[go: up one dir, main page]

JPH1029101A - Magnetic bearing spindle device - Google Patents

Magnetic bearing spindle device

Info

Publication number
JPH1029101A
JPH1029101A JP18587596A JP18587596A JPH1029101A JP H1029101 A JPH1029101 A JP H1029101A JP 18587596 A JP18587596 A JP 18587596A JP 18587596 A JP18587596 A JP 18587596A JP H1029101 A JPH1029101 A JP H1029101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spindle
rigidity
magnetic bearing
rotation speed
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP18587596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3723887B2 (en
Inventor
Manabu Taniguchi
学 谷口
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koyo Seiko Co Ltd filed Critical Koyo Seiko Co Ltd
Priority to JP18587596A priority Critical patent/JP3723887B2/en
Publication of JPH1029101A publication Critical patent/JPH1029101A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3723887B2 publication Critical patent/JP3723887B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0489Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General buildup of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the actual rigidity of a spindle while it is used by providing a rigidity measuring means for measuring spindle rigidity. SOLUTION: In upper and lower magnetic bearings 7 and 8, loads of X axis directions changed in sine wave shapes and kept always equal for size and direction in upper and lower directions are applied, and a spindle 5 is vibrated in the X axis direction. While the spindle 5 is vibrated, the X axis direction displacement of the spindle 5 in the positions of the upper and lower radial magnetic bearings 7 and 8 is measured based the outputs of X axis direction radial position sensors 10 and 11 and a sensor driving circuit 13. After this displacement measuring is finished, based on the result thereof, the X axis direction rigidity value of the spindle 5 in the tip of a tool 18 is calculated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気軸受スピン
ドル装置、さらに詳しくは、スピンドルが複数組の磁気
軸受により非接触支持される磁気軸受スピンドル装置に
関し、とくに工作機械用に好適な磁気軸受スピンドル装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic bearing spindle device, and more particularly to a magnetic bearing spindle device in which a spindle is supported in a non-contact manner by a plurality of sets of magnetic bearings, and more particularly, a magnetic bearing spindle device suitable for machine tools. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械用の磁気軸受スピンドル装置と
して、スピンドルが複数組の磁気軸受、たとえば、1組
のアキシアル磁気軸受と2組のラジアル磁気軸受により
非接触支持されるものが知られている。この磁気軸受ス
ピンドル装置では、スピンドルの先端部に工具が装着さ
れ、一般には、加工内容によって工具を異なる種類のも
のに交換できるようになっている。また、磁気軸受スピ
ンドル装置には、スピンドルの固有振動数などによって
定まる回転数範囲があり、これを工作機械に使用する場
合、従来は、加工能率を高めるために、上記回転数範囲
内において工具自体の強度の面などから許される最も高
い回転数でスピンドルを回転させるのが一般的であっ
た。
2. Description of the Related Art As a magnetic bearing spindle device for a machine tool, there is known a device in which a spindle is contactlessly supported by a plurality of sets of magnetic bearings, for example, one set of axial magnetic bearings and two sets of radial magnetic bearings. . In this magnetic bearing spindle device, a tool is mounted on the tip of the spindle, and in general, the tool can be changed to a different type depending on the processing content. In addition, the magnetic bearing spindle device has a rotation speed range determined by the natural frequency of the spindle and the like, and when this is used for a machine tool, conventionally, in order to increase machining efficiency, the tool itself is required to be within the rotation speed range described above. In general, the spindle was rotated at the highest rotation speed allowed from the viewpoint of the strength.

【0003】ところで、上記のような磁気軸受スピンド
ル装置では、スピンドルの剛性は回転数によって変わ
り、また、スピンドルの回転数と剛性との関係(以下
「剛性特性」という)は、工具の有無あるいは工具の種
類によって変わる。これは、スピンドルに工具が装着さ
れている状態と装着されていない状態とで、あるいは工
具の種類で、スピンドル全体の重量(スピンドルと工具
を合わせた重量)や固有振動数などが変わるためであ
る。
In the magnetic bearing spindle device as described above, the rigidity of the spindle changes depending on the number of revolutions, and the relationship between the number of revolutions of the spindle and the rigidity (hereinafter referred to as "rigidity characteristics") depends on the presence or absence of a tool or a tool. Depends on the type. This is because the weight of the entire spindle (the combined weight of the spindle and the tool), the natural frequency, and the like change depending on whether the tool is mounted on the spindle or not, or depending on the type of the tool. .

【0004】上記のようにスピンドルの剛性は回転数に
よって変わるため、最も剛性の高い回転数あるいはある
程度以上の剛性が得られる回転数でスピンドルを回転さ
せるのが望ましい。ところが、従来は、実際に工具を装
着したときのスピンドルの剛性を考慮して最適な回転数
を選定することはなく、上記のように工具自体の強度の
面などから可能な最高の回転数で回転させるようになっ
ているので、必ずしも剛性の面から最適である回転数で
回転させることができず、またその回転数で剛性が充分
であるとは限らず、場合によっては、剛性不足による加
工能力の低下を招くことがあった。
As described above, the rigidity of the spindle varies depending on the number of rotations. Therefore, it is desirable to rotate the spindle at the rotational speed with the highest rigidity or at a rotational speed that provides a certain degree of rigidity. However, in the past, it was not possible to select the optimal rotation speed in consideration of the rigidity of the spindle when the tool was actually mounted, and to use the highest possible rotation speed from the viewpoint of the strength of the tool itself as described above. Because it is designed to rotate, it is not always possible to rotate at the optimum rotational speed in terms of rigidity, and the rigidity is not always sufficient at that rotational speed, and in some cases, processing due to insufficient rigidity In some cases, the ability was reduced.

【0005】工作機械用以外の磁気軸受スピンドルにお
いても、スピンドルの剛性を考慮しなければならないよ
うな場合には、同様の問題が生じる。
A similar problem arises in magnetic bearing spindles other than those for machine tools when the rigidity of the spindle must be considered.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】請求項1の発明は、使
用状態における実際のスピンドルの剛性を測定すること
ができる磁気軸受スピンドル装置を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device capable of measuring the actual rigidity of a spindle in a use state.

【0007】請求項2の発明は、請求項1の発明の目的
に加えて、剛性測定のための構成の付加が少なくてすむ
磁気軸受スピンドル装置を提供することを目的とする。
A second object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device which requires a small number of components for measuring rigidity, in addition to the object of the first invention.

【0008】請求項3の発明は、請求項2の発明の目的
に加えて、スピンドルの先端部に装着された工具の部分
における剛性を測定することができる磁気軸受スピンド
ル装置を提供することを目的とする。
A third object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device capable of measuring the rigidity of a part of a tool attached to the tip of a spindle in addition to the object of the second invention. And

【0009】請求項4の発明は、使用状態における実際
のスピンドルの剛性特性を測定して、剛性の面から最適
な回転数を選定することができる磁気軸受スピンドル装
置を提供することを目的とする。
A fourth object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device capable of measuring the actual rigidity characteristics of a spindle in a use state and selecting an optimum rotational speed in terms of rigidity. .

【0010】請求項5の発明は、請求項4の発明の目的
に加えて、剛性特性測定および最適回転数選定のための
構成の付加が少なくてすむ磁気軸受スピンドル装置を提
供することを目的とする。
A fifth object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device in which, in addition to the object of the fourth invention, the addition of a configuration for measuring rigidity characteristics and selecting an optimum rotational speed is small. I do.

【0011】請求項6の発明は、請求項5の発明の目的
に加えて、スピンドルの先端部に装着された工具の部分
における剛性特性を測定して、剛性の面から最適な回転
数を選定することができる磁気軸受スピンドル装置を提
供することを目的とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the object of the fifth aspect, an optimum rotation speed is selected from the aspect of rigidity by measuring a rigidity characteristic of a portion of a tool mounted on a tip portion of a spindle. It is an object of the present invention to provide a magnetic bearing spindle device that can perform the above.

【0012】請求項7の発明は、請求項4、5あるいは
6の発明の目的に加えて、最も剛性の高い回転数を選定
することができる磁気軸受スピンドル装置を提供するこ
とを目的とする。
A seventh object of the present invention is to provide a magnetic bearing spindle device capable of selecting a rotational speed having the highest rigidity, in addition to the objects of the fourth, fifth or sixth invention.

【0013】請求項8の発明は、請求項4、5あるいは
6の発明の目的に加えて、ある程度以上の剛性を有する
回転数の中で最も高い回転数を選定することができる磁
気軸受スピンドル装置を提供することを目的とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the object of the fourth, fifth or sixth aspect, a magnetic bearing spindle device capable of selecting the highest rotational speed among rotational speeds having a certain degree of rigidity or more. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
1の発明は、スピンドルが複数組の磁気軸受により非接
触支持される磁気軸受スピンドル装置において、前記ス
ピンドルの剛性を測定する剛性測定手段を備えているこ
とを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetic bearing spindle device in which a spindle is supported in a non-contact manner by a plurality of sets of magnetic bearings, wherein rigidity measuring means for measuring the rigidity of the spindle is provided. It is characterized by having.

【0015】この明細書において、スピンドルの剛性と
は、ラジアル方向の荷重に対するスピンドルの変位抵抗
(変位しにくさ)をいうものとする。また、スピンドル
の任意の位置における剛性をスピンドルの剛性とするこ
とができる。
In this specification, the rigidity of the spindle refers to the displacement resistance (the difficulty of displacement) of the spindle to a radial load. Further, the rigidity of the spindle at an arbitrary position can be used as the rigidity of the spindle.

【0016】たとえば、各磁気軸受は、スピンドルを磁
気吸引する複数の電磁石を備えている。また、磁気軸受
スピンドル装置は、スピンドルの位置を検出するための
位置センサ、適当な磁気軸受制御装置などを備えてい
る。磁気軸受制御装置は、位置センサの出力に基づいて
磁気軸受の電磁石に供給する励磁電流を制御し、これに
より、スピンドルが所定位置に保持される。
For example, each magnetic bearing includes a plurality of electromagnets for magnetically attracting the spindle. The magnetic bearing spindle device includes a position sensor for detecting the position of the spindle, an appropriate magnetic bearing control device, and the like. The magnetic bearing control device controls the exciting current supplied to the electromagnet of the magnetic bearing based on the output of the position sensor, whereby the spindle is held at a predetermined position.

【0017】磁気軸受制御装置としては、マイクロコン
ピュータあるいはディジタル信号処理プロセッサ(Digi
tal Signal Processor)などを用いたディジタル式のも
のを使用することができる。ディジタル信号処理プロセ
ッサとは、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。
As the magnetic bearing control device, a microcomputer or a digital signal processor (Digi
(digital signal processor) or the like. The digital signal processor refers to dedicated hardware that inputs a digital signal, outputs a digital signal, is software-programmable, and is capable of high-speed real-time processing. Hereinafter, this is abbreviated as “DSP”.

【0018】請求項1の発明によれば、スピンドルの剛
性を測定する剛性測定手段を備えているので、使用状態
における実際のスピンドルの剛性を測定することがで
き、使用状態におけるスピンドルの剛性が充分であるか
どうかを判断することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the rigidity measuring means for measuring the rigidity of the spindle is provided, the actual rigidity of the spindle in the use state can be measured, and the rigidity of the spindle in the use state is sufficient. Can be determined.

【0019】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の回転
数で回転させた状態で、前記磁気軸受の電磁石に供給す
る励磁電流を制御することにより前記スピンドルを所定
のラジアル方向に加振して、前記ラジアル方向の前記ス
ピンドルの変位を測定し、前記変位から前記スピンドル
の剛性値を演算するものであることを特徴とするもので
ある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the rigidity measuring means controls an exciting current supplied to the electromagnet of the magnetic bearing while the spindle is rotated at a predetermined rotation speed. Thus, the spindle is vibrated in a predetermined radial direction, a displacement of the spindle in the radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle is calculated from the displacement.

【0020】この場合、剛性測定手段は、磁気軸受制御
装置に設けられる。その場合の磁気軸受制御装置として
は、DSPを用いたディジタル式のものがとくに好適で
ある。
In this case, the rigidity measuring means is provided in the magnetic bearing control device. As a magnetic bearing control device in that case, a digital type using a DSP is particularly suitable.

【0021】スピンドルのラジアル方向の変位は、磁気
軸受スピンドル装置に元来備わっているラジアル位置セ
ンサによって測定することができる。また、磁気軸受に
元来備わっている電磁石の励磁電流を制御することによ
りスピンドルを加振することができるので、電磁石の励
磁電流を制御する手段、ラジアル位置センサの出力に基
づいてスピンドルのラジアル方向の変位を測定する手
段、およびこの変位からスピンドルの剛性を演算する手
段を磁気軸受制御装置にプログラムとして付加するだけ
でよく、剛性測定のための機械的構成を付加する必要が
全くない。
The radial displacement of the spindle can be measured by a radial position sensor inherent in the magnetic bearing spindle device. In addition, since the spindle can be excited by controlling the exciting current of the electromagnet originally provided in the magnetic bearing, means for controlling the exciting current of the electromagnet, the radial direction of the spindle based on the output of the radial position sensor, The means for measuring the displacement of the spindle and the means for calculating the rigidity of the spindle from the displacement need only be added as a program to the magnetic bearing control device, and there is no need to add a mechanical configuration for measuring the rigidity.

【0022】請求項2の発明によれば、剛性測定のため
の機械的構成を付加する必要が全くなく、剛性測定のた
めの構成の付加が少なくてすむ。
According to the second aspect of the present invention, there is no need to add a mechanical configuration for measuring the rigidity, and the number of configurations for measuring the rigidity can be reduced.

【0023】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、前記スピンドルの先端部に工具が装着され、前記磁
気軸受が少なくとも2組のラジアル磁気軸受を含み、前
記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の回転数で回
転させた状態で、前記ラジアル磁気軸受の電磁石に供給
する励磁電流を制御することにより前記スピンドルを所
定のラジアル方向に加振して、前記各ラジアル磁気軸受
の位置における前記ラジアル方向の前記スピンドルの変
位を測定し、前記変位から前記スピンドルの前記工具の
先端における剛性値を演算するものであることを特徴と
するものである。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a tool is mounted on a tip of the spindle, the magnetic bearing includes at least two sets of radial magnetic bearings, and the stiffness measuring means is provided on the spindle. While rotating at a predetermined number of revolutions, the spindle is vibrated in a predetermined radial direction by controlling an exciting current supplied to the electromagnet of the radial magnetic bearing, so that the spindle at the position of each radial magnetic bearing is controlled. The method is characterized in that a displacement of the spindle in a radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle at the tip of the tool is calculated from the displacement.

【0024】請求項3の発明によれば、請求項2の発明
の場合と同様、剛性測定のための機械的構成を付加する
必要が全くなく、剛性測定のための構成の付加が少なく
てすむ。また、スピンドルの先端部に工具を装着した状
態で実際のスピンドルの剛性を測定することができ、使
用状態におけるスピンドルの剛性が充分であるかどうか
を判断することができる。
According to the third aspect of the invention, similarly to the second aspect of the invention, there is no need to add a mechanical configuration for measuring the rigidity, and the number of configurations for measuring the rigidity can be reduced. . In addition, the actual rigidity of the spindle can be measured with the tool mounted on the tip of the spindle, and it can be determined whether the rigidity of the spindle in use is sufficient.

【0025】請求項4の発明は、スピンドルが複数組の
磁気軸受により非接触支持される磁気軸受スピンドル装
置において、上記スピンドルの回転数と剛性との関係を
求める剛性特性測定手段、および上記剛性特性測定手段
の測定結果から最適回転数を選定する最適回転数選定手
段を備えており、前記剛性特性測定手段が、所定の回転
数範囲内において前記スピンドルの回転数を段階的に変
え、各回転数において剛性測定手段により前記スピンド
ルの剛性を測定するものであることを特徴とするもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, in a magnetic bearing spindle device in which a spindle is supported by a plurality of sets of magnetic bearings in a non-contact manner, a rigidity characteristic measuring means for determining a relationship between a rotational speed of the spindle and rigidity, and the rigidity characteristic An optimal rotational speed selecting unit for selecting an optimal rotational speed from a measurement result of the measuring unit, wherein the rigidity characteristic measuring unit changes the rotational speed of the spindle stepwise within a predetermined rotational speed range, and Wherein the rigidity of the spindle is measured by a rigidity measuring means.

【0026】請求項4の発明によれば、使用状態におけ
る実際のスピンドルの剛性特性を測定して、剛性の面か
ら最適な回転数を選定することができ、その最適回転数
でスピンドルを回転させることができる。
According to the fourth aspect of the invention, it is possible to measure the actual rigidity characteristics of the spindle in the use state and select an optimum rotational speed from the viewpoint of rigidity, and rotate the spindle at the optimal rotational speed. be able to.

【0027】請求項5の発明は、請求項4の発明におい
て、前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の回転
数で回転させた状態で、前記磁気軸受の電磁石に供給す
る励磁電流を制御することにより前記スピンドルを所定
のラジアル方向に加振して、前記ラジアル方向の前記ス
ピンドルの変位を測定し、前記変位から前記スピンドル
の剛性値を演算するものであることを特徴とするもので
ある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the stiffness measuring means controls an exciting current supplied to the electromagnet of the magnetic bearing while the spindle is rotated at a predetermined rotation speed. Thus, the spindle is vibrated in a predetermined radial direction, a displacement of the spindle in the radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle is calculated from the displacement.

【0028】この場合、請求項2の発明場合と同様、剛
性測定のための機械的構成を付加する必要が全くない。
そして、剛性特性測定のためにスピンドルの回転数を変
える手段、および剛性特性から最適回転数を選定する手
段を磁気軸受制御装置にプログラムとして付加するだけ
でよく、剛性特性測定および最適回転数選定のための機
械的構成を付加する必要も全くない。
In this case, as in the case of the second aspect of the present invention, there is no need to add a mechanical configuration for measuring the rigidity.
Then, means for changing the rotational speed of the spindle for measuring the rigidity characteristics and means for selecting the optimum rotational speed from the rigidity characteristics need only be added to the magnetic bearing control device as a program. There is no need to add a mechanical configuration for this.

【0029】請求項5の発明によれば、剛性特性測定お
よび最適回転数選定のための機械的構成を付加する必要
が全くなく、剛性特性測定および最適回転数選定のため
の構成の付加が少なくてすむ。
According to the fifth aspect of the present invention, there is no need to add a mechanical configuration for measuring the rigidity characteristics and selecting the optimum rotation speed, and the configuration for measuring the rigidity characteristics and selecting the optimum rotation speed is added little. Help me.

【0030】請求項6の発明は、請求項4の発明におい
て、前記スピンドルの先端部に工具が装着され、前記磁
気軸受が少なくとも2組のラジアル磁気軸受を含み、前
記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の回転数で回
転させた状態で、前記ラジアル磁気軸受の電磁石に供給
する励磁電流を制御することにより前記スピンドルを所
定のラジアル方向に加振して、前記各ラジアル磁気軸受
の位置における前記ラジアル方向の前記スピンドルの変
位を測定し、前記変位から前記スピンドルの前記工具の
先端における剛性値を演算するものであることを特徴と
するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, a tool is mounted on a tip portion of the spindle, the magnetic bearing includes at least two sets of radial magnetic bearings, and the rigidity measuring means includes While rotating at a predetermined number of revolutions, the spindle is vibrated in a predetermined radial direction by controlling an exciting current supplied to the electromagnet of the radial magnetic bearing, so that the spindle at the position of each radial magnetic bearing is controlled. The method is characterized in that a displacement of the spindle in a radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle at the tip of the tool is calculated from the displacement.

【0031】請求項6の発明によれば、請求項5の発明
の場合と同様、剛性特性測定および最適回転数選定のた
めの機械的構成を付加する必要が全くなく、剛性特性測
定および最適回転数選定のための構成の付加が少なくて
すむ。また、スピンドルの先端部に装着された工具の部
分における剛性特性を測定して、剛性の面から最適な回
転数を選定することができ、その最適回転数でスピンド
ルを回転させることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, there is no need to add a mechanical structure for measuring the rigidity characteristics and selecting the optimum rotational speed, as in the case of the fifth aspect of the present invention. Addition of a configuration for selecting the number is small. Also, by measuring the rigidity characteristics of the part of the tool mounted on the tip of the spindle, the optimum rotation speed can be selected from the viewpoint of rigidity, and the spindle can be rotated at the optimum rotation speed.

【0032】請求項7の発明は、請求項4、5または6
の発明において、前記最適回転数選定手段が、前記回転
数範囲内において最も剛性の高い回転数を最適回転数に
選定するものであることを特徴とするものである。
The invention of claim 7 is the invention of claim 4, 5 or 6
In the invention, the optimum rotation speed selecting means selects the rotation speed having the highest rigidity within the rotation speed range as the optimum rotation speed.

【0033】請求項7の発明によれば、所定の回転数範
囲内で最も剛性の高い回転数を選定して、その回転数で
スピンドルを回転させることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to select a rotational speed having the highest rigidity within a predetermined rotational speed range and rotate the spindle at the rotational speed.

【0034】請求項8の発明は、請求項4、5または6
の発明において、前記最適回転数選定手段が、前記回転
数範囲内にあって剛性が所定値以上である回転数の中で
最も高い回転数を最適回転数に選定するものであること
を特徴とするものである。
The invention of claim 8 is the invention of claim 4, 5 or 6.
In the invention, the optimum rotation speed selecting means selects the highest rotation speed among the rotation speeds within the rotation speed range and having a rigidity of a predetermined value or more as the optimum rotation speed. Is what you do.

【0035】請求項8の発明によれば、ある程度以上の
剛性を有する範囲内で最も高い回転数を選定して、その
回転数でスピンドルを回転させることができ、したがっ
て、剛性を確保するために回転数が不必要に低くなるよ
うなことがない。
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to select the highest rotational speed within a range having a certain degree of rigidity and to rotate the spindle at that rotational speed. The rotation speed does not become unnecessarily low.

【0036】[0036]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】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(3)が概略的に示されている。
FIG. 1 shows a magnetic bearing spindle device (1) used for a machine tool such as a machining center, and a numerical controller (hereinafter, referred to as a machine tool machining control means).
Abbreviated as “NC device”. 2) and an automatic tool changer (3) as an automatic tool changing means.

【0038】スピンドル装置(1) は、ケーシング(4) 内
に垂直に配置されたスピンドル(5)を備えている。ケー
シング(4) 内には、また、スピンドル(5) を非接触支持
するための1組のアキシアル磁気軸受(6) および上下2
組のラジアル磁気軸受(7)(8)、スピンドル(5) のアキシ
アル方向の変位を検出するための1個のアキシアル位置
センサ(9) 、スピンドル(5) のラジアル方向の変位を検
出するための上下2組のラジアル位置センサ(10)(11)、
ならびにスピンドル(5) 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(6) は1対の電磁石(6a)から、各ラジ
アル磁気軸受(7)(8)はそれぞれ4個の電磁石(7a)(8a)か
ら構成されている。以下の説明において、互いに直交す
る2つのラジアル方向の軸をX軸およびY軸、これらと
直交するアキシアル方向の軸をZ軸とする。図1には、
ラジアル磁気軸受(7)(8)の電磁石(7a)(8a)およびラジア
ル位置センサ(10)(11)については、X軸方向のものだけ
が図示されている。なお、これら磁気軸受(6)(7)(8) 、
位置センサ(9)(10)(11) 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。
The spindle device (1) has a spindle (5) vertically arranged in a casing (4). In the casing (4), there is also provided a pair of axial magnetic bearings (6) for supporting the spindle (5) in a non-contact manner, and two upper and lower bearings.
A set of radial magnetic bearings (7), (8), one axial position sensor (9) for detecting the axial displacement of the spindle (5), and one for detecting the radial displacement of the spindle (5) Upper and lower two sets of radial position sensors (10) (11),
In addition, a high-frequency motor (12) is provided as a rotation driving means for rotating the spindle (5) at high speed. Usually, the axial magnetic bearing (6) is composed of a pair of electromagnets (6a), and each radial magnetic bearing (7) (8) is composed of four electromagnets (7a) (8a). In the following description, two radial axes orthogonal to each other will be referred to as an X axis and a Y axis, and an axial axis orthogonal to these axes will be referred to as a Z axis. In FIG.
As for the electromagnets (7a) (8a) of the radial magnetic bearings (7) (8) and the radial position sensors (10) (11), only those in the X-axis direction are shown. These magnetic bearings (6) (7) (8),
Since the position sensors (9), (10), and (11) are known, detailed description thereof will be omitted.

【0039】アキシアル位置センサ(9) 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(9)(10)(1
1) の出力に基づいて、スピンドル(5) のアキシアル方
向(Z軸方向)、2つのラジアル方向(X軸方向および
Y軸方向)の変位を検出する。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すな
わちスピンドル(5) のアキシアル方向およびラジアル方
向の変位に基づいて各磁気軸受(6)(7)(8)の電磁石(6a)
(7a)(8a)に供給する励磁電流の大きさを制御するための
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
(16)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(17)から各電磁石(6
a)(7a)(8a)に励磁電流が供給され、その結果、スピンド
ル(5) が電磁石(6a)(7a)(8a)により吸引されてアキシア
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。
The axial position sensor (9) and the radial position sensors (10) and (11) are driven by a sensor drive circuit (13), and the sensor drive circuit (13) includes the position sensors (9), (10) and (1).
Based on the output of 1), the displacement of the spindle 5 in the axial direction (Z-axis direction) and two radial directions (X-axis direction and Y-axis direction) is detected. An analog position detection signal from the sensor drive circuit (13) is converted into a digital position detection signal by an A / D converter (14) and input to a magnetic bearing control device (15) as magnetic bearing control means. The magnetic bearing control device (15) controls the electromagnet (6a) of each magnetic bearing (6) (7) (8) based on the digital position detection signal, i.e., the axial and radial displacement of the spindle (5).
(7a) This is for controlling the magnitude of the exciting current supplied to (8a), and is composed of a DSP. The digital control signal from the magnetic bearing controller (15) is a D / A converter
(16) is converted to an analog control signal, and based on the analog control signal, the power amplifier (17) transmits each electromagnet (6
a) Excitation current is supplied to (7a) (8a), and as a result, the spindle (5) is attracted by the electromagnets (6a) (7a) (8a) and is supported at predetermined positions in the axial and radial directions without contact. You.

【0040】スピンドル(5) の下端に工具(18)が装着さ
れ、自動工具交換装置(3) により、NC装置(2) からの
工具番号指令に基づいて、工具(18)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(3) については、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。
A tool (18) is mounted on the lower end of the spindle (5), and the tool (18) is changed to another type by an automatic tool changer (3) based on a tool number command from the NC device (2). It is designed to be automatically replaced with something. Since the automatic tool changer (3) is a known one, illustration and description of its specific configuration will be omitted. NC equipment
The tool number command from (2) is also input to the magnetic bearing control device (15).

【0041】NC装置(2) は、ケーシング(4) すなわち
スピンドル(5) 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(18)の切込み量および送り速
度が制御される。また、NC装置(2) は、スピンドル
(5) すなわち工具(18)を回転させるためのスピンドル回
転指令を磁気軸受制御装置(15)に出力する。
The NC device (2) controls the position, the moving direction and the moving speed of the casing (4), that is, the spindle (5), thereby controlling the cutting depth and the feed speed of the tool (18). The NC device (2) is a spindle
(5) That is, a spindle rotation command for rotating the tool (18) is output to the magnetic bearing control device (15).

【0042】磁気軸受制御装置(15)には、スピンドル
(5) の剛性を測定するための剛性測定手段、この剛性測
定手段を用いて回転数と剛性との関係(剛性特性)を求
めるための剛性特性測定手段、および剛性特性測定手段
の測定結果から最適な回転数を選定するための最適回転
数選定手段が設けられている。すなわち、磁気軸受制御
装置(15)を構成するDSPに、剛性特性測定手段および
最適回転数選定手段を構成するソフトウェアプログラム
が格納されている。次に、図2のフローチャートを参照
して、スピンドル(5) の剛性特性の測定および最適回転
数の選定の1例について説明する。
The magnetic bearing control device (15) includes a spindle
(5) Stiffness measuring means for measuring the stiffness, stiffness characteristic measuring means for obtaining the relationship (stiffness characteristic) between rotation speed and stiffness using the stiffness measuring means, and measurement results of the stiffness characteristic measuring means. An optimum rotation speed selecting means for selecting an optimum rotation speed is provided. That is, the DSP constituting the magnetic bearing control device (15) stores a software program constituting the rigidity characteristic measuring means and the optimum rotational speed selecting means. Next, an example of the measurement of the rigidity characteristics of the spindle (5) and the selection of the optimum rotational speed will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0043】図2において、まず、剛性特性測定のため
のスピンドル(5) の下限回転数と上限回転数が設定され
る(ステップ1)。この下限回転数と上限回転数には、
たとえば、スピンドル装置(1) によって決まる使用可能
な最大回転数範囲の下限値と上限値をそれぞれ設定する
ことができる。また、上記の最大回転数範囲内におい
て、工具(18)によって決まる使用可能な回転数範囲の下
限値と上限値をそれぞれ下限回転数および上限回転数と
して設定することもできる。次に、下限回転数を剛性特
性測定のための回転数指令値にセットし(ステップ
2)、モータ(12)を起動してスピンドル(5) の回転を開
始する。そして、スピンドル(5) の回転数が回転数指令
値に保持されるように、回転数を制御する(ステップ
4)。
In FIG. 2, first, a lower limit rotation speed and an upper limit rotation speed of the spindle (5) for measuring rigidity characteristics are set (step 1). The lower and upper speed limits are:
For example, a lower limit value and an upper limit value of a usable maximum rotational speed range determined by the spindle device (1) can be set. Further, within the above-mentioned maximum rotation speed range, the lower limit value and the upper limit value of the usable rotation speed range determined by the tool (18) can be set as the lower limit rotation speed and the upper limit rotation speed, respectively. Next, the lower limit rotation speed is set to a rotation speed command value for rigidity characteristic measurement (step 2), and the motor (12) is started to start rotation of the spindle (5). Then, the rotation speed is controlled so that the rotation speed of the spindle (5) is maintained at the rotation speed command value (step 4).

【0044】スピンドル(5) の回転数が回転数指令値に
保持されたならば、そのときの回転数と同じ周波数で、
スピンドル(5) を1つのラジアル方向(この例ではX軸
方向)に加振する(ステップ5)。これは、次のよう
に、2組のラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の1対の
電磁石(7a)(8a)に供給する励磁電流を制御することによ
り行われる。1対の電磁石(7a)(8a)の励磁電流は、互い
に等しい一定の定常電流にスピンドル(5) のX軸方向の
位置によって制御される制御電流が加わったものであ
り、加振を行うときには、そのときの回転数と同じ周波
数で振幅が互いに等しく位相が180度異なった正弦波
状の制御電流が各組の1対の電磁石(7a)(8a)に供給され
る。このとき、スピンドル(5) に対してX軸方向の同じ
側にある上下の電磁石(7a)(8a)について、制御電流の方
向および大きさが常に互いに等しくなるように、制御電
流が制御される。一方、ラジアル磁気軸受(7)(8)のY軸
方向の電磁石およびアキシアル磁気軸受(6) の電磁石(6
a)には、一定の定常電流と、スピンドル(5) をY軸方向
およびZ軸方向の一定の中立位置に保持するための制御
電流とが供給される。これにより、上下の磁気軸受(7)
(8)の部分において、正弦波状に変化するとともに上下
で方向および大きさが常に互いに等しいX軸方向の荷重
が加えられ、スピンドル(5) がX軸方向に加振される。
このようにスピンドル(5) が加振されている間に、X軸
方向のラジアル位置センサ(10)(11)とセンサ駆動回路(1
3)の出力に基づいて、上下のラジアル磁気軸受(7)(8)の
位置におけるスピンドル(5) のX軸方向の変位が測定さ
れる(ステップ6)。
If the rotation speed of the spindle (5) is held at the rotation speed command value, at the same frequency as the rotation speed at that time,
The spindle (5) is vibrated in one radial direction (X-axis direction in this example) (step 5). This is performed by controlling the exciting current supplied to a pair of electromagnets (7a) (8a) in the X-axis direction of the two sets of radial magnetic bearings (7) (8) as follows. The excitation current of the pair of electromagnets (7a) and (8a) is obtained by adding a control current controlled by the position of the spindle (5) in the X-axis direction to a constant steady current equal to each other. A sinusoidal control current having the same frequency as the rotation speed at that time and the same amplitude and a different phase by 180 degrees is supplied to each pair of electromagnets (7a) and (8a). At this time, the control current is controlled so that the direction and magnitude of the control current are always the same for the upper and lower electromagnets (7a) and (8a) on the same side in the X-axis direction with respect to the spindle (5). . On the other hand, the electromagnets in the Y-axis direction of the radial magnetic bearings (7) (8) and the electromagnets (6
In a), a constant steady current and a control current for holding the spindle (5) at a constant neutral position in the Y-axis direction and the Z-axis direction are supplied. This allows the upper and lower magnetic bearings (7)
In the portion (8), a load is applied in the X-axis direction which changes sinusoidally and has the same direction and magnitude at all times, and the spindle (5) is vibrated in the X-axis direction.
While the spindle (5) is vibrated in this manner, the radial position sensors (10) (11) in the X-axis direction and the sensor drive circuit (1) are driven.
Based on the output of 3), the displacement of the spindle 5 in the X-axis direction at the positions of the upper and lower radial magnetic bearings 7 and 8 is measured (step 6).

【0045】変位の測定が終了すると、これに基づい
て、工具(18)の先端におけるスピンドル(5) のX軸方向
の剛性値Rが演算される(ステップ7)。この演算は、
図3に示すような原理に基づき、次の式を用いて行われ
る。
When the measurement of the displacement is completed, the rigidity value R of the spindle 5 at the tip end of the tool 18 in the X-axis direction is calculated (step 7). This operation is
This is performed using the following equation based on the principle shown in FIG.

【0046】R=(R1 ・L1 +R2 ・L2 )/L 上記の式および図3において、Lはスピンドル(5) 全体
(スピンドルと工具を合わせたもの)の重心(G) から工
具(18) の先端までのZ軸方向の距離、L1 は重心(G)
から上部ラジアル磁気軸受(7) までのZ軸方向の距離、
L2 は重心(G)から下部ラジアル磁気軸受(8) までのZ
軸方向の距離である。工具(18)の先端の位置および上下
のラジアル磁気軸受(7)(8)の位置は一定であるから、重
心(G) の位置がわかれば、L、L1 およびL2 がわか
る。工具(18)が変われば、その重さも変わるので、重心
(G) の位置も変わる。重心(G) の位置は、たとえば、ス
ピンドル(5) を磁気軸受(6)(7)(8) で非接触支持したと
きの各磁気軸受磁気軸受(6)(7)(8) の電磁石(6a)(7a)(8
a)の励磁電流などから推定することができる。したがっ
て、工具(18)が交換されたときに、上記のように重心
(G) の位置を推定し、それからL、L1 およびL2 を求
めることができる。あるいは、工具(18)が決まると、重
心(G) の位置を計算などによって求めることができるの
で、工具番号と工具の種類との関係が不変である場合
は、各工具(18)を装着したときのL、L1 およびL2 を
磁気軸受制御装置(15)に入力して記憶しておくようにす
ることもできる。R1 は、上部ラジアル磁気軸受(7) の
位置における剛性値であり、磁気軸受(7) の位置におい
てスピンドル(5) に加えたX軸方向の荷重とこの位置に
おけるスピンドル(5) のX軸方向の変位の測定値との比
として求めらる。R2 は、下部ラジアル磁気軸受(8) の
位置における剛性値であり、R1 と同様にして求められ
る。
R = (R1.L1 + R2.L2) / L In the above equation and FIG. 3, L is the distance from the center of gravity (G) of the entire spindle (5) (the combination of the spindle and the tool) to the position of the tool (18). Distance in the Z-axis direction to the tip, L1 is the center of gravity (G)
Distance in the Z-axis direction from the upper radial magnetic bearing (7) to
L2 is the Z from the center of gravity (G) to the lower radial magnetic bearing (8).
Axial distance. Since the position of the tip of the tool (18) and the positions of the upper and lower radial magnetic bearings (7) and (8) are constant, if the position of the center of gravity (G) is known, L, L1 and L2 can be determined. If the tool (18) changes, its weight also changes, so the center of gravity
The position of (G) also changes. The position of the center of gravity (G) is determined, for example, by using the electromagnets (6) (7) (8) of the magnetic bearings (6) (7) (8) when the spindle (5) is 6a) (7a) (8
It can be estimated from the excitation current in a). Therefore, when the tool (18) is changed, the center of gravity is
The position of (G) can be estimated and then L, L1 and L2 can be determined. Alternatively, when the tool (18) is determined, the position of the center of gravity (G) can be obtained by calculation or the like, so if the relationship between the tool number and the tool type is unchanged, each tool (18) was L, L1 and L2 at that time can be inputted to the magnetic bearing control device (15) and stored. R1 is the stiffness value at the position of the upper radial magnetic bearing (7). It is obtained as a ratio with the measured value of the displacement of. R2 is a stiffness value at the position of the lower radial magnetic bearing (8), which is obtained in the same manner as R1.

【0047】剛性値の演算が終了すると、そのときのス
ピンドル(5) の回転数と剛性値が記憶される(ステップ
8)。そして、そのときの回転数指令値が上限回転数以
上であるかどうかが調べられ(ステップ9)、上限回転
数以上でなければ、ステップ10に進んで、回転数指令値
を所定値だけ増加させ、ステップ4に戻る。回転数指令
値が上限回転数以上になるまで、ステップ10、ステップ
4〜9が繰返され、上限回転数以上になった時点で、ス
テップ9からステップ11に進む。
When the calculation of the stiffness value is completed, the rotational speed and the stiffness value of the spindle (5) at that time are stored (step 8). Then, it is checked whether or not the rotation speed command value at that time is equal to or higher than the upper limit rotation speed (step 9). If not, the process proceeds to step 10 to increase the rotation speed command value by a predetermined value. , And return to step 4. Step 10 and steps 4 to 9 are repeated until the rotation speed command value becomes equal to or higher than the upper limit rotation speed. When the rotation speed command value becomes equal to or higher than the upper limit rotation speed, the process proceeds from step 9 to step 11.

【0048】このようにしてステップ11に進んだときに
は、下限回転数と上限回転数との間の複数の回転数につ
いて、スピンドル(5) を加振したときの変位の測定およ
び剛性値の演算が終了し、各回転数における剛性値が記
憶されている。ステップ11では、この回転数と剛性値と
の関係に基づいて、最適回転数が選定され、処理を終了
する。処理を終了したときには、剛性特性および最適回
転数が工具番号とともに磁気軸受制御装置(15)に記憶さ
れている。最適回転数は、たとえば、下限回転数と上限
回転数の間で最も剛性値の高い回転数に設定することも
できるし、あるいは下限回転数と上限回転数の間にあっ
て剛性値が所定値以上である回転数の中で最も高い回転
数に設定することもできる。前者の例が図4に、後者の
例が図5にそれぞれ示されている。図4および図5は、
番号1および2の2種類の工具についての剛性測定結果
すなわち回転数(横軸)と剛性値(縦軸)との関係を表
わすグラフであり、NL は下限回転数、NU は上限回転
数である。また、Aは番号1の工具、Bは番号2の工具
の場合の測定結果をそれぞれ示している。図4の場合、
各工具について、下限回転数NL と上限回転数NU の間
で最も剛性値の高い回転数NA 、NB がそれぞれ最適回
転数となる。図5の場合、RO は最適回転数選定の基準
となる剛性値であり、各工具について、下限回転数NL
と上限回転数NU の間にあって剛性値がRO 以上である
回転数の中で最もの高い回転数NA 、NB がそれぞれ最
適回転数となる。
When the process proceeds to step 11, the measurement of the displacement and the calculation of the rigidity value when the spindle (5) is vibrated are performed for a plurality of rotation speeds between the lower limit rotation speed and the upper limit rotation speed. The processing is completed, and the stiffness value at each rotation speed is stored. In step 11, the optimum rotation speed is selected based on the relationship between the rotation speed and the rigidity value, and the process ends. When the processing is completed, the rigidity characteristics and the optimal rotation speed are stored in the magnetic bearing control device (15) together with the tool number. The optimum rotation speed can be set, for example, to the rotation speed having the highest rigidity value between the lower limit rotation speed and the upper limit rotation speed, or if the rigidity value is between the lower limit rotation speed and the upper limit rotation speed and is equal to or more than a predetermined value. It is also possible to set the highest rotation speed among certain rotation speeds. FIG. 4 shows the former example and FIG. 5 shows the latter example. FIG. 4 and FIG.
7 is a graph showing rigidity measurement results of two types of tools Nos. 1 and 2, that is, a relationship between a rotational speed (horizontal axis) and a rigidity value (vertical axis), where NL is a lower limit rotational speed, and NU is an upper limit rotational speed. . A indicates the measurement result for the tool of No. 1 and B indicates the measurement result for the tool of No. 2. In the case of FIG.
For each tool, the rotational speeds NA and NB having the highest rigidity values between the lower limit rotational speed NL and the upper limit rotational speed NU are the optimum rotational speeds. In the case of FIG. 5, RO is a stiffness value serving as a reference for selecting an optimum rotation speed.
The highest rotational speeds NA and NB among the rotational speeds having a rigidity value equal to or higher than RO and between the upper limit rotational speed NU and the upper limit rotational speed NU are the optimum rotational speeds.

【0049】上記のフローチャートにおいて、ステップ
4〜8の部分が剛性測定手段を構成し、これを含むステ
ップ1〜10の部分が剛性特性測定手段を構成し、ステッ
プ11の部分が最適回転数選定手段を構成している 一般の工作機械では、工具番号と工具の種類との関係が
不変である場合が多い。そのような場合、上記の剛性特
性測定および最適回転数選定は、各工具について、その
工具による加工を行う前の任意の時点において1回だけ
行えばよい。そして、各工具について選定された最適回
転数は、その工具による加工が行われるときのスピンド
ル(5) の回転数の制御のために使用される。すなわち、
磁気軸受制御装置(15)は、NC装置(2) からスピンドル
回転指令を受けたときに、そのときの工具番号指令に対
応する工具について記憶している最適回転数でスピンド
ル(5) が回転するようにモータ(12)を制御する。
In the above flow chart, the steps 4 to 8 constitute the rigidity measuring means, the steps 1 to 10 including the same constitute the rigidity measuring means, and the step 11 comprises the optimum rotational speed selecting means. In general machine tools, the relationship between the tool number and the type of tool is often unchanged. In such a case, the above-described rigidity characteristic measurement and optimal rotation speed selection need only be performed once for each tool at an arbitrary time point before machining with the tool. The optimum rotation speed selected for each tool is used for controlling the rotation speed of the spindle (5) when machining is performed by the tool. That is,
When receiving the spindle rotation command from the NC device (2), the magnetic bearing control device (15) rotates the spindle (5) at the optimum rotational speed stored for the tool corresponding to the tool number command at that time. The motor (12) is controlled as described above.

【0050】剛性特性測定および最適回転数選定が終了
した後であっても、必要に応じ、加工時の任意の時点に
おいて、同一工具について、前と異なる回転数範囲にお
ける最適回転数選定を行うことができるようにすること
もできる。この最適回転数選定は、たとえば、NC装置
(2) から新しい回転数範囲(最初より狭い範囲)を指定
して指令することにより行われる。このときには、その
工具についての剛性特性が磁気軸受制御装置(15)に記憶
されているので、剛性特性測定は行わずに、新しい回転
数範囲について、最適回転数選定だけを前記同様に行う
ことができる。
Even after the rigidity characteristic measurement and the selection of the optimum rotational speed are completed, if necessary, the optimum rotational speed of the same tool in a different rotational speed range may be selected for the same tool at any time during machining. You can also do. The selection of the optimum rotational speed is performed by, for example, the
This is performed by designating and issuing a new rotational speed range (a range narrower than the initial range) from (2). At this time, since the rigidity characteristic of the tool is stored in the magnetic bearing control device (15), the rigidity characteristic measurement is not performed, and only the optimal rotational speed selection for the new rotational speed range is performed in the same manner as described above. it can.

【0051】各工具についての最適回転数選定は、同一
工具についての剛性特性測定が終了した後でなければ実
行できないが、剛性特性測定および最適回転数選定のタ
イミング、ならびにこれらの結果に基づく加工時のスピ
ンドル(5) の回転数の制御の仕方については、上記以外
に様々な態様が考えられる。
The selection of the optimum rotation speed for each tool can be performed only after the rigidity characteristic measurement for the same tool is completed. However, the timing of the rigidity characteristic measurement and the selection of the optimum rotation speed, and the machining time based on these results, Regarding the method of controlling the number of revolutions of the spindle (5), various modes other than the above can be considered.

【0052】上記の例では、磁気軸受制御装置(15)に記
憶された最適回転数に基づいて回転数の制御が行われて
いるが、NC装置(2) に最適回転数を記憶し、これを磁
気軸受制御装置(15)に出力して回転数の制御を行うよう
にしてもよい。
In the above example, the rotation speed is controlled based on the optimum rotation speed stored in the magnetic bearing control device (15). However, the optimum rotation speed is stored in the NC device (2), May be output to the magnetic bearing control device (15) to control the rotation speed.

【0053】図2のフローチャートのうち、ステップ1
〜10の剛性特性測定に相当する部分を磁気軸受制御装置
(15)で行い、ステップ11の最適回転数選定に相当する部
分をNC装置(2) で行うようにしてもよい。また、ステ
ップ4〜8の剛性測定に相当する部分だけを磁気軸受制
御装置(15)で行い、残りの部分をNC装置(2) で行うよ
うにしてもよい。
Step 1 in the flowchart of FIG.
The part corresponding to the stiffness characteristic measurement of ~ 10 is a magnetic bearing control device
The step (15) may be performed, and the portion corresponding to the selection of the optimum rotational speed in step 11 may be performed by the NC device (2). Alternatively, only the portion corresponding to the rigidity measurement in steps 4 to 8 may be performed by the magnetic bearing control device (15), and the remaining portion may be performed by the NC device (2).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic bearing spindle device showing an embodiment of the present invention.

【図2】図2は、剛性特性測定および最適回転数選定の
1例を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of rigidity characteristic measurement and optimal rotation speed selection.

【図3】図3は、剛性値演算の原理を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the principle of rigidity value calculation.

【図4】図4は、剛性特性と最適回転数選定の1例を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of rigidity characteristics and selection of an optimum rotation speed.

【図5】図5は、剛性特性と最適回転数選定の他の1例
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing another example of rigidity characteristics and selection of an optimum rotation speed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 磁気軸受スピンドル装置 (5) スピンドル (6) アキシアル磁気軸受 (6a) 電磁石 (7)(8) ラジアル磁気軸受 (7a)(8a) 電磁石 (9) アキシアル位置センサ (10)(11) ラジアル位置センサ (12) 高周波モータ (15) 磁気軸受制御装置 (1) Magnetic bearing spindle device (5) Spindle (6) Axial magnetic bearing (6a) Electromagnet (7) (8) Radial magnetic bearing (7a) (8a) Electromagnet (9) Axial position sensor (10) (11) Radial Position sensor (12) High frequency motor (15) Magnetic bearing control device

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】スピンドルが複数組の磁気軸受により非接
触支持される磁気軸受スピンドル装置において、前記ス
ピンドルの剛性を測定する剛性測定手段を備えているこ
とを特徴とする磁気軸受スピンドル装置。
1. A magnetic bearing spindle device in which a spindle is supported by a plurality of sets of magnetic bearings in a non-contact manner, comprising a rigidity measuring means for measuring rigidity of the spindle.
【請求項2】前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所
定の回転数で回転させた状態で、前記磁気軸受の電磁石
に供給する励磁電流を制御することにより前記スピンド
ルを所定のラジアル方向に加振して、前記ラジアル方向
の前記スピンドルの変位を測定し、前記変位から前記ス
ピンドルの剛性値を演算するものであることを特徴とす
る請求項1の磁気軸受スピンドル装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said stiffness measuring means controls an exciting current supplied to an electromagnet of said magnetic bearing in a state where said spindle is rotated at a predetermined number of revolutions, thereby exciting said spindle in a predetermined radial direction. 2. The magnetic bearing spindle device according to claim 1, wherein a displacement of the spindle in the radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle is calculated from the displacement.
【請求項3】前記スピンドルの先端部に工具が装着さ
れ、前記磁気軸受が少なくとも2組のラジアル磁気軸受
を含み、前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の
回転数で回転させた状態で、前記ラジアル磁気軸受の電
磁石に供給する励磁電流を制御することにより前記スピ
ンドルを所定のラジアル方向に加振して、前記各ラジア
ル磁気軸受の位置における前記ラジアル方向の前記スピ
ンドルの変位を測定し、前記変位から前記スピンドルの
前記工具の先端における剛性値を演算するものであるこ
とを特徴とする請求項1の磁気軸受スピンドル装置。
3. A state in which a tool is mounted on a tip of the spindle, the magnetic bearing includes at least two sets of radial magnetic bearings, and the stiffness measuring means rotates the spindle at a predetermined number of revolutions. By controlling the exciting current supplied to the electromagnet of the radial magnetic bearing, the spindle is excited in a predetermined radial direction, and the displacement of the spindle in the radial direction at the position of each radial magnetic bearing is measured. 2. The magnetic bearing spindle device according to claim 1, wherein a rigidity value at a tip of the tool of the spindle is calculated from the displacement.
【請求項4】スピンドルが複数組の磁気軸受により非接
触支持される磁気軸受スピンドル装置において、上記ス
ピンドルの回転数と剛性との関係を求める剛性特性測定
手段、および上記剛性特性測定手段の測定結果から最適
回転数を選定する最適回転数選定手段を備えており、前
記剛性特性測定手段が、所定の回転数範囲内において前
記スピンドルの回転数を段階的に変え、各回転数におい
て剛性測定手段により前記スピンドルの剛性を測定する
ものであることを特徴とする磁気軸受スピンドル装置。
4. In a magnetic bearing spindle device in which a spindle is supported by a plurality of sets of magnetic bearings in a non-contact manner, rigidity measuring means for determining a relationship between the rotational speed and rigidity of the spindle, and measurement results of the rigidity measuring means. Optimal rotational speed selecting means for selecting an optimal rotational speed from the above, wherein the rigidity characteristic measuring means changes the rotational speed of the spindle stepwise within a predetermined rotational speed range, and the rigidity measuring means at each rotational speed. A magnetic bearing spindle device for measuring the rigidity of the spindle.
【請求項5】前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所
定の回転数で回転させた状態で、前記磁気軸受の電磁石
に供給する励磁電流を制御することにより前記スピンド
ルを所定のラジアル方向に加振して、前記ラジアル方向
の前記スピンドルの変位を測定し、前記変位から前記ス
ピンドルの剛性値を演算するものであることを特徴とす
る請求項4の磁気軸受スピンドル装置。
5. The stiffness measuring means controls the exciting current supplied to the electromagnet of the magnetic bearing in a state where the spindle is rotated at a predetermined number of revolutions, thereby exciting the spindle in a predetermined radial direction. 5. The magnetic bearing spindle device according to claim 4, wherein a displacement of the spindle in the radial direction is measured, and a rigidity value of the spindle is calculated from the displacement.
【請求項6】前記スピンドルの先端部に工具が装着さ
れ、前記磁気軸受が少なくとも2組のラジアル磁気軸受
を含み、前記剛性測定手段が、前記スピンドルを所定の
回転数で回転させた状態で、前記ラジアル磁気軸受の電
磁石に供給する励磁電流を制御することにより前記スピ
ンドルを所定のラジアル方向に加振して、前記各ラジア
ル磁気軸受の位置における前記ラジアル方向の前記スピ
ンドルの変位を測定し、前記変位から前記スピンドルの
前記工具の先端における剛性値を演算するものであるこ
とを特徴とする請求項4の磁気軸受スピンドル装置。
6. A state in which a tool is mounted on a tip of the spindle, the magnetic bearing includes at least two sets of radial magnetic bearings, and the stiffness measuring means rotates the spindle at a predetermined number of rotations. By controlling the exciting current supplied to the electromagnet of the radial magnetic bearing, the spindle is excited in a predetermined radial direction, and the displacement of the spindle in the radial direction at the position of each radial magnetic bearing is measured. 5. The magnetic bearing spindle device according to claim 4, wherein a rigidity value at a tip of the tool of the spindle is calculated from the displacement.
【請求項7】前記最適回転数選定手段が、前記回転数範
囲内において最も剛性の高い回転数を最適回転数に選定
するものであることを特徴とする請求項4、5または6
の磁気軸受スピンドル装置。
7. The optimum rotation speed selecting means for selecting the rotation speed having the highest rigidity within the rotation speed range as the optimum rotation speed.
Magnetic bearing spindle device.
【請求項8】前記最適回転数選定手段が、前記回転数範
囲内にあって剛性が所定値以上である回転数の中で最も
高い回転数を最適回転数に選定するものであることを特
徴とする請求項4、5または6の磁気軸受スピンドル装
置。
8. The optimum rotation speed selecting means selects the highest rotation speed among the rotation speeds within the rotation speed range and having a rigidity equal to or higher than a predetermined value as the optimum rotation speed. 7. The magnetic bearing spindle device according to claim 4, 5 or 6.
JP18587596A 1996-07-16 1996-07-16 Magnetic bearing spindle device Expired - Fee Related JP3723887B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18587596A JP3723887B2 (en) 1996-07-16 1996-07-16 Magnetic bearing spindle device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18587596A JP3723887B2 (en) 1996-07-16 1996-07-16 Magnetic bearing spindle device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1029101A true JPH1029101A (en) 1998-02-03
JP3723887B2 JP3723887B2 (en) 2005-12-07

Family

ID=16178414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18587596A Expired - Fee Related JP3723887B2 (en) 1996-07-16 1996-07-16 Magnetic bearing spindle device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3723887B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1978269A2 (en) 2007-04-04 2008-10-08 JTEKT Corporation Magnetic bearing device and magnetic bearing spindle device
EP1977853A1 (en) 2007-04-04 2008-10-08 JTEKT Corporation Magnetic bearing spindle device for machine tool
JP2011200998A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Brother Industries Ltd Numerical control device of machine tool

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1978269A2 (en) 2007-04-04 2008-10-08 JTEKT Corporation Magnetic bearing device and magnetic bearing spindle device
EP1977853A1 (en) 2007-04-04 2008-10-08 JTEKT Corporation Magnetic bearing spindle device for machine tool
JP2008256084A (en) * 2007-04-04 2008-10-23 Jtekt Corp Magnetic bearing device and magnetic bearing spindle device
US7576463B2 (en) 2007-04-04 2009-08-18 Jtekt Corporation Magnetic bearing device and magnetic bearing spindle device
JP2011200998A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Brother Industries Ltd Numerical control device of machine tool

Also Published As

Publication number Publication date
JP3723887B2 (en) 2005-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5772564A (en) Magnetic bearing spindle device for machine tools
US5027280A (en) Machining apparatus having a main spindle supported by magnetic bearings
CN102554685A (en) Vibration suppressing method and vibration suppressing device for use in machine tool
JPH0326443A (en) Main spindle position and speed control device
JP3631884B2 (en) Method and apparatus for measuring dynamic rigidity of spindle for machine tool
JP2020140447A (en) Information processing device and information processing method
JP3723887B2 (en) Magnetic bearing spindle device
CN108345274A (en) The control device and control method for the lathe that control main shaft is operated synchronously with feed shaft
JP2019209411A (en) Spindle device
JP4655485B2 (en) Conveying apparatus, conveying acceleration determining method for the conveying apparatus, and computer program
JP2003005813A (en) Method for controlling orbit boring
CN112334748A (en) Method for determining the mass and the position of the center of gravity of a load in a mobile system, in particular a machine tool
JP2001293637A (en) Magnetic bearing device
JP2000141167A (en) Numeric value control device for machine tool
CN108572620B (en) The numerical control device of lathe
JP3491105B2 (en) Numerically controlled machine tools
CN113795796A (en) Control system and motor control device
JP3096821B2 (en) Control type magnetic bearing spindle
JP3564585B2 (en) Machine Tools
CN116802468A (en) Observation device and observation method
JP6845209B2 (en) Parameter setting device, system and parameter setting method
US20240302807A1 (en) Display device, machine tool and display method
JP2569341Y2 (en) Processing equipment
JP3785522B2 (en) Control type magnetic bearing device
JP3913396B2 (en) Processing equipment equipped with hydrostatic magnetic compound bearings

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050304

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050405

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050603

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050712

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050905

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090930

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100930

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110930

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120930

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130930

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees