JP2000343379A

JP2000343379A - 主軸ヘッド制御装置

Info

Publication number: JP2000343379A
Application number: JP11162293A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Akamatsu; 良昭赤松
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気軸受を用いた主軸ヘッドの作動を制御する
制御装置であって、主軸ヘッドが共振しない領域で主軸
を回転させることができる制御装置を提供する。【解決手段】スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受の
作動を制御する軸受制御手段５，１２と、主軸モータの
作動を制御する主軸モータ制御手段４，１１とを備えた
制御装置３において、軸受制御手段５，１２からスラス
ト磁気軸受及び／又はラジアル磁気軸受に供給される電
流値を基に、主軸に装着された工具の重量を推定する工
具重量推定手段６と、推定された工具重量に基づいて、
主軸の限界回転数を決定する限界回転数決定手段７とを
設ける。主軸の回転数が限界回転数を超えないように、
主軸モータ制御手段４により主軸モータの作動が制御さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸が磁気軸受に
より回転自在に支持される主軸ヘッドの作動を制御する
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記磁気軸受を備えた主軸ヘッドの一例
を図３に示す。図示した主軸ヘッド１０１は立形のマシ
ニングセンタに設けられるものであり、軸方向が垂直方
向に向けられた主軸１０２と、この主軸１０２の後部側
（上部側）をラジアル方向に支持する後部ラジアル磁気
軸受１１０と、主軸１０２の前部側を（下部側）を同じ
くラジアル方向に支持する前部ラジアル磁気軸受１２０
と、これら後部ラジアル磁気軸受１１０，前部ラジアル
磁気軸受１２０間にあって、主軸１０２をアキシアル方
向に支持するスラスト磁気軸受１３０と、後部ラジアル
磁気軸受１１０の後部側に設けた後部アンギュラ玉軸受
１０７と、前部ラジアル磁気軸受１２０の前部側に設け
た前部アンギュラ玉軸受１０４と、主軸１０２の後端部
に螺着されたナット１０８とを備えている。尚、特に図
示はしていないが、主軸１０２の前端部には工具Ｔのテ
ーパ部を受容するテーパ状の受容部が形成されており、
この受容部に工具Ｔのテーパ部を嵌挿することにより、
当該工具Ｔが主軸１０２に装着されるようになってい
る。

【０００３】また、後部ラジアル磁気軸受１１０，後部
アンギュラ玉軸受１０７間には、主軸１０２のラジアル
方向の位置を検出する４個のセンサ１１６が半径方向同
一平面内に設けられ、前部ラジアル磁気軸受１２０，前
部アンギュラ玉軸受１０４間には、同じく半径方向同一
平面内に設けられ、主軸１０２のラジアル方向の位置を
検出する４個のセンサ１２５と、主軸１０２のアキシア
ル方向の位置を検出する２個のセンサ１３９が設けられ
ている。

【０００４】また、図中、１０３は駆動ロータであっ
て、主軸１０２を軸中心に回転させるビルトイン方式の
主軸モータの一部を構成するものである。尚、この主軸
モータのステータ（図示せず）及び上記主軸ヘッド１０
１の各構成部分は図示しないハウジングに支持されてい
る。

【０００５】前記後部ラジアル磁気軸受１１０は、リン
グ状の金属板を積層して形成したロータ１１４と、この
ロータ１１４を保持する保持部材１１５と、同じく金属
板を積層して形成した積層体１１２及びこの積層体１１
２に捲回したコイル１１３からなる４個のステータ１１
１とから構成されるものであり、前記保持部材１１５は
その内径部が前記主軸１０２に外嵌，固定され、前記ス
テータ１１１は前記ハウジング（図示せず）に保持され
ている。また、前記４個のステータ１１１は前記ロータ
１１４の外周面に沿って均等に配設されており、前記４
個のセンサ１１６も同様に、前記主軸１０２の外周面に
沿い、前記ステータ１１１との対応関係をもって均等に
配設されている。

【０００６】また、前記前部ラジアル磁気軸受１２０
は、リング状の金属板を積層して形成したロータ１２４
と、同じく金属板を積層して形成した積層体１２２及び
この積層体１２２に捲回したコイル１２３からなる４個
のステータ１２１とから構成されるものであり、前記ロ
ータ１２４はその内径部が前記主軸１０２に外嵌，固定
され、前記ステータ１２１は前記ハウジング（図示せ
ず）に保持されている。また、前記４個のステータ１２
１は前記ロータ１２４の外周面に沿って均等に配設され
ており、前記４個のセンサ１２５も同様に、前記主軸１
０２の外周面に沿い、前記ステータ１２１との対応関係
をもって均等に配設されている。また、前記主軸１０２
には２つのフランジ部１０５，１０６が形成されてお
り、フランジ部１０６の外周面が前記センサ１２５によ
って検出され、その下端面が前記センサ１３９によって
検出されるようになっている。また、前記ロータ１２４
は、その前部側が前記フランジ部１０５により係止され
ている。

【０００７】また、前記スラスト磁気軸受１３０は、内
径部が前記主軸１０２に外嵌，固定されたロータ１３１
と、リング状に形成されたコイル１３３及びこのコイル
１３３を保持する保持リング１３４からなる後部ステー
タ１３２と、同じくリング状に形成されたコイル１３６
及びこのコイル１３６を保持する保持リング１３７から
なる前部ステータ１３５と、これら後部ステータ１３
２，前部ステータ１３５間に設けたスペーサ１３８とか
らなる。前記ロータ１３１の外周部にはフランジ部１３
１ａが形成されており、このフランジ部１３１ａが前記
後部ステータ１３２，前部ステータ１３５間に位置して
いる。

【０００８】以上の構成を備えた主軸ヘッド１０１は、
数値制御装置（図示せず）内に設けられる軸受制御手段
１４０及び主軸モータ制御手段（図示せず）からなる制
御装置により、その作動が制御される。軸受制御手段１
４０は、前記後部ラジアル磁気軸受１１０，前部ラジア
ル磁気軸受１２０及びスラスト磁気軸受１３０のコイル
１１３，１２３，１３３，１３６にそれぞれ所定の電力
を供給するものであり、前記センサ１１６，１２５，１
３９により検出された主軸１０２の変位に応じて前記コ
イル１１３，１２３，１３３，１３６に供給する電流を
調節する。一方、主軸モータ制御手段（図示せず）は、
前記主軸モータのステータ（図示せず）に所定の電力を
供給してこれを駆動するものであり、前記数値制御装置
（図示せず）内のＮＣプログラム実行処理部（ＮＣシス
テム部）から出力される主軸１０２の回転指令（回転方
向及び回転数）に応じて前記ステータ（図示せず）に供
給する電流を調節する。

【０００９】前記軸受制御手段１４０から所定の電力が
コイル１１３，１２３，１３３，１３６に供給される
と、後部ラジアル磁気軸受１１０のステータ１１１，前
部ラジアル磁気軸受１２０のステータ１２１，並びにス
ラスト磁気軸受１３０の後部ステータ１３２及び前部ス
テータ１３５がそれぞれ電磁石となり、これによりロー
タ１１４，１２４，１３１がそれぞれ吸引される。

【００１０】後部ラジアル磁気軸受１１０においては、
４個のステータ１１１による４方向の吸引力がロータ１
１４に作用し、前部ラジアル磁気軸受１２０においても
同様に、４個のステータ１２１による４方向の吸引力が
ロータ１２４に作用し、これら後部ラジアル磁気軸受１
１０及び前部ラジアル磁気軸受１２０によって前記主軸
１０２がラジアル方向に支持される。

【００１１】上述したように、センサ１１６及びセンサ
１２５により主軸１０２のラジアル方向の位置が検出さ
れており、前記主軸１０２が前記ステータ１１１間の中
立位置からずれた場合、及び前記ステータ１２１間の中
立位置からずれた場合には、この位置ずれがセンサ１１
６及びセンサ１２５によってそれぞれ検出され、この検
知信号に基づいて、前記各ステータ１１１及びステータ
１２１に供給される電力が前記軸受制御手段１４０によ
り調節される。即ち、各ステータ１１１とロータ１１４
との間隔、及び各ステータ１２１とロータ１２４との間
隔において、当該間隔が基準間隔よりも広くなっている
ステータ１１１及びステータ１２１に対しては供給電力
が増加され、その吸引力が増加せしめられる一方、当該
間隔が基準間隔よりも狭くなっているステータ１１１及
びステータ１２１に対しては供給電力が減少され、その
吸引力が減少せしめられる。以上により、前記主軸１０
２は常に前記ステータ１１１間及び前記ステータ１２１
間の中立位置に位置するように制御される。

【００１２】また、前記スラスト磁気軸受１３０におい
ては、後部ステータ１３２及び前部ステータ１３５によ
ってロータ１３１のフランジ部１３１ａが前後（上下）
両方向の吸引力を受けており、これにより主軸１０２が
後部ステータ１３２と前部ステータ１３５との中間位置
に位置するようにアキシアル方向に支持されるようにな
っている。

【００１３】上述したように、センサ１３９により主軸
１０２のアキシアル方向の位置が検出されており、主軸
１０２が後部ステータ１３２と前部ステータ１３５との
中間位置からずれた場合には、当該位置ずれがセンサ１
３９によって検出され、この検知信号に基づいて、前記
後部ステータ１３２及び前部ステータ１３５に供給され
る電力が前記軸受制御手段１４０により調節される。即
ち、後部ステータ１３２とロータ１３１のフランジ部１
３１ａとの間隔、及び前部ステータ１３５と前記フラン
ジ部１３１ａとの間隔において、当該間隔が基準間隔よ
りも広くなっている後部ステータ１３２若しくは前部ス
テータ１３５に対しては供給電力が増加されて、その吸
引力が増加せしめられる一方、当該間隔が基準間隔より
も狭くなっている後部ステータ１３２若しくは前部ステ
ータ１３５に対しては供給電力が減少されて、その吸引
力が減少せしめられ、ロータ１３１は常に後部ステータ
１３２と前部ステータ１３５との中間位置に位置するよ
うに制御され、主軸１０２がアキシアル方向に支持され
る。

【００１４】斯くして、この主軸ヘッド１０１によれ
ば、主軸１０２と直接接触することなく、電磁石の吸引
力によってこれをラジアル方向及びアキシアル方向に支
持することができるので、回転数の極めて高い主軸１０
２を適正に支持することが可能である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、主軸を回転
させるとその回転数と略等しい振動数で主軸ヘッドが振
動するが、この主軸ヘッドの振動数が当該主軸ヘッドの
固有振動数に近づくと、主軸ヘッドが共振して最終的に
はこれが破壊されるといった事態に至る。主軸をころが
り軸受により支持した主軸ヘッドの場合には、このころ
がり軸受の性能によりその限界回転数が決定され、ころ
がり軸受の限界回転数が主軸ヘッドの固有振動数よりか
なり低いことから、一般的にはこのような問題を生じ難
い。ところが、主軸を磁気軸受により支持した主軸ヘッ
ドの場合には、主軸が非接触で支持されるので、磁気軸
受の性能によって主軸の回転数が制限されるというよう
なことはなく、主軸ヘッドの固有振動数付近まで主軸の
回転数を上げることができるため、このような共振に起
因する問題が生じるのである。

【００１６】また、磁気軸受を用いた主軸ヘッドにおけ
る固有振動数は、当該主軸ヘッドの大きさが比較的小さ
く、しかも軽量であることから、装着される工具の重量
による影響を受け易く、当該工具の重量によって大きく
変動する。具体的には、装着される工具の重量が重いほ
ど、主軸ヘッドの固有振動数が低くなる。したがって、
磁気軸受を用いた主軸ヘッドの場合には、装着される工
具の重量が重いと、前記固有振動数が当該工具の使用回
転数以下になるといったことが容易に起こり得るため、
上述した共振の問題を生じるのである。

【００１７】本発明は以上の実情に鑑みなされたもので
あり、磁気軸受を用いた主軸ヘッドの作動を制御する制
御装置であって、主軸ヘッドが共振しない領域で主軸を
回転させることができる制御装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明の請求項１に係る発明は、主軸
と、この主軸を回転自在に支持するスラスト磁気軸受及
びラジアル磁気軸受と、これらスラスト磁気軸受及びラ
ジアル磁気軸受を保持するハウジングと、前記主軸を軸
中心に回転駆動する主軸モータとを備えた主軸ヘッドの
作動を制御する装置であって、前記スラスト磁気軸受及
びラジアル磁気軸受の作動を制御する軸受制御手段と、
前記主軸モータの作動を制御する主軸モータ制御手段と
を備えた制御装置において、前記軸受制御手段から前記
スラスト磁気軸受及び／又はラジアル磁気軸受に供給さ
れる電流値を基に、前記主軸に装着された工具の重量を
推定する工具重量推定手段と、該工具重量推定手段によ
り推定された工具重量に基づいて、前記主軸の限界回転
数を決定する限界回転数決定手段とを設けて構成すると
ともに、前記主軸モータ制御手段が、前記限界回転数決
定手段により決定された限界回転数に基づいて、前記主
軸の回転数が該限界回転数を超えないように前記主軸モ
ータの作動を制御するように構成したことを特徴とす
る。

【００１９】主軸に工具が装着されると、当該主軸ヘッ
ドが横形の工作機械に搭載される場合には、工具重量に
よって主軸にラジアル方向の荷重が作用するため、これ
を中立位置に保持すべく、軸受制御手段からラジアル磁
気軸受に供給される電流が工具未装着時に比べて増加
し、主軸ヘッドが立形の工作機械に搭載される場合に
は、工具重量によって主軸にアキシアル方向の荷重が作
用するため、これを中立位置に保持すべく、軸受制御手
段からスラスト磁気軸受に供給される電流が工具未装着
時に比べて増加する。また、主軸ヘッドが斜めに傾斜し
て設けられる場合には、工具重量によって主軸にラジア
ル方向及びアキシアル方向の荷重が作用するため、軸受
制御手段からラジアル磁気軸受及びスラスト磁気軸受に
供給される電流が工具未装着時に比べて増加する。

【００２０】これらラジアル磁気軸受及びスラスト磁気
軸受に供給される電流値は主軸に作用する荷重、即ち工
具重量に応じて変化するものであり、予め工具重量に応
じた前記電流値を計測することで、工具重量と前記電流
値との関係を知ることができ、これらについての関係式
を得ることができる。前記工具重量推定手段は、例え
ば、このようにして得られた関係式を基礎として、軸受
制御手段からスラスト磁気軸受及び／又はラジアル磁気
軸受に供給される実際の電流値を基に、現に主軸に装着
されている工具の重量を推定する。

【００２１】また、上述したように、主軸を回転させる
とその回転数と略等しい振動数で主軸ヘッドが振動し、
この振動数が主軸ヘッドの固有振動数に近づくと、当該
主軸ヘッドが共振するため、主軸ヘッドの固有振動数に
所定の安全率（例えば０．９）を乗じた値を主軸の限界
回転数と見ることができる。一方、磁気軸受を用いた主
軸ヘッドは、その大きさが比較的小さく、しかも軽量で
あることから、その固有振動数は装着される工具の重量
の影響を受け易く、工具の重量に応じてその値が変化す
る。したがって、予め工具重量に応じた主軸ヘッドの固
有振動数を計測することで、工具重量と限界回転数（＝
固有振動数×６０×安全率（ｒｐｍ））との関係を知る
ことができ、これらについての関係式を得ることができ
る。前記限界回転数決定手段は、例えば、このようにし
て得られた関係式を基礎として、前記工具重量推定手段
により推定された工具重量を基に主軸の限界回転数を算
出し、これを決定する。そして、前記主軸モータ制御手
段は、主軸の回転数がこのようにして決定された限界回
転数を超えないように主軸モータの作動を制御する。こ
れにより、主軸の回転に伴う主軸ヘッドの振動をその固
有振動数より小さい値にすることができる。

【００２２】このようにこの発明によれば、如何なる重
量の工具を用いても、当該工具の装着された主軸を、主
軸ヘッドの固有振動数よりも低い回転数で回転させるこ
とができ、主軸の回転に伴う主軸ヘッドの振動が当該主
軸ヘッドの固有振動数に近くなってこれが共振し、最終
的には破壊されるといった従来のような問題が生じるの
を確実に防止することができる。

【００２３】上述した、ラジアル磁気軸受及び／又はス
ラスト磁気軸受に供給される電流値と工具重量との関
係、並びに工具重量と限界回転数との関係は、請求項２
に係る発明のように、予め計測されたこれらの実測値を
データテーブルとしてデータ記憶手段に記憶するように
しても良い。この場合には、前記工具重量推定手段が、
前記スラスト磁気軸受及び／又はラジアル磁気軸受に供
給される電流値を基に前記データ記憶手段を検索し、得
られた工具重量値を前記工具の重量と推定するようにこ
れを構成し、前記限界回転数決定手段が、前記工具重量
推定手段により推定された工具重量を基に前記データ記
憶手段を検索し、得られた限界回転数を前記主軸の限界
回転数として決定するようにこれを構成する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形
態に係る数値制御装置を示すブロック図である。尚、図
１に示した本例の数値制御装置１は、上述の図３に示し
た主軸ヘッド１０１を備える立形工作機械の作動を制御
するものである。

【００２５】図１に示すように、この数値制御装置１は
その主だった構成として、ＮＣシステム部２，主軸ヘッ
ド制御部３，工具交換動作制御部８及び入出力インター
フェース９を備えている。これらＮＣシステム部２，主
軸ヘッド制御部３，工具交換動作制御部８及び入出力イ
ンターフェース９はそれぞれバスライン１０を介して相
互に接続しており、ＮＣシステム部２，主軸ヘッド制御
部３及び工具交換動作制御部８は、それぞれ入出力イン
ターフェース９を介して外部のＭＤＩ入力装置，表示装
置，主軸モータ駆動アンプ１１，軸受駆動アンプ１２及
びその他の工作機械各部と接続している。

【００２６】前記ＮＣシステム部２は、例えば加工プロ
グラムなどを実行して工作機械各部の作動を数値制御す
る機能部分であり、工具交換動作制御部８は、ＮＣシス
テム部２からの工具交換指令に基づき、工作機械に付設
される工具交換装置を駆動，制御して工具交換を実行す
る機能部分である。また、前記主軸ヘッド制御部３はＮ
Ｃシステム部２から出力される実行指令に基づき、前記
主軸モータ駆動アンプ１１及び軸受駆動アンプ１２を介
して主軸ヘッド１０１の作動を制御する機能部分であ
る。

【００２７】前記主軸ヘッド制御部３は、更に、主軸モ
ータ制御部４，軸受制御部５，工具重量推定処理部６及
び限界回転数決定処理部７から構成される。この軸受制
御部５及び軸受駆動アンプ１２は、図３に示した軸受制
御手段１４０に対応するものであり、軸受制御部５は前
記センサ１１６，１２５，１３９からの検出信号を受信
して、主軸１０２が中立位置に保持されるように、軸受
駆動アンプ１２に駆動指令を出力し、この駆動指令に応
じた電流が軸受駆動アンプ１２から前記後部ラジアル磁
気軸受１１０，前部ラジアル磁気軸受１２０及びスラス
ト磁気軸受１３０に出力され、この電流によってこれら
後部ラジアル磁気軸受１１０，前部ラジアル磁気軸受１
２０及びスラスト磁気軸受１３０が駆動，制御される。

【００２８】前記工具重量推定処理部６は、軸受駆動ア
ンプ１２からスラスト磁気軸受１３０に供給される電流
値を受信して、現に主軸１０２に装着されている工具Ｔ
の重量を算出する機能部分である。この工具重量推定処
理部６には、前記電流値と工具重量との間の関係式が格
納されており、工具重量推定処理部６はこの関係式及び
受信した電流値を基に、前記工具Ｔの重量を算出する。

【００２９】主軸１０２に工具Ｔが装着されると、本例
の主軸ヘッド１０１が立形の工作機械に設けられている
ことから、工具重量によって主軸１０２にアキシアル方
向の荷重が作用し、これを中立位置に保持すべく、軸受
駆動アンプ１２からスラスト磁気軸受１３０に供給され
る電流が工具未装着時に比べて増加する。このスラスト
磁気軸受１３０に供給される電流値は主軸１０２に作用
する荷重、即ち工具重量に応じて変化するものであり、
予め工具重量に応じた電流値を計測することで、工具重
量と電流値との関係を知ることができ、これらについて
の関係式を得ることができる。工具重量推定処理部６に
は、このようにして得られた関係式が格納されており、
上述したように、工具重量推定処理部６は格納された関
係式及び受信した電流値から現に主軸１０２に装着され
た工具Ｔの重量を算出する。

【００３０】尚、主軸ヘッド１０１が横形の工作機械に
搭載される場合には、工具重量によって主軸１０２にラ
ジアル方向の荷重が作用するため、これを中立位置に保
持すべく、軸受駆動アンプ１２から後部ラジアル磁気軸
受１１０及び前部ラジアル磁気軸受１２０に供給される
電流が工具未装着時に比べて増加する。したがって、こ
の場合には、予め後部ラジアル磁気軸受１１０及び前部
ラジアル磁気軸受１２０に供給される電流値と工具重量
との関係式を得て、これを工具重量推定処理部６に格納
しておき、工具重量推定処理部６において、この関係式
及び電流値から工具Ｔの重量を算出するようにする。ま
た、主軸ヘッド１０１が斜めに傾斜して設けられる場合
には、工具重量によって主軸１０２にラジアル方向及び
アキシアル方向の荷重が作用するため、軸受駆動アンプ
１２から後部ラジアル磁気軸受１１０，前部ラジアル磁
気軸受１２０及びスラスト磁気軸受１３０に供給される
電流が工具未装着時に比べて増加する。したがって、こ
の場合には、予め後部ラジアル磁気軸受１１０，前部ラ
ジアル磁気軸受１２０及びスラスト磁気軸受１３０に供
給される電流値と工具重量との関係式を得て、これを工
具重量推定処理部６に格納しておき、工具重量推定処理
部６において、この関係式及び電流値から工具Ｔの重量
を算出するようにする。

【００３１】前記限界回転数決定処理部７は、前記工具
重量推定処理部６により算出された工具重量値を受信し
て、主軸１０２の限界回転数を算出する機能部分であ
る。この限界回転数決定処理部７には、工具重量と限界
回転数との間の関係式が格納されており、限界回転数決
定処理部７はこの関係式及び受信した工具重量値を基
に、当該限界回転数を算出する。

【００３２】上述したように、主軸１０２を回転させる
とその回転数と略等しい振動数で主軸ヘッド１０１が振
動し、この振動数が主軸ヘッド１０１の固有振動数に近
づくと、当該主軸ヘッド１０１が共振するため、主軸ヘ
ッド１０１の固有振動数に所定の安全率を乗じた値を主
軸１０２の限界回転数と見ることができる。一方、磁気
軸受１１０，１２０，１３０を用いた主軸ヘッド１０１
は、その大きさが比較的小さく、しかも軽量であること
から、その固有振動数は装着される工具Ｔの重量の影響
を受け易く、工具Ｔの重量に応じてその値が変化する。
したがって、予め工具重量に応じた主軸ヘッド１０１の
固有振動数を計測することで、工具重量と前記限界回転
数（＝固有振動数×６０×安全率（ｒｐｍ））との関係
を知ることができ、これらについての関係式を得ること
ができる。限界回転数決定処理部７には、このようにし
て得られた関係式が格納されており、上述したように、
限界回転数決定処理部７はこの関係式及び受信した工具
重量値を基に、主軸１０２の限界回転数を算出する。
尚、主軸ヘッド１０１の固有振動数は、例えば、所定重
量の工具Ｔが装着された主軸１０２を所定の回転数で回
転させ、これに伴って生じる主軸ヘッド１０１の振動を
加速度ピックアップなどを用いて検出し、得られた振動
信号をＦＦＴなどの解析器を用いて周波数分析すること
により求めることができる。

【００３３】前記主軸モータ制御部４は、ＮＣシステム
部２から出力される主軸１０２の回転指令（回転方向及
び回転数に関する指令）を受信してこれに応じた駆動指
令を主軸モータ駆動アンプ１１に出力する機能部分であ
り、この駆動指令を受信した主軸モータ駆動アンプ１１
からこれに応じた電流が前記ステータ（図示せず）に供
給され、当該主軸モータが前記回転指令通りに回転せし
められる。また、主軸モータ制御部４は、前記限界回転
数決定処理部７により算出された限界回転数の値を受信
し、主軸モータの回転数がこの限界回転数を超えないよ
うな駆動指令を主軸モータ駆動アンプ１１に出力して、
主軸モータをこの限界回転数以下の回転数となるように
回転させる。即ち、主軸モータ制御部４は、ＮＣシステ
ム部２から出力される回転数が限界回転数決定処理部７
から受信された限界回転数以下である場合には、ＮＣシ
ステム部２から出力される回転数に応じた駆動指令を主
軸モータ駆動アンプ１１に出力して、主軸モータを指令
通りの回転数で回転させ、ＮＣシステム部２から出力さ
れる回転数が限界回転数決定処理部７から受信された限
界回転数を超える場合には、この限界回転数に応じた駆
動指令を主軸モータ駆動アンプ１１に出力して、主軸モ
ータをこの限界回転数で回転させる。

【００３４】斯くして、ＮＣシステム部２から工具交換
指令が出力され、これが工具交換動作制御部８に受信さ
れると、この工具交換動作制御部８による制御の下で工
具交換が実行され、主軸１０２に新たな工具Ｔが装着さ
れる。このようにして主軸１０２に新たな工具Ｔが装着
されると、次に、工具重量推定処理部６においてこの工
具Ｔの重量が算出され、ついで、この工具重量値を受信
した限界回転数決定処理部７において、当該工具重量に
基づき限界回転数が算出され、これが主軸モータ制御部
４に送信される。この後、ＮＣシステム部２から回転指
令が出力され、これが主軸モータ制御部４に受信される
と、ＮＣシステム部２からの指令回転数が限界回転数以
下である場合には、この主軸モータ制御部４による制御
の下、当該指令回転数となるように主軸１０２が回転せ
しめられ、前記指令回転数が限界回転数を超える場合に
は、この限界回転数となるように主軸１０２が回転せし
められる。

【００３５】このように、本例の主軸ヘッド制御部３に
よれば、如何なる重量の工具Ｔを用いても、当該工具Ｔ
の装着された主軸１０２を、主軸ヘッド１０１の固有振
動数より低い回数で回転させることができ、主軸１０２
の回転に伴う主軸ヘッド１０１の振動が当該主軸ヘッド
１０１の固有振動数に近くなってこれが共振し、最終的
には破壊されるといった従来のような問題が生じるのを
確実に防止することができる。尚、前記主軸モータ制御
部４において、前記指令回転数が限界回転数を超える場
合にアラームを出力するといった対応を採ることも可能
であるが、本例では、上記のように限界回転数で回転さ
せるように構成した。

【００３６】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の具体的な態様がこれに限定されるもので
ないことは言うまでもなく、例えば、上述した例では、
スラスト磁気軸受１３０に供給される電流値と工具重量
との関係式から、現に主軸１０２に装着さた工具の重量
を算出し、工具重量と限界回転数との関係式から主軸１
０２の限界回転数を算出するように構成したが、図２に
示すように、「スラスト磁気軸受１３０に供給される電
流値」対「工具重量」の実測値、並びに「工具重量」対
「限界回転数（＝固有振動数の実測値×６０×安全率）
（ｒｐｍ）」の実測値をデータテーブルとしてデータ記
憶部１３に格納し、前記工具重量推定処理部６が、実際
にスラスト磁気軸受１３０に供給される電流値を基に前
記データ記憶部１３を検索し、得られた工具重量値を現
に主軸１０２に装着された工具の重量と推定するよう
に、当該工具重量推定処理部６を構成し、前記限界回転
数決定処理部７が、工具重量推定処理部６において推定
された工具重量を基に前記データ記憶部１３を検索し、
得られた限界回転数を主軸１０２の限界回転数として決
定するように、当該限界回転数決定処理部７を構成して
良い。

【００３７】尚、この場合においても、主軸ヘッド１０
１が横形の工作機械に搭載される場合には、「後部ラジ
アル磁気軸受１１０及び前部ラジアル磁気軸受１２０に
供給される電流値」対「工具重量」の実測値をデータテ
ーブルとしてデータ記憶部１３に格納し、主軸ヘッド１
０１が斜めに傾斜して設けられる場合には、「後部ラジ
アル磁気軸受１１０，前部ラジアル磁気軸受１２０及び
スラスト磁気軸受１３０に供給される電流値」対「工具
重量」の実測値をデータテーブルとしてデータ記憶部１
３に格納するようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る数値制御装置を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の他の実施形態に係る数値制御装置を示
すブロック図である。

【図３】従来例に係る磁気軸受を用いた主軸ヘッドを示
す断面図である。

【符号の説明】

１数値制御装置２ＮＣシステム部３主軸ヘッド制御部４主軸モータ制御部５軸受制御部６工具重量推定処理部７限界回転数決定処理部１１主軸モータ駆動アンプ１２軸受駆動アンプ１３データ記憶部１０１主軸ヘッド１１０後部ラジアル磁気軸受１２０前部ラジアル磁気軸受１３０スラスト磁気軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 32/04 Ｆ１６Ｃ 32/04 ＡＦターム(参考） 3C001 KA06 KA07 TA06 TB05 TB06 TB08 3C011 AA04 3C029 DD00 3C045 FD16 FD23 3J102 AA01 BA03 BA19 CA02 DA02 DA03 DA09 DB08 DB10 DB11 DB37 GA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸と、この主軸を回転自在に支持する
スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受と、これらスラ
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受を保持するハウジン
グと、前記主軸を軸中心に回転駆動する主軸モータとを
備えた主軸ヘッドの作動を制御する装置であって、前記
スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受の作動を制御す
る軸受制御手段と、前記主軸モータの作動を制御する主
軸モータ制御手段とを備えた制御装置において、前記軸受制御手段から前記スラスト磁気軸受及び／又は
ラジアル磁気軸受に供給される電流値を基に、前記主軸
に装着された工具の重量を推定する工具重量推定手段
と、該工具重量推定手段により推定された工具重量に基づい
て、前記主軸の限界回転数を決定する限界回転数決定手
段とを設けて構成するとともに、前記主軸モータ制御手段が、前記限界回転数決定手段に
より決定された限界回転数に基づいて、前記主軸の回転
数が該限界回転数を超えないように前記主軸モータの作
動を制御するように構成したことを特徴とする主軸ヘッ
ド制御装置。
【請求項２】前記スラスト磁気軸受及び／又はラジア
ル磁気軸受に供給される電流値と前記工具重量との関
係、並びに前記工具重量と前記限界回転数との関係をデ
ータテーブルとして記憶したデータ記憶手段を設け、前記工具重量推定手段が、前記スラスト磁気軸受及び／
又はラジアル磁気軸受に供給される電流値を基に、前記
データ記憶手段を検索して得られた工具重量値を前記工
具の重量と推定するように構成し、前記限界回転数決定手段が、前記工具重量推定手段によ
り推定された工具重量を基に、前記データ記憶手段を検
索して得られた限界回転数を前記主軸の限界回転数とし
て決定するように構成したことを特徴とする請求項１記
載の主軸ヘッド制御装置。