石ドライバ１２３は、軸方向
偏差δｈa を打ち消す分の励磁電流ｉaをアキシャル電
磁石３３５に与える。このように、アキシャル電磁石３
３５が励磁される結果、回転軸３３２は軸方向目標位置
ｈa0に維持される。また、位置検出回路１２１は、ラジ
アル方向位置検出センサ３３８からの出力信号Ｓr に基
づいて回転軸３３２の径方向位置ｈr を求め、これを処
理回路１２２に与える。処理回路１２２は、回転軸３３
２の本体３３１に対する径方向目標位置ｈr0を記憶して
おり、この径方向目標位置ｈr0と径方向位置ｈr とを付
き合わせて径方向偏差（回転軸３３２の径方向目標位置
ｈr0からの径方向への位置ずれ量）δｈr を求め、この
径方向偏差δｈr を増幅して電磁石ドライバ１２３に与
える。電磁石ドライバ１２３は、径方向偏差δｈr を打
ち消す分の励磁電流ｉr をラジアル電磁石３３６に与え
る。このように、ラジアル電磁石３３６が励磁される結
果、回転軸３３２は径方向目標位置ｈr0に維持される。
１、処理回路１２２及び電磁石ドライバ１２３を備えて
いる。位置検出回路２１は、アキシャル方向位置検出セ
ンサ３３７からの出力信号Ｓa に基づいて回転軸３３２
の軸方向位置ｈa を求め、これを処理回路１２２に与え
る。処理回路１２２は、回転軸３３２の軸方向目標位置
ｈa0を記憶しており、この軸方向目標位置ｈa0と軸方向
位置ｈa とを付き合わせて軸方向偏差（回転軸３３２の
軸方向目標位置ｈa0からの軸方向への位置ずれ量）δｈ
a を求め、この軸方向偏差δｈa を増幅して電磁石ドラ
イバ１２３に与える。電磁石ドライバ１２３は、軸方向
偏差δｈa を打ち消す分の励磁電流ｉaをアキシャル電
磁石３３５に与える。このように、アキシャル電磁石３
３５が励磁される結果、回転軸３３２は軸方向目標位置
ｈa0に維持される。また、位置検出回路１２１は、ラジ
アル方向位置検出センサ３３８からの出力信号Ｓr に基
づいて回転軸３３２の径方向位置ｈr を求め、これを処
理回路１２２に与える。処理回路１２２は、回転軸３３
２の本体３３１に対する径方向目標位置ｈr0を記憶して
おり、この径方向目標位置ｈr0と径方向位置ｈr とを付
き合わせて径方向偏差（回転軸３３２の径方向目標位置
ｈr0からの径方向への位置ずれ量）δｈr を求め、この
径方向偏差δｈr を増幅して電磁石ドライバ１２３に与
える。電磁石ドライバ１２３は、径方向偏差δｈr を打
ち消す分の励磁電流ｉr をラジアル電磁石３３６に与え
る。このように、ラジアル電磁石３３６が励磁される結
果、回転軸３３２は径方向目標位置ｈr0に維持される。
【００２０】図４はＮＣ装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。同図を参照して、ＮＣ装置５０は、演算
処理の中枢を司るＣＰＵ５１と、このＣＰＵ５１の制
御動作プログラムを格納しているＲＯＭ５２と、ＣＰ
Ｕ５１が制御動作を行う際にデータが一時的に書き込ま
れたり、その書き込まれたデータが読み出されるＲＡＭ
５３と、サーボモータ４７の駆動を制御するサーボモ
ータドライバ５４と、回転速度検出器４８からの出力
信号ωに基づいてテーブルの送り速度Ｖを求める送り速
度検出回路５５と、回転角度検出器４９からの出力信
号θに基づいてテーブルの送り位置Ｐを求める送り位置
検出回路５６とを備えている。
ク図である。同図を参照して、ＮＣ装置５０は、演算
処理の中枢を司るＣＰＵ５１と、このＣＰＵ５１の制
御動作プログラムを格納しているＲＯＭ５２と、ＣＰ
Ｕ５１が制御動作を行う際にデータが一時的に書き込ま
れたり、その書き込まれたデータが読み出されるＲＡＭ
５３と、サーボモータ４７の駆動を制御するサーボモ
ータドライバ５４と、回転速度検出器４８からの出力
信号ωに基づいてテーブルの送り速度Ｖを求める送り速
度検出回路５５と、回転角度検出器４９からの出力信
号θに基づいてテーブルの送り位置Ｐを求める送り位置
検出回路５６とを備えている。
【００２１】ＣＰＵ５１には、送り速度検出回路５５で
求められた送り速度Ｖ、及び送り位置検出回路５６で求
められた送り位置Ｐがそれぞれ与えられており、この送
り速度Ｖ及び送り位置Ｐに基づき、ＣＰＵ５１はサーボ
モータドライバ５４を介してサーボモータ４７の回転数
を制御する。次いで、上記工作機械の送り動作について
説明する。加工の態様は、ワーク２０を移動させること
によって、図５に示すように、エンドミルからなる切削
工具１を、ワーク２０に対して送り方向Ｍに沿って送
り、この送り方向Ｍと直交するワーク２０の一端面２０
ａ側から他端面２０ｂ側へ切削工具１０を突っ切らせ
て、ワーク２０の被切削面２０ｃの加工（いわゆる片面
加工）を行なうものである。 図５の下部に示したスケ
ールは、切削工具１０の送り位置を示すものであり、Ｐ
0 は切削工具１０のホームポジションを示し、Ｐs は加
工開始位置を示し、ＰE は加工終了位置を示している。
求められた送り速度Ｖ、及び送り位置検出回路５６で求
められた送り位置Ｐがそれぞれ与えられており、この送
り速度Ｖ及び送り位置Ｐに基づき、ＣＰＵ５１はサーボ
モータドライバ５４を介してサーボモータ４７の回転数
を制御する。次いで、上記工作機械の送り動作について
説明する。加工の態様は、ワーク２０を移動させること
によって、図５に示すように、エンドミルからなる切削
工具１を、ワーク２０に対して送り方向Ｍに沿って送
り、この送り方向Ｍと直交するワーク２０の一端面２０
ａ側から他端面２０ｂ側へ切削工具１０を突っ切らせ
て、ワーク２０の被切削面２０ｃの加工（いわゆる片面
加工）を行なうものである。 図５の下部に示したスケ
ールは、切削工具１０の送り位置を示すものであり、Ｐ
0 は切削工具１０のホームポジションを示し、Ｐs は加
工開始位置を示し、ＰE は加工終了位置を示している。
【００２２】図６は、予めＲＯＭ５２に格納された、目
標とする、送り位置Ｐと送り速度Ｖとの関係を数値化し
た加工指令データを、グラフ化したものであり、上記デ
ータに基づいて、ＮＣ装置５０による送り装置４０の送
り制御動作が行なわれる。送り速度Ｖは、切削工具１０
が停止しているホームポジションＰ0 から、加工開始位
置Ｐs よりも所定距離だけ反送り方向にある送り位置Ｐ
1 までの区間は、送り速度Ｖ2 に設定されている。
標とする、送り位置Ｐと送り速度Ｖとの関係を数値化し
た加工指令データを、グラフ化したものであり、上記デ
ータに基づいて、ＮＣ装置５０による送り装置４０の送
り制御動作が行なわれる。送り速度Ｖは、切削工具１０
が停止しているホームポジションＰ0 から、加工開始位
置Ｐs よりも所定距離だけ反送り方向にある送り位置Ｐ
1 までの区間は、送り速度Ｖ2 に設定されている。
【００２３】また、加工開始位置Ｐs を含む、上記送り
位置Ｐ1 から送り位置Ｐ2 までの区間や、加工終了位置
ＰE を含む、上記送り位置Ｐ3 から送り位置Ｐ4 までの
区間では、所定の低速の送り速度Ｖ1 に設定されてい
る。この送り速度Ｖ1 は、予め実施した試験加工に基づ
き、加工初期及び加工終期において、上記径方向偏差
（回転軸３３２の径方向目標位置ｈr0からの径方向への
位置ずれ量）δｈr が予め定める許容範囲Ｑに収まるよ
うに設定されている。この送り速度Ｖ1 の設定に関して
は、上記の条件（径方向偏差の位置ずれ量が許容範囲Ｑ
内となること）を満たすものの中から、できるだけ速い
ものが選ばれており、これにより、全体としての加工時
間を短くするようにしている。
位置Ｐ1 から送り位置Ｐ2 までの区間や、加工終了位置
ＰE を含む、上記送り位置Ｐ3 から送り位置Ｐ4 までの
区間では、所定の低速の送り速度Ｖ1 に設定されてい
る。この送り速度Ｖ1 は、予め実施した試験加工に基づ
き、加工初期及び加工終期において、上記径方向偏差
（回転軸３３２の径方向目標位置ｈr0からの径方向への
位置ずれ量）δｈr が予め定める許容範囲Ｑに収まるよ
うに設定されている。この送り速度Ｖ1 の設定に関して
は、上記の条件（径方向偏差の位置ずれ量が許容範囲Ｑ
内となること）を満たすものの中から、できるだけ速い
ものが選ばれており、これにより、全体としての加工時
間を短くするようにしている。
【００２４】また、加工中期に相当する、送り位置Ｐ2
から送り位置Ｐ3 までの区間では、送り速度は、最も速
いＶMAX に設定されている。ＮＣ装置５０に送りの開始
が促されると、まずＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に格納さ
れている、送り位置に関する送り速度データの目標値を
読み出し、これらのデータをＲＡＭ５３に書き込む。一
方、送り位置検出回路５６が回転角度検出器４９からの
出力信号θに基づいて得た送り位置Ｐが、ＣＰＵ５１に
与えられ、送り速度検出回路５５が回転速度検出器４８
からの出力信号ωに基づいて得た送り速度Ｖが、ＣＰＵ
５１に与えられる。ＣＰＵ５１では、検出された送り位
置において検出された送り速度と、目標の送り速度とを
比較し、目標の送り速度が達成されるように、サーボド
ライバ５４を介してサーボモータ４７の回転数を制御す
る。これにより、ワーク２０を取り付けたテーブル４６
が、切削工具１０に向かってＺ軸方向に前進させられ
る。
から送り位置Ｐ3 までの区間では、送り速度は、最も速
いＶMAX に設定されている。ＮＣ装置５０に送りの開始
が促されると、まずＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に格納さ
れている、送り位置に関する送り速度データの目標値を
読み出し、これらのデータをＲＡＭ５３に書き込む。一
方、送り位置検出回路５６が回転角度検出器４９からの
出力信号θに基づいて得た送り位置Ｐが、ＣＰＵ５１に
与えられ、送り速度検出回路５５が回転速度検出器４８
からの出力信号ωに基づいて得た送り速度Ｖが、ＣＰＵ
５１に与えられる。ＣＰＵ５１では、検出された送り位
置において検出された送り速度と、目標の送り速度とを
比較し、目標の送り速度が達成されるように、サーボド
ライバ５４を介してサーボモータ４７の回転数を制御す
る。これにより、ワーク２０を取り付けたテーブル４６
が、切削工具１０に向かってＺ軸方向に前進させられ
る。
【００２５】そして、図６に示す加工指令データに従っ
て送り装置４０の送り制御を行うが、実際の送り速度は
図７に示すような時間的変化をすることになる。すなわ
ち、図６において目標の送り速度が段階的に変化される
送り位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 及びＰ4 において、実
際の送り速度は、ある遅れを持った過渡的な変化（図７
においてａ，ｂ，ｃ，ｄ及びｅにそれぞれ示す部分の変
化である）をすることになる。図７において、Ｔs は加
工開始タイミングを示し、図５及び図６での送り位置Ｐ
S 通過するタイミングである。ＴE は加工終了タイミン
グを示し、図５及び図６での送り位置ＰE を通過するタ
イミングである。
て送り装置４０の送り制御を行うが、実際の送り速度は
図７に示すような時間的変化をすることになる。すなわ
ち、図６において目標の送り速度が段階的に変化される
送り位置Ｐ0 ，Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 及びＰ4 において、実
際の送り速度は、ある遅れを持った過渡的な変化（図７
においてａ，ｂ，ｃ，ｄ及びｅにそれぞれ示す部分の変
化である）をすることになる。図７において、Ｔs は加
工開始タイミングを示し、図５及び図６での送り位置Ｐ
S 通過するタイミングである。ＴE は加工終了タイミン
グを示し、図５及び図６での送り位置ＰE を通過するタ
イミングである。
【００２６】なお、図７において、加工開始タイミング
Ｔs から、送り速度がＶMAX の定常状態に入るタイミン
グＴK までを加工初期と言い、送り速度が定常状態にあ
る期間（タイミングＴK からタイミングＴl までの期
間）を加工中期と言い、定常状態を終えるタイミングＴ
L から加工終了タイミングＴE までの期間を加工終期と
言うこととする。
Ｔs から、送り速度がＶMAX の定常状態に入るタイミン
グＴK までを加工初期と言い、送り速度が定常状態にあ
る期間（タイミングＴK からタイミングＴl までの期
間）を加工中期と言い、定常状態を終えるタイミングＴ
L から加工終了タイミングＴE までの期間を加工終期と
言うこととする。
【００２７】次いで、上記加工中において、磁気軸受ス
ピンドル３３の回転軸３３２を径方向に変位させる外力
Ｆは、図８に示すような変化をすることになる。すなわ
ち、外力Ｆは、加工初期では、零からＦ1 へと比較的緩
やかに増加し、加工終期では、Ｆ1 から零へ緩やかに減
少し、加工中期では、Ｆ1 で一定となる。なお、図７及
び図８において、時間軸と平行して送り位置Ｐのスケー
ルを示した。
ピンドル３３の回転軸３３２を径方向に変位させる外力
Ｆは、図８に示すような変化をすることになる。すなわ
ち、外力Ｆは、加工初期では、零からＦ1 へと比較的緩
やかに増加し、加工終期では、Ｆ1 から零へ緩やかに減
少し、加工中期では、Ｆ1 で一定となる。なお、図７及
び図８において、時間軸と平行して送り位置Ｐのスケー
ルを示した。
【００２８】本実形態によれば、切削工具１０がワーク
２０の一端面２０ａを突っ切って削り始める時間領域、
及びワーク２０の他端面２０ｂを突っ切って削り終わる
時間領域において、送り速度Ｖを遅くした。これによ
り、上記時間領域において切削工具１０が受ける外力Ｆ
の変化率を小さくできる結果、切削工具１０の位置ずれ
量の変化に見合う磁気力を大幅な遅れなく発生できる。
したがって、図９に示すように、加工初期及び加工終期
において、切削工具１０の位置ずれ量を許容範囲Ｑ内に
収めることができ、切削工具１０を加工ラインＬに略沿
わせて送る（図５参照）ことができると共に、加工初期
における削り不足や、加工終期における削り過ぎの発生
を防止できる。なお、図９において、位置ずれ量のプラ
ス側は、ワークへの切込み量を増大させる方向である。
２０の一端面２０ａを突っ切って削り始める時間領域、
及びワーク２０の他端面２０ｂを突っ切って削り終わる
時間領域において、送り速度Ｖを遅くした。これによ
り、上記時間領域において切削工具１０が受ける外力Ｆ
の変化率を小さくできる結果、切削工具１０の位置ずれ
量の変化に見合う磁気力を大幅な遅れなく発生できる。
したがって、図９に示すように、加工初期及び加工終期
において、切削工具１０の位置ずれ量を許容範囲Ｑ内に
収めることができ、切削工具１０を加工ラインＬに略沿
わせて送る（図５参照）ことができると共に、加工初期
における削り不足や、加工終期における削り過ぎの発生
を防止できる。なお、図９において、位置ずれ量のプラ
ス側は、ワークへの切込み量を増大させる方向である。
【００２９】また、残りの時間領域である加工中期での
送り速度ＶMAX は、図７に示すように十分に速くしてお
けば良いので、全体としての加工速度は高速を維持でき
る。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、
例えば上記実施形態においては、ワーク２０を切削工具
１０に向けて送り出す構成について記載したが、本発明
を磁気軸受スピンドル３３をワーク２０に向けて送り出
す構成の工作機械にも適用できる。加えて、磁気軸受ス
ピンドル３３及びワーク２０の何れか一方を２軸以上の
制御により、磁気軸受スピンドル３３とワーク２０を相
対運動させてワーク２０に加工を施す工作機械にも適用
できる。
送り速度ＶMAX は、図７に示すように十分に速くしてお
けば良いので、全体としての加工速度は高速を維持でき
る。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、
例えば上記実施形態においては、ワーク２０を切削工具
１０に向けて送り出す構成について記載したが、本発明
を磁気軸受スピンドル３３をワーク２０に向けて送り出
す構成の工作機械にも適用できる。加えて、磁気軸受ス
ピンドル３３及びワーク２０の何れか一方を２軸以上の
制御により、磁気軸受スピンドル３３とワーク２０を相
対運動させてワーク２０に加工を施す工作機械にも適用
できる。
【００３０】また、切削工具１０が停止していたホーム
ポジションが、ワーク２０に近い送り位置にある場合に
は、非加工時の定常な送り速度Ｖ2 に達しないで、ワー
ク２０の加工を始めることになるので、この場合、削り
始めに関しては、本発明を適用する必要がなく、削り終
わりのみに適用することになる。さらに、切削工具１０
がワーク２０の端面を突っ切らずにワーク２０の途中位
置から加工を始める場合には、削り終わりのみに本発明
を適用することになる。この例としては、円板状のワー
クの中心から渦巻き状の溝を形成して、円板の周縁部を
突っ切って加工を終了する場合がある。
ポジションが、ワーク２０に近い送り位置にある場合に
は、非加工時の定常な送り速度Ｖ2 に達しないで、ワー
ク２０の加工を始めることになるので、この場合、削り
始めに関しては、本発明を適用する必要がなく、削り終
わりのみに適用することになる。さらに、切削工具１０
がワーク２０の端面を突っ切らずにワーク２０の途中位
置から加工を始める場合には、削り終わりのみに本発明
を適用することになる。この例としては、円板状のワー
クの中心から渦巻き状の溝を形成して、円板の周縁部を
突っ切って加工を終了する場合がある。
【００３１】さらにまた、切削工具１０がワーク２０の
端面を突っ切らずにワーク２０の途中位置で加工を終了
する場合には、削り始めのみに本発明を適用することに
なる。その他、本発明の請求の範囲内での設計変更及び
修正を加え得ることは勿論である。
端面を突っ切らずにワーク２０の途中位置で加工を終了
する場合には、削り始めのみに本発明を適用することに
なる。その他、本発明の請求の範囲内での設計変更及び
修正を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、切削工具がワークの端面を突っ切って削り始め
たり削り終わったりする時間領域において、送り速度を
遅くすることにより、切削工具の位置ずれ量の変化に見
合う磁気力を大幅な遅れなく発生でき、結果として位置
ずれ量を許容範囲内に抑えることができる。これによ
り、上記時間領域での削り不足や削り過ぎの発生を防止
できる。また、残りの時間領域での送り速度は十分に速
くしておけば良いので、全体としての加工速度は高速を
維持できるといった優れた効果がある。
よると、切削工具がワークの端面を突っ切って削り始め
たり削り終わったりする時間領域において、送り速度を
遅くすることにより、切削工具の位置ずれ量の変化に見
合う磁気力を大幅な遅れなく発生でき、結果として位置
ずれ量を許容範囲内に抑えることができる。これによ
り、上記時間領域での削り不足や削り過ぎの発生を防止
できる。また、残りの時間領域での送り速度は十分に速
くしておけば良いので、全体としての加工速度は高速を
維持できるといった優れた効果がある。
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械の全体構成
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図２】磁気軸受スピンドルの構成を示す縦断側面図で
ある。
ある。
【図３】磁気軸受スピンドルの電気的構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】ＮＣ装置の電気的構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】ワークとワークに対して送られる切削工具の相
対位置関係を模式的に示した図である。
対位置関係を模式的に示した図である。
【図６】予め設定されている、切削工具の送り位置と目
標の送り速度との関係を示す図である。
標の送り速度との関係を示す図である。
【図７】実際の送り速度の時間的変化を示す図である。
【図８】切削工具を径方向に変位させる外力の時間的変
化を示す図である。
化を示す図である。
【図９】回転軸の目標位置からの位置ずれ量の時間的変
化を示す図である。
化を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は従来の工作機械を用いた加
工の態様を順次に示す、ワークと切削工具の概略図であ
る。
工の態様を順次に示す、ワークと切削工具の概略図であ
る。
【図１１】従来の工作機械を用いた加工において、回転
軸の目標位置からの位置ずれ量の時間的変化を示す図で
ある。
軸の目標位置からの位置ずれ量の時間的変化を示す図で
ある。
１０ 切削工具 ２０ ワーク ３３ 磁気軸受スピンドル ３３２ 回転軸 ３３６ ラジアル電磁石 ３３８ ラジアル方向位置検出センサ １２０ 磁気力制御部 ４０ 送り装置 ４７ サーボモータ ５０ ＮＣ装置
Claims (1)
- 【請求項１】筒状の本体、この本体を貫通して切削工具
に回転力を伝達する回転軸、この回転軸を磁気力により
非接触で径方向に支持する電磁石、前記回転軸の径方向
位置を検出する位置検出センサ、及びこの位置検出セン
サからの出力信号を処理して前記回転軸の前記本体に対
する目標位置からの径方向への位置ずれ量を求め、この
位置ずれ量を打ち消して前記回転軸を前記目標位置に維
持するべく、前記電磁石の磁気力を制御する磁気力制御
手段を含む磁気軸受スピンドルと、 この磁気軸受スピンドルとワークを相対運動させるため
のサーボモータを含み、切削工具をワークに対して所定
の送り方向に送る送り手段とを備えた工作機械におい
て、 予め設定された速度データに基づいて前記サーボモータ
の回転数を制御する送り制御手段を含み、 前記速度データは、前記送り方向と交差するワークの端
面を切削工具が突っ切って通過する時点を含む所定長さ
の時間領域での送り速度が、前記時間領域での前記位置
ずれ量が予め定める許容範囲内に収まるように、加工時
の残りの時間領域での送り速度よりも低く設定されてい
ることを特徴とする工作機械。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19673095A JP3423119B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 工作機械 |
| US08/827,608 US5879113A (en) | 1995-08-01 | 1997-04-09 | Machine tool |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19673095A JP3423119B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 工作機械 |
| US08/827,608 US5879113A (en) | 1995-08-01 | 1997-04-09 | Machine tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0938804A true JPH0938804A (ja) | 1997-02-10 |
| JP3423119B2 JP3423119B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=26509943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19673095A Expired - Fee Related JP3423119B2 (ja) | 1995-08-01 | 1995-08-01 | 工作機械 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5879113A (ja) |
| JP (1) | JP3423119B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2774617B1 (fr) * | 1998-02-06 | 2000-05-05 | St Microelectronics Sa | Procede et machine d'usinage d'une cavite dans une carte a puce electronique renfermant une antenne |
| TW491743B (en) * | 2001-09-28 | 2002-06-21 | Ind Tech Res Inst | Internal active compensation method and device for axial swinging of rotatory shaft tool |
| US7264430B2 (en) * | 2004-02-26 | 2007-09-04 | Federal Mogul World Wide, Inc | Magnetically levitated high-speed spindle for shaping irregular surfaces |
| DE102007021294B4 (de) * | 2007-05-07 | 2009-10-01 | P & L Gmbh & Co. Kg | Dynamisch optimierte Werkzeugmaschine mit überlagerten Antriebssystemen |
| US8415847B2 (en) * | 2010-05-21 | 2013-04-09 | Siemens Industry, Inc. | Induction machine bearing system |
| US10220479B2 (en) * | 2016-04-25 | 2019-03-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Machining apparatus |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58202750A (ja) * | 1982-05-21 | 1983-11-26 | Inoue Japax Res Inc | 工作機械 |
| JPS61152304A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-11 | Hitachi Ltd | スピンドル装置 |
| DE3828589A1 (de) * | 1988-08-23 | 1990-03-08 | Le Instrumentalnyj Z | Messspindel eines gebers mit linearer verschiebung |
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