JP2000343379A - Spindle head controller - Google Patents
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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。
(57) Abstract: A control device for controlling the operation of a spindle head using a magnetic bearing, the control device being capable of rotating the spindle in a region where the spindle head does not resonate. The control device includes a bearing control means for controlling the operation of a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing, and a spindle motor control means for controlling the operation of a spindle motor. The tool weight estimating means 6 for estimating the weight of the tool mounted on the main shaft based on the current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing from 5, 12 and, based on the estimated tool weight,
A limit rotation speed determining means for determining a limit rotation speed of the main shaft; To prevent the spindle speed from exceeding the limit speed,
The operation of the spindle motor is controlled by the spindle motor control means 4.
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling the operation of a spindle head whose spindle is rotatably supported by a magnetic bearing.
【0002】[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。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a spindle head provided with the above-mentioned magnetic bearing. The illustrated spindle head 101 is provided in a vertical machining center, and has a spindle 102 whose axial direction is oriented vertically, and a rear radial magnetic bearing that supports the rear side (upper side) of the spindle 102 in the radial direction. 110 and a front radial magnetic bearing 120 that also supports the front side (lower side) of the main shaft 102 in the radial direction.
A thrust magnetic bearing 130 between the rear radial magnetic bearing 110 and the front radial magnetic bearing 120 for supporting the main shaft 102 in the axial direction; a rear angular ball bearing 107 provided on the rear side of the rear radial magnetic bearing 110; It includes a front angular ball bearing 104 provided on the front side of a front radial magnetic bearing 120, and a nut 108 screwed to the rear end of the main shaft 102. Although not shown, a tapered receiving portion for receiving the tapered portion of the tool T is formed at the front end of the main shaft 102.
By inserting the tapered part of the tool T into this receiving part,
The tool T is mounted on the main shaft 102.
【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。Also, between the rear radial magnetic bearing 110 and the rear angular ball bearing 107, four sensors 116 for detecting the position of the main shaft 102 in the radial direction are provided on the same plane in the radial direction, and the front radial magnetic bearing is provided. 120, four sensors 125 which are also provided in the same radial plane and which detect the position of the main shaft 102 in the radial direction, and which detect the position of the main shaft 102 in the axial direction. Sensors 139 are provided.
【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。In FIG. 1, reference numeral 103 denotes a drive rotor, which constitutes a part of a built-in type spindle motor for rotating the spindle 102 about its axis. In addition, the stator (not shown) of the spindle motor and the spindle head 10
Each of the components 1 is supported by a housing (not shown).
【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。The rear radial magnetic bearing 110 includes a rotor 114 formed by laminating a ring-shaped metal plate, a holding member 115 for holding the rotor 114, a laminated body 112 formed by laminating the metal plates, and This laminate 11
Four stators 11 each including a coil 113 wound around 2
The inner diameter of the holding member 115 is externally fitted to and fixed to the main shaft 102, and the stator 111 is held by the housing (not shown). Further, the four stators 111 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 114,
Similarly, the sensors 116 are equally arranged along the outer peripheral surface of the main shaft 102 in correspondence with the stator 111.
【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。Further, the front radial magnetic bearing 120
Is a rotor 124 formed by stacking ring-shaped metal plates.
And a stator 122 composed of a laminated body 122 formed by laminating metal plates and four coils 123 wound around the laminated body 122. The inner diameter of the rotor 124 is The stator 121 is externally fitted to and fixed to the main shaft 102, and the stator 121 is held by the housing (not shown). The four stators 12
1 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 124, and the four sensors 125 are similarly disposed on the main shaft 1
Along the outer peripheral surface 02, they are evenly arranged in correspondence with the stator 121. The main shaft 102
Are formed with two flange portions 105 and 106. The outer peripheral surface of the flange portion 106 is detected by the sensor 125, and the lower end surface thereof is detected by the sensor 139. In addition, the rotor 124
The front side is locked by the flange 105.
【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。[0007] The thrust magnetic bearing 130 has a rotor 131 whose inner diameter is externally fitted and fixed to the main shaft 102.
And a rear stator 132 including a coil 133 formed in a ring shape and a holding ring 134 for holding the coil 133, and a coil 136 formed in a ring shape.
And a front stator 135 comprising a holding ring 137 for holding the coil 136;
2, a spacer 138 provided between the front stators 135. The outer peripheral portion of the rotor 131 has a flange 13
The flange portion 131a is located between the rear stator 132 and the front stator 135.
【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。The spindle head 101 having the above configuration is
Its operation is controlled by a control device including a bearing control means 140 and a spindle motor control means (not shown) provided in a numerical control device (not shown). Bearing control means 1
Numeral 40 supplies predetermined power to the coils 113, 123, 133, and 136 of the rear radial magnetic bearing 110, the front radial magnetic bearing 120, and the thrust magnetic bearing 130, respectively.
The current supplied to the coils 113, 123, 133, and 136 is adjusted according to the displacement of the main shaft 102 detected by 39. On the other hand, the spindle motor control means (not shown)
A predetermined electric power is supplied to and driven by a stator (not shown) of the spindle motor, and is output from an NC program execution processing unit (NC system unit) in the numerical controller (not shown). The current supplied to the stator (not shown) is adjusted according to a rotation command (rotation direction and rotation speed) of the main shaft 102.
【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。When predetermined power is supplied to the coils 113, 123, 133 and 136 from the bearing control means 140, the stator 111 of the rear radial magnetic bearing 110, the stator 121 of the front radial magnetic bearing 120, and the thrust magnetic bearing The rear stator 132 and the front stator 135 of the 130 each become an electromagnet, whereby the rotors 114, 124, 131 are each attracted.
【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。In the rear radial magnetic bearing 110,
The suction force in four directions by the four stators 111 causes the rotor 1
Similarly, in the front radial magnetic bearing 120, similarly, the attraction force in four directions by the four stators 121 acts on the rotor 124, and these rear radial magnetic bearings 1.
The main shaft 102 is supported in the radial direction by the radial magnetic bearing 120 and the front radial magnetic bearing 120.
【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。As described above, the radial position of the main shaft 102 is detected by the sensors 116 and 125, and the main shaft 102 is displaced from the neutral position between the stators 111 and the neutral position between the stators 121. If the position is shifted from the position, the position
6 and the sensor 125, and the power supplied to each of the stators 111 and 121 is adjusted by the bearing control means 140 based on the detection signals. That is, each stator 111 and rotor 114
And the distance between each of the stators 121 and the rotor 124, the power supplied to the stator 111 and the stator 121 whose distance is wider than the reference distance is increased, and the attraction force is increased. The power supplied to the stators 111 and 121 whose intervals are narrower than the reference intervals is reduced, and the suction force is reduced. As described above, the spindle 10
2 is always between the stators 111 and the stator 121
It is controlled to be located at a neutral position between the two.
【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。Further, in the thrust magnetic bearing 130, the flange 131a of the rotor 131 is moved forward and backward (up and down) by the rear stator 132 and the front stator 135.
The main shaft 102 is supported in the axial direction such that the main shaft 102 is located at an intermediate position between the rear stator 132 and the front stator 135.
【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。As described above, the axial position of the main shaft 102 is detected by the sensor 139, and if the main shaft 102 is displaced from the intermediate position between the rear stator 132 and the front stator 135, the positional deviation is detected. Sensor 1
The power supplied to the rear stator 132 and the front stator 135 is adjusted by the bearing control means 140 based on the detection signal. That is, the flange portion 1 of the rear stator 132 and the rotor 131
In the space between the front stator 135 and the front stator 135 or the space between the front stator 135 and the flange portion 131a, the power is increased for the rear stator 132 or the front stator 135 in which the space is wider than the reference space. While the suction force is increased, the power supplied to the rear stator 132 or the front stator 135 whose interval is narrower than the reference interval is reduced, the suction force is reduced, and the rotor 131 is The main shaft 102 is controlled to be always located at an intermediate position between the rear stator 132 and the front stator 135, and the main shaft 102 is supported in the axial direction.
【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。Thus, according to the spindle head 101, the spindle head 101 can be supported in the radial and axial directions by the attractive force of the electromagnet without directly contacting the spindle 102. 10
2 can be properly supported.
【0015】[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。When the spindle is rotated, the spindle head vibrates at a frequency substantially equal to the number of revolutions. When the frequency of the spindle head approaches the natural frequency of the spindle head, The spindle head resonates and eventually breaks down. In the case of a spindle head in which the spindle is supported by rolling bearings, the limiting speed is determined by the performance of the rolling bearing, and the limiting speed of the rolling bearing is considerably lower than the natural frequency of the spindle head. Is unlikely to cause such a problem. However, in the case of a spindle head in which the spindle is supported by a magnetic bearing, the spindle is supported in a non-contact manner, so that the rotation speed of the spindle is not limited by the performance of the magnetic bearing. Since the rotation speed of the main shaft can be increased to near the frequency, a problem due to such resonance occurs.
【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。The natural frequency of the spindle head using the magnetic bearing is easily affected by the weight of the tool to be mounted because the size of the spindle head is relatively small and lightweight. Fluctuates greatly depending on the weight of Specifically, the heavier the weight of the tool to be mounted, the lower the natural frequency of the spindle head. Therefore,
In the case of a spindle head using a magnetic bearing, if the weight of the tool to be mounted is heavy, it is easy for the natural frequency to be equal to or lower than the number of rotations of the tool,
This causes the above-mentioned resonance problem.
【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。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a control device for controlling the operation of a spindle head using a magnetic bearing, wherein the control device can rotate the spindle in a region where the spindle head does not resonate. The purpose is to provide the device.
【0018】[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。According to the first aspect of the present invention, there is provided a spindle, and a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the spindle. A device for controlling the operation of a spindle head including a housing for holding the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and a spindle motor for driving the spindle to rotate about the spindle. Bearing control means for controlling operation;
A spindle motor control means for controlling the operation of the spindle motor, wherein the control means is mounted on the spindle based on a current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing from the bearing control means. Tool weight estimating means for estimating the weight of the tool, and limit speed determining means for determining a limit speed of the spindle based on the tool weight estimated by the tool weight estimating means, The spindle motor control means is configured to control the operation of the spindle motor based on the limit rotation speed determined by the limit rotation speed determination means so that the rotation speed of the spindle does not exceed the limit rotation speed. It is characterized by having done.
【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。When a tool is mounted on the spindle, if the spindle head is mounted on a horizontal machine tool, a radial load acts on the spindle due to the weight of the tool. When the spindle head is mounted on a vertical machine tool, the current supplied from the bearing control means to the radial magnetic bearings increases compared to when the tool is not mounted. Therefore, in order to maintain the neutral position, the current supplied from the bearing control means to the thrust magnetic bearing increases as compared to when the tool is not mounted. When the spindle head is provided obliquely, loads in the radial and axial directions are applied to the spindle by the weight of the tool, so that the current supplied from the bearing control means to the radial magnetic bearing and the thrust magnetic bearing is reduced. It increases compared to when no tools are installed.
【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。The current value supplied to the radial magnetic bearing and the thrust magnetic bearing changes according to the load acting on the main shaft, that is, the tool weight, and by measuring the current value according to the tool weight in advance. , The relationship between the tool weight and the current value can be known, and a relational expression for these can be obtained. The tool weight estimating means is, for example, based on the relational expression thus obtained, based on the actual current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing from the bearing control means, and in fact, Estimate the weight of the installed tool.
【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。As described above, when the spindle is rotated, the spindle head vibrates at a frequency substantially equal to the number of revolutions,
When this frequency approaches the natural frequency of the spindle head, the spindle head resonates. Therefore, a value obtained by multiplying the natural frequency of the spindle head by a predetermined safety factor (for example, 0.9) is defined as the critical rotation speed of the spindle. You can see. On the other hand, a spindle head using a magnetic bearing is relatively small in size and light in weight, so that its natural frequency is easily affected by the weight of a tool to be mounted. The value changes. Therefore, by measuring the natural frequency of the spindle head according to the tool weight in advance, the tool weight and the limit rotational speed (=
The relationship with the natural frequency × 60 × safety factor (rpm)) can be known, and a relational expression for these can be obtained. The limit rotational speed determining means calculates, for example, the limit rotational speed of the spindle based on the tool weight estimated by the tool weight estimating means on the basis of the relational expression thus obtained, and determines the limit rotational speed. . The spindle motor control means controls the operation of the spindle motor so that the rotation speed of the spindle does not exceed the limit rotation speed determined in this way. Thereby, the vibration of the spindle head accompanying the rotation of the spindle can be set to a value smaller than its natural frequency.
【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。As described above, according to the present invention, even if a tool having any weight is used, the main spindle on which the tool is mounted can be rotated at a lower rotational frequency than the natural frequency of the main spindle head. It is possible to reliably prevent the conventional problem that the vibration of the spindle head due to the rotation approaches the natural frequency of the spindle head and resonates and eventually breaks.
【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。The relationship between the current value supplied to the radial magnetic bearing and / or the thrust magnetic bearing and the tool weight, and the relationship between the tool weight and the limit rotation speed are defined in claim 2.
As in the invention according to the first aspect, these actually measured values measured in advance may be stored in the data storage means as a data table. In this case, the tool weight estimating means:
The data storage means is searched based on a current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing, and the obtained tool weight value is estimated to be the weight of the tool. The rotation speed determination means is configured to search the data storage means based on the tool weight estimated by the tool weight estimation means, and determine the obtained limit rotation speed as the limit rotation speed of the spindle. .
【0024】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a numerical control device according to the present embodiment. It should be noted that the numerical control device 1 of the present embodiment shown in FIG. 1 controls the operation of the vertical machine tool including the spindle head 101 shown in FIG.
【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。As shown in FIG. 1, this numerical control device 1 includes an NC system unit 2, a spindle head control unit 3, a tool change operation control unit 8, and an input / output interface 9 as its main components. The NC system unit 2, the spindle head control unit 3, the tool change operation control unit 8, and the input / output interface 9 are connected to each other via a bus line 10, and the NC system unit 2, the spindle head control unit 3, and the tool The exchange operation control unit 8 is connected to an external MDI input device, a display device, a spindle motor drive amplifier 11, a bearing drive amplifier 12, and other parts of a machine tool via an input / output interface 9, respectively.
【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。The NC system section 2 is a function section for executing, for example, a machining program and numerically controlling the operation of each section of the machine tool. The tool change operation control section 8 receives a tool change command from the NC system section 2. This is a functional part for driving and controlling a tool changer attached to a machine tool to execute tool change. In addition, the spindle head control unit 3
This is a functional part that controls the operation of the spindle head 101 via the spindle motor drive amplifier 11 and the bearing drive amplifier 12 based on an execution command output from the C system unit 2.
【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。The spindle head control unit 3 further includes a spindle motor control unit 4, a bearing control unit 5, a tool weight estimation processing unit 6, and a limit rotation speed determination processing unit 7. The bearing control unit 5 and the bearing drive amplifier 12 correspond to the bearing control unit 140 shown in FIG. 3, and the bearing control unit 5 receives detection signals from the sensors 116, 125, and 139, and A drive command is output to the bearing drive amplifier 12 so that the motor 102 is maintained at the neutral position, and a current corresponding to the drive command is supplied from the bearing drive amplifier 12 to the rear radial magnetic bearing 110, the front radial magnetic bearing 120, and the thrust. The current is output to the magnetic bearing 130, and the electric current is applied to the rear radial magnetic bearing 110 and the front radial magnetic bearing 1.
20 and the thrust magnetic bearing 130 are driven and controlled.
【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。The tool weight estimation processing unit 6 receives the current value supplied to the thrust magnetic bearing 130 from the bearing drive amplifier 12 and receives the current value of the tool T currently mounted on the main shaft 102.
This is a functional part for calculating the weight of the vehicle. The tool weight estimation processing unit 6 stores a relational expression between the current value and the tool weight. The tool weight estimation processing unit 6 calculates the tool T based on the relational expression and the received current value. Calculate the weight of
【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。When the tool T is mounted on the spindle 102, since the spindle head 101 of this embodiment is provided on a vertical machine tool, a load in the axial direction acts on the spindle 102 due to the tool weight. In order to maintain the neutral position, the current supplied from the bearing drive amplifier 12 to the thrust magnetic bearing 130 increases compared to when the tool is not mounted. The current value supplied to the thrust magnetic bearing 130 changes according to the load acting on the main shaft 102, that is, the tool weight.
By measuring the current value according to the tool weight in advance, the relationship between the tool weight and the current value can be known, and a relational expression for these can be obtained. The relational expression obtained in this way is stored in the tool weight estimation processing unit 6,
As described above, the tool weight estimation processing unit 6 calculates the weight of the tool T currently mounted on the spindle 102 from the stored relational expression and the received current value.
【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。When the spindle head 101 is mounted on a horizontal machine tool, a radial load is applied to the spindle 102 by the weight of the tool. The current supplied to the rear radial magnetic bearing 110 and the front radial magnetic bearing 120 increases as compared to when the tool is not mounted. Therefore, in this case, a relational expression between the current value supplied to the rear radial magnetic bearing 110 and the front radial magnetic bearing 120 and the tool weight is obtained in advance and stored in the tool weight estimation processing unit 6. The tool weight estimation processing unit 6 calculates the weight of the tool T from the relational expression and the current value. When the spindle head 101 is provided obliquely, loads in the radial and axial directions act on the spindle 102 due to the weight of the tool. Therefore, the rear radial magnetic bearing 110, the front radial magnetic The current supplied to the bearing 120 and the thrust magnetic bearing 130 increases as compared to when the tool is not mounted. Therefore, in this case, a relational expression between the current value supplied to the rear radial magnetic bearing 110, the front radial magnetic bearing 120, and the thrust magnetic bearing 130 and the tool weight is obtained in advance, and the relational expression is obtained. The tool weight estimation processing unit 6 calculates the weight of the tool T from the relational expression and the current value.
【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。The limit rotation speed determination processing section 7 is a functional portion that receives the tool weight value calculated by the tool weight estimation processing section 6 and calculates the limit rotation speed of the spindle 102. The relational expression between the tool weight and the limit rotational speed is stored in the limit rotational speed determination processing unit 7. Based on the relational expression and the received tool weight value, the limit rotational speed determination processing unit 7 stores the relational expression. The limit rotation speed is calculated.
【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。As described above, when the spindle 102 is rotated, the spindle head 101 vibrates at a frequency substantially equal to the number of revolutions, and when the frequency approaches the natural frequency of the spindle head 101, the spindle head 101 starts rotating. Because of resonance, a value obtained by multiplying the natural frequency of the spindle head 101 by a predetermined safety factor can be regarded as the limit rotation speed of the spindle 102. On the other hand, the spindle head 101 using the magnetic bearings 110, 120, 130
Is relatively small in size and light in weight, and its natural frequency is easily affected by the weight of the tool T to be mounted, and its value changes according to the weight of the tool T.
Therefore, by measuring the natural frequency of the spindle head 101 according to the tool weight in advance, the relationship between the tool weight and the limit rotational speed (= natural frequency × 60 × safety factor (rpm)) can be known. , The relational expressions for these can be obtained. The relational expression obtained in this manner is stored in the limit rotational speed determination processing unit 7, and as described above,
The limit rotation speed determination processing unit 7 calculates the limit rotation speed of the main shaft 102 based on the relational expression and the received tool weight value.
The natural frequency of the spindle head 101 can be determined, for example, by rotating the spindle 102 on which a tool T having a predetermined weight is mounted at a predetermined rotation speed, and using the acceleration pickup or the like to generate the vibration of the spindle head 101 accompanying the rotation. It can be obtained by performing frequency analysis on the detected vibration signal using an analyzer such as FFT.
【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。The spindle motor control section 4 receives a rotation command (command relating to the rotation direction and the number of rotations) of the spindle 102 output from the NC system section 2 and sends a drive command corresponding thereto to the spindle motor drive amplifier 11. The spindle motor drive amplifier 11 which receives the drive command
Then, a corresponding current is supplied to the stator (not shown), and the spindle motor is rotated according to the rotation command. Further, the spindle motor control unit 4 receives the value of the limit rotation speed calculated by the limit rotation speed determination processing unit 7, and issues a drive command such that the rotation speed of the spindle motor does not exceed the limit rotation speed. Output to the drive amplifier 11 and
The spindle motor is rotated so that the rotation speed is equal to or lower than the limit rotation speed. That is, the spindle motor control unit 4 controls the rotation speed output from the NC system unit 2 to the limit rotation speed determination processing unit 7.
If the rotation speed is equal to or less than the limit rotation number received from the controller, a drive command corresponding to the rotation speed output from the NC system unit 2 is output to the spindle motor drive amplifier 11, and the spindle motor rotates at the rotation speed as instructed. If the rotation speed output from the NC system unit 2 exceeds the limit rotation speed received from the limit rotation speed determination processing unit 7, a drive command corresponding to the limit rotation speed is output to the spindle motor drive amplifier 11. Then, the spindle motor is rotated at this limit rotation speed.
【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。As described above, when a tool change command is output from the NC system unit 2 and received by the tool change operation control unit 8, tool change is executed under the control of the tool change operation control unit 8. A new tool T is mounted on the spindle 102. When a new tool T is mounted on the spindle 102 in this way, the tool weight estimation processing unit 6 calculates the weight of the tool T, and then receives the tool weight value and determines the limit rotation speed determination processing. The unit 7 calculates a limit rotation speed based on the tool weight, and transmits this to the spindle motor control unit 4. Thereafter, a rotation command is output from the NC system unit 2 and received by the spindle motor control unit 4. If the command rotation speed from the NC system unit 2 is equal to or less than the limit rotation speed, the spindle motor control Under the control of the unit 4, the main shaft 102 is rotated to the commanded rotational speed, and when the commanded rotational speed exceeds the limit rotational speed, the main shaft 102 is rotated to the limit rotational speed. .
【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。As described above, according to the spindle head control unit 3 of the present embodiment, the tool T
Can be rotated at a frequency lower than the natural frequency of the spindle head 101.
The vibration of the spindle head 101 due to the rotation of the spindle head 101 approaches the natural frequency of the spindle head 101, resonates, and eventually prevents the conventional problem such as being destroyed. . Incidentally, in the spindle motor control section 4, it is also possible to take measures such as outputting an alarm when the commanded rotational speed exceeds the limit rotational speed, but in this example, the spindle motor control portion 4 rotates at the limit rotational speed as described above. It was configured to be.
【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。Although the embodiment of the present invention has been described above, it is needless to say that the specific embodiment of the present invention is not limited to this. For example, in the above-described example,
The weight of the tool currently mounted on the main shaft 102 is calculated from the relational expression between the current value supplied to the thrust magnetic bearing 130 and the tool weight, and the main shaft 1 is calculated from the relational expression between the tool weight and the limit rotation speed.
02, the limit rotational speed is calculated. As shown in FIG. 2, “current value supplied to thrust magnetic bearing 130” vs. actual measurement value of “tool weight”, and “tool weight” vs. “limit value of tool” Number of rotations (= actual measured value of natural frequency x 60 x safety factor)
(Rpm) is stored in the data storage unit 13 as a data table, and the tool weight estimation processing unit 6 searches the data storage unit 13 based on the current value actually supplied to the thrust magnetic bearing 130. Then, the tool weight estimation processing unit 6 is configured to estimate the obtained tool weight value as the weight of the tool currently mounted on the spindle 102, and the limit rotation speed determination processing unit 7 performs the tool weight estimation processing. Searching the data storage unit 13 based on the tool weight estimated in the unit 6;
The limit rotation speed determination processing unit 7 may be configured to determine the obtained limit rotation speed as the limit rotation speed of the main shaft 102.
【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。In this case, also in this case, the spindle head 10
1 is mounted on a horizontal machine tool, the data storage unit 13 uses a measured value of “current value supplied to the rear radial magnetic bearing 110 and the front radial magnetic bearing 120” vs. “tool weight” as a data table as a data table. And the spindle head 1
When 01 is provided obliquely, the measured value of “the current value supplied to the rear radial magnetic bearing 110, the front radial magnetic bearing 120, and the thrust magnetic bearing 130” versus the “tool weight” is used as a data table. Data storage unit 1
3 is stored.
【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。FIG. 1 is a block diagram showing a numerical control device according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a block diagram showing a numerical control device according to another embodiment of the present invention.
【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。FIG. 3 is a sectional view showing a spindle head using a magnetic bearing according to a conventional example.
1 数値制御装置 2 NC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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Numerical control apparatus 2 NC system part 3 Spindle head control part 4 Spindle motor control part 5 Bearing control part 6 Tool weight estimation processing part 7 Limit rotation speed determination processing part 11 Spindle motor drive amplifier 12 Bearing drive amplifier 13 Data storage part 101 Spindle Head 110 Rear radial magnetic bearing 120 Front radial magnetic bearing 130 Thrust magnetic bearing
───────────────────────────────────────────────────── 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 A F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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F16C 32/04 F16C 32/04 A F term (Reference) 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 (2)
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。1. A main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the main shaft, a housing for holding the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and a main shaft motor for driving the main shaft to rotate about the main shaft. A bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and a spindle motor control means for controlling the operation of the spindle motor. In the control device, tool weight estimating means for estimating a weight of a tool mounted on the main shaft based on a current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing from the bearing control means; A limit speed determining means for determining a limit speed of the main spindle based on the tool weight estimated by the estimating means. In both cases, the spindle motor control means controls the operation of the spindle motor based on the limit rotation speed determined by the limit rotation speed determination means so that the rotation speed of the spindle does not exceed the limit rotation speed. A spindle head control device characterized in that:
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。2. A data storage means for storing, as a data table, a relationship between a current value supplied to the thrust magnetic bearing and / or the radial magnetic bearing and the tool weight, and a relationship between the tool weight and the limit rotation speed. Wherein the tool weight estimating means includes the thrust magnetic bearing and / or
Or, based on the current value supplied to the radial magnetic bearing, configured to estimate the tool weight value obtained by searching the data storage means as the weight of the tool, the limit rotation speed determination means, 2. The apparatus according to claim 1, wherein a limit rotation speed obtained by searching said data storage means is determined as a limit rotation speed of said spindle based on a tool weight estimated by said tool weight estimation means. The spindle head control device as described in the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162293A JP2000343379A (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Spindle head controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11162293A JP2000343379A (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Spindle head controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000343379A true JP2000343379A (en) | 2000-12-12 |
Family
ID=15751746
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11162293A Withdrawn JP2000343379A (en) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Spindle head controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000343379A (en) |
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-
1999
- 1999-06-09 JP JP11162293A patent/JP2000343379A/en not_active Withdrawn
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