(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が装着される主軸が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用磁気軸受スピンドル装置において、
前記主軸に装着される工具の種類に基づいて前記磁気軸受の制御条件が変更されるものであって、前記主軸にタッピング工具が装着されるときに、前記磁気軸受の剛性がタッピング作業時の主軸の回転速度に対応する周波数で最大となるように磁気軸受の制御周波数特性が変更されるようになされていることを特徴とする工作機械用磁気軸受スピンドル装置。
【請求項２】
加工制御手段からの指令に基づいて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用いられるスピンドル装置であって、前記主軸と、前記主軸を非接触支持する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を備えている工作機械用磁気軸受スピンドル装置において、
前記磁気軸受制御手段が、前記加工制御手段からの工具に関する指令に基づいて前記磁気軸受の制御条件を変更するものであって、前記主軸にタッピング工具が装着されるときに、前記磁気軸受の剛性がタッピング作業時の主軸の回転速度に対応する周波数で最大となるように磁気軸受の制御周波数特性を変更するようになされていることを特徴とする工作械用磁気軸受スピンドル装置。
【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の工作機械用磁気軸受スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械用磁気軸受スピンドル装置、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、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可能な工作機械に用いられる磁気軸受スピンドル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
この種の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。そして、従来の磁気軸受スピンドル装置では、磁気軸受制御装置は１種類の制御条件（制御パターン）だけを採用しており、主軸に装着される工具の種類が変わっても磁気軸受の制御条件は一定であった。
【０００３】
ところで、上記のような磁気軸受スピンドル装置において、主軸に装着される工具の種類が変わると、主軸の回転速度、工具の切込み量および送り速度が変わり、その結果、主軸に作用する加工力も変わる。ところが、上記のように磁気軸受の制御条件が常に一定であるため、工具によっては磁気軸受の制御条件が必ずしも最適にはならず、磁気軸受による主軸の位置制御が不安定になって、これが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った。とくに、タッピング工具（タップ）を使用する場合、工具に作用する加工力が非常に大きく、磁気軸受の剛性が不足して、作業効率および仕上がり精度が低下するという問題があった。
【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磁気軸受の制御条件を常に最適にして、磁気軸受による主軸の位置制御、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用磁気軸受スピンドル装置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用磁気軸受スピンドル装置は、工具が装着される主軸が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用磁気軸受スピンドル装置において、前記主軸に装着される工具の種類に基づいて前記磁気軸受の制御条件が変更されるものであって、前記主軸にタッピング工具が装着されるときに、前記磁気軸受の剛性がタッピング作業時の主軸の回転速度に対応する周波数で最大となるように磁気軸受の制御周波数特性が変更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】
この発明による磁気軸受スピンドル装置は、また、加工制御手段からの指令に基づいて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用いられるものであって、前記主軸と、前記主軸を非接触支持する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を備えており、前記磁気軸受制御手段が、前記加工制御手段からの工具に関する指令に基づいて前記磁気軸受の制御条件を変更するものであって、前記主軸にタッピング工具が装着されるときに、前記磁気軸受の剛性がタッピング作業時の主軸の回転速度に対応する周波数で最大となるように磁気軸受の制御周波数特性を変更するようになされていることを特徴とするものである。
【０００７】
工具の種類に基づいて磁気軸受の制御条件が変更されるので、主軸に装着される工具の種類が変わっても、磁気軸受の制御条件を常に最適にすることができる。そのため、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および工具寿命が向上する。
【０００８】
しかも、前記主軸にタッピング工具が装着されるときに、前記磁気軸受の剛性がタッピング作業時の主軸の回転速度に対応する周波数で最大となるように磁気軸受の制御周波数特性が変更されるので、タッピング作業時においても、十分な剛性を得ることが可能になり、作業効率および仕上がり精度が向上する。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
制御装置がＤＳＰよりなる場合、信号の高速実時間処理ができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１には、マシニングセンタなどの工作機械に用いられる磁気軸受スピンドル装置(1) 、ならびに工作機械の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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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)についても、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。
【００１８】
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)の種類によって変えられる。その結果、加工時に主軸(4) に作用する加工力も、工具(17)の種類によって変わる。
【００１９】
磁気軸受制御装置(15)は、ＮＣ装置(2) からの工具番号指令に基づき、主軸(4) に装着されている工具(17)およびそのときの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。周波数と剛性の関係を例にとって説明すると、たとえば、図１に示すタッピング工具(17)を用いてねじ加工を行う場合は、図４に破線(A) で示すように、磁気軸受(5)(6)(7) の制御周波数特性を変更する。すなわち、タッピング作業時の主軸(4) の回転速度に対応する周波数ｆa で剛性が最大となるようにする。また、図２に示す小径ドリルやエンドミルなどの工具(17)を用いて軽切削を行う場合は、図４に実線(B) で示すように、図３に示す大径エンドミルやフェイスミルなどの工具(17)を用いて重切削を行う場合は、図４に鎖線(C) で示すように、それぞれ制御周波数特性を変更する。
【００２０】
このため、工具(17)の種類が変わっても、磁気軸受(5)(6)(7) を常に最適な条件で制御することができ、被加工物の仕上がり状態および工具寿命が向上する。とくに、タッピング工具を使用する場合、タッピング作業時の主軸(4) の回転速度に対応する周波数で剛性が最大となるようにするので、タッピング作業時においても、十分な剛性を得ることが可能になり、作業効率および仕上がり精度が向上する。
【００２１】
磁気軸受制御装置(15)において、ＮＣ装置(2) からの工具番号指令は、磁気軸受(5)(6)(7) の制御条件の変更だけでなく、他の目的に使用することができる。また、磁気軸受制御装置(15)が、ＮＣ装置(2) から工具番号指令以外の情報を読み込んで、磁気軸受(5)(6)(7) の制御のために使用することもできる。さらに、磁気軸受制御装置(15)が、ＮＣ装置(2) からの工具番号指令と磁気軸受(5)(6)(7) の電磁石(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、ＮＣ装置(2) が、上記加工力に基づき、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の加工条件を自動的に制御するようにすることもできる。
【００２２】
磁気軸受スピンドル装置の各部の構成は、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磁気軸受スピンドル装置の概略構成図である。
【図２】主軸に装着される工具の他の例を示す側面図である。
【図３】主軸に装着される工具のさらに他の例を示す側面図である。
【図４】磁気軸受の周波数と剛性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
(1)               磁気軸受スピンドル装置
(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
(6)(7)            ラジアル磁気軸受
(15)              磁気軸受制御装置（磁気軸受制御手段）
(17)              工具
【図１】
0003735737.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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