(57)【要約】【課題】 工具の振れ回り量を高精度で測定することができる工作機械用磁気軸受装置を提供する。【解決手段】  砥石9のラジアル方向の振れ回り量をラジアル位置センサ7a,7b,8a,8bの出力から求める振れ回り量検出回路24を備えている。振れ回り量検出回路24において、Ｘ軸方向の振れＸｔおよびＹ軸方向の振れＹｔが次式で求められている。  Ｘｔ＝｛（Ｘ１−Ｘ１０）＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｘ２−Ｘ２０）  Ｙｔ＝｛（Ｙ１−Ｙ１０）＋（Ｙ２−Ｙ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｙ２−Ｙ２０）【選択図】    図１
2007260790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が取り付けられている回転軸をラジアル方向に非接触支持するための複数組の制御型ラジアル磁気軸受と、回転軸のラジアル方向の位置を検出するための複数組のラジアル位置センサと、磁気軸受の電磁石に励磁電流を供給する磁気軸受制御装置とを備えている工作機械用磁気軸受装置において、工具のラジアル方向の振れ回り量をラジアル位置センサの出力から求める振れ回り量検出手段を備えていることを特徴とする工作機械用磁気軸受装置。
【請求項２】
振れ回り量検出手段は、互いに直交する軸をＸ軸およびＹ軸とし、次式によってＸ軸方向の振れＸｔおよびＹ軸方向の振れＹｔを求める振れ回り量演算式を有していることを特徴とする請求項１の工作機械用磁気軸受装置。
Ｘｔ＝｛（Ｘ１−Ｘ１０）＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｘ２−Ｘ２０）
Ｙｔ＝｛（Ｙ１−Ｙ１０）＋（Ｙ２−Ｙ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｙ２−Ｙ２０）
ただし、Ｌは、ラジアル位置センサ間距離、Ｌｔは、工具とこれに近いラジアル位置センサとの距離であり、Ｘ１０，Ｙ１０，Ｘ２０およびＹ２０は、工具ドレス時の回転軸振れ回り量を各ラジアル位置センサで計測した定格回転数での時間−変位波形であり、Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２およびＹ２は、加工中の回転軸振れ回り量を各ラジアル位置センサで計測した定格回転数での時間−変位波形である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば内面研削盤などのような工作機械において、先端に工具が取付けられて回転駆動される回転軸を支持する制御型の磁気軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械用磁気軸受装置として、研削用砥石（工具）が取り付けられている回転軸をラジアル方向に非接触支持するための複数組の制御型ラジアル磁気軸受と、回転軸のラジアル方向の位置を検出するための複数組のラジアル位置センサと、磁気軸受の電磁石に励磁電流を供給する磁気軸受制御装置とを備えているものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１０８９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１のものでは、転がり軸受に代えて、制御型の磁気軸受装置を使用することにより、高速回転、高送り速度での加工が可能となったが、砥石の振れ回り量については、これがワークの仕上げ精度（直角度、平面度など）に大きな影響を与えるにもかからず、管理または制御することはできなかった。
【０００４】
この発明の目的は、工具の振れ回り量を高精度で測定することができる工作機械用磁気軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による工作機械用磁気軸受装置は、工具が取り付けられている回転軸をラジアル方向に非接触支持するための複数組の制御型ラジアル磁気軸受と、回転軸のラジアル方向の位置を検出するための複数組のラジアル位置センサと、磁気軸受の電磁石に励磁電流を供給する磁気軸受制御装置とを備えている工作機械用磁気軸受装置において、工具のラジアル方向の振れ回り量ＸｔおよびＹｔをラジアル位置センサの出力から求める振れ回り量検出手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００６】
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を備えたものであり、スピンドルは、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つのアキシアル位置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つのラジアル位置センサを備えているものとされる。ここで、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、各ラジアル位置センサは、Ｘ軸方向位置センサおよびＹ軸方向位置センサからなるものとされる。
【０００７】
磁気軸受制御装置は、各制御軸（Ｘ軸およびＹ軸）の電磁石制御信号出力手段、電磁石駆動手段などを有しており、電磁石制御信号出力手段は、各制御軸の１対の電磁石に対する励磁電流信号を出力し、電磁石駆動手段は、該１対の電磁石に対して、励磁電流信号に比例する励磁電流を供給する。各電磁石に対する励磁電流信号は、定常電流信号と制御電流信号を合わせたものであり、各電磁石に供給する励磁電流は、定常電流と制御電流を合わせたものである。定常電流（および定常電流信号）は、回転軸の該制御軸方向の位置にかかわらず、一定の値である。制御電流（および制御電流信号）は、回転軸の該制御軸方向の位置によって変化する。各制御軸の１対の電磁石について、制御電流（および制御電流信号）の絶対値は互いに等しく、その符号は互いに逆である。
【０００８】
振れ回り量検出手段は、ラジアル方向の位置および定数を含む予め記憶された振れ回り量演算式を有しており、この式に磁気軸受装置の制御に使用されているラジアル位置センサの出力を代入することで振れ回り量が得られるものとされる。
【０００９】
振れ回り量演算式は、互いに直交する軸をＸ軸およびＹ軸とし、例えば、次式によってＸ軸方向の振れＸｔおよびＹ軸方向の振れＹｔを求めるものとされる。
【００１０】
Ｘｔ＝｛（Ｘ１−Ｘ１０）＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｘ２−Ｘ２０）
Ｙｔ＝｛（Ｙ１−Ｙ１０）＋（Ｙ２−Ｙ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｙ２−Ｙ２０）
ただし、Ｌは、２つのラジアル位置センサ間の距離、Ｌｔは、工具とこれに近いラジアル位置センサとの距離であり、Ｘ１０，Ｙ１０，Ｘ２０およびＹ２０は、工具ドレス時の回転軸振れ回り量を各ラジアル位置センサで計測した定格回転数での時間−変位波形であり、Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２およびＹ２は、加工中の回転軸振れ回り量を各ラジアル位置センサで計測した定格回転数での時間−変位波形である。
【００１１】
上記式は、回転軸が剛体であるとして求められたものである。また、振れ回り量は、回転軸の位相（回転角度）の関数であるため、位相計測が必要であり、この位相は、回転軸の回転速度を求める回転センサを利用して得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の工作機械用磁気軸受装置によると、磁気軸受装置に従来から備わっているラジアル位置センサを利用して工具の振れ回り量を高精度に測定することができ、これにより、ワークの歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、この発明による工作機械用磁気軸受装置とその制御装置の主要部を示している。なお、以下の説明において、上下左右は図１についていうものとする。
【００１５】
磁気軸受装置は、５自由度制御形のもので、先端（左端）に砥石(9)などの工具が取り付けられる左右にのびる回転軸(1) を非接触支持する１つのアキシアル方向磁気軸受（図示略）および左右２つのラジアル方向磁気軸受(2)(3)を備えている。
【００１６】
アキシアル方向磁気軸受は、回転軸(1) をＺ軸方向（左右方向）に支持するものである。ラジアル方向磁気軸受(2)(3)は、回転軸(1) をラジアル方向に支持するものである。各ラジアル方向磁気軸受(2)(3)には、回転軸(1) をＺ軸と直交するＸ軸方向（上下方向）に支持する部分（Ｘ軸方向磁気軸受）と、Ｚ軸およびＸ軸と直交するＹ軸方向（図１の紙面と直交する方向）に支持する部分（Ｙ軸方向磁気軸受）とがあり、図１にはＸ軸方向磁気軸受(4)(5)が示されている。各ラジアル方向磁気軸受(2)(3)に対応して、Ｘ軸方向位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)およびＹ軸方向位置センサからなるラジアル位置センサが設けられている。アキシアル方向磁気軸受およびラジアル方向磁気軸受(2)(3)は、磁気軸受制御装置(6)によって制御されている。
【００１７】
図１には、Ｘ−Ｚ平面における回転軸(1) の並進運動と傾斜運動を分離して制御する構成とともに、砥石(9)の振れ回り量を求める構成を示している。ここで、並進運動とは回転軸(1) の重心のＸ軸方向の運動であり、傾斜運動とは回転軸(1) の重心を通りＹ軸と平行な軸を中心とする回転軸(1) の回転運動である。
【００１８】
各Ｘ軸方向磁気軸受(4)(5)は、回転軸(1) をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対の電磁石(4a)(4b)(5a)(5b)を備えている。また、各電磁石(4a)(4b)(5a)(5b)の近傍に、回転軸(1) のＸ軸方向の位置を検出するための１対のＸ軸方向位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)が回転軸(1) をＸ軸方向の両側から挟むように配置されている。
【００１９】
左側の１対のＸ軸方向位置センサ(7a)(7b)の出力は第１減算器(10)に入力し、これによって回転軸(1) の左側部分のＸ軸方向変位Ｘ１が演算される。右側の１対の位置センサ(8a)(8b)の出力は第２減算器(11)に入力し、これによって回転軸(1) の右側部分のＸ軸方向変位Ｘ２が演算される。第１および第２減算器(10)(11)の出力は、第１加算器(12)の２つの入力端子にそれぞれ入力し、これによって回転軸(1) の並進運動量が演算される。第１および第２減算器(10)(11)の出力は、また、第３減算器(13)の２つの入力端子にそれぞれ入力し、これによって回転軸(1) の傾斜運動量が演算される。第１加算器(12)の出力は並進運動用ＰＩＤ制御回路(14)に入力し、この回路(14)から並進運動用制御信号が出力される。第３減算器(13)の出力は傾斜運動用ＰＩＤ制御回路(15)に入力し、この回路(15)から傾斜運動用制御信号が出力される。２つの制御回路(14)(15)の出力は、第２加算器(16)の２つの入力端子にそれぞれ入力し、この加算器(16)から左側のＸ軸方向磁気軸受(4) の制御信号が出力される。第２加算器(16)の出力は電力増幅器(17)を介して左側の一方の電磁石(4a)のコイルに入力するとともに、インバータ(18)および電力増幅器(19)を介して左側の他方の電磁石(4b)のコイルに入力し、これによってこれらの電磁石(4a)(4b)のコイルに流れる電流値が制御される。２つの制御回路(14)(15)の出力は、また、第４減算器(20)の２つの入力端子にそれぞれ入力し、この減算器(20)から右側のＸ軸方向磁気軸受(5) の制御信号が出力される。第４減算器(20)の出力は電力増幅器(21)を介して右側の一方の電磁石(5a)のコイルに入力するとともに、インバータ(22)および電力増幅器(23)を介して右側の他方の電磁石(5b)のコイルに入力し、これによってこれらの電磁石(5a)(5b)のコイルに流れる電流値が制御される。そして、このように左右のＸ軸方向磁気軸受(4)(5)の電磁石(4a)(4b)(5a)(5b)のコイルに流れる電流値を制御することにより、回転軸(1) のＸ−Ｚ平面における並進運動と傾斜運動が分離して制御される。
【００２０】
Ｙ軸方向についても、制御方向がＸ軸方向からＹ軸方向に変わるだけで、上記と同様であり、各Ｙ軸方向位置センサの出力によって、回転軸(1) の左側部分のＹ軸方向変位Ｙ１および同右側部分のＹ軸方向変位Ｙ２が演算され、これらの変位を用いて、回転軸(1) のＹ−Ｚ平面における並進運動と傾斜運動が分離して制御される。
【００２１】
制御装置(6)には、加工中の砥石(9)の振れ回り量を求めるための振れ回り量検出回路（振れ回り量検出手段）(24)がさらに設けられている。回転軸(1) の左側部分のＸ軸方向変位Ｘ１、同Ｙ軸方向変位Ｙ１、右側部分のＸ軸方向変位Ｘ２および同Ｙ軸方向変位Ｙ２は、振れ回り量検出手段(24)にも入力されている。
【００２２】
回転軸(1)の右端部に、凹部(25a)を有するターゲット部(25)が設けられており、回転軸(1)の回転速度を検出する回転センサ(26)がこの凹部(25a)を臨むように設けられている。回転センサ(26)は、凹部(25a)の位置を基準にした回転軸(1)の位相θを検知しており、この位相θが振れ回り量検出手段(24)に入力されている。
【００２３】
振れ回り量検出手段(24)は、図２に示すように、演算回路（演算手段）(31)および判別回路（判別手段）(32)を備えている。演算回路(31)は、砥石(9)ドレス時に得られたＸ軸方向位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)およびＹ軸方向位置センサの出力と加工中に得られるＸ軸方向位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)およびＹ軸方向位置センサの出力とに基づいて、砥石(9)の振れ回り量を演算するものである。判別回路(32)は、演算回路(31)により演算された振れ回り量ＸｔおよびＹｔを予め設定された基準振れ回り量Ｘｔ０およびＹｔ０と比較し、得られた振れ回り量ＸｔおよびＹｔが基準振れ回り量Ｘｔ０およびＹｔ０以上となったときに振れ回り量が異常であると判別する。異常が検出されたときには、判別回路(32)から異常信号が出力され、研削停止などの適宜な処理がなされる。
【００２４】
振れ回り量検出手段(24)の演算回路(31)には、次式によってＸ軸方向の振れＸｔおよびＹ軸方向の振れＹｔを求める振れ回り量演算式が設定されている。
【００２５】
Ｘｔ＝｛（Ｘ１−Ｘ１０）＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｘ２−Ｘ２０）
Ｙｔ＝｛（Ｙ１−Ｙ１０）＋（Ｙ２−Ｙ２０）｝（Ｌ＋Ｌｔ）／Ｌ−（Ｙ２−Ｙ２０）
上記において、Ｌは、左側のラジアル位置センサ(7a)(7b)と右側のラジアル位置センサ(8a)(8b)との距離（中心間距離）であり、Ｌｔは、砥石(9)とこれに近いラジアル位置センサ(7a)(7b)との距離（中心間距離）である。また、Ｘ１０，Ｙ１０，Ｘ２０およびＹ２０は、砥石(9)をドレスする時の回転軸(1)の振れ回り量を各ラジアル位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)で計測した定格回転数での時間−変位波形であり、Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２およびＹ２は、加工中の回転軸(1)の振れ回り量を各ラジアル位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)で計測した定格回転数での時間−変位波形である。ＬおよびＬｔは、工作機械に固有の定数で、初期条件として予め設定される。Ｘ１０，Ｙ１０，Ｘ２０およびＹ２０は、砥石(9)をドレスする時のＸ軸方向位置センサ(7a)(7b)(8a)(8b)およびＹ軸方向位置センサの出力として得られ、ドレス終了時に、位相に依存した定数として確定し、上記式に代入される。Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２およびＹ２は、加工中に時々刻々変化し、その時点の位相に対応するＸ１０，Ｙ１０，Ｘ２０およびＹ２０との差を取る形で砥石(9)の振れ回り量が検出される。
【００２６】
上記式は、図１において、回転軸(1)を剛体と仮定し、後側のラジアル位置センサ(8a)(8b)が設けられている位置を基準として、この基準位置から前側のラジアル位置センサ(7a)(7b)までの距離Ｌに対応する振れ量（現在位置とドレス時位置との差）：｛（Ｘ１−Ｘ１０）＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝／Ｌが、基準位置から砥石(9)までの距離に対応する振れ量（現在位置すなわち砥石(9)振れ回り量とドレス時位置との差）：｛Ｘｔ＋（Ｘ２−Ｘ２０）｝／（Ｌ＋Ｌｔ）に等しいとして求められたものである。
【００２７】
こうして、磁気軸受装置の構成は、従来と同様とし、制御装置(6)に振れ回り量検出回路(24)を付加することで、ワークの仕上げ精度（直角度、平面度など）に大きな影響を与える砥石(9)の振れ回り量ＸｔおよびＹｔを得ることができる。得られた砥石(9)の振れ回り量ＸｔおよびＹｔは、判別回路(32)によって判別されるとともに、ディスプレイに表示され、これにより、適切なメンテナンスが可能となり、ワークの歩留まりを向上させることができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、回転軸(1)を水平軸として示しているが、回転軸は垂直軸であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、この発明による工作機械用磁気軸受装置の実施形態を示す主要部の概略構成図である。
【図２】図２は、この発明による工作機械用磁気軸受装置の振れ回り量検出手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
(1)               回転軸
(2)(3)            ラジアル磁気軸受
(4a)(4b)(5a)(5b)  電磁石
(6)               磁気軸受制御装置
(7a)(7b)(8a)(8b)  ラジアル位置センサ
(9)               砥石（工具）
(24)              振れ回り量検出手段
【図１】
2007260790.tif 000003
【図２】
2007260790.tif 000004