JPH0336897Y2

JPH0336897Y2 -

Info

Publication number: JPH0336897Y2
Application number: JP15110686U
Authority: JP
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1991-08-05
Also published as: JPS6357528U

Description

【考案の詳細な説明】考案の技術分野本考案は、工作機械の主軸の振動検出装置に関
し、特に主軸の先端部の振動を非接触のもとに検
出する装置に関する。

従来技術高速回転用の主軸では、切削加工中の異常な衝
撃や、それに装着された工具自体、あるいはその
工具の装着誤差によつて、主軸の異常回転が大き
な問題となる。その異常回転状態が許容範囲を越
えると、工具の保持部分での離脱の危険性や、主
軸の軸受け部分の焼付などの事故が発生する。

ところで、この主軸の異常回転状態は、主軸の
回転時に、主軸の直径方向の振動として検出でき
る。このような主軸の振動は、主軸の頭部に直接
例えば非接触式の変位計を配置し、その変位計の
出力を測定することによつて、原理的に検出でき
る。通常、非接触式の変位計には例えば磁気セン
サー、光電センサー、静電容量センサーなどが用
いられる。しかし、主軸頭部で主軸を直接測定す
る場合、その頭部には、クーラントや軸受けの潤
滑材あるいは切粉などの侵入があるため、それら
の存在は、主軸表面精度に影響を与え、これによ
り磁気や光沢なども変化させてしまうため、上記
磁気センサーや光電センサーでは正確な測定が不
可能であつた。よつて、回転体の振動を非接触で
正確に測定しようとすれば、一般に変位計の種類
が限定されてしまう。

考案の目的したがつて、本考案の目的は、通常の変位計を
用いて主軸の頭部の異常回転量を非接触で正確に
検出できるようにし、主軸の許容範囲以上の振動
状態を未然に防止できるようにすることである。

考案の解決手段そこで、本考案は、主軸の頭部にカラーを同心
的で、しかも主軸の直径方向に変位可能な状態で
支持し、このカラーのノズルからの噴射空気によ
つて、主軸の外周とカラーの内周面との隙間で静
圧空気層を形成し、主軸の回転振動を非回転状態
のカラーの径方向の振動に非接触の状態で置き換
え、このカラーの径方向変位を非接触式の変位計
で検出することにより、主軸の回転時の振動を間
接的に測定できるようにしている。

好ましい実施例によると、カラーの振動は、Ｘ
軸方向の変位計と、これに直交するＹ軸方向の変
位計とによつて検出され、それらは、電気的手段
によりベクトル的に合成される。そして、その大
きさは、許容範囲内の基準値と比較される。主軸
の振動の大きさが許容値を越えているとき、工作
機械の制御装置などは、その状態を確認して、数
値制御を一時的に停止するか、または必要な警報
などを発生する。

考案の構成第１図および第２図は、本考案の主軸の振動検
出装置１を示している。検出対象の主軸２は、主
軸筒３の内部で軸受け４によつて回転自在に支持
されており、その頭部に装着された工具５によつ
て、加工対象に対し必要な各種の切削加工を施
す。

そして、本考案の振動検出装置１は、上記主軸
２の頭部外周部分に蓋６によつて組み込まれる。
すなわち、この蓋６は、環状であり、主軸筒３の
頭部側に主軸２と同心的に取り付けられており、
カバー１１とともに隙間７ａを形成しながら、カ
ラー７を主軸２の径方向に変位可能な状態で、し
かも主軸２の頭部外周面との間で静圧空気層形成
用の隙間Δ１を形成しつつ保持している。そし
て、このカラー７は、例えば３等配位置で、主軸
２の中心に向けてノズル８を形成しており、これ
らはともに隙間７ａを介して、蓋６に形成された
空気取り入れ口６ａに通じている。なおこの隙間
Δ１は、主軸２の先端部分で大気に通じており、
また後端側の部分で蓋６に形成された空気排出口
６ｂに通じている。

また、カラー２の両端面には、蓋６、およびカ
バー１１の各面に対して微小隙間Δ２を形成し、
それぞれの面に微小隙間Δ２の数倍程度の段差７
ｂを有し、いわゆる表面絞り方式の静圧空気軸受
けを形成することにより、他部材から非接触で保
持されている。また、このカラー７は、溝７ｃに
はまる蓋６側のピン１０によつて回転しないよう
になつている。

そして、上記蓋６は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向
で複数例えば２つの変位計９ｘ，９ｙを保持して
おり、その検出端をカラー７の外周面に対し例え
ば非接触の状態で対向させている。

これらの変位計９ｘ，９ｙは、第３図に示すよ
うに、それぞれ増幅器１２ｘ，１２ｙを介し共通
の演算器１３、比較器１４に順次接続されてい
る。そして、この比較器１４は、一方の入力端で
設定器１５に接続され、また出力側で工作機械の
制御装置などに接続されている。

考案の作用主軸２に工具５が装着された時点で、主軸２が
回転させられ、この状態で主軸２の振動が検出さ
れる。すなわち主軸２の回転状態で、空気取り入
れ口６ａから加圧空気Ａが送り込まれる。この加
圧空気Ａは、隙間７ａの内部を通り、全てのノズ
ル８に達し、それらのノズル８から主軸２の外周
面に向けて噴射される。この結果、隙間Δ１と微
小隙間Δ２の部分で静圧空気層が形成され、その
隙間Δ１，Δ２の部分でクーラントなどを密閉す
るとともに、カラー７は、一定の隙間Δ１を維持
しながら、回転しないまま、主軸２の振動に追従
していく。なお、この隙間Δ１は、隙間７ａより
も充分小さく、例えばその1/10程度に設定されて
いる。主軸２およ工具５のアンバランスによつ
て、主軸２の頭部が振動すると、カラー７も振動
を誘発する。

この間に、変位計９ｘ，９ｙは、このカラー７
の振動による相対的な距離の変化を電気的な信号
に変換している。そして、この変位計９ｘ，９ｙ
の出力は、それぞれ増幅器１２ｘ，１２ｙによつ
て増幅され、演算器１３の入力となる。そこで、
この演算器１３は、それぞれの出力の２乗の和の
根（√²＋²）をとることによつてＸ軸方向およ
びＹ軸方向の分ベクトルを合成し、主軸２の偏心
方向およびその偏心振動の振幅の大きさとして検
出し、比較器１４に送り込む。そこで、比較器１
４は、そのベクトル値と、予め設定器１５によつ
て設定された許容値と比較し、振動のベクトル値
が基準値よりも越えたときに、警報のための出力
を発生するとともに、それを制御装置などに送り
込む。したがつて、制御装置は、その出力信号を
入力した時点で、主軸２の回転を止める。この時
点で、アンバランスの修正が行われる。

なお、隙間Δ１が通常のエアーカーテンの隙間
の1/10程度に設定されているため、検出過程での
加圧空気Ａの消費流量は、隙間の３乗に比例する
という関係式から、通常のエアーカーテンに比較
して、1/1000の範囲に抑えられる。さらに主軸２
の振動が回転しないカラー７を介して測定される
ため、静止した被測定物を測る変位計９ｘ，９ｙ
でよく、クーラントや軸受けの潤滑材などが浸入
しない状態で測定できる。

考案の変形例上記実施例は、たて型の主軸２について説明し
ているが、この検出対象の主軸２は、当然、よこ
型であつてもよい。また、変位計９ｘ，９ｙは、
主軸の偏心方向を検出するために、Ｘ軸方向およ
びＹ軸方向に配置しているが、その振動の振幅の
大きさのみで足りるならば、いずれかの方向にの
み配置してもよい。

考案の効果本考案では、検出対象の主軸に対しエアーカー
テンを兼ねるカラーが静圧空気層を形成しつつ、
微小の隙間を形成しながら対向し、主軸頭部の回
転中の振動をこのカラーを介し、測定するため、
クーラントや軸受けの潤滑材あるいは切粉などが
侵入しない状態で測定できる。よつて、通常の変
位計として用いられる磁気センサーや光電センサ
ーあるいは静電容量センサー等いかなるセンサー
によつても回転中の主軸に対する直接的な測定よ
り正確な測定が行える。

好ましくは、カラーを回転方向に静止状態とす
ることにより、主軸の真円度が直接測定値に影響
せず、一層高精度な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の主軸の振動検出装置の断面
図、第２図は第１図の−線での断面図、第３
は回路図である。１……主軸の振動検出装置、２……主軸、３…
…主軸筒、４……軸受け、５……工具、６……
蓋、７……カラー、８……ノズル、９ｘ，９ｙ…
…変位計、１０……ピン、１１……カバー、１２
ｘ，１２ｙ……増幅器、１３……演算器、１４…
…比較器、１５……設定器、１６……制御装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

主軸筒の頭部側に主軸と同心的に取り付けられ
た環状の蓋と、この蓋の内部で支持され上記主軸
の頭部外周面に対して静圧空気層形成用の空間を
形成しながら上記主軸の径方向に変位可能な状態
で配置され内周の等配位置に中心方向に向けて複
数の空気噴射用のノズルを有するカラーと、上記
蓋に支持され上記カラーの変位を検出する非接触
式の変位計とを具備することを特徴とする主軸の
振動検出装置。