(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が装着される主軸が電磁石を用いた複数組の磁気軸受によって非接触支持され、前記主軸に装着される工具を他の種類のものに自動的に交換可能な工作機械において、
前記主軸に装着される工具の種類ごとに前記電磁石の励磁電流と工具に作用する加工力との関係を表わす加工力演算パターンが記憶されており、前記主軸に装着されている工具に対する加工力演算パターンを用いて前記電磁石の励磁電流から加工力が求められ、この加工力に基づいて前記工具の回転速度、切込み量および送り速度が制御されるようになされていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
工具が装着される主軸と、前記主軸を非接触支持する電磁石を用いた複数組の磁気軸受と、前記磁気軸受を制御する磁気軸受制御手段と、前記主軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記工具の回転速度、切込み量および送り速度を制御する加工制御手段と、前記加工制御手段からの指令に基づいて前記主軸に装着される工具を他の種類のものと自動的に交換する自動工具交換手段とを備えている工作機械において、
前記磁気軸受制御手段が、前記主軸に装着される工具の種類ごとに前記電磁石の励磁電流と工具に作用する加工力との関係を表わす加工力演算パターンを記憶しており、前記加工制御手段からの工具に関する指令より前記主軸に装着されている工具に対する加工力演算パターンを選択して、前記電磁石の励磁電流から加工力を求め、前記加工制御手段が、前記加工力に基づいて前記工具の回転速度、切込み量および送り速度を制御するようになされていることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
前記磁気軸受制御手段が、ディジタル信号処理プロセッサよりなることを特徴とする請求項２の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械に関し、さらに詳しくは、たとえばマシニングセンタなどのように、磁気軸受により非接触支持された主軸に装着される工具を他の種類のものに自動的に交換可能な工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、マシニングセンタなどの工作機械にも、主軸の高速化などを目的として、主軸を磁気軸受で非接触支持する磁気軸受スピンドル装置が多く用いられるようになってきている。このような磁気軸受スピンドル装置は、通常、主軸と、主軸を非接触支持する電磁石を用いた複数組の磁気軸受と、磁気軸受を制御する磁気軸受制御装置とを備えている。工作機械には、加工制御装置や自動工具交換装置が設けられ、加工制御装置により、主軸すなわち工具の回転速度、切込み量および送り速度が制御され、自動工具交換装置により、加工制御装置からの指令に基づいて主軸に装着される工具が他の種類のものと自動的に交換される。工具の回転速度、切込み量および送り速度のいわゆる加工条件は外部から与えられ、加工制御装置は、加工中、これらの加工条件を一定に保持するようになっている。
【０００３】
ところで、加工条件が一定であっても、工具の種類が変わると、工具に作用する加工力は変わり、最適な加工条件は工具の種類によって変わる。そして、外部から与えられる加工条件は、必ずしもその工具にとって最適なものではなく、工具や磁気軸受の能力を下回ることや、これを越えることがある。加工条件が工具や磁気軸受の能力を下回る場合は、加工能率が悪いという問題があり、逆に、これを越えると、磁気軸受による主軸の位置制御が不安定になり、被加工物の仕上がり状態や工具寿命に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、工具の種類によらずに加工条件を常に最適にして、加工能率、磁気軸受による主軸の位置制御の安定性、被加工物の仕上がり状態、工具寿命を向上させることができる工作機械を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および効果】
この発明による工作機械は、工具が装着される主軸が電磁石を用いた複数組の磁気軸受によって非接触支持され、前記主軸に装着される工具を他の種類のものに自動的に交換可能な工作機械において、前記主軸に装着される工具の種類ごとに前記電磁石の励磁電流と工具に作用する加工力との関係を表わす加工力演算パターンが記憶されており、前記主軸に装着されている工具に対する加工力演算パターンを用いて前記電磁石の励磁電流から加工力が求められ、この加工力に基づいて前記工具の回転速度、切込み量および送り速度が制御されるようになされていることを特徴とするものである。
【０００６】
たとえば、工作機械は、工具が装着される主軸と、前記主軸を非接触支持する電磁石を用いた複数組の磁気軸受と、前記磁気軸受を制御する磁気軸受制御手段と、前記主軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記工具の回転速度、切込み量および送り速度を制御する加工制御手段と、前記加工制御手段からの指令に基づいて前記主軸に装着される工具を他の種類のものと自動的に交換する自動工具交換手段とを備えており、前記磁気軸受制御手段が、前記主軸に装着される工具の種類ごとに前記電磁石の励磁電流と工具に作用する加工力との関係を表わす加工力演算パターンを記憶しており、前記加工制御手段からの工具に関する指令より前記主軸に装着されている工具に対する加工力演算パターンを選択して、前記電磁石の励磁電流から加工力を求め、前記加工制御手段が、前記加工力に基づいて前記工具の回転速度、切込み量および送り速度を制御するようになされている。
【０００７】
主軸に装着される工具の種類ごとに電磁石の励磁電流と工具に作用する加工力との関係を表わす加工力演算パターンが記憶されていて、主軸に装着されている工具に対する加工力演算パターンを用いて電磁石の励磁電流から加工力が求められ、この加工力に基づいて工具の回転速度、切込み量および送り速度が制御されるので、工具の種類が変わっても、これらの加工条件を常に最適にすることができる。したがって、加工能率を工具と磁気軸受の能力に対して最大のものとすることができ、しかも、磁気軸受による主軸の位置制御が安定し、被加工物の仕上がり状態や工具寿命が向上する。
【０００８】
好ましくは、前記磁気軸受制御手段が、ディジタル信号処理プロセッサよりなる。
【０００９】
この明細書において、ディジタル信号処理プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）とは、ディジタル信号を入力してディジタル信号を出力し、ソフトウェアプログラムが可能で、高速実時間処理が可能な専用ハードウェアを指す。なお、以下、これをＤＳＰと略すことにする。
【００１０】
磁気軸受制御手段がＤＳＰよりなる場合、信号の高速実時間処理ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１には、マシニングセンタなどの工作機械のスピンドル装置（１）  、加工制御手段としての数値制御装置（以下、ＮＣ装置と略す。）（２）  および自動工具交換手段としての自動工具交換装置（１８）が概略的に示されている。
【００１３】
スピンドル装置（１）  は、ケーシング（３）  内に垂直に配置された主軸（４）  を備えている。ケーシング（３）  内には、また、主軸（４）  を非接触支持するための１組のアキシアル磁気軸受（５）  および上下２組のラジアル磁気軸受（６）（７）、主軸（４）  のアキシアル方向の位置を検出するための１個のアキシアル位置センサ（８）  、主軸（４）  のラジアル方向の位置を検出するための上下２組のラジアル位置センサ（１０）（１１）、ならびに主軸（４）  を高速回転させる回転駆動手段としての高周波モータ（１２）が設けられている。通常、アキシアル磁気軸受（５）  は１対の電磁石（５ａ）から、各ラジアル磁気軸受（６）（７）はそれぞれ４組の電磁石（６ａ）（７ａ）から構成されている。なお、これら磁気軸受（５）（６）（７）  、位置センサ（８）（１０）（１１）  およびモータ（１２）については、公知のものであるから、詳細な説明は省略する。
【００１４】
アキシアル位置センサ（８）  およびラジアル位置センサ（１０）（１１）はセンサ駆動回路（１３）によって駆動され、センサ駆動回路（１３）は、各位置センサ（８）（１０）（１１）  の出力に基づいて、主軸（４）  のアキシアル方向の位置および上下２箇所におけるラジアル方向の位置を検出する。センサ駆動回路（１３）からのアナログ位置検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ（１４）によりディジタル位置検出信号に変換されて、磁気軸受制御手段としての磁気軸受制御装置（１５）に入力する。磁気軸受制御装置（１５）は、上記のディジタル位置検出信号に基づいて各磁気軸受（５）（６）（７）  の電磁石（５ａ）（６ａ）（７ａ）の励磁電流を制御するためのものであり、ＤＳＰより構成されている。磁気軸受制御装置（１５）からのディジタル制御信号はＤ／Ａコンバータ（１９）によりアナログ制御信号に変換され、このアナログ制御信号に基づいて、パワーアンプ（１６）から各電磁石（５ａ）（６ａ）（７ａ）に励磁電流が供給され、その結果、主軸（４）  がアキシアル方向およびラジアル方向の所定位置に非接触支持される。
【００１５】
主軸（４）  の下端に工具（１７）が装着され、自動工具交換装置（１８）により、ＮＣ装置（２）  からの工具番号指令に基づいて、工具（１７）が他の種類のものと自動的に交換されるようになっている。なお、自動工具交換装置（１８）については、公知のものであるから、その具体的な構成の図示および説明は省略する。ＮＣ装置（２）  からの工具番号指令は、磁気軸受制御装置（１５）にも入力する。
【００１６】
ＮＣ装置（２）  は、主軸（４）  の回転速度を制御するとともに、ケーシング（３）  すなわち主軸（４）  の位置、移動方向および移動速度などを制御し、これにより、工具（１７）の回転速度、切込み量および送り速度が制御される。なお、工具（１７）の回転速度、切込み量および送り速度の加工条件は、通常、工具（１７）の種類によって変わる。これらの加工条件は、後述するように、加工中にＮＣ装置（２）  によって自動的に制御されるが、最初の加工条件は外部から与えられるようにしてもよいし、ＮＣ装置（２）  内部で自動的に設定されるようにしてもよい。
【００１７】
上記の工作機械によって加工を行う場合、最初は、外部から与えられた加工条件あるいはＮＣ装置（２）  内部で自動設定された加工条件で加工が行われる。そして、加工中に、磁気軸受制御装置（１５）が、自動工具交換装置（１８）からの工具番号指令と各電磁石（５ａ）（６ａ）（７ａ）の励磁電流に基づいて、工具（１７）に作用する加工力を求め、加工力に関する情報をＮＣ装置（２）  に出力する。各電磁石（５ａ）（６ａ）（７ａ）の励磁電流と工具（１７）に作用する加工力との間には一定の関係があり、励磁電流から演算によって加工力を求めることができる。しかし、この励磁電流と加工力との関係は工具の種類によって変わるので、たとえば、磁気軸受制御装置（１５）は、工具（１７）の種類ごとに励磁電流と加工力との関係を表わす加工力演算パターンを記憶しており、ＮＣ装置（２）  からの工具番号指令によってそのときの工具（１７）に対する演算パターンを選択し、これを用いて加工力を演算する。ＮＣ装置（２）  は、磁気軸受制御装置（１５）からの加工力に関する情報に基づき、磁気軸受（５）（６）（７）  およびそのときの工具（１７）にとって最適となるように、工具（１７）の回転速度、切込み量および送り速度を自動的に制御する。
【００１８】
このため、工具（１７）の種類が変わっても、加工条件を常に最適にすることができ、したがって、加工能率を磁気軸受（５）（６）（７）  とそのときの工具（１７）の能力に対して最大のものにすることができ、しかも磁気軸受（５）（６）（７）  による主軸（４）  の支持が安定し、加工物の仕上がり状態や工具寿命が向上する。
【００１９】
ＮＣ装置（２）  において、磁気軸受制御装置（１５）からの加工力に関する情報は、加工条件の制御だけでなく、他の目的に使用することもできる。また、磁気軸受制御装置（１５）が、ＮＣ装置（２）  からの工具番号指令に基づき、そのときの工具（１７）と加工条件において最適となるように、各磁気軸受（５）（６）（７）  の制御条件を自動的に変更するようにすることもできる。
【００２０】
工作機械の各部の構成は、上記実施例のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す工作機械の主要部の概略構成図である。
【符号の説明】
（２）                数値制御装置（加工制御手段）
（４）                主軸
（５）                アキシアル磁気軸受
（５ａ）              電磁石
（６）（７）            ラジアル磁気軸受
（６ａ）（７ａ）          電磁石
（８）                高周波モータ（回転駆動手段）
（１５）              磁気軸受制御装置（磁気軸受制御手段）
（１７）              工具
（１８）              自動工具交換装置（自動工具交換手段）
【図１】
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