(57)【要約】【課題】 かつぎを小さくし、これにより、加工精度を向上させた工作機械を提供する。【解決手段】  工作機械は、砥石2から軸方向に突出するようにクイル12に設けられた曲面部32と、曲面部32を１点接触支持してその軸方向および径方向の動きを規制する軸受装置6とを備えている。軸受装置6は、ブロック状の軸受本体34と、軸受本体34上面に形成された凹溝35とを備えている。【選択図】    図２
2008023684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング、ケーシング内に配置された回転軸、および回転軸を支持する複数の軸受を有するスピンドル装置と、回転軸先端にクイルを介して支持される工具とを備えている工作機械において、
工具から軸方向に突出するようにクイル先端に設けられた曲面部と、曲面部を１点接触支持してその軸方向および径方向の動きを規制する軸受装置とをさらに備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
軸受装置は、ブロック状の軸受本体と、軸受本体上面に形成された凹溝とを備えている請求項１の工作機械。
【請求項３】
曲面部は、クイルと一体の延長軸部の先端に形成されており、軸受装置は、延長軸部の周面を支持するラジアル軸受と、曲面部先端を受けるスラスト軸受とを備えている請求項１の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内面研削盤などの工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面研削盤は、図４に示すように、回転軸(51)の先端にクイル(52)を介して取り付けられた円筒状研削砥石(53)を有しており、この砥石(53)の外周面がワーク(W)の内周面に当てられて研削が行われる。すなわち、砥石(53)は、回転軸(51)に片持ち支持された状態でワーク(W)に当てられ、この結果、ワーク(W)から軸方向に対して直交する方向の力を受ける。内面研削盤では、その片持ち支持という特性上、研削精度が悪化するかつぎ（研削抵抗により研削中にクイル(52)が回転中心軸に対して曲がり、研削後に砥石(53)をワーク(W)から離そうとした際、クイル(52)の曲げが復元力で元に戻ることによりワーク(W)を削る現象）の問題が発生する。
【０００３】
研削抵抗によるクイルの曲がりに対処する研削盤として、特許文献１には、砥石の前進端と後進端とにおける研削力の差からワークの円筒度を測定する円筒度測定手段と、円筒度測定結果に基づいて砥石が取り付けられた回転軸をワークに対して傾斜させる傾斜手段とを備えたものが提案されている。
【特許文献１】特開平５−１６０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のものは、かつぎの大きさ自体を小さくするものではなく、また、円筒度を実用的に精度よく求めることが困難であるため、かつぎに伴う精度の悪化を十分に解消することができないという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、かつぎを小さくし、これにより、加工精度を向上させた工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による工作機械は、ケーシング、ケーシング内に配置された回転軸、および回転軸を支持する複数の軸受を有するスピンドル装置と、回転軸先端にクイルを介して支持される工具とを備えている工作機械において、工具から軸方向に突出するようにクイル先端に設けられた曲面部と、曲面部を１点接触支持してその軸方向および径方向の動きを規制する軸受装置とをさらに備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
工作機械は、たとえば内面研削盤などのように、回転駆動される回転軸の先端に砥石（またはその他の工具）が取り付けられたスピンドル装置を備えたものとされる。工作機械は、内面研削盤以外の研削装置や切削装置とすることもできる。
【０００８】
スピンドル装置は、例えば、ケーシング、ケーシング内に水平または垂直に配置された回転軸、回転軸を非接触支持する１つの制御型アキシアル磁気軸受および前後または上下の２つの制御型ラジアル磁気軸受、ならびに、回転軸のアキシアル方向の位置を検出するための１つのアキシアル変位センサおよび回転軸のラジアル方向の位置を検出するための前後または上下の２つのラジアル変位センサを備えているものとされる。ここで、各磁気軸受および各変位センサは、公知のものであり、通常、各ラジアル磁気軸受は、Ｘ軸方向磁気軸受およびＹ軸方向磁気軸受からなるものとされ、各ラジアル変位センサは、Ｘ軸方向変位センサおよびＹ軸方向変位センサからなるものとされる。
【０００９】
砥石は、例えば、クイルに設けられためねじ部に止めネジをねじ込むことでクイルに着脱自在に取り付けられる。クイルは、例えば、おねじ部やテーパ部を有しているものとされ、回転軸の先端に設けられためねじ部またはテーパ孔部にねじ込みまたは嵌め合わせられることによって、回転軸に着脱自在に取り付けられる。
【００１０】
軸受装置は、例えば、ピボット軸受として知られている構成とすることができる。
【００１１】
軸受装置は、ブロック状の軸受本体と、軸受本体上面に形成された凹溝とを備えていることがある。このようにすると、凹溝には、潤滑油を保持させたり、研削液を溜めたりすることができ、加工時の抵抗が小さくなり、軸受本体の摩耗が抑えられる。
【００１２】
また、曲面部は、クイルと一体の延長軸部の先端に形成されており、軸受装置は、延長軸部の周面を支持するラジアル軸受と、曲面部先端を受けるスラスト軸受とを備えていることがある。この場合、ラジアル軸受を非接触支持の動圧軸受に、スラスト軸受をスラスト板またはスラスト玉軸受とすることにより、軸受装置の摩耗が抑えられる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の工作機械によると、クイル先端に設けられた曲面部を軸受装置で１点接触支持することにより、片持ち支持でなく両持ち支持とすることができ、かつぎが小さくなって、加工精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１５】
図１および図２は、この発明による工作機械の第１実施形態を示している。
【００１６】
この工作機械は、内面研削用であり、ワーク(W)の内面を研削する砥石（工具）(2)が取り付けられた磁気軸受スピンドル(1)と、内面が被研削面であるワーク(W)を保持して回転させるワーク保持台(3)と、磁気軸受スピンドル(1)を軸方向に移動させるスピンドル移動手段（図示略）と、ワーク保持台(3)を磁気軸受スピンドル(1)に対して相対的に移動させて砥石(2)にワーク(W)に対する切込み動作を行わせるワーク保持台移動手段（図示略）と、磁気軸受スピンドル(1)の軸方向延長線上に設けられた軸受装置(6)とを備えている。
【００１７】
磁気軸受スピンドル(1)は、鉛直円筒状のケーシング(10)の内側で鉛直軸状の回転軸(11)が回転する縦型のものである。以下の説明において、回転軸(11)の鉛直な軸方向（アキシアル方向）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と直交するとともに互いに直交する２つの水平な径方向（ラジアル方向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とする。
【００１８】
砥石(2)は、クイル(12)を介して回転軸(11)下端に支持されている。軸受装置(6)は、図２に拡大して示しかつ後述するように、従来片持ち支持であった砥石(2)を両持ち支持するためのもので、そのために、クイル(12)先端には、砥石(2)から軸方向下方に突出させられている曲面部(32)が形成されている。曲面部(32)は、回転軸(11)の軸線を中心とする球面形状とされている。
【００１９】
磁気軸受スピンドル(1)の機械本体部分には、回転軸(11)を軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受(13)、回転軸(11)を径方向に非接触支持する上下２組の制御型ラジアル磁気軸受(14)(15)、回転軸(11)のアキシアル方向の変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(16)と、回転軸(11)のラジアル方向の変位を検出するための上下２組のラジアル変位センサ(17)(18)と、回転軸(11)を高速回転させるためのビルトイン型電動モータ(19)、ならびに回転軸(11)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して回転軸(11)を磁気軸受(13)(14)(15)で支持していないときに回転軸(11)を機械的に支持する上下２組のタッチダウン用の保護軸受(20)(21)が設けられている。
【００２０】
磁気軸受スピンドル(1)のコントローラ部分には、センサ回路(22)、ＡＤ変換器(23)、ＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）(24)、ＤＡ変換器(25)、電磁石駆動回路(26)およびインバータ(27)が設けられている。
【００２１】
アキシアル磁気軸受(13)は、回転軸(11)の中間部に一体に形成されたフランジ部(11a)をＺ軸方向の両側から挟むように配置された１対のアキシアル電磁石(13a)(13b)を備えている。
【００２２】
アキシアル変位センサ(16)は、回転軸(11)の上端面にＺ軸方向の上側から対向するように配置され、回転軸(11)の上端面との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。
【００２３】
２組のラジアル磁気軸受(14)(15)は、回転軸(11)の上下端部近傍に配置されており、上側のラジアル磁気軸受(14)とアキシアル磁気軸受(13)との間にモータ(19)が配置されている。各ラジアル磁気軸受(14)(15)は、回転軸(11)をＸ軸方向の両側からおよびＹ軸方向の両側から挟むように配置された２対のラジアル電磁石(14a)(15a)を備えている。
【００２４】
上側のラジアル変位センサ(17)は、上側のラジアル磁気軸受(14)の近傍上方に配置されており、下側のラジアル変位センサ(18)は、下側のラジアル磁気軸受(7)の近傍下方に配置されており、各ラジアル変位センサ(17)(18)は、回転軸(11)の外周面との距離に比例する距離信号を出力する。
【００２５】
保護軸受(20)(21)はアンギュラ玉軸受などの転がり軸受よりなり、各保護軸受(20)(21)の外輪がケーシング(10)に固定され、内輪が回転軸(11)の周囲に所定の隙間をあけて配置されている。２組の保護軸受(20)(21)はいずれも径方向の支持が可能なものであり、少なくとも１組は軸方向の支持も可能なものである。運転停止あるいは停電などによって磁気軸受(13)(14)(15)が作動していない状態では、回転軸(11)は保護軸受(20)(21)に支持される。
【００２６】
センサ回路(22)は、各変位センサ(16)(17)(18)を駆動し、各変位センサ(16)(17)(18)の出力に基づいて、回転軸(11)の軸方向の変位、ならびに上下のラジアル変位センサ(17)(18)の部分におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を演算し、その演算結果である変位信号をＡＤ変換器(23)を介してＤＳＰ(24)に出力する。
【００２７】
ＤＳＰ(24)は、ＡＤ変換器(23)から入力する変位信号に基づいて、各磁気軸受(13)(14)(15)の各電磁石(13a)(13b)(14a)(15a)に対する制御電流値を求め、一定の定常電流値に制御電流値を加えた励磁電流信号をＤＡ変換器(25)を介して電磁石駆動回路(26)に出力する。そして、駆動回路(26)は、ＤＳＰ(24)からの励磁電流信号に基づく励磁電流を対応する各磁気軸受(13)(14)(15)の各電磁石(13a)(13b)(14a)(15a)に供給し、これにより、回転軸(11)が所定の目標位置に非接触される。ＤＳＰ(24)は、また、モータ(19)に対する回転数指令信号をインバータ(27)に出力し、インバータ(27)は、この信号に基づいて、モータ(19)の回転数を制御する。そして、その結果、回転軸(11)が、磁気軸受(13)(14)(15)により目標位置に非接触支持された状態で、モータ(19)により高速回転させられる。
【００２８】
軸受装置(6)は、磁気軸受スピンドル(1)の軸線と一致する軸線を有する支持台(33)上に設けられたブロック状の軸受本体(34)と、軸受本体(34)の上面中央部に設けられた凹溝(35)とを備えている。凹溝(35)は、曲面部(32)とピボット軸受を構成するもので、曲面部(32)を１点接触支持してその軸方向および径方向の動きを規制可能なように、磁気軸受スピンドル(1)の軸線を中心とする球面状に形成されている。この結果、従来は回転軸(11)に片持ち支持されていた砥石(2)が、軸受装置(6)によって両持ち支持状態とされ、クイル(12)の曲がりによる復元力は小さくなり、かつぎ（クイル(12)の曲げが復元力で元に戻ることによりワーク(W)を削る現象）に伴う加工精度低下が抑えられる。凹溝(35)には、研削液が溜まり、これにより、研削抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
図３は、この発明による工作機械の第２実施形態を示している。この第２実施形態は、軸受装置の構成が第１実施形態と相違しているもので、以下では、相違点だけを説明する。
【００３０】
この実施形態では、曲面部(32)は、クイル(12)と一体でかつ同軸の延長軸部(28)の先端に形成されており、軸受装置(6)は、クイル(12)と同心の有底円筒状で磁気軸受スピンドル(1)の支持台（図示略）に固定されているケーシング(41)と、ケーシング(41)内周面に設けられて延長軸部(28)を径方向に非接触支持するラジアル動圧軸受(42)と、ケーシング(41)底壁上に配置されて曲面部(32)を受けるスラスト軸受(43)とを備えている。
【００３１】
ラジアル動圧軸受(42)は、ケーシング(41)内周面に設けられた動圧溝の作用で潤滑油を介して動圧を発生し、これにより、延長軸部(28)は、ラジアル方向に非接触で支持される。スラスト軸受(43)は、曲面部(32)を１点接触支持してその径方向の動きを規制するもので、摺動抵抗が小さい材料で形成されたスラスト板とされている。ラジアル動圧軸受(42)およびスラスト軸受(43)により、従来は回転軸(11)に片持ち支持されていた砥石(2)が両持ち支持状態とされ、クイル(12)の曲がりによる復元力は小さくなり、かつぎに伴う加工精度低下が抑えられる。なお、スラスト板に代えて、スラスト玉軸受やその他スラスト軸受とすることもできる。
【００３２】
上記において、スピンドル装置は、磁気軸受スピンドルとしたが、磁気軸受に限られるものではなく、スピンドル装置の軸受は、磁気軸受(14)(15)(16)に代えて静圧軸受を使用し、回転軸(11)を非接触支持する１組のアキシアル静圧軸受と、回転軸(11)を砥石(2)に近い側の位置においてラジアル方向に非接触支持する砥石側ラジアル静圧軸受と、回転軸(11)を砥石(2)から遠い側の位置においてラジアル方向に非接触支持する反砥石側ラジアル静圧軸受と、各静圧軸受を制御する制御装置とからなるものとしてもよい。
【００３３】
また、スピンドル装置を玉軸受などの転がり軸受で回転軸を支持する形式とし、軸受装置(6)を上記いずれかの構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、この発明による工作機械の第１実施形態を示す主要部の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の要部の拡大図である。
【図３】図３は、この発明による工作機械の第２実施形態を示す要部の拡大図である。
【図４】図４は、従来の工作機械の問題点を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
(1)           スピンドル装置
(2)           砥石（工具）
(6)           軸受装置
(10)          ケーシング
(11)          回転軸
(12)          クイル
(13)(14)(15)  磁気軸受
(28)          延長軸部
(32)          曲面部
(34)          軸受本体
(35)          凹溝
(42)          ラジアル動圧軸受
(43)          スラスト軸受
【図１】
2008023684.tif 000003
【図２】
2008023684.tif 000004
【図３】
2008023684.tif 000005
【図４】
2008023684.tif 000006