JPH04372361A - 磁気軸受スピンドル装備研削盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円筒研削盤に利用する磁
気軸受スピンドル装備研削盤に関し、特に、磁気軸受ス
ピンドルのロータ軸の微小変位制御を行い精研削等の後
に、サブミクロン単位の微小切り込み（マイクロフィー
ド）を行う磁気軸受スピンドル装備研削盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ワークの高精度の加工要求に伴い
、円筒研削盤では砥石の切り込み速度を随時変化させて
研削が行われている。このような円筒研削盤は、ワーク
を取り付ける主軸を配置した主軸台テーブルと、砥石台
テーブルの一方あるいは両方を移動させる移動機構を備
えている。この移動機構は、例えば、サーボモータ、ボ
ール螺子を用い、さらにワークの研削寸法を検出する定
寸検出部等を備えている。

【０００３】上記の円筒研削盤ではワークの加工中の寸
法を、設定された仕上がり寸法からの残り取代量として
定寸検出部で検出している。図４は砥石台テーブルで切
り込みを行う円筒研削盤における切り込み状態の一例を
示している。図４に示すように、研削は急速前進（Ａ）
、粗研削（Ｂ）と、これに続く精研削（Ｃ）とからなり
、所望の所定寸法に達した時にスパークアウト（Ｄ）し
、続いて急速後退（Ｅ）となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の円筒研削盤等において、砥石台テーブル等は比較的
重量があり、このため、微少切り込みを行おうとしても
砥石台テーブル等の移動の応答性が悪く、良好な追従性
が得られないためサブミクロン単位の微小切り込みがで
きない。またボール螺子はバックラッシュがあり、送り
の分解能に限界があるため微小切り込みが困難となる。 また、Ｖ溝・平ガイドを用いる移動機構ではステイック
スリップが発生して微小切り込みができないという欠点
がある。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされ、精研削
等の所定研削の後に、サブミクロン単位の微小切込みが
できる優れた磁気軸受スピンドル装備研削盤を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受スピン
ドル装備研削盤は、上記目的を達成するために、ロータ
軸に砥石が固定されるとともに磁気浮上用電磁石を備え
る磁気軸受スピンドルと、磁気軸受スピンドルが配置さ
れる砥石台テーブルと、ワーク保持する主軸と主軸を配
置した主軸台テーブルと、砥石台テーブル、主軸台テー
ブルのいずれか、あるいは両方が移動し、且つ磁気軸受
スピンドルのロータ軸を回転して砥石でワークに対する
所定の研削を終了した後、さらに微細切り込みを行うた
めに磁気軸受スピンドルの磁気浮上用電磁石の励磁電流
を制御してロータ軸を切り込み方向に変位させる制御手
段とを備えるものである。徴とする。

【０００７】

【作用】上記のように構成される本発明の磁気軸受スピ
ンドル装備研削盤では、ロータ軸の変位制御の応答性が
早く、追従性が良い磁気軸受スピンドルを用いており、
ワークの所定の研削の後、精研削の後に磁気軸受スピン
ドルのロータ軸を微小変位させる制御を行い、例えば、
０．１μｍ単位の微小切り込みを行う。これによって、
ワークの高精度研削ができる。すなわち、加工面粗さ、
寸法精度および真円度の向上を図ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例の構成を図面をもと
に詳細に説明する。図１は実施例の構成を示している。 この例は磁気軸受スピンドル１０と、この磁気軸受スピ
ンドル１０が固定された砥石台テーブル１２と、ワーク
Ｗが配置される主軸台テーブル１４と、プログラマブル
コントローラ等の制御部（制御手段に対応）１６とから
なる。

【０００９】磁気軸受スピンドル１０は磁性体のロータ
軸２２が設けられ、この一方の先端に砥石２５が固定さ
れている。ロータ軸２２の周囲には、ロータ軸２２をラ
ジアル方向に浮上、保持するための一組つづのラジアル
方向用電磁石２４ａ、２４ｂとラジアル方向用電磁石２
６ａ、２６ｂが配置されている。さらにロータ軸２２に
一体的に構成された磁性体のディスク３０を挟んでアキ
シャル方向にロータ軸２２を保持する一組づつのアキシ
ャル方向用電磁石３２ａ、３２ｂおよびアキシャル方向
用電磁石３４ａ、３４ｂが配置されている。

【００１０】またロータ軸２２の周囲にはモータ３６が
設けられ、このモータ３６によってロータ軸２２が回転
駆動される。さらに、ロータ軸２２の両端部の周囲位置
には、ロータ軸２２のラジアル方向位置を検出する位置
センサー４０ａ、４０ｂが配置され、ここでの検知信号
によって、制御部１６を通じてラジアル方向用電磁石２
４ａ、２４ｂの励磁電流が制御される。同様に位置セン
サー４２ａ、４２ｂが設けられており、ラジアル方向用
電磁石２６ａ、２６ｂの励磁電流が制御される。これに
よってロータ軸２２をラジアル方向の所定位置で保持す
るようになっている。

【００１１】また、ロータ軸２２の他方の端部から離間
して位置センサー４４が設けられ、この位置センサー４
４から出力する検知信号によって、制御部１６を通じて
アキシャル方向用電磁石３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４
ｂの励磁電流が制御され、ロータ軸２２をアキシャル方
向の所定位置に保持するようになっている。砥石台テー
ブル１２は上記の磁気軸受スピンドル１０を移動させる
ためのサーボモータ５０と、このサーボモータ５０で回
転駆動されるボール螺子５２が設けられており、制御部
１６からの制御によって、砥石台テーブル１２が矢印方
向Ｘａあるいは矢印方向Ｘｂへ移動する。

【００１２】主軸台テーブル１４は、ワークＷを取り付
ける主軸６０と、ワークＷの心押し部６２とが設けられ
ている。さらに、ワークＷが所望の寸法に加工されたか
を検出するために定寸コンタクトを有する定寸検出器６
４が備えられており、ここからの検出信号が制御部へ１
６に供給される。制御部１６は、メインコントローラ７
０と磁気軸受コントローラ７２を有している。

【００１３】メインコントローラ７０はＣＰＵ、ＲＡＭ
、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等で構成されるマイクロプロセッサ（
ＭＰＵ）等が用いられており、定寸検出器６４からの検
出信号が供給されるとともにデジタル信号に変換する寸
法検出回路７４が接続されている。さらにメインコント
ローラ７０と、サーボモータ５０との間に砥石台テーブ
ルサーボモータドライバ７６が接続されている。この砥
石台テーブルサーボモータドライバ７６はメインコント
ローラ７０に接続された操作盤７８からの指示によりサ
ーボモータ５０に駆動電流を送出する。これによって、
砥石台テーブル１２、すなわち、磁気軸受スピンドル１
０が矢印方向Ｘａあるいは矢印方向Ｘｂに移動する。

【００１４】また、メインコントローラ７０とモータ３
６との間にモータドライバ８０が接続されている。この
モータドライバ８０からはメインコントローラ７０から
指示されたこ回転速度を得るための駆動電流がモータ３
６に供給されている。磁気軸受コントローラ７２は、位
置センサー４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、４４から
の検知信号が、それぞれ供給されるＰＩＤ（補正回路）
と、それぞれのＰＩＤの出力端に接続された増幅器を備
えている。それぞれの増幅器にはラジアル方向用電磁石
２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂとアキシャル方向用電
磁石３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂが接続されている
。

【００１５】このラジアル方向用電磁石２４ａ、２４ｂ
、２６ａ、２６ｂには、位置センサー４０ａ、４０ｂ、
４２ａ、４２ｂからの検知信号の値にもとづいて増幅器
を通じて制御された励磁電流が供給されている。これに
よってロータ軸２２をラジアル方向の所定位置に保持す
るようになっている。また、位置センサー４４からの検
知信号が供給されるＰＩＤ（補正回路）と、このＰＩＤ
の出力端に接続された増幅器を備えている。この増幅器
にはアキシャル方向用電磁石３２ａ、３２ｂ、３４ａ、
３４ｂが接続されている。このアキシャル方向用電磁石
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂには位置センサー４４
の検知信号の値にもとづいて、増幅器を通じて制御され
た励磁電流が供給され、これによってロータ軸２２をア
キシャル方向の所定位置に保持するようになっている。

【００１６】この際、磁気軸受コントローラ７２は操作
盤７８の指示によりメインコントローラ７０と連動して
、以降に詳細に説明するようにワークＷの精研削の後の
微小変位制御を行い０．１μｍ単位の微小切り込みを行
う。次に、上記構成におけるワークの切り込みの動作に
ついて説明する。図２はワークの切り込み状態を示し、
図３は制御動作のフローチャートを示している。

【００１７】主軸６０にワークＷがセットされて研削作
業を開始する。メインコントローラ７０からは、磁気軸
受コントローラ７２に対して磁気軸受スピンドル１０が
所定動作するように動作指示が行われる。磁気軸受コン
トローラ７２からは、ラジアル方向用電磁石２４ａ、２
４ｂ、２６ａ、２６ｂとアキシャル方向用電磁石３２ａ
、３２ｂ、３４ａ、３４ｂへ励磁電流が供給されてロー
タ軸２２が磁気浮上する。同時にモータドライバ８０か
らモータ３６に通電されて、ロータ軸２２が回転する（
ステップ（Ｓ）１００）。

【００１８】次に、操作盤７８から研削の開始が指示さ
れたか否かが判断される。指示があるＹｅｓの場合は次
に進む。指示がないＮｏの場合は研削の開始の指示待ち
であり、このデシジョンを繰り返す。次に、砥石台テー
ブルサーボモータドライバ７６にサーボモータ５０の駆
動指示が行われて砥石台テーブル１２が矢印方向Ｘｂに
急速前進し、設定した前進位置に達するとメインコント
ローラ７０は砥石台テーブルサーボモータドライバ７６
を通じてサーボモータ５０の動作を停止させる制御を行
う（Ｓ１０２）。

【００１９】続いて、図２に示す粗研削（Ｂ）を行う。 砥石台テーブルサーボモータドライバ７６にサーボモー
タ５０の駆動指示が行われて砥石台テーブル１２が、さ
らに矢印方向Ｘｂに前進して図２に示す粗研削（Ｂ）が
行われる。この粗研削（Ｂ）の所定の寸法変化量は定寸
検出器６４で検出される。この検出信号を寸法検出回路
７４を通じて取り込んだメインコントローラ７０は砥石
台テーブルサーボモータドライバ７６を通じてサーボモ
ータ５０の動作を停止させる制御を行う（Ｓ１０３）。

【００２０】さらに、粗研削（Ｂ）が終了したか否かが
判断される。終了したＹｅｓの場合は次に進む。指示が
ないＮｏの場合は粗研削（Ｂ）の終了待ちであり、この
デシジョンを繰り返す（Ｓ１０４）。続いて、精研削（
Ｃ）を行う（Ｓ１０５）。この精研削（Ｃ）は、メイン
コントローラ７０が砥石台テーブルサーボモータドライ
バ７６を通じてサーボモータ５０に低回転を指示し、図
２に示す精研削（Ｃ）の所定の寸法変化量になるように
砥石台テーブル１２が移動する。なお、寸法変化量は上
記粗研削（Ｂ）時と同様に行う。

【００２１】さらに、精研削（Ｃ）が終了したか否かが
判断される。終了したとするＹｅｓの場合は次に進む。 指示がないＮｏの場合は精研削（Ｃ）の終了待ちであり
、このデシジョンを繰り返す（Ｓ１０６）。この精研削
（Ｃ）の後、メインコントローラ７０から砥石台テーブ
ルサーボモータドライバ７６を通じてサーボモータ５０
に移動停止が指示され、これによって砥石台テーブル１
２の移動が停止する（Ｓ１０７）。

【００２２】この後、磁気軸受スピンドル１０のロータ
軸２２を微小変位させる制御を行い０．１μｍ単位の微
小切り込みを行う。先ず、メインコントローラ７０から
磁気軸受コントローラ７２に対してロータ軸２２が矢印
方向Ｘｂ、すなわち、ワークＷ方向に図２に示す微少切
り込み（Ｍ）の所定の寸法変化量、すなわち、０．１μ
ｍ単位で移動するように指示が行われる。これによって
磁気軸受コントローラ７２から微少切り込み（Ｍ）の所
定の寸法変化量に対応する値の変位指令（ランプ波）を
ラジアル方向用電磁石２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ
に供給する制御が行われ、ロータ軸２２が０．１μｍ単
位で矢印方向Ｘｂに微小変位する（Ｓ１０８）。この場
合、砥石台テーブル１２は図２に示すように停止（Ｔ）
中である。

【００２３】次に、微少切り込み（Ｍ）が終了したか否
かが判断される。終了したとするＹｅｓの場合は次に進
む。指示がないＮｏの場合は微少切り込み（Ｍ）の終了
待ちであり、このデシジョンを繰り返す（Ｓ１０９）。 そして、微少切り込み（Ｍ）が終了して、メインコント
ローラ７０から磁気軸受コントローラ７２に指示して、
ラジアル方向用電磁石２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ
への変位指令（ランプ波）の供給を停止する（Ｓ１１０
）。

【００２４】続いて、ロータ軸２２の微小変位の解除指
示がメインコントローラ７０から磁気軸受コントローラ
７２に行われる。これによって、磁気軸受コントローラ
７２からラジアル方向用電磁石２４ａ、２４ｂ、２６ａ
、２６ｂに通常の値の励磁電流が供給され、ロータ軸２
２が矢印方向Ｘａ方向に変位し、正常位置に戻ることに
なる（Ｓ１１１）。この後、後退（Ｒ）となる。

【００２５】このように、磁気軸受スピンドル１０のロ
ータ軸２２は、変位制御に対する応答性が速く、追従性
が良いため、この特性を利用して精研削（Ｃ）の後にロ
ータ軸２２を微小変位制御を行うこができる。これによ
って０．１μｍ単位の微小切り込み（Ｍ）を行うことが
できるものとなり、ワークＷの高精度研削、すなわち、
加工面粗さ、寸法精度および真円度の向上を図ることが
できる。

【００２６】なお、上記実施例では精研削（Ｃ）の後に
ロータ軸２２の制御により微小切り込み（Ｍ）を行った
が、これに限定されない。例えば、急速研削（Ａ）、粗
研削（Ｂ）のいずれかの後、あるいは、急速研削（Ａ）
、粗研削（Ｂ）および精研削（Ｃ）の、それぞれの後に
微小切り込み（Ｍ）を行うようにしても良い。さらに、
上記実施例では砥石台テーブル１２をワークＷ方向に移
動するようにしたが、砥石台テーブル１２を固定し、主
軸台テーブル１４を移動させるようにしても良く、また
、両方を移動するようにしても良い。

【００２７】さらに、定寸装置を使用せず砥石台テーブ
ル座標で粗研削、精研削等の切り換えを行っても良い。 また、プランジ研削だけでなく、トラバース研削でも良
い。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記説明から明らかなように、
ワークの所定の研削後、例えば、精研削の後に、磁気軸
受スピンドルのロータ軸の微小変位制御を行いサブミク
ロン単位の微小切り込みを行うようにしたので、ワーク
の高精度研削ができる。すなわち、加工面粗さ、寸法精
度および真円度が向上するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気軸受スピンドル装備研削盤の実施
例を示す構成図である。

【図２】実施例の動作説明に供されるワークの切り込み
状態を示す図である。

【図３】実施例の制御動作のフローチャートである。

【図４】従来のワークの研削における切り込み状態を示
す図である。

【符号の説明】

１０　　磁気軸受スピンドル １２　　砥石台テーブル １４　　主軸台テーブル １６　　制御部 ２２　　ロータ軸 ２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ　　ラジアル方向用電
磁石 ２５　　砥石 ３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ　　アキシャル方向用
電磁石 ４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、４４　　位置センサ
ー７０　　メインコントローラ ７２　　磁気軸受コントローラ Ｗ　　ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロータ軸に砥石が固定されるとともに
   磁気浮上用電磁石を備える磁気軸受スピンドルと、上記
   磁気軸受スピンドルが配置される砥石台テーブルと、ワ
   ーク保持する主軸と主軸を配置した主軸台テーブルと、
   上記砥石台テーブル、上記主軸台テーブルのいずれか、
   あるいは両方が移動し、且つ磁気軸受スピンドルのロー
   タ軸を回転して砥石でワークに対する所定の研削を終了
   した後、さらに微細切り込みを行うために磁気軸受スピ
   ンドルの磁気浮上用電磁石の励磁電流を制御してロータ
   軸を切り込み方向に変位させる制御手段と、を備えるこ
   とを特徴とする磁気軸受スピンドル装備研削盤。