JP2000263377A

JP2000263377A - 金型加工装置

Info

Publication number: JP2000263377A
Application number: JP11071504A
Authority: JP
Inventors: Takami Ozaki; 孝美尾崎; Nobuyuki Suzuki; 伸幸鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静
剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える金
型加工装置を提供する。【解決手段】工具１１を回転させるスピンドル装置１
の主軸４を、静圧磁気複合軸受６〜９で支持し、次の手
段を設ける。静圧磁気複合軸受６〜９の励磁電流を検出
する電流検出手段１５〜１８と、その電流検出値から加
工状態を把握する加工状態把握手段１９を設ける。外部
指令応答オンオフ手段２０を設け、静圧磁気複合軸受６
〜９は、外部の指令で静圧気体軸受部のみによる支持を
可能とする。ハウジング５の温度を測定する手段７６
と、温度測定対応出力手段７７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、成形金型の切削
加工や研削加工等に用いられる金型加工装置、特にその
スピンドル装置に静圧磁気複合軸受を備えた金型加工装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】最近、金
型加工において、高能率で高精度な加工が注目されてい
る。このような加工を実現するためには、高速回転が可
能で、高回転精度を有し、静剛性・動剛性の高いスピン
ドル装置が必要であり、さらに加工状態を検出しなが
ら、最適な加工条件で加工することが要求される。しか
し、スピンドル装置に装備される軸受の機能の限界など
から、このような要求を満足することができなかった。
一方、本出願人は、一般の高速切削加工に用いるスピン
ドル装置として、静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化し
たハイブリッド型の非接触軸受を用いるものを提案した
（特願平１０−０９７５０５号など）。これによれば、
静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸
受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かした軸受と
できる。

【０００３】この発明は、金型加工機において、このよ
うな静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化した静圧磁気複
合軸受で主軸を支持し、上記のような各種の要求に対応
しようとするものである。加工状態の検出のための加工
負荷の測定は、一般的には、主軸回転のためのモータ出
力の測定値から、加工時の負荷を推測する方式が採られ
る。しかし、このような静圧磁気複合軸受を用い、また
加工条件を制御する金型加工装置においても、さらに、
次のような未解決の課題がある。モータ出力測定値から加工時の負荷を推測する方式で
は、加工状態検出のために専用の測定機器を必要とし、
システムコストがかかる。モータ出力測定値から加工状態を検出する方式では、
主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が行えな
い。静圧磁気複合軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受の両方
の特性を持つ。そのため、磁気軸受用センサの分解能が
低い場合には、主軸の回転精度はこの分解能によって決
まり、静圧気体軸受の持つ高回転精度を十分に生かすこ
とができない。静圧磁気複合軸受スピンドル装置を高速回転させる
と、静圧気体軸受部での損失（風損）によって、主軸お
よびハウジングの温度が上昇し、これらの温度上昇に伴
う軸方向熱膨張量から、スピンドル装置先端の工具のア
キシアル位置が変化する。このため、高精度な加工が困
難になる。

【０００４】この発明の目的は、主軸の高速回転が可能
で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高
精度な加工が行える金型加工装置を提供することであ
る。この発明の他の目的は、加工中の加工状態の検出を
可能としながら、高価な負荷測定用装置を設けることを
不要とし、低コスト化を図ることである。この発明のさ
らに他の目的は、主軸の静負荷の検出を可能とすること
である。この発明のさらに他の目的は、主軸の回転周波
数に関係する加工状態の検出を簡単な構成で可能とする
ことである。この発明のさらに他の目的は、所望の加工
条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複
合軸受の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精
度が得られるようにすることである。この発明のさらに
他の目的は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応
じ、迅速に最適な軸受設定を可能とすることである。こ
の発明のさらに他の目的は、粗加工時には高能率化が図
れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精
度の加工を実現可能とすることである。この発明のさら
に他の目的は、静圧気体軸受での風損等によりハウジン
グ等の温度が変化しても、高精度に加工可能とすること
である。この発明のさらに他の目的は、ハウジング温度
の上昇等の異常時に、その異常が容易に認識できて、至
急に対処が図れるようにすることである。この発明のさ
らに他の目的は、遠隔地で加工状態の監視や制御を可能
とすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を、実施
形態に対応する図１と共に説明する。この発明の金型加
工装置は、工具（１１）を回転させるスピンドル装置
（１）を備えた金型加工装置において、前記スピンドル
装置（１）を、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受
（６Ｂ〜９Ｂ）とが複合化された静圧磁気複合軸受（６
〜９）で主軸（１）を支持した構成を基本とする。これ
によれば、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）の優れた動剛性
および回転精度と、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の優れた静
剛性という両軸受の特長を生かした軸受構造となり、主
軸（１）の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・
動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える。この発
明の展開発明である次の第１〜第４の発明は、上記構成
を基本とし、かつ次のいずれかの事項を設けたものであ
る。この発明における第１の発明の金型加工装置は、前
記磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流を検出する電流検
出手段（１５〜１８）と、この電流検出手段（１５〜１
８）の電流検出値から前記工具（１１）による加工状態
を把握する加工状態把握手段（１９）とを備えたもので
ある。この構成によると、静圧磁気複合軸受（６〜９）
における磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出
値から、加工状態把握手段（１９）により加工状態が把
握できる。すなわち、加工中に工具（１１）に作用する
負荷で、主軸（４）がラジアル方向などに変位しようと
すると、この変位を復元させるように、磁気軸受（６Ｂ
〜９Ｂ）の励磁電流が磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の持つ制
御機能により変化する。そのため、励磁電流から、例え
ば工具摩耗，工具損傷や、加工不良等の加工状態が把握
できる。このように加工状態把握手段（１９）を設けた
ため、静圧磁気複合軸受（６〜９）の高機能、すなわち
高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有
するという機能と相まって、加工状態を検出しながら、
最適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気
複合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層
高精度な加工が行える。しかも、検出器類は、磁気軸受
（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出手段（１５〜１
８）を設けるだけで良く、外部に負荷測定用装置を設け
ることが不要であり、またモータの電流を検出するもの
に比べて、簡単なもので済み、低コストにできる。

【０００６】第１の発明において、加工状態把握手段
（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）の電流検出値
を平滑化する電流平滑部と、この電流平滑部の平滑値出
力から主軸の静負荷を換算し、その静負荷換算結果から
加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとし
ても良い。このように、静負荷換算結果から加工状態を
把握することで、微小時間に生じる負荷変動や外乱に左
右されずに、制御に必要な加工状態の把握が、簡単に精
度良く行える。

【０００７】この発明の第２の発明の金型加工装置は、
主軸（４）の変位を検出する変位検出手段（２８，３
８）と、この変位検出手段（２８，３８）の変位検出値
から工具（１１）による加工状態を把握する加工状態把
握手段（１９）とを備えたものである。加工中に工具
（１１）に作用する負荷で主軸（４）が変位を生じる
と、変位検出手段（２８，３８）でその変位が検出され
る。そのため、この変位検出値から加工状態が把握でき
る。したがって、上記の加工状態把握手段（１９）を設
けることで、静圧磁気複合軸受（６〜９）における、高
速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有す
るという機能と相まって、加工状態を検出しながら、最
適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気複
合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層高
精度な加工が行える。しかも変位検出手段（２８，３
８）は、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の制御のために磁気軸
受（６Ｂ〜９Ｂ）に一般に設けられる検出手段であるた
め、専用の検出手段を設けることなく、加工状態の把握
が行え、低コストで加工精度の向上が図れる。

【０００８】上記第１，第２の発明において、加工状態
把握手段（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）また
は変位検出手段（２８，３８）の出力を周波数分析する
周波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工
時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状
態把握部とを有するものとしても良い。工具や、ワー
ク、加工装置の固有振動、あるいは主軸回転数などか
ら、工具に作用する負荷は工具の振動として表れ、工具
損傷等の加工状態は、その工具損傷，加工不良の種類等
によって振動周波数に特有の傾向を示す。そのため、周
波数分析部を設け、加工時の各周波数成分の振幅から加
工状態を把握する加工状態把握部を設けることで、各周
波数成分の平均化された負荷の検出では観測できない精
度の良い加工状態の検出ができる。また、周波数分析を
行うため、周波数フィルタに比べて簡単な構成で多数の
周波数帯の分析が可能となる。

【０００９】この発明における第３の発明の金型加工装
置は、前記静圧磁気複合軸受（６〜９）を制御するスピ
ンドルコントローラ（３）を備え、このスピンドルコン
トローラ（３）の外部の指令によって磁気軸受（６Ｂ〜
９Ｂ）の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段
（２０）を設けたものである。磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）
をオフした場合は、静圧磁気複合軸受（６〜９）におけ
る静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）のみで主軸（４）が支持
され、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）をオンした場合は、静圧
気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）との
両方で主軸（４）が支持される。両軸受（６Ａ〜９Ａ，
６Ｂ〜９Ｂ）による支持と、静圧気体軸受（６Ａ〜９
Ａ）のみによる支持は、スピンドルコントローラ（３）
の外部からの指令で切換られる。そのため、所望の加工
条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複
合軸受（６〜９）の機能を効果的に発揮させ、より一層
の高回転精度が得られる。

【００１０】励磁オンオフの外部の指令は、金型加工装
置機械部（１３ａ）を制御する数値制御装置（１４）か
ら与えられる指令であっても良い。このように数値制御
装置（１４）から励磁オンオフ指令を与えるようにする
ことで、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、
迅速に最適な軸受設定が可能になる。

【００１１】励磁オンオフの外部の指令は、粗加工時に
磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフと
する指令であっても良い。これにより、粗加工時には高
能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高
能率、高精度の加工を実現できる。すなわち、一般に、
高能率で高精度な加工は、粗加工と仕上げ加工の２段階
で行われる。粗加工では、単位時間当たりの被削材除去
量を大きくして高能率化を狙い、仕上げ加工では逆にこ
の除去量を小さくして高精度を狙う。そのため、粗加工
時には主軸への負荷が大きくなり、主軸性能として剛性
・負荷容量が必要であり、仕上げ加工では高回転精度が
必要である。上記のように励磁のオンオフを行うこと
で、このような加工種類による要求に応じることができ
る。

【００１２】この発明における第４の発明の金型加工装
置は、スピンドルハウジング（５）の温度測定手段（７
６）と、この温度測定手段（７６）の温度測定値から所
定の出力を求める温度測定対応出力手段（７７）と、こ
の手段（７７）の出力から所定の処理を行う温度対応処
理手段（１００）とを設けたものである。温度測定対応
出力手段（７７）の前記所定の出力は、次の〜、す
なわち、．前記温度測定手段（７６）の出力（つまり温度測定
値）、．前記温度測定手段（７６）の温度測定値を、所定の
熱変位演算により主軸先端若しくは工具（１１）の先端
のアキシアル位置に換算した換算値、および．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較
して求められた異常信号、のうちの少なくとも一つであ
る。前記換算値は、位置データとして取扱可能な値であ
れば良く、実際の位置データに対して比例した値や、基
準位置からの変位量を示す値であっても良い。この構成
の場合、静圧気体軸受の損失（風損）等による発熱でス
ピンドル装置（１）の温度が上昇しても、温度測定対応
出力手段（７７）から出力される温度測定値や、熱変位
演算されたアキシアル位置の換算値により、送り量を補
正することができ、高精度にワークを加工することがで
きる。温度測定対応出力手段（７７）の出力が異常信号
である場合は、ハウジング温度の過度の上昇などのスピ
ンドル異常時に、その異常信号を外部で検出してスピン
ドル装置（１）を停止するなどの適宜の処理が迅速に行
える。

【００１３】この発明において、前記主軸（４）の設置
されたハウジング（５）を冷却する冷却手段（７１）を
設け、前記温度測定対応出力手段（７７）の出力に応答
して前記冷却手段（７１）（実施形態に対応する図１６
参照）の冷却動作を制御する冷却制御手段（８２）を設
けても良い。このように温度測定結果に応じた出力で冷
却手段（７１）を制御することで、ハウジング（５）の
適正な冷却が簡単に行える。

【００１４】この発明において、前記主軸（４）の設置
されたハウジング（５）を主軸（４）の軸方向に移動さ
せるスピンドル位置決め機構（７５）を設け、前記温度
測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値ま
たは前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を
制御する温度補正手段（８３）を設けても良い。このよ
うにスピンドル位置決め機構（７５）を設けた場合に、
温度測定値やその換算値で主軸位置を温度補正制御する
ことにより、高精度にワークを加工することができる。

【００１５】この発明において、主軸（４）を回転させ
る回転駆動源（１０）を、主軸（１）の設置されたハウ
ジング（５）に内蔵したモータとしても良い。

【００１６】この発明において、加工状態把握手段（１
９）の把握内容を通信回線（８７）で遠隔地に送信する
通信手段（８６）を設けても良い。このように通信回線
（８７）による通信機能を持たせることで、遠隔地で工
具の負荷や加工状態を把握することができ、遠隔地で多
数の金型加工装置のスピンドル装置を集中管理すること
が可能になる。また、この発明において、温度測定対応
出力手段（７７）の出力を通信回線（８７）で遠隔地に
送信する通信手段（８６）を設けても良い。これによ
り、遠隔地でハウジング（５）の温度やその温度変化に
伴う熱変位状態を把握することができ、遠隔地での集中
管理が可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図面と共
に説明する。図１８は、この金型加工装置の全体を示す
概念図である。この金型加工装置は、工具１１を回転さ
せるスピンドル装置１と、金型に加工されるワークＷを
移動させるテーブル装置５１とを備える。スピンドル装
置１は、機構部分からなるスピンドル装置本体２と、こ
れを制御するスピンドルコントローラ３とで構成され
る。スピンドル装置本体２とテーブル装置５１とで、加
工装置本体１３ａが構成され、加工装置本体１３ａは数
値制御装置１４により制御される。スピンドル装置本体
２は、テーブル装置５１の対向位置で、基台５２にガイ
ド５３およびスピンドル設置台７４を介して進退自在に
設置され、スピンドル位置決め機構７５によりスピンド
ル軸方向（Ｚ軸方向）に進退駆動される。テーブル装置
５１は、図１９に示すようにワークＷを載置するテーブ
ル５５を、スピンドル軸方向（Ｚ軸）に対して垂直な直
交する２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在に設けたもの
であり、各方向のテーブル駆動装置５６，５７の駆動に
よって進退移動する。テーブル５５は、Ｙ軸方向に移動
可能な下段側テーブル５５ａ上に、Ｘ軸方向に移動可能
に上段側テーブル５５ｂを設置した２段構造とされてい
る。各軸のテーブル駆動装置５６，５７およびスピンド
ル位置決め機構７５は、各々ボールねじおよびサーボモ
ータで構成されている。この例では、スピンドル軸方向
（Ｚ軸）が鉛直方向に、テーブル装置５１の移動方向
（Ｘ，Ｙ方向）が水平とされている。なお、スピンドル
軸方向（Ｚ軸）を水平方向や傾斜方向とし、これに対応
してテーブル移動方向（Ｘ，Ｙ方向）を鉛直面内の各方
向としても良い。

【００１８】スピンドル装置１につき、まず、その本体
２およびコントローラ３の概略を説明する。図１はスピ
ンドル装置１の概念構成を示すブロック図である。スピ
ンドル装置本体２は、主軸４を、ハウジング５に設置さ
れた複数のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７とアキ
シアルの静圧磁気複合軸受８，９で支持し、スピンドル
駆動源１０を設けたものである。各々の静圧磁気複合軸
受６〜９は、静圧気体軸受６Ａ〜９Ａと、磁気軸受６Ｂ
〜９Ｂを複合させたものであり、スピンドルコントロー
ラ３で制御される。主軸４は、先端に工具１１を把持す
るチャック１２を有している。スピンドルコントローラ
３は、静圧磁気複合軸受６〜９を構成する磁気軸受６Ｂ
〜９Ｂの励磁電流を検出する電流検出手段１５〜１８
と、この電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具
１１による加工状態を把握する加工状態把握手段１９と
を備える。また、スピンドルコントローラ３には、数値
制御装置１４等から送られる外部の指令によって磁気軸
受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオンオフする外部指令応答オンオ
フ手段２０が設けられている。さらに、スピンドルコン
トローラ３には、ハウジング５に設けられた温度測定手
段７６の出力から所定の出力を求める温度測定対応出力
手段７７が設けられている。

【００１９】スピンドル装置本体２につき、図２〜図５
と共に説明する。このスピンドル装置１は、加工装置１
３のビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、
スピンドル駆動源１０は、各軸受６〜９の設置されたハ
ウジング５内に設置されている。このモータからなるス
ピンドル駆動源１０は、主軸４に一体に設けたられたロ
ータ２１と、ハウジング５に設置されたステータ２２と
で構成される。ハウジング５は略円筒状に形成されてい
る。スピンドル駆動源１０は、ビルトイン型とせずに、
ハウジング５の外部に設けて伝達機構を介して主軸４に
回転伝達するものであっても良い。各軸受６〜９とスピ
ンドル駆動源１０の配置は、この例では、主軸４の前部
（工具側部）および後部をラジアル型の静圧磁気複合軸
受６，７で支持し、その中間をアキシアル型の静圧磁気
複合軸受８，９で支持し、後端にスピンドル駆動源１０
を配置した構成としてある。上記配置に代えて、両ラジ
アル型軸受６，７の中間にスピンドル駆動源１０を配置
し、アキシアル型軸受８，９を主軸４の任意位置に配置
しても良い。また、アキシアル型軸受８，９は、非接触
軸受であれば良く、静圧磁気複合軸受に代えて、単独の
磁気軸受または静圧気体軸受を用いても良い。

【００２０】ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７
は、互いに同じ構成のものであり、片方の軸受６につ
き、図３に横断面を示すと共に、図４に縦断面を拡大し
て示す。静圧磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受
６Ａ，７Ａと磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたもの
である。この明細書で言う複合化とは、静圧および磁気
の両形式の軸受を共通部分が生じるように組み合わせる
ことを意味し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面と
に共通部分（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を
生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部
の部品が共通化されるものであれば良い。

【００２１】この実施形態では、図４に示すように、磁
気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受
６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、軸受構成部品
の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるように
してある。コア２３は、軸方向に離れた一対の主コア部
２３ａ，２３ａと、これら主コア部２３ａ，２３ａを連
結した連結コア部２３ｂと、両主コア部２３ａ，２３ａ
のスピンドル側端から対向して延びる延出部２３ｃ，２
３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成されている。主コア部
２３ａと延出部２３ｃの内径側面は、主軸４と所定の磁
気ギャップを形成する円筒面とされている。磁気軸受６
Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結コア部２３ｂにコイル
２５を巻装したものである。コイル２５は、樹脂材等の
非磁性体２６に埋め込まれている。

【００２２】静圧気体軸受６Ａ，７Ａは、コア２３およ
び非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に
軸受隙間ｄを形成する静圧軸受面６Ａａ，７Ａａと、コ
ア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸
受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成され
る。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開口
した給気孔２４の先端に設けられている。図３に階段断
面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方向
複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジン
グ５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間の
隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。こ
の非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６
（図４）と一体のものであっても良い。

【００２３】磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、主軸４とコア２３
との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を
有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に
検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受
隙間ｄの静圧を検出することで、その圧力検出値を変位
量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとして
ある。具体的には、変位検出手段２８は、静圧軸受隙間
ｄに先端が開口した圧力検出用の通気路２８ａと、この
通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂとで構成される。
センサ２８ｂは、図２のようにコア２３から軸方向に離
れた位置に配置されている。通気路２８ａは、細孔また
はパイプで形成されていて、静圧軸受隙間ｄにはコア２
３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における非磁性体２６の部
分で開口している。図２は、図面を見易くするために絞
り２４ａと通気路２８ａの開口位置を周方向にずらせて
図示してあるが、実際は互いに周方向の同じ位置とされ
ている。

【００２４】図５は、アキシアル型の静圧磁気複合軸受
８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸
４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５
内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシ
アル型静圧気体軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複
合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。これら
静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８Ａ，９
Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石のコア
３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを設ける
ことで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が
軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、スピンド
ル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦
断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が
収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋められて
いる。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内周コア
部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成としてある
が、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に間座
２９が隣接している。

【００２５】アキシアル型の静圧気体軸受８Ａ，９Ａ
は、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａと
の間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａ
ａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａ
に開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、
コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設け
られている。

【００２６】アキシアル型の磁気軸受８Ｂ，９Ｂは、ス
ピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を
検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出
手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良
いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧を検出する
ことで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャッ
プの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位
検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先端が開口した圧
力検出用の通気路３８ａと、この通気路３８ａに連通し
たセンサ３８ｂ（図２）とで構成される。

【００２７】各静圧磁気複合軸受６〜９における静圧気
体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，２４には、ハウジング
５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧
縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。

【００２８】制御系につき説明する。図１に示すよう
に、スピンドルコントローラ３は、そのコントローラ基
本部３ａに、電源４１、電磁石用パワー回路４２、およ
び制御手段４３を有する。電磁石用パワー回路４２は、
電源４１から供給された電流を、制御手段４３の制御に
従って、各静圧磁気複合軸受６〜９の磁気軸受６Ｂ〜９
Ｂに励磁電流として与える手段であり、電流増幅回路等
で構成される。制御手段４３は、各静圧磁気複合軸受６
〜９における変位検出手段２８，３８の検出値に応じ
て、主軸４の変位が復元するように、各磁気軸受６Ｂ〜
９Ｂの励磁電流を制御する手段である。制御手段４３
は、具体的には、例えば、変位検出手段２８，３８の検
出値を積分回路または比例積分回路で演算した結果に応
じて励磁電流の制御指令を与えるものとされる。

【００２９】この実施形態では、この基本構成のスピン
ドルコントローラ３に、前記の電流検出手段１５〜１
８、加工状態把握手段１９、外部指令応答オンオフ手段
２０、および温度測定対応出力手段７７を設けると共
に、外部出力手段４４を設け、かつ数値制御装置１４に
励磁オンオフ指令生成手段４５、加工状態対応処理手段
４６、および温度対応処理手段１００を設けている。電
流検出手段１５〜１８には、例えば電流検出器が用いら
れる。数値制御装置１４は、図６に示すように、数値制
御機能部１４ａとプログラマブルコントローラ機能部１
４ｂとを有し、数値制御機能部１４ａは、加工プログラ
ム５０を解読して加工装置本体１３ａの各軸の数値制御
を行うと共に、加工プログラム５０に記述されているシ
ーケンス指令をプログラマブルコントローラ機能部１４
ｂに転送する。プログラマブルコントローラ機能部１４
ｂは、所定のシーケンスプログラムに従って加工装置本
体１３ａのシーケンス制御を行う手段であり、このプロ
グラマブルコントローラ機能部１４ｂに上記の励磁オン
オフ指令生成手段４５と加工状態対応処理手段４６が設
けられている。同図において、温度対応処理手段１００
にはついては図示を省略してある。

【００３０】図８は、加工状態把握手段１９の基本的な
概念構成を示す。加工状態把握手段１９は、前述のよう
に電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具１１に
よる加工状態を把握する手段であり、把握結果は、数値
制御装置１４の加工状態対応処理手段４６に送られる。
この把握結果は、電流検出値そのままであっても良く、
また電流検出値を設定値と比較した比較結果であっても
良く、さらに電流検出値から所定の演算処理をした値で
あっても良く、さらにその演算処理を設定値と比較した
結果であっても良い。制御手段４３が、前記のように変
位検出手段２８，３８の検出値を積分回路または比例積
分回路で演算した値に従って励磁電流の制御を行うもの
である場合は、加工状態把握手段１９は、電流検出値そ
のものから主軸４の静負荷を換算するものとされる。ま
た、加工状態把握手段１９は、各電流検出手段１５〜１
８の検出電流値に対して個々に加工状態の把握結果を出
力するものとしてあるが、複数の電流検出手段１５〜１
８の検出電流値を総合的に判断した加工状態の把握結果
を出力するものであっても、各電流検出手段１５〜１８
のうちの特定の一つまたは複数の検出電流値のみで加工
状態を把握するものであっても良い。

【００３１】図９は、加工状態把握手段１９の具体例の
一つを示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前
記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、
各々平滑化する電流平滑部１９ａと、この電流平滑部１
９ａの平滑値出力からスピンドルの静負荷を換算し、そ
の静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握
部１９ｂとを有するものとしてある。加工状態把握部１
９ｂは、具体的には、例えば、換算されたスピンドル静
負荷を設定値と比較し、設定値を超えた場合に異常の出
力を行うものとされる。図１２は加工状態把握部１９ｂ
で行う処理の一例を示す。主軸４ａの静負荷は、一定の
加工を続ける場合、曲線ａで示すように一定の値とな
る。工具摩耗が進んだり、工具の損傷が生じた場合は、
曲線ｂや曲線ｃに示すように変化する。そこで、設定値
として、適正な負荷として許容できる上限値と下限値と
を定め、その範囲（斜線部分）にあるときは、工具が正
常であり、この範囲から曲線ｂ，ｃのように外れた場合
に、工具異常の異常信号を、加工状態の把握結果として
出力する。なお、この明細書で「平滑値出力をスピンド
ル静負荷に換算する」とは、負荷の単位に換算する場合
と、負荷として設定値と比較し易い値に平滑値出力を電
流値等のままで換算する場合との両方を含む。

【００３２】図１０は、加工状態把握手段１９の他の具
体例を示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前
記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、
周波数分析する周波数分析部１９ｃと、この周波数分析
部１９ｃから出力される加工時の各周波数成分の振幅か
ら加工状態を把握する加工状態把握部１９ｄとを有する
ものとしてある。図１３は加工状態把握部１９ｃで行う
処理の一例を示す。一定の加工を続ける場合、電流検出
値の周波数分析結果は、曲線ｄで示すように、各周波数
成分の振幅が異なった略一定の波形となる。そこで、所
定の周波数帯毎に許容できる振幅の設定値ｍ１，ｍ２…
を設定しておき、いずれかの周波数成分の振幅値が、例
えば破線で示す曲線部分ｅのように、対応する周波数帯
の設定値ｍ２を超えると、工具異常であると判定する。

【００３３】なお、加工状態把握手段１９は、前記各具
体例では、電流検出手段１５〜１８の電流検出値から加
工状態を把握するものとしたが、加工状態把握手段１９
は、変位検出手段２８，３８の検出値から加工状態を把
握するものとしても良い。例えば、加工状態把握手段１
９は、図１１に示すように、変位検出手段２８，３８の
変位センサアンプの出力を周波数分析する周波数分析部
１９ｅと、この周波数分析部１９ｅから出力される加工
時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状
態把握部１９ｆとを有するものとしても良い。

【００３４】図１に示すように、前記各構成の加工状態
把握手段１９は、設定部１９ｇを有しており、設定値と
比較して加工状態の把握結果を出力するものである場合
に設定部１９ｇが用いられる。この設定部１９ｇは、数
値制御装置１４や他の手段の指令により、各種の設定値
が変更可能に設定され、または予め複数設定された各設
定値が選択可能とされる。例えば、スピンドル装置の運
転中に粗加工や仕上げ加工など、負荷の異なる加工が行
われる場合は、工具の良否判断は負荷に応じた設定値で
行う必要がある。設定部１９ｇは、このような設定値の
変更が可能とされていて、数値制御装置１４の加工の変
更に伴う信号を検出して設定値を変更する。

【００３５】外部出力手段４４は、電流検出手段１５〜
１８の電流検出値や、加工状態把握手段で把握された経
過や結果、例えば電流平滑部１９ａ（図９）の平滑値出
力、周波数分析部１９ｃ，１９ｅで出力された各周波数
成分の振幅値等を、スピンドルコントローラ３の外部に
出力する手段である。外部出力手段４４は、後に説明す
るように、温度測定対応出力７７の出力を外部に出力す
る手段を兼用している。数値制御装置１４は、この外部
出力手段４４を介して加工状態が入力されるものとして
も良く、また外部出力手段４４の出力は、数値制御装置
１４とは別の情報処理手段、例えば加工状態の統計処理
用の情報処理手段に入力されるようにしても良い。数値
制御装置１４に設けられる加工状態対応処理手段４６
は、加工状態把握手段１９の把握結果の出力に従い、警
報の発生や加工装置の強制停止など、工具不良等に対す
る所定の処理を加工装置１３に行わせるものである。

【００３６】外部指令応答オンオフ手段２０は、スピン
ドルコントローラ３の外部の指令によって、静圧磁気複
合軸受６〜９における磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオン
オフする手段である。外部指令応答オンオフ手段２０に
よる励磁のオンオフは、磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの全てにつ
き行うようにしても、また特定のものだけにつき行うよ
うにしても良い。図１の例では、外部指令応答オンオフ
手段２０は、電磁石用パワー回路４２から磁気軸受６Ｂ
〜９Ｂに接続された各電気回路部分に、制御信号で応答
するスイッチを介在させたものとしてある。外部指令応
答オンオフ手段２０は、図１４に示すように、電源４１
と電磁石用パワー回路４２との間に設けても良く、また
図１５に示すように制御手段４３と電磁石用パワー回路
４２との間に設け、電磁石用パワー回路４２に対して電
流が零となる指令を与えるようにしても良い。

【００３７】数値制御装置１４の励磁オンオフ指令生成
手段４５は、数値制御による加工の進行に伴って、加工
プログラム５０の指令に応じて外部指令応答オンオフ手
段２０にオンオフ指令を与えるものとしてある。この場
合に、励磁オンオフ指令生成手段４５は、例えば、加工
プログラム５０の所定の指令が数値制装置１４で解読さ
れたとき、または実行されるときに数値制御装置１４内
で発生する所定の指令によって、励磁オンオフ指令を生
成するものとされる。なお、外部指令応答オンオフ手段
２０へのオンオフ指令は、数値制御装置１４とは別のコ
ンピュータ等の情報処理手段等から行うようにしても良
い。

【００３８】図７は、外部指令応答オンオフ手段２０を
オンオフさせて加工するときの制御の一例を示す。この
例は、図６に示す加工プログラム５０のように、粗加工
指令の後で仕上加工指令がある場合に適用される例であ
る。まず、粗加工指令（Ｓ１）により励磁をオン（Ｓ
２）にした後、主軸４を起動する（Ｓ３）。この状態
で、静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧および磁力の両方
で主軸４を支持する。仕上加工指令があるまでは、この
まま励磁オンを維持する（Ｓ４）。仕上加工指令がある
と、励磁をオフにし（Ｓ５）、静圧磁気複合軸受６〜９
は静圧気体軸受６Ａ〜９Ａのみで支持する。加工の終了
や、別部位の粗加工等の所定の指令があると（Ｓ６）、
励磁をオンにし（Ｓ７）、静圧および磁力の両方で主軸
４を支持する。

【００３９】このように、粗加工時に磁気軸受６Ｂ〜９
Ｂをオフとし、仕上げ加工時に磁気軸受６Ｂ〜９Ｂとす
ることにより、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加
工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実
現できる。

【００４０】図１６と共に、ハウジング５等の熱膨張へ
の対処を主に説明する。スピンドル装置１は、冷却手段
７１を有しており、この冷却手段７１は、ハウジング５
に設けたウォータージャッケット等の冷却媒体路７２
と、この冷却媒体路７２に冷却水等の冷却媒体を循環さ
せる冷却ユニット７３とで構成される。主軸４には、低
熱膨張材料、例えばインバー材等の低熱膨張軟磁性材な
どが用いられている。ハウジング５には温度測定手段７
６が設けられ、スピンドルコントローラ３に温度測定対
応出力手段７７、外部出力手段４４、記憶手段７９、書
き込み手段８０、および読み出し手段８１が設けられて
いる。また、数値制御装置１４に、温度対応処理手段１
００として、冷却制御手段８２、温度補正手段８３、強
制停止手段８８、および警報手段８９が設けられてい
る。温度測定手段７６は、主軸４の鍔部４ａよりも先端
側のハウジング温度を検出するものであり、白金抵抗素
子や熱電対等の感温素子が用いられている。温度測定手
段７６は、磁気軸受６の電磁石コイル２５（図４）の抵
抗の測定値を利用するものであっても良い。

【００４１】温度測定対応出力手段７７は、この例では
比較手段８４とディジタル変換手段８５で構成されてい
る。比較手段８４は、温度測定手段７６の出力である温
度測定値を、しきい値となる設定値と比較し、設定値を
超える場合に異常信号を出力するものであり、例えば、
電子回路素子の比較器が用いられる。比較手段８４は、
複数の設定値に対応していて、複数段階の異常信号を出
力するものであっても良い。ディジタル変換手段８５
は、温度測定手段７６のアナログ信号の出力をディジタ
ル値に変換する手段であり、比較手段８４の出力が単な
る二値信号である場合に、比較手段８４の出力を複数桁
で示されるディジタル値に変換する手段を兼ねる。温度
測定対応出力手段７７は、これらディジタル変換手段８
５から出力される温度測定値や、ディジタル値による異
常信号を出力とする。なお、比較手段８４の異常信号
は、そのまま温度測定対応出力手段７７の出力としても
良い。

【００４２】書き込み手段８０は、温度測定対応出力手
段７７の出力であるディジタル値の温度測定値および異
常信号を記憶手段７９に記憶させる手段である。記憶手
段７９は、次々と出力されるこれら温度測定値および異
常信号を、蓄積して記憶可能なものである。記憶手段７
９は、メモリ素子の他、磁気ディスク装置やその他の大
容量記憶装置等で構成される。

【００４３】外部出力手段４４は、温度測定対応出力手
段７７の各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出
力する手段であり、単なる出力ポートからなるインタフ
ェースであっても良いが、この例ではさらに通信手段８
６と読み出し手段８１を有するものとしてある。通信手
段８６は、電話回線網，データ通信回線網等の通信回線
８７を介して遠隔地に通信を行う手段である。読み出し
手段８１は、スピンドルコントローラ３の外部からの指
令に応じて記憶手段７９から記憶データを出力させる手
段であり、外部指令に応じて、記憶手段８１に記憶され
た任意のスピンドル運転時の温度測定値および異常信号
を出力可能としてある。なお、外部出力手段４４は、こ
の例では図１の加工状態把握手段１９の出力を外部に行
う手段と兼用させているが、加工状態把握手段１９およ
び温度測定対応出力手段７７に対して、各々別の外部出
力手段を設けても良い。また、書き込み手段８０は、加
工状態把握手段１９の出力を記憶手段７９に記憶させる
手段を兼用するものであっても良く、その場合、読み出
し手段８１も外部からの指令に応じて記憶手段７９の加
工状態把握結果に関する記憶内容を出力可能とする。

【００４４】数値制御装置１４に設けられた温度対応処
理手段１００の手段を説明する。強制停止手段８８は、
温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介し
て出力された異常信号に応答して、加工装置１３を強制
停止させる手段である。警報手段８９は、温度測定対応
出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された
異常信号に応答して警報を発生する手段であり、警報と
して、警報音の発生、警報ランプの点灯、表示装置画面
における警報の表示等を行う。

【００４５】冷却制御手段８２は、温度測定対応出力手
段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信
号に応答して冷却手段７１を制御する手段であり、例え
ば、冷却ユニット７３に冷却強度を強める指令を与え
る。

【００４６】温度補正手段８３は、温度測定対応出力手
段７７から外部出力手段４４を介して出力された温度測
定値に応じて、スピンドル位置決め機構７５を制御する
手段である。すなわち、スピンドル位置決め機構７５の
移動量は、基本的には加工プログラムの指令値に従って
制御されるが、温度補正手段８３は、この送り量を所定
の温度補正演算式に従い、温度測定値に応じて変更す
る。この温度補正演算では、例えば、スピンドル装置取
付位置Ｐから工具先端までの寸法（Ｃ寸法）の温度変化
に伴う変化量を、スピンドル送り量の補正値として加え
る演算を行う。この工具先端のアキシアル位置を示すＣ
寸法は、工具１１の先端からスピンドル鍔部４ａまでの
主軸４の寸法（Ａ寸法）と、スピンドル装置取付位置Ｐ
からスピンドル鍔部４ａまでのハウジング５の寸法（Ｂ
寸法）との差である。したがって、Ｂ寸法のハウジング
熱膨張量と、Ａ寸法のスピンドル熱膨張量との差によっ
て、Ｃ寸法の熱膨張量が演算される。ハウジング５と主
軸４とは、非接触であり、温度や温度変化に差があるた
め、ハウジング５の温度測定手段７６では主軸４の温度
は測定できない。また、スピンドル５は高速回転するた
め、別にセンサを設けて温度測定することも難しい。そ
のため、主軸４の熱膨張量は、温度測定手段７６の検出
温度から推定演算した温度で演算するようにしても良
く、また主軸熱膨張量を無視しても良い。このため、主
軸４に低熱膨張材料を使用した場合は、熱膨張補正の誤
差が小さくて済む。

【００４７】図１７は、この発明の他の実施形態を示
す。この実施形態では、温度測定対応出力手段７７Ａ
は、換算手段９０を有し、その後段に比較手段８４Ａを
有するものとしてある。また、温度測定対応出力手段７
７Ａは、入力部にディジタル変換手段８５Ａを有し、温
度測定値をディジタル値に変換した信号が換算手段９０
に入力される。換算手段９０は、温度測定手段７６の温
度測定値を、所定の熱変位演算により主軸４の先端のア
キシアル位置、または主軸先端に取付けられた部材であ
る工具１１の先端のアキシアル位置（Ｃ寸法）に換算す
る。比較手段８４Ａは、この換算手段９０から出力され
る換算値を設定値と比較し、換算値が設定値を超える場
合に異常信号を出力する。温度測定対応出力手段７７Ａ
は、このようなディジタル変換手段８５Ａの温度測定値
出力、換算手段９０の出力、および比較手段８４Ａの異
常信号を出力する。外部出力手段４４は、温度測定対応
出力手段７７Ａの上記各出力をスピンドルコントローラ
３の外部に出力する。また、書き込み手段８０は、温度
測定対応出力手段７７Ａの上記各出力を記憶手段７９に
記憶させる。温度補正手段８３Ａは、換算手段９０で出
力される換算値を用いて温度補正演算を行うものとされ
る。

【００４８】この実施形態におけるその他の構成，機能
は、図１の実施形態と同じである。なお、この実施形態
において、比較手段８４Ａは、換算値を比較する代わり
に、図１の実施形態と同じく温度測定手段７６の温度測
定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとして
も良く、また温度測定手段７６のディジタル変換手段８
５Ａで変換されたディジタル値による温度測定値を設定
値と比較して異常信号を出力するものとしても良い。例
えば、異常信号は、温度測定手段７６の温度測定値（ま
たはそのディジタル変換値）を比較手段８４Ａで比較し
て発生させ、換算手段９０の換算値出力は、温度補正手
段８３Ａによる温度補正演算に用いる。

【００４９】これら図１６，図１７の実施形態のスピン
ドル装置１によると、スピンドル装置１の温度が変化し
ても、スピンドル位置決め量を温度補正することがで
き、高精度にワークＷを加工することができる。また、
ハウジング温度の過度の上昇によるスピンドル装置異常
時に、外部に信号を出し、スピンドル装置１を停止させ
たり、警報を出す等の処置が行える。

【００５０】つぎに、通信系を説明する。図１に示すよ
うに、このスピンドル装置１は、スピンドルコントロー
ラ３内、またはスピンドルコントローラ３とは別に、遠
隔地の情報処理手段１２１と電話回線網等の通信回線８
７で通信する通信手段８６を有している。通信手段８６
は、外部出力手段４４を兼ねるものや、外部出力手段４
４の一部として設けられたものであっても良く、また数
値制御装置１４や、この数値制御装置１４の上位制御コ
ンピュータとなる情報処理手段（図示せず）等に設けら
れてものであっても良い。この通信手段８６は、スピン
ドル装置１の加工状態把握手段１９の出力、電流検出手
段１５〜１８の電流検出値、電流平滑部１９ａ（図９）
の平滑値出力、および周波数分析部１９ｃ，１９ｅ（図
１０，図１１）で出力された各周波数成分の振幅値のい
ずかを通信可能なものとしてある。また、遠隔地の情報
処理手段９１は、前記通信手段８６から通信された情報
に所定の処理を施す機能を備えている。この所定の処理
は、例えば加工状態の統計的処理や、スピンドルコント
ローラ３または数値制御装置１４を制御する指令の生成
等である。また、この遠隔地の情報処理手段１２１は、
スピンドルコントローラ３の外部指令応答オンオフ手段
２０にオンオフ指令を与える機能を持つものとしてあ
る。情報処理手段１２１から外部指令応答オンオフ手段
２０へのオンオフ指令の送信は、数値制御装置１４やこ
の数値制御装置１４の上位制御コンピュータとなる情報
処理手段（図示せず）を介して行うようにしても良い。
さらに、通信手段８６は、温度測定対応出力手段７７の
出力や記憶手段７９（図１６）の記憶内容を、通信回線
８７を介して送信可能としてある。遠隔地の情報処理手
段１２１は、通信された温度測定対応出力手段７７の出
力に所定の処理を施して、この金型加工装置に指令を与
えるものとしても良い。例えば、情報処理手段１２１
に、温度対応処理手段１００の機能を持たせても良い。

【００５１】図２０は通信系の展開例を示す。この金型
加工装置１３を設置した事業所１０１には、他の加工装
置１０２が複数設置されており、これら加工装置１３，
１０２は、各々単独で、または複数台が共通の情報処理
手段１０３，１０４に接続されている。これら情報処理
手段１０３，１０４は、ウェブサーバ１１０、ファイバ
ウォール１１１、およびルータ１１２等のネットワーク
構成機器と共にローカルエリアネットワーク１１９を構
成する。このローカルエリアネットワーク１１９は、通
信回線８７によりインターネット１２０を介して、各々
別の事業所１１３，１１４のローカルエリアネットワー
クに設置された遠隔地の情報処理手段１２１に通信機器
１１６を介して接続されている。金型加工装置１３は、
基本的にはその数値制御装置１４が、情報処理手段１０
３に接続され、この情報処理手段１０３を介してローカ
ルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続された構
成とされているが、これと併用して、あるいはこれとは
別に、数値制御装置１４やスピンドルコントローラ３に
設けられた通信手段８６から直接にローカルエリアネッ
トワーク１１９内の通信線に接続された通信系統を備え
るものとしても良い。

【００５２】

【発明の効果】この発明の金型加工装置は、主軸の支持
に静圧磁気複合軸受を用いたものであるため、主軸の高
速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有
し、高能率で高精度な加工が行える。静圧磁気複合軸受
を用いると共に、上記の各手段を設けた場合は、より一
層高能率で高精度な加工が行える。静圧磁気複合軸受の
磁気軸受の励磁電流を検出する電流検出手段と、この電
流検出手段の電流検出値から工具による加工状態を把握
する加工状態把握手段とを設けた場合は、外部に負荷測
定用装置を設けることなく加工状態の把握が行え、最適
な加工条件でより一層高精度な加工を行うことができ
る。電流検出手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部
を設けた場合は、主軸の静負荷の検出が可能となる。主
軸の変位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段
の変位検出値から前記工具による加工状態を把握する加
工状態把握手段とを設けた場合は、専用のセンサ類を設
けることなく、加工状態の把握が可能となり、一層の低
コスト化が図れる。電流検出手段または変位検出手段の
出力を周波数分析する周波数分析部を設けた場合は、主
軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が、簡単な構
成で可能になる。スピンドルコントローラの外部の指令
によって磁気軸受の励磁をオンオフする外部指令応答オ
ンオフ手段を設けた場合は、所望の加工条件に応じた最
適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受の機能を
効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られる。
特に、励磁オンオフの指令を数値制御装置から与える場
合は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅
速に最適な軸受設定が可能になる。特に、粗加工時に磁
気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとす
る場合は、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時
には高精度化が図れて、一層高能率、高精度の加工を実
現できる。スピンドルハウジングの温度測定手段と、そ
の度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手
段とを設けた場合は、ハウジング等の温度が変化して
も、高精度に金型を加工することができる。温度測定値
やその寸法換算値を設定値と比較して異常信号を求める
ようにした場合は、ハウジング温度の異常上昇時等に、
至急に対処することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置に
おけるスピンドル装置の概念構成を示すブロック図であ
る。

【図２】そのスピンドル装置本体の縦断面側面図であ
る。

【図３】同スピンドル装置本体の横断正面図である。

【図４】ラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図で
ある。

【図５】アキシアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図
である。

【図６】数値制御装置の概念構成を示すブロック図であ
る。

【図７】静圧磁気複合軸受における磁気軸受の励磁オン
オフ制御例を示す流れ図である。

【図８】加工状態把握手段の基本構成を示すブロック図
である。

【図９】加工状態把握手段の変形例を示すブロック図で
ある。

【図１０】加工状態把握手段の他の変形例を示すブロッ
ク図である。

【図１１】加工状態把握手段のさらに他の変形例を示す
ブロック図である。

【図１２】電流平滑による加工状態把握の例を示すグラ
フである。

【図１３】周波数分析による加工状態把握の例を示すグ
ラフである。

【図１４】外部指令応答オンオフ手段の配置を異ならせ
たスピンドルコントローラのブロックである。

【図１５】外部指令応答オンオフ手段の配置をさらに異
ならせたスピンドルコントローラのブロックである。

【図１６】同金型加工装置におけるスピンドル装置の温
度測定対応出力手段を主に示すブロック図である。

【図１７】温度測定対応出力手段の変形例を主に示すス
ピンドル装置の概念構成のブロック図である。

【図１８】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置
の全体の正面図とその制御系の概略ブロック図とを併せ
て示す説明図である。

【図１９】同金型加工装置のテーブル部分の平面図であ
る。

【図２０】同金型加工装置の通信系の展開例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１…スピンドル装置４４…外部出力
手段２…スピンドル装置本体４５…励磁オン
オフ指令生成手段３…スピンドルコントローラ４６…加工状
態対応処理手段４…主軸５１…テーブ
ル装置５…ハウジング７１…冷却手
段６〜９…静圧磁気複合軸受７５…スピ
ンドル位置決め装置６Ａ〜９Ａ…静圧気体軸受７６…温度
測定手段６Ｂ〜９Ｂ…磁気軸受７７，７７Ａ…
温度測定対応出力手段１０…スピンドル駆動源７８…外部
出力手段１１…工具７９…記憶
手段１４…数値制御装置８０…書き
込み手段１５〜１８…電流検出手段８２…冷却
制御手段１９…加工状態把握手段８３…温度
補正手段１９ａ…電流平滑部８６…通信
手段１９ｂ，１９ｄ，１９ｆ…加工状態把握部８７…通信
回線１９ｃ，１９ｅ…周波数分析部１００…温
度対応処理手段２０…外部指令応答オンオフ手段１２１…遠
隔地の情報処理手段２８，３８…変位検出手段Ｗ…ワー
ク

フロントページの続きＦターム(参考） 3C029 CC03 3C045 FD14 FD16 3J102 AA01 AA02 BA03 BA19 CA09 CA11 DA03 DA09 DB05 DB10 DB11 EA02 EA06 EB03 GA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具を回転させるスピンドル装置を備え
た金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧
気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受
で主軸を支持した金型加工装置。
【請求項２】工具を回転させるスピンドル装置を備え
た金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧
気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受
で主軸を支持したものとし、前記磁気軸受の励磁電流を
検出する電流検出手段と、この電流検出手段の電流検出
値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握
手段とを設けた金型加工装置。
【請求項３】前記加工状態把握手段は、前記電流検出
手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部と、この電流
平滑部の平滑値出力から主軸の静負荷を換算し、その静
負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部と
を有するものとした請求項２記載の金型加工装置。
【請求項４】工具を回転させるスピンドル装置を備え
た金型加工装置において、前記スピンドル装置は、主軸
を、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気
複合軸受で支持したものとし、前記主軸の変位を検出す
る変位検出手段と、この変位検出手段の変位検出値から
前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段と
を設けた金型加工装置。
【請求項５】前記加工状態把握手段は、前記電流検出
手段または前記変位検出手段の出力を周波数分析する周
波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工時
の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態
把握部とを有するものとした請求項２または請求項４記
載の金型加工装置。
【請求項６】工具を回転させるスピンドル装置を備え
た金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧
気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受
で主軸を支持し、前記静圧磁気複合軸受を制御するスピ
ンドルコントローラとを備えたものとし、前記スピンド
ルコントローラの外部の指令によって前記磁気軸受の励
磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段を設けた金
型加工装置。
【請求項７】前記励磁オンオフの外部の指令は、金型
加工装置機械部を制御する数値制御装置から与えられる
指令である請求項６記載の金型加工装置。
【請求項８】前記励磁オンオフの外部の指令は、粗加
工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受を
オフとする指令である請求項７記載の金型加工装置。
【請求項９】工具を回転させるスピンドル装置を備え
た金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧
気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受
を介して主軸をハウジングに支持したものとし、前記ハ
ウジングの温度測定手段と、この温度測定手段の温度測
定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段と、
この手段の出力から所定の処理を行う温度対応処理手段
とを設け、前記温度測定対応出力手段の所定の出力は、
次の〜、すなわち、．前記温度測定手段の出力、．前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演
算により主軸先端若しくは工具先端のアキシアル位置に
換算した換算値、および．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較
して求められた異常信号、のうちの少なくとも一つとし
た金型加工装置。
【請求項１０】前記主軸の設置されたハウジングを冷
却する冷却手段を設け、前記温度対応処理手段として、
前記温度測定対応出力手段の出力に応答して前記冷却手
段の冷却動作を制御する冷却制御手段を設けた請求項９
記載の金型加工装置。
【請求項１１】前記主軸の設置されたハウジングを主
軸の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構を設
け、前記温度測定対応出力手段から出力される温度測定
値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機
構を制御する温度補正手段を設けた請求項９または請求
項１０記載の金型加工装置。
【請求項１２】前記主軸を回転させるスピンドル駆動
源を、前記主軸の設置されたハウジングに内蔵したモー
タとした請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の
金型加工装置。
【請求項１３】前記加工状態把握手段の把握内容を通
信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項２な
いし請求項５のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１４】前記温度測定対応出力手段の出力を通
信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項９な
いし請求項１２のいずれかに記載の金型加工装置。