金型加工装置
【課題】 主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える金型加工装置を提供する。
【解決手段】 工具１１を回転させるスピンドル装置１の主軸４を、静圧磁気複合軸受６〜９で支持し、次の手段を設ける。静圧磁気複合軸受６〜９の励磁電流を検出する電流検出手段１５〜１８と、その電流検出値から加工状態を把握する加工状態把握手段１９を設ける。外部指令応答オンオフ手段２０を設け、静圧磁気複合軸受６〜９は、外部の指令で静圧気体軸受部のみによる支持を可能とする。ハウジング５の温度を測定する手段７６と、温度測定対応出力手段７７とを設ける。
【解決手段】 工具１１を回転させるスピンドル装置１の主軸４を、静圧磁気複合軸受６〜９で支持し、次の手段を設ける。静圧磁気複合軸受６〜９の励磁電流を検出する電流検出手段１５〜１８と、その電流検出値から加工状態を把握する加工状態把握手段１９を設ける。外部指令応答オンオフ手段２０を設け、静圧磁気複合軸受６〜９は、外部の指令で静圧気体軸受部のみによる支持を可能とする。ハウジング５の温度を測定する手段７６と、温度測定対応出力手段７７とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成形金型の切削加工や研削加工等に用いられる金型加工装置、特にそのスピンドル装置に静圧磁気複合軸受を備えた金型加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、金型加工において、高能率で高精度な加工が注目されている。このような加工を実現するためには、高速回転が可能で、高回転精度を有し、静剛性・動剛性の高いスピンドル装置が必要であり、さらに加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが要求される。
しかし、スピンドル装置に装備される軸受の機能の限界などから、このような要求を満足することができなかった。
一方、本出願人は、一般の高速切削加工に用いるスピンドル装置として、静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリッド型の非接触軸受を用いるものを提案した（特願平１０−０９７５０５号など）。これによれば、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かした軸受とできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、金型加工機において、このような静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化した静圧磁気複合軸受で主軸を支持し、上記のような各種の要求に対応しようとするものである。加工状態の検出のための加工負荷の測定は、一般的には、主軸回転のためのモータ出力の測定値から、加工時の負荷を推測する方式が採られる。
しかし、このような静圧磁気複合軸受を用い、また加工条件を制御する金型加工装置においても、さらに、次のような未解決の課題がある。
1)モータ出力測定値から加工時の負荷を推測する方式では、加工状態検出のために専用の測定機器を必要とし、システムコストがかかる。
2)モータ出力測定値から加工状態を検出する方式では、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が行えない。
3)静圧磁気複合軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受の両方の特性を持つ。そのため、磁気軸受用センサの分解能が低い場合には、主軸の回転精度はこの分解能によって決まり、静圧気体軸受の持つ高回転精度を十分に生かすことができない。
4)静圧磁気複合軸受スピンドル装置を高速回転させると、静圧気体軸受部での損失（風損）によって、主軸およびハウジングの温度が上昇し、これらの温度上昇に伴う軸方向熱膨張量から、スピンドル装置先端の工具のアキシアル位置が変化する。このため、高精度な加工が困難になる。
【０００４】
この発明の目的は、主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える金型加工装置を提供することである。
この発明の他の目的は、加工中の加工状態の検出を可能としながら、高価な負荷測定用装置を設けることを不要とし、低コスト化を図ることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸の静負荷の検出を可能とすることである。 この発明のさらに他の目的は、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出を簡単な構成で可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、静圧気体軸受での風損等によりハウジング等の温度が変化しても、高精度に加工可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、ハウジング温度の上昇等の異常時に、その異常が容易に認識できて、至急に対処が図れるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、遠隔地で加工状態の監視や制御を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の構成を、実施形態に対応する図１と共に説明する。この発明の金型加工装置は、工具（１１）を回転させるスピンドル装置（１）を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置（１）を、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）とが複合化された静圧磁気複合軸受（６〜９）で主軸（１）を支持した構成を基本とする。これによれば、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の優れた静剛性という両軸受の特長を生かした軸受構造となり、主軸（１）の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える。
この発明の展開発明である次の第１〜第４の発明は、上記構成を基本とし、かつ次のいずれかの事項を設けたものである。
この発明における第１の発明の金型加工装置は、前記磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流を検出する電流検出手段（１５〜１８）と、この電流検出手段（１５〜１８）の電流検出値から前記工具（１１）による加工状態を把握する加工状態把握手段（１９）とを備えたものである。
この構成によると、静圧磁気複合軸受（６〜９）における磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出値から、加工状態把握手段（１９）により加工状態が把握できる。すなわち、加工中に工具（１１）に作用する負荷で、主軸（４）がラジアル方向などに変位しようとすると、この変位を復元させるように、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流が磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の持つ制御機能により変化する。そのため、励磁電流から、例えば工具摩耗，工具損傷や、加工不良等の加工状態が把握できる。このように加工状態把握手段（１９）を設けたため、静圧磁気複合軸受（６〜９）の高機能、すなわち高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有するという機能と相まって、加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気複合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層高精度な加工が行える。しかも、検出器類は、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出手段（１５〜１８）を設けるだけで良く、外部に負荷測定用装置を設けることが不要であり、またモータの電流を検出するものに比べて、簡単なもので済み、低コストにできる。
【０００６】
第１の発明において、加工状態把握手段（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）の電流検出値を平滑化する電流平滑部と、この電流平滑部の平滑値出力から主軸の静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとしても良い。
このように、静負荷換算結果から加工状態を把握することで、微小時間に生じる負荷変動や外乱に左右されずに、制御に必要な加工状態の把握が、簡単に精度良く行える。
【０００７】
この発明の第２の発明の金型加工装置は、主軸（４）の変位を検出する変位検出手段（２８，３８）と、この変位検出手段（２８，３８）の変位検出値から工具（１１）による加工状態を把握する加工状態把握手段（１９）とを備えたものである。
加工中に工具（１１）に作用する負荷で主軸（４）が変位を生じると、変位検出手段（２８，３８）でその変位が検出される。そのため、この変位検出値から加工状態が把握できる。したがって、上記の加工状態把握手段（１９）を設けることで、静圧磁気複合軸受（６〜９）における、高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有するという機能と相まって、加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気複合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層高精度な加工が行える。しかも変位検出手段（２８，３８）は、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の制御のために磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）に一般に設けられる検出手段であるため、専用の検出手段を設けることなく、加工状態の把握が行え、低コストで加工精度の向上が図れる。
【０００８】
上記第１，第２の発明において、加工状態把握手段（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）または変位検出手段（２８，３８）の出力を周波数分析する周波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとしても良い。
工具や、ワーク、加工装置の固有振動、あるいは主軸回転数などから、工具に作用する負荷は工具の振動として表れ、工具損傷等の加工状態は、その工具損傷，加工不良の種類等によって振動周波数に特有の傾向を示す。そのため、周波数分析部を設け、加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部を設けることで、各周波数成分の平均化された負荷の検出では観測できない精度の良い加工状態の検出ができる。また、周波数分析を行うため、周波数フィルタに比べて簡単な構成で多数の周波数帯の分析が可能となる。
【０００９】
この発明における第３の発明の金型加工装置は、前記静圧磁気複合軸受（６〜９）を制御するスピンドルコントローラ（３）を備え、このスピンドルコントローラ（３）の外部の指令によって磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段（２０）を設けたものである。
磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）をオフした場合は、静圧磁気複合軸受（６〜９）における静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）のみで主軸（４）が支持され、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）をオンした場合は、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）との両方で主軸（４）が支持される。両軸受（６Ａ〜９Ａ，６Ｂ〜９Ｂ）による支持と、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）のみによる支持は、スピンドルコントローラ（３）の外部からの指令で切換られる。そのため、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受（６〜９）の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られる。
【００１０】
励磁オンオフの外部の指令は、金型加工装置機械部（１３ａ）を制御する数値制御装置（１４）から与えられる指令であっても良い。このように数値制御装置（１４）から励磁オンオフ指令を与えるようにすることで、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定が可能になる。
【００１１】
励磁オンオフの外部の指令は、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする指令であっても良い。
これにより、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現できる。すなわち、一般に、高能率で高精度な加工は、粗加工と仕上げ加工の２段階で行われる。粗加工では、単位時間当たりの被削材除去量を大きくして高能率化を狙い、仕上げ加工では逆にこの除去量を小さくして高精度を狙う。そのため、粗加工時には主軸への負荷が大きくなり、主軸性能として剛性・負荷容量が必要であり、仕上げ加工では高回転精度が必要である。上記のように励磁のオンオフを行うことで、このような加工種類による要求に応じることができる。
【００１２】
この発明における第４の発明の金型加工装置は、スピンドルハウジング（５）の温度測定手段（７６）と、この温度測定手段（７６）の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段（７７）と、この手段（７７）の出力から所定の処理を行う温度対応処理手段（１００）とを設けたものである。
温度測定対応出力手段（７７）の前記所定の出力は、
次の1)〜3)、すなわち、
1)．前記温度測定手段（７６）の出力（つまり温度測定値）、
2)．前記温度測定手段（７６）の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端若しくは工具（１１）の先端のアキシアル位置に換算した換算値、および
3)．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較して求められた異常信号、
のうちの少なくとも一つである。
前記換算値は、位置データとして取扱可能な値であれば良く、実際の位置データに対して比例した値や、基準位置からの変位量を示す値であっても良い。
この構成の場合、静圧気体軸受の損失（風損）等による発熱でスピンドル装置（１）の温度が上昇しても、温度測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値や、熱変位演算されたアキシアル位置の換算値により、送り量を補正することができ、高精度にワークを加工することができる。温度測定対応出力手段（７７）の出力が異常信号である場合は、ハウジング温度の過度の上昇などのスピンドル異常時に、その異常信号を外部で検出してスピンドル装置（１）を停止するなどの適宜の処理が迅速に行える。
【００１３】
この発明において、前記主軸（４）の設置されたハウジング（５）を冷却する冷却手段（７１）を設け、前記温度測定対応出力手段（７７）の出力に応答して前記冷却手段（７１）（実施形態に対応する図１６参照）の冷却動作を制御する冷却制御手段（８２）を設けても良い。
このように温度測定結果に応じた出力で冷却手段（７１）を制御することで、ハウジング（５）の適正な冷却が簡単に行える。
【００１４】
この発明において、前記主軸（４）の設置されたハウジング（５）を主軸（４）の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構（７５）を設け、前記温度測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段（８３）を設けても良い。
このようにスピンドル位置決め機構（７５）を設けた場合に、温度測定値やその換算値で主軸位置を温度補正制御することにより、高精度にワークを加工することができる。
【００１５】
この発明において、主軸（４）を回転させる回転駆動源（１０）を、主軸（１）の設置されたハウジング（５）に内蔵したモータとしても良い。
【００１６】
この発明において、加工状態把握手段（１９）の把握内容を通信回線（８７）で遠隔地に送信する通信手段（８６）を設けても良い。
このように通信回線（８７）による通信機能を持たせることで、遠隔地で工具の負荷や加工状態を把握することができ、遠隔地で多数の金型加工装置のスピンドル装置を集中管理することが可能になる。
また、この発明において、温度測定対応出力手段（７７）の出力を通信回線（８７）で遠隔地に送信する通信手段（８６）を設けても良い。
これにより、遠隔地でハウジング（５）の温度やその温度変化に伴う熱変位状態を把握することができ、遠隔地での集中管理が可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の金型加工装置は、主軸の支持に静圧磁気複合軸受を用いたものであるため、主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える。
静圧磁気複合軸受を用いると共に、上記の各手段を設けた場合は、より一層高能率で高精度な加工が行える。
静圧磁気複合軸受の磁気軸受の励磁電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の電流検出値から工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた場合は、外部に負荷測定用装置を設けることなく加工状態の把握が行え、最適な加工条件でより一層高精度な加工を行うことができる。
電流検出手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部を設けた場合は、主軸の静負荷の検出が可能となる。
主軸の変位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の変位検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた場合は、専用のセンサ類を設けることなく、加工状態の把握が可能となり、一層の低コスト化が図れる。
電流検出手段または変位検出手段の出力を周波数分析する周波数分析部を設けた場合は、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が、簡単な構成で可能になる。
スピンドルコントローラの外部の指令によって磁気軸受の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段を設けた場合は、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られる。
特に、励磁オンオフの指令を数値制御装置から与える場合は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定が可能になる。特に、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする場合は、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、一層高能率、高精度の加工を実現できる。
スピンドルハウジングの温度測定手段と、その度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段とを設けた場合は、ハウジング等の温度が変化しても、高精度に金型を加工することができる。
温度測定値やその寸法換算値を設定値と比較して異常信号を求めるようにした場合は、ハウジング温度の異常上昇時等に、至急に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１８は、この金型加工装置の全体を示す概念図である。この金型加工装置は、工具１１を回転させるスピンドル装置１と、金型に加工されるワークＷを移動させるテーブル装置５１とを備える。スピンドル装置１は、機構部分からなるスピンドル装置本体２と、これを制御するスピンドルコントローラ３とで構成される。スピンドル装置本体２とテーブル装置５１とで、加工装置本体１３ａが構成され、加工装置本体１３ａは数値制御装置１４により制御される。
スピンドル装置本体２は、テーブル装置５１の対向位置で、基台５２にガイド５３およびスピンドル設置台７４を介して進退自在に設置され、スピンドル位置決め機構７５によりスピンドル軸方向（Ｚ軸方向）に進退駆動される。テーブル装置５１は、図１９に示すようにワークＷを載置するテーブル５５を、スピンドル軸方向（Ｚ軸）に対して垂直な直交する２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在に設けたものであり、各方向のテーブル駆動装置５６，５７の駆動によって進退移動する。テーブル５５は、Ｙ軸方向に移動可能な下段側テーブル５５ａ上に、Ｘ軸方向に移動可能に上段側テーブル５５ｂを設置した２段構造とされている。各軸のテーブル駆動装置５６，５７およびスピンドル位置決め機構７５は、各々ボールねじおよびサーボモータで構成されている。この例では、スピンドル軸方向（Ｚ軸）が鉛直方向に、テーブル装置５１の移動方向（Ｘ，Ｙ方向）が水平とされている。なお、スピンドル軸方向（Ｚ軸）を水平方向や傾斜方向とし、これに対応してテーブル移動方向（Ｘ，Ｙ方向）を鉛直面内の各方向としても良い。
【００１９】
スピンドル装置１につき、まず、その本体２およびコントローラ３の概略を説明する。図１はスピンドル装置１の概念構成を示すブロック図である。
スピンドル装置本体２は、主軸４を、ハウジング５に設置された複数のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７とアキシアルの静圧磁気複合軸受８，９で支持し、スピンドル駆動源１０を設けたものである。各々の静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧気体軸受６Ａ〜９Ａと、磁気軸受６Ｂ〜９Ｂを複合させたものであり、スピンドルコントローラ３で制御される。主軸４は、先端に工具１１を把持するチャック１２を有している。
スピンドルコントローラ３は、静圧磁気複合軸受６〜９を構成する磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁電流を検出する電流検出手段１５〜１８と、この電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具１１による加工状態を把握する加工状態把握手段１９とを備える。また、スピンドルコントローラ３には、数値制御装置１４等から送られる外部の指令によって磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段２０が設けられている。さらに、スピンドルコントローラ３には、ハウジング５に設けられた温度測定手段７６の出力から所定の出力を求める温度測定対応出力手段７７が設けられている。
【００２０】
スピンドル装置本体２につき、図２〜図５と共に説明する。このスピンドル装置１は、加工装置１３のビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、スピンドル駆動源１０は、各軸受６〜９の設置されたハウジング５内に設置されている。このモータからなるスピンドル駆動源１０は、主軸４に一体に設けたられたロータ２１と、ハウジング５に設置されたステータ２２とで構成される。ハウジング５は略円筒状に形成されている。スピンドル駆動源１０は、ビルトイン型とせずに、ハウジング５の外部に設けて伝達機構を介して主軸４に回転伝達するものであっても良い。
各軸受６〜９とスピンドル駆動源１０の配置は、この例では、主軸４の前部（工具側部）および後部をラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７で支持し、その中間をアキシアル型の静圧磁気複合軸受８，９で支持し、後端にスピンドル駆動源１０を配置した構成としてある。上記配置に代えて、両ラジアル型軸受６，７の中間にスピンドル駆動源１０を配置し、アキシアル型軸受８，９を主軸４の任意位置に配置しても良い。また、アキシアル型軸受８，９は、非接触軸受であれば良く、静圧磁気複合軸受に代えて、単独の磁気軸受または静圧気体軸受を用いても良い。
【００２１】
ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７は、互いに同じ構成のものであり、片方の軸受６につき、図３に横断面を示すと共に、図４に縦断面を拡大して示す。静圧磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受６Ａ，７Ａと磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたものである。この明細書で言う複合化とは、静圧および磁気の両形式の軸受を共通部分が生じるように組み合わせることを意味し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面とに共通部分（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部の部品が共通化されるものであれば良い。
【００２２】
この実施形態では、図４に示すように、磁気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるようにしてある。コア２３は、軸方向に離れた一対の主コア部２３ａ，２３ａと、これら主コア部２３ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂと、両主コア部２３ａ，２３ａのスピンドル側端から対向して延びる延出部２３ｃ，２３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成されている。主コア部２３ａと延出部２３ｃの内径側面は、主軸４と所定の磁気ギャップを形成する円筒面とされている。磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結コア部２３ｂにコイル２５を巻装したものである。コイル２５は、樹脂材等の非磁性体２６に埋め込まれている。
【００２３】
静圧気体軸受６Ａ，７Ａは、コア２３および非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に軸受隙間ｄを形成する静圧軸受面６Ａａ，７Ａａと、コア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成される。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開口した給気孔２４の先端に設けられている。
図３に階段断面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方向複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジング５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間の隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。この非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６（図４）と一体のものであっても良い。
【００２４】
磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、主軸４とコア２３との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受隙間ｄの静圧を検出することで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位検出手段２８は、静圧軸受隙間ｄに先端が開口した圧力検出用の通気路２８ａと、この通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂとで構成される。センサ２８ｂは、図２のようにコア２３から軸方向に離れた位置に配置されている。通気路２８ａは、細孔またはパイプで形成されていて、静圧軸受隙間ｄにはコア２３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における非磁性体２６の部分で開口している。図２は、図面を見易くするために絞り２４ａと通気路２８ａの開口位置を周方向にずらせて図示してあるが、実際は互いに周方向の同じ位置とされている。
【００２５】
図５は、アキシアル型の静圧磁気複合軸受８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシアル型静圧気体軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。これら静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８Ａ，９Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石のコア３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、スピンドル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋められている。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内周コア部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成としてあるが、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に間座２９が隣接している。
【００２６】
アキシアル型の静圧気体軸受８Ａ，９Ａは、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａとの間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａに開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設けられている。
【００２７】
アキシアル型の磁気軸受８Ｂ，９Ｂは、スピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧を検出することで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先端が開口した圧力検出用の通気路３８ａと、この通気路３８ａに連通したセンサ３８ｂ（図２）とで構成される。
【００２８】
各静圧磁気複合軸受６〜９における静圧気体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，２４には、ハウジング５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
【００２９】
制御系につき説明する。図１に示すように、スピンドルコントローラ３は、そのコントローラ基本部３ａに、電源４１、電磁石用パワー回路４２、および制御手段４３を有する。電磁石用パワー回路４２は、電源４１から供給された電流を、制御手段４３の制御に従って、各静圧磁気複合軸受６〜９の磁気軸受６Ｂ〜９Ｂに励磁電流として与える手段であり、電流増幅回路等で構成される。制御手段４３は、各静圧磁気複合軸受６〜９における変位検出手段２８，３８の検出値に応じて、主軸４の変位が復元するように、各磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁電流を制御する手段である。制御手段４３は、具体的には、例えば、変位検出手段２８，３８の検出値を積分回路または比例積分回路で演算した結果に応じて励磁電流の制御指令を与えるものとされる。
【００３０】
この実施形態では、この基本構成のスピンドルコントローラ３に、前記の電流検出手段１５〜１８、加工状態把握手段１９、外部指令応答オンオフ手段２０、および温度測定対応出力手段７７を設けると共に、外部出力手段４４を設け、かつ数値制御装置１４に励磁オンオフ指令生成手段４５、加工状態対応処理手段４６、および温度対応処理手段１００を設けている。電流検出手段１５〜１８には、例えば電流検出器が用いられる。
数値制御装置１４は、図６に示すように、数値制御機能部１４ａとプログラマブルコントローラ機能部１４ｂとを有し、数値制御機能部１４ａは、加工プログラム５０を解読して加工装置本体１３ａの各軸の数値制御を行うと共に、加工プログラム５０に記述されているシーケンス指令をプログラマブルコントローラ機能部１４ｂに転送する。プログラマブルコントローラ機能部１４ｂは、所定のシーケンスプログラムに従って加工装置本体１３ａのシーケンス制御を行う手段であり、このプログラマブルコントローラ機能部１４ｂに上記の励磁オンオフ指令生成手段４５と加工状態対応処理手段４６が設けられている。同図において、温度対応処理手段１００にはついては図示を省略してある。
【００３１】
図８は、加工状態把握手段１９の基本的な概念構成を示す。加工状態把握手段１９は、前述のように電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具１１による加工状態を把握する手段であり、把握結果は、数値制御装置１４の加工状態対応処理手段４６に送られる。この把握結果は、電流検出値そのままであっても良く、また電流検出値を設定値と比較した比較結果であっても良く、さらに電流検出値から所定の演算処理をした値であっても良く、さらにその演算処理を設定値と比較した結果であっても良い。制御手段４３が、前記のように変位検出手段２８，３８の検出値を積分回路または比例積分回路で演算した値に従って励磁電流の制御を行うものである場合は、加工状態把握手段１９は、電流検出値そのものから主軸４の静負荷を換算するものとされる。
また、加工状態把握手段１９は、各電流検出手段１５〜１８の検出電流値に対して個々に加工状態の把握結果を出力するものとしてあるが、複数の電流検出手段１５〜１８の検出電流値を総合的に判断した加工状態の把握結果を出力するものであっても、各電流検出手段１５〜１８のうちの特定の一つまたは複数の検出電流値のみで加工状態を把握するものであっても良い。
【００３２】
図９は、加工状態把握手段１９の具体例の一つを示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、各々平滑化する電流平滑部１９ａと、この電流平滑部１９ａの平滑値出力からスピンドルの静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｂとを有するものとしてある。加工状態把握部１９ｂは、具体的には、例えば、換算されたスピンドル静負荷を設定値と比較し、設定値を超えた場合に異常の出力を行うものとされる。
図１２は加工状態把握部１９ｂで行う処理の一例を示す。主軸４ａの静負荷は、一定の加工を続ける場合、曲線ａで示すように一定の値となる。工具摩耗が進んだり、工具の損傷が生じた場合は、曲線ｂや曲線ｃに示すように変化する。そこで、設定値として、適正な負荷として許容できる上限値と下限値とを定め、その範囲（斜線部分）にあるときは、工具が正常であり、この範囲から曲線ｂ，ｃのように外れた場合に、工具異常の異常信号を、加工状態の把握結果として出力する。なお、この明細書で「平滑値出力をスピンドル静負荷に換算する」とは、負荷の単位に換算する場合と、負荷として設定値と比較し易い値に平滑値出力を電流値等のままで換算する場合との両方を含む。
【００３３】
図１０は、加工状態把握手段１９の他の具体例を示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、周波数分析する周波数分析部１９ｃと、この周波数分析部１９ｃから出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｄとを有するものとしてある。
図１３は加工状態把握部１９ｃで行う処理の一例を示す。一定の加工を続ける場合、電流検出値の周波数分析結果は、曲線ｄで示すように、各周波数成分の振幅が異なった略一定の波形となる。そこで、所定の周波数帯毎に許容できる振幅の設定値ｍ１，ｍ２…を設定しておき、いずれかの周波数成分の振幅値が、例えば破線で示す曲線部分ｅのように、対応する周波数帯の設定値ｍ２を超えると、工具異常であると判定する。
【００３４】
なお、加工状態把握手段１９は、前記各具体例では、電流検出手段１５〜１８の電流検出値から加工状態を把握するものとしたが、加工状態把握手段１９は、変位検出手段２８，３８の検出値から加工状態を把握するものとしても良い。
例えば、加工状態把握手段１９は、図１１に示すように、変位検出手段２８，３８の変位センサアンプの出力を周波数分析する周波数分析部１９ｅと、この周波数分析部１９ｅから出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｆとを有するものとしても良い。
【００３５】
図１に示すように、前記各構成の加工状態把握手段１９は、設定部１９ｇを有しており、設定値と比較して加工状態の把握結果を出力するものである場合に設定部１９ｇが用いられる。この設定部１９ｇは、数値制御装置１４や他の手段の指令により、各種の設定値が変更可能に設定され、または予め複数設定された各設定値が選択可能とされる。例えば、スピンドル装置の運転中に粗加工や仕上げ加工など、負荷の異なる加工が行われる場合は、工具の良否判断は負荷に応じた設定値で行う必要がある。設定部１９ｇは、このような設定値の変更が可能とされていて、数値制御装置１４の加工の変更に伴う信号を検出して設定値を変更する。
【００３６】
外部出力手段４４は、電流検出手段１５〜１８の電流検出値や、加工状態把握手段で把握された経過や結果、例えば電流平滑部１９ａ（図９）の平滑値出力、周波数分析部１９ｃ，１９ｅで出力された各周波数成分の振幅値等を、スピンドルコントローラ３の外部に出力する手段である。外部出力手段４４は、後に説明するように、温度測定対応出力７７の出力を外部に出力する手段を兼用している。数値制御装置１４は、この外部出力手段４４を介して加工状態が入力されるものとしても良く、また外部出力手段４４の出力は、数値制御装置１４とは別の情報処理手段、例えば加工状態の統計処理用の情報処理手段に入力されるようにしても良い。
数値制御装置１４に設けられる加工状態対応処理手段４６は、加工状態把握手段１９の把握結果の出力に従い、警報の発生や加工装置の強制停止など、工具不良等に対する所定の処理を加工装置１３に行わせるものである。
【００３７】
外部指令応答オンオフ手段２０は、スピンドルコントローラ３の外部の指令によって、静圧磁気複合軸受６〜９における磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオンオフする手段である。外部指令応答オンオフ手段２０による励磁のオンオフは、磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの全てにつき行うようにしても、また特定のものだけにつき行うようにしても良い。図１の例では、外部指令応答オンオフ手段２０は、電磁石用パワー回路４２から磁気軸受６Ｂ〜９Ｂに接続された各電気回路部分に、制御信号で応答するスイッチを介在させたものとしてある。
外部指令応答オンオフ手段２０は、図１４に示すように、電源４１と電磁石用パワー回路４２との間に設けても良く、また図１５に示すように制御手段４３と電磁石用パワー回路４２との間に設け、電磁石用パワー回路４２に対して電流が零となる指令を与えるようにしても良い。
【００３８】
数値制御装置１４の励磁オンオフ指令生成手段４５は、数値制御による加工の進行に伴って、加工プログラム５０の指令に応じて外部指令応答オンオフ手段２０にオンオフ指令を与えるものとしてある。この場合に、励磁オンオフ指令生成手段４５は、例えば、加工プログラム５０の所定の指令が数値制装置１４で解読されたとき、または実行されるときに数値制御装置１４内で発生する所定の指令によって、励磁オンオフ指令を生成するものとされる。なお、外部指令応答オンオフ手段２０へのオンオフ指令は、数値制御装置１４とは別のコンピュータ等の情報処理手段等から行うようにしても良い。
【００３９】
図７は、外部指令応答オンオフ手段２０をオンオフさせて加工するときの制御の一例を示す。この例は、図６に示す加工プログラム５０のように、粗加工指令の後で仕上加工指令がある場合に適用される例である。まず、粗加工指令（Ｓ１）により励磁をオン（Ｓ２）にした後、主軸４を起動する（Ｓ３）。この状態で、静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧および磁力の両方で主軸４を支持する。
仕上加工指令があるまでは、このまま励磁オンを維持する（Ｓ４）。仕上加工指令があると、励磁をオフにし（Ｓ５）、静圧磁気複合軸受６〜９は静圧気体軸受６Ａ〜９Ａのみで支持する。加工の終了や、別部位の粗加工等の所定の指令があると（Ｓ６）、励磁をオンにし（Ｓ７）、静圧および磁力の両方で主軸４を支持する。
【００４０】
このように、粗加工時に磁気軸受６Ｂ〜９Ｂをオフとし、仕上げ加工時に磁気軸受６Ｂ〜９Ｂとすることにより、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現できる。
【００４１】
図１６と共に、ハウジング５等の熱膨張への対処を主に説明する。スピンドル装置１は、冷却手段７１を有しており、この冷却手段７１は、ハウジング５に設けたウォータージャッケット等の冷却媒体路７２と、この冷却媒体路７２に冷却水等の冷却媒体を循環させる冷却ユニット７３とで構成される。主軸４には、低熱膨張材料、例えばインバー材等の低熱膨張軟磁性材などが用いられている。
ハウジング５には温度測定手段７６が設けられ、スピンドルコントローラ３に温度測定対応出力手段７７、外部出力手段４４、記憶手段７９、書き込み手段８０、および読み出し手段８１が設けられている。また、数値制御装置１４に、温度対応処理手段１００として、冷却制御手段８２、温度補正手段８３、強制停止手段８８、および警報手段８９が設けられている。
温度測定手段７６は、主軸４の鍔部４ａよりも先端側のハウジング温度を検出するものであり、白金抵抗素子や熱電対等の感温素子が用いられている。温度測定手段７６は、磁気軸受６の電磁石コイル２５（図４）の抵抗の測定値を利用するものであっても良い。
【００４２】
温度測定対応出力手段７７は、この例では比較手段８４とディジタル変換手段８５で構成されている。比較手段８４は、温度測定手段７６の出力である温度測定値を、しきい値となる設定値と比較し、設定値を超える場合に異常信号を出力するものであり、例えば、電子回路素子の比較器が用いられる。比較手段８４は、複数の設定値に対応していて、複数段階の異常信号を出力するものであっても良い。ディジタル変換手段８５は、温度測定手段７６のアナログ信号の出力をディジタル値に変換する手段であり、比較手段８４の出力が単なる二値信号である場合に、比較手段８４の出力を複数桁で示されるディジタル値に変換する手段を兼ねる。温度測定対応出力手段７７は、これらディジタル変換手段８５から出力される温度測定値や、ディジタル値による異常信号を出力とする。なお、比較手段８４の異常信号は、そのまま温度測定対応出力手段７７の出力としても良い。
【００４３】
書き込み手段８０は、温度測定対応出力手段７７の出力であるディジタル値の温度測定値および異常信号を記憶手段７９に記憶させる手段である。記憶手段７９は、次々と出力されるこれら温度測定値および異常信号を、蓄積して記憶可能なものである。記憶手段７９は、メモリ素子の他、磁気ディスク装置やその他の大容量記憶装置等で構成される。
【００４４】
外部出力手段４４は、温度測定対応出力手段７７の各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出力する手段であり、単なる出力ポートからなるインタフェースであっても良いが、この例ではさらに通信手段８６と読み出し手段８１を有するものとしてある。通信手段８６は、電話回線網，データ通信回線網等の通信回線８７を介して遠隔地に通信を行う手段である。読み出し手段８１は、スピンドルコントローラ３の外部からの指令に応じて記憶手段７９から記憶データを出力させる手段であり、外部指令に応じて、記憶手段８１に記憶された任意のスピンドル運転時の温度測定値および異常信号を出力可能としてある。
なお、外部出力手段４４は、この例では図１の加工状態把握手段１９の出力を外部に行う手段と兼用させているが、加工状態把握手段１９および温度測定対応出力手段７７に対して、各々別の外部出力手段を設けても良い。また、書き込み手段８０は、加工状態把握手段１９の出力を記憶手段７９に記憶させる手段を兼用するものであっても良く、その場合、読み出し手段８１も外部からの指令に応じて記憶手段７９の加工状態把握結果に関する記憶内容を出力可能とする。
【００４５】
数値制御装置１４に設けられた温度対応処理手段１００の手段を説明する。
強制停止手段８８は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して、加工装置１３を強制停止させる手段である。 警報手段８９は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して警報を発生する手段であり、警報として、警報音の発生、警報ランプの点灯、表示装置画面における警報の表示等を行う。
【００４６】
冷却制御手段８２は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して冷却手段７１を制御する手段であり、例えば、冷却ユニット７３に冷却強度を強める指令を与える。
【００４７】
温度補正手段８３は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された温度測定値に応じて、スピンドル位置決め機構７５を制御する手段である。すなわち、スピンドル位置決め機構７５の移動量は、基本的には加工プログラムの指令値に従って制御されるが、温度補正手段８３は、この送り量を所定の温度補正演算式に従い、温度測定値に応じて変更する。
この温度補正演算では、例えば、スピンドル装置取付位置Ｐから工具先端までの寸法（Ｃ寸法）の温度変化に伴う変化量を、スピンドル送り量の補正値として加える演算を行う。この工具先端のアキシアル位置を示すＣ寸法は、工具１１の先端からスピンドル鍔部４ａまでの主軸４の寸法（Ａ寸法）と、スピンドル装置取付位置Ｐからスピンドル鍔部４ａまでのハウジング５の寸法（Ｂ寸法）との差である。したがって、Ｂ寸法のハウジング熱膨張量と、Ａ寸法のスピンドル熱膨張量との差によって、Ｃ寸法の熱膨張量が演算される。ハウジング５と主軸４とは、非接触であり、温度や温度変化に差があるため、ハウジング５の温度測定手段７６では主軸４の温度は測定できない。また、スピンドル５は高速回転するため、別にセンサを設けて温度測定することも難しい。そのため、主軸４の熱膨張量は、温度測定手段７６の検出温度から推定演算した温度で演算するようにしても良く、また主軸熱膨張量を無視しても良い。このため、主軸４に低熱膨張材料を使用した場合は、熱膨張補正の誤差が小さくて済む。
【００４８】
図１７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、温度測定対応出力手段７７Ａは、換算手段９０を有し、その後段に比較手段８４Ａを有するものとしてある。また、温度測定対応出力手段７７Ａは、入力部にディジタル変換手段８５Ａを有し、温度測定値をディジタル値に変換した信号が換算手段９０に入力される。換算手段９０は、温度測定手段７６の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸４の先端のアキシアル位置、または主軸先端に取付けられた部材である工具１１の先端のアキシアル位置（Ｃ寸法）に換算する。比較手段８４Ａは、この換算手段９０から出力される換算値を設定値と比較し、換算値が設定値を超える場合に異常信号を出力する。温度測定対応出力手段７７Ａは、このようなディジタル変換手段８５Ａの温度測定値出力、換算手段９０の出力、および比較手段８４Ａの異常信号を出力する。
外部出力手段４４は、温度測定対応出力手段７７Ａの上記各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出力する。また、書き込み手段８０は、温度測定対応出力手段７７Ａの上記各出力を記憶手段７９に記憶させる。
温度補正手段８３Ａは、換算手段９０で出力される換算値を用いて温度補正演算を行うものとされる。
【００４９】
この実施形態におけるその他の構成，機能は、図１の実施形態と同じである。なお、この実施形態において、比較手段８４Ａは、換算値を比較する代わりに、図１の実施形態と同じく温度測定手段７６の温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良く、また温度測定手段７６のディジタル変換手段８５Ａで変換されたディジタル値による温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良い。
例えば、異常信号は、温度測定手段７６の温度測定値（またはそのディジタル変換値）を比較手段８４Ａで比較して発生させ、換算手段９０の換算値出力は、温度補正手段８３Ａによる温度補正演算に用いる。
【００５０】
これら図１６，図１７の実施形態のスピンドル装置１によると、スピンドル装置１の温度が変化しても、スピンドル位置決め量を温度補正することができ、高精度にワークＷを加工することができる。また、ハウジング温度の過度の上昇によるスピンドル装置異常時に、外部に信号を出し、スピンドル装置１を停止させたり、警報を出す等の処置が行える。
【００５１】
つぎに、通信系を説明する。図１に示すように、このスピンドル装置１は、スピンドルコントローラ３内、またはスピンドルコントローラ３とは別に、遠隔地の情報処理手段１２１と電話回線網等の通信回線８７で通信する通信手段８６を有している。通信手段８６は、外部出力手段４４を兼ねるものや、外部出力手段４４の一部として設けられたものであっても良く、また数値制御装置１４や、この数値制御装置１４の上位制御コンピュータとなる情報処理手段（図示せず）等に設けられてものであっても良い。
この通信手段８６は、スピンドル装置１の加工状態把握手段１９の出力、電流検出手段１５〜１８の電流検出値、電流平滑部１９ａ（図９）の平滑値出力、および周波数分析部１９ｃ，１９ｅ（図１０，図１１）で出力された各周波数成分の振幅値のいずかを通信可能なものとしてある。また、遠隔地の情報処理手段９１は、前記通信手段８６から通信された情報に所定の処理を施す機能を備えている。この所定の処理は、例えば加工状態の統計的処理や、スピンドルコントローラ３または数値制御装置１４を制御する指令の生成等である。
また、この遠隔地の情報処理手段１２１は、スピンドルコントローラ３の外部指令応答オンオフ手段２０にオンオフ指令を与える機能を持つものとしてある。情報処理手段１２１から外部指令応答オンオフ手段２０へのオンオフ指令の送信は、数値制御装置１４やこの数値制御装置１４の上位制御コンピュータとなる情報処理手段（図示せず）を介して行うようにしても良い。
さらに、通信手段８６は、温度測定対応出力手段７７の出力や記憶手段７９（図１６）の記憶内容を、通信回線８７を介して送信可能としてある。遠隔地の情報処理手段１２１は、通信された温度測定対応出力手段７７の出力に所定の処理を施して、この金型加工装置に指令を与えるものとしても良い。例えば、情報処理手段１２１に、温度対応処理手段１００の機能を持たせても良い。
【００５２】
図２０は通信系の展開例を示す。この金型加工装置１３を設置した事業所１０１には、他の加工装置１０２が複数設置されており、これら加工装置１３，１０２は、各々単独で、または複数台が共通の情報処理手段１０３，１０４に接続されている。これら情報処理手段１０３，１０４は、ウェブサーバ１１０、ファイバウォール１１１、およびルータ１１２等のネットワーク構成機器と共にローカルエリアネットワーク１１９を構成する。このローカルエリアネットワーク１１９は、通信回線８７によりインターネット１２０を介して、各々別の事業所１１３，１１４のローカルエリアネットワークに設置された遠隔地の情報処理手段１２１に通信機器１１６を介して接続されている。
金型加工装置１３は、基本的にはその数値制御装置１４が、情報処理手段１０３に接続され、この情報処理手段１０３を介してローカルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続された構成とされているが、これと併用して、あるいはこれとは別に、数値制御装置１４やスピンドルコントローラ３に設けられた通信手段８６から直接にローカルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続された通信系統を備えるものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置におけるスピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】そのスピンドル装置本体の縦断面側面図である。
【図３】同スピンドル装置本体の横断正面図である。
【図４】ラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図５】アキシアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図６】数値制御装置の概念構成を示すブロック図である。
【図７】静圧磁気複合軸受における磁気軸受の励磁オンオフ制御例を示す流れ図である。
【図８】加工状態把握手段の基本構成を示すブロック図である。
【図９】加工状態把握手段の変形例を示すブロック図である。
【図１０】加工状態把握手段の他の変形例を示すブロック図である。
【図１１】加工状態把握手段のさらに他の変形例を示すブロック図である。
【図１２】電流平滑による加工状態把握の例を示すグラフである。
【図１３】周波数分析による加工状態把握の例を示すグラフである。
【図１４】外部指令応答オンオフ手段の配置を異ならせたスピンドルコントローラのブロックである。
【図１５】外部指令応答オンオフ手段の配置をさらに異ならせたスピンドルコントローラのブロックである。
【図１６】同金型加工装置におけるスピンドル装置の温度測定対応出力手段を主に示すブロック図である。
【図１７】温度測定対応出力手段の変形例を主に示すスピンドル装置の概念構成のブロック図である。
【図１８】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置の全体の正面図とその制御系の概略ブロック図とを併せて示す説明図である。
【図１９】同金型加工装置のテーブル部分の平面図である。
【図２０】同金型加工装置の通信系の展開例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…スピンドル装置
２…スピンドル装置本体
３…スピンドルコントローラ
４…主軸
５…ハウジング
６〜９…静圧磁気複合軸受
６Ａ〜９Ａ…静圧気体軸受
６Ｂ〜９Ｂ…磁気軸受
１０…スピンドル駆動源
１１…工具
１４…数値制御装置
１５〜１８…電流検出手段
１９…加工状態把握手段
１９ａ…電流平滑部
１９ｂ，１９ｄ，１９ｆ…加工状態把握部
１９ｃ，１９ｅ…周波数分析部
２０…外部指令応答オンオフ手段
２８，３８…変位検出手段
４４…外部出力手段
４５…励磁オンオフ指令生成手段
４６…加工状態対応処理手段
５１…テーブル装置
７１…冷却手段
７５…スピンドル位置決め装置
７６…温度測定手段
７７，７７Ａ…温度測定対応出力手段
７８…外部出力手段
７９…記憶手段
８０…書き込み手段
８２…冷却制御手段
８３…温度補正手段
８６…通信手段
８７…通信回線
１００…温度対応処理手段
１２１…遠隔地の情報処理手段
Ｗ…ワーク
【技術分野】
【０００１】
この発明は、成形金型の切削加工や研削加工等に用いられる金型加工装置、特にそのスピンドル装置に静圧磁気複合軸受を備えた金型加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、金型加工において、高能率で高精度な加工が注目されている。このような加工を実現するためには、高速回転が可能で、高回転精度を有し、静剛性・動剛性の高いスピンドル装置が必要であり、さらに加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが要求される。
しかし、スピンドル装置に装備される軸受の機能の限界などから、このような要求を満足することができなかった。
一方、本出願人は、一般の高速切削加工に用いるスピンドル装置として、静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリッド型の非接触軸受を用いるものを提案した（特願平１０−０９７５０５号など）。これによれば、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かした軸受とできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、金型加工機において、このような静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化した静圧磁気複合軸受で主軸を支持し、上記のような各種の要求に対応しようとするものである。加工状態の検出のための加工負荷の測定は、一般的には、主軸回転のためのモータ出力の測定値から、加工時の負荷を推測する方式が採られる。
しかし、このような静圧磁気複合軸受を用い、また加工条件を制御する金型加工装置においても、さらに、次のような未解決の課題がある。
1)モータ出力測定値から加工時の負荷を推測する方式では、加工状態検出のために専用の測定機器を必要とし、システムコストがかかる。
2)モータ出力測定値から加工状態を検出する方式では、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が行えない。
3)静圧磁気複合軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受の両方の特性を持つ。そのため、磁気軸受用センサの分解能が低い場合には、主軸の回転精度はこの分解能によって決まり、静圧気体軸受の持つ高回転精度を十分に生かすことができない。
4)静圧磁気複合軸受スピンドル装置を高速回転させると、静圧気体軸受部での損失（風損）によって、主軸およびハウジングの温度が上昇し、これらの温度上昇に伴う軸方向熱膨張量から、スピンドル装置先端の工具のアキシアル位置が変化する。このため、高精度な加工が困難になる。
【０００４】
この発明の目的は、主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える金型加工装置を提供することである。
この発明の他の目的は、加工中の加工状態の検出を可能としながら、高価な負荷測定用装置を設けることを不要とし、低コスト化を図ることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸の静負荷の検出を可能とすることである。 この発明のさらに他の目的は、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出を簡単な構成で可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、静圧気体軸受での風損等によりハウジング等の温度が変化しても、高精度に加工可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、ハウジング温度の上昇等の異常時に、その異常が容易に認識できて、至急に対処が図れるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、遠隔地で加工状態の監視や制御を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の構成を、実施形態に対応する図１と共に説明する。この発明の金型加工装置は、工具（１１）を回転させるスピンドル装置（１）を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置（１）を、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）とが複合化された静圧磁気複合軸受（６〜９）で主軸（１）を支持した構成を基本とする。これによれば、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の優れた静剛性という両軸受の特長を生かした軸受構造となり、主軸（１）の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える。
この発明の展開発明である次の第１〜第４の発明は、上記構成を基本とし、かつ次のいずれかの事項を設けたものである。
この発明における第１の発明の金型加工装置は、前記磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流を検出する電流検出手段（１５〜１８）と、この電流検出手段（１５〜１８）の電流検出値から前記工具（１１）による加工状態を把握する加工状態把握手段（１９）とを備えたものである。
この構成によると、静圧磁気複合軸受（６〜９）における磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出値から、加工状態把握手段（１９）により加工状態が把握できる。すなわち、加工中に工具（１１）に作用する負荷で、主軸（４）がラジアル方向などに変位しようとすると、この変位を復元させるように、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流が磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の持つ制御機能により変化する。そのため、励磁電流から、例えば工具摩耗，工具損傷や、加工不良等の加工状態が把握できる。このように加工状態把握手段（１９）を設けたため、静圧磁気複合軸受（６〜９）の高機能、すなわち高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有するという機能と相まって、加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気複合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層高精度な加工が行える。しかも、検出器類は、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁電流の電流検出手段（１５〜１８）を設けるだけで良く、外部に負荷測定用装置を設けることが不要であり、またモータの電流を検出するものに比べて、簡単なもので済み、低コストにできる。
【０００６】
第１の発明において、加工状態把握手段（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）の電流検出値を平滑化する電流平滑部と、この電流平滑部の平滑値出力から主軸の静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとしても良い。
このように、静負荷換算結果から加工状態を把握することで、微小時間に生じる負荷変動や外乱に左右されずに、制御に必要な加工状態の把握が、簡単に精度良く行える。
【０００７】
この発明の第２の発明の金型加工装置は、主軸（４）の変位を検出する変位検出手段（２８，３８）と、この変位検出手段（２８，３８）の変位検出値から工具（１１）による加工状態を把握する加工状態把握手段（１９）とを備えたものである。
加工中に工具（１１）に作用する負荷で主軸（４）が変位を生じると、変位検出手段（２８，３８）でその変位が検出される。そのため、この変位検出値から加工状態が把握できる。したがって、上記の加工状態把握手段（１９）を設けることで、静圧磁気複合軸受（６〜９）における、高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有するという機能と相まって、加工状態を検出しながら、最適な加工条件で加工することが可能となり、静圧磁気複合軸受（６〜９）の特長を生かした高能率でより一層高精度な加工が行える。しかも変位検出手段（２８，３８）は、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の制御のために磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）に一般に設けられる検出手段であるため、専用の検出手段を設けることなく、加工状態の把握が行え、低コストで加工精度の向上が図れる。
【０００８】
上記第１，第２の発明において、加工状態把握手段（１９）は、電流検出手段（１５〜１８）または変位検出手段（２８，３８）の出力を周波数分析する周波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとしても良い。
工具や、ワーク、加工装置の固有振動、あるいは主軸回転数などから、工具に作用する負荷は工具の振動として表れ、工具損傷等の加工状態は、その工具損傷，加工不良の種類等によって振動周波数に特有の傾向を示す。そのため、周波数分析部を設け、加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部を設けることで、各周波数成分の平均化された負荷の検出では観測できない精度の良い加工状態の検出ができる。また、周波数分析を行うため、周波数フィルタに比べて簡単な構成で多数の周波数帯の分析が可能となる。
【０００９】
この発明における第３の発明の金型加工装置は、前記静圧磁気複合軸受（６〜９）を制御するスピンドルコントローラ（３）を備え、このスピンドルコントローラ（３）の外部の指令によって磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段（２０）を設けたものである。
磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）をオフした場合は、静圧磁気複合軸受（６〜９）における静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）のみで主軸（４）が支持され、磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）をオンした場合は、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）と磁気軸受（６Ｂ〜９Ｂ）との両方で主軸（４）が支持される。両軸受（６Ａ〜９Ａ，６Ｂ〜９Ｂ）による支持と、静圧気体軸受（６Ａ〜９Ａ）のみによる支持は、スピンドルコントローラ（３）の外部からの指令で切換られる。そのため、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受（６〜９）の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られる。
【００１０】
励磁オンオフの外部の指令は、金型加工装置機械部（１３ａ）を制御する数値制御装置（１４）から与えられる指令であっても良い。このように数値制御装置（１４）から励磁オンオフ指令を与えるようにすることで、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定が可能になる。
【００１１】
励磁オンオフの外部の指令は、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする指令であっても良い。
これにより、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現できる。すなわち、一般に、高能率で高精度な加工は、粗加工と仕上げ加工の２段階で行われる。粗加工では、単位時間当たりの被削材除去量を大きくして高能率化を狙い、仕上げ加工では逆にこの除去量を小さくして高精度を狙う。そのため、粗加工時には主軸への負荷が大きくなり、主軸性能として剛性・負荷容量が必要であり、仕上げ加工では高回転精度が必要である。上記のように励磁のオンオフを行うことで、このような加工種類による要求に応じることができる。
【００１２】
この発明における第４の発明の金型加工装置は、スピンドルハウジング（５）の温度測定手段（７６）と、この温度測定手段（７６）の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段（７７）と、この手段（７７）の出力から所定の処理を行う温度対応処理手段（１００）とを設けたものである。
温度測定対応出力手段（７７）の前記所定の出力は、
次の1)〜3)、すなわち、
1)．前記温度測定手段（７６）の出力（つまり温度測定値）、
2)．前記温度測定手段（７６）の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端若しくは工具（１１）の先端のアキシアル位置に換算した換算値、および
3)．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較して求められた異常信号、
のうちの少なくとも一つである。
前記換算値は、位置データとして取扱可能な値であれば良く、実際の位置データに対して比例した値や、基準位置からの変位量を示す値であっても良い。
この構成の場合、静圧気体軸受の損失（風損）等による発熱でスピンドル装置（１）の温度が上昇しても、温度測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値や、熱変位演算されたアキシアル位置の換算値により、送り量を補正することができ、高精度にワークを加工することができる。温度測定対応出力手段（７７）の出力が異常信号である場合は、ハウジング温度の過度の上昇などのスピンドル異常時に、その異常信号を外部で検出してスピンドル装置（１）を停止するなどの適宜の処理が迅速に行える。
【００１３】
この発明において、前記主軸（４）の設置されたハウジング（５）を冷却する冷却手段（７１）を設け、前記温度測定対応出力手段（７７）の出力に応答して前記冷却手段（７１）（実施形態に対応する図１６参照）の冷却動作を制御する冷却制御手段（８２）を設けても良い。
このように温度測定結果に応じた出力で冷却手段（７１）を制御することで、ハウジング（５）の適正な冷却が簡単に行える。
【００１４】
この発明において、前記主軸（４）の設置されたハウジング（５）を主軸（４）の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構（７５）を設け、前記温度測定対応出力手段（７７）から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段（８３）を設けても良い。
このようにスピンドル位置決め機構（７５）を設けた場合に、温度測定値やその換算値で主軸位置を温度補正制御することにより、高精度にワークを加工することができる。
【００１５】
この発明において、主軸（４）を回転させる回転駆動源（１０）を、主軸（１）の設置されたハウジング（５）に内蔵したモータとしても良い。
【００１６】
この発明において、加工状態把握手段（１９）の把握内容を通信回線（８７）で遠隔地に送信する通信手段（８６）を設けても良い。
このように通信回線（８７）による通信機能を持たせることで、遠隔地で工具の負荷や加工状態を把握することができ、遠隔地で多数の金型加工装置のスピンドル装置を集中管理することが可能になる。
また、この発明において、温度測定対応出力手段（７７）の出力を通信回線（８７）で遠隔地に送信する通信手段（８６）を設けても良い。
これにより、遠隔地でハウジング（５）の温度やその温度変化に伴う熱変位状態を把握することができ、遠隔地での集中管理が可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の金型加工装置は、主軸の支持に静圧磁気複合軸受を用いたものであるため、主軸の高速回転が可能で、高回転精度、高静剛性・動剛性を有し、高能率で高精度な加工が行える。
静圧磁気複合軸受を用いると共に、上記の各手段を設けた場合は、より一層高能率で高精度な加工が行える。
静圧磁気複合軸受の磁気軸受の励磁電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の電流検出値から工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた場合は、外部に負荷測定用装置を設けることなく加工状態の把握が行え、最適な加工条件でより一層高精度な加工を行うことができる。
電流検出手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部を設けた場合は、主軸の静負荷の検出が可能となる。
主軸の変位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の変位検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた場合は、専用のセンサ類を設けることなく、加工状態の把握が可能となり、一層の低コスト化が図れる。
電流検出手段または変位検出手段の出力を周波数分析する周波数分析部を設けた場合は、主軸の回転周波数に関係する加工状態の検出が、簡単な構成で可能になる。
スピンドルコントローラの外部の指令によって磁気軸受の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段を設けた場合は、所望の加工条件に応じた最適な軸受設定が随時行えて、静圧磁気複合軸受の機能を効果的に発揮させ、より一層の高回転精度が得られる。
特に、励磁オンオフの指令を数値制御装置から与える場合は、加工の進行に伴って変化する加工条件に応じ、迅速に最適な軸受設定が可能になる。特に、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする場合は、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、一層高能率、高精度の加工を実現できる。
スピンドルハウジングの温度測定手段と、その度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段とを設けた場合は、ハウジング等の温度が変化しても、高精度に金型を加工することができる。
温度測定値やその寸法換算値を設定値と比較して異常信号を求めるようにした場合は、ハウジング温度の異常上昇時等に、至急に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１８は、この金型加工装置の全体を示す概念図である。この金型加工装置は、工具１１を回転させるスピンドル装置１と、金型に加工されるワークＷを移動させるテーブル装置５１とを備える。スピンドル装置１は、機構部分からなるスピンドル装置本体２と、これを制御するスピンドルコントローラ３とで構成される。スピンドル装置本体２とテーブル装置５１とで、加工装置本体１３ａが構成され、加工装置本体１３ａは数値制御装置１４により制御される。
スピンドル装置本体２は、テーブル装置５１の対向位置で、基台５２にガイド５３およびスピンドル設置台７４を介して進退自在に設置され、スピンドル位置決め機構７５によりスピンドル軸方向（Ｚ軸方向）に進退駆動される。テーブル装置５１は、図１９に示すようにワークＷを載置するテーブル５５を、スピンドル軸方向（Ｚ軸）に対して垂直な直交する２軸方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動自在に設けたものであり、各方向のテーブル駆動装置５６，５７の駆動によって進退移動する。テーブル５５は、Ｙ軸方向に移動可能な下段側テーブル５５ａ上に、Ｘ軸方向に移動可能に上段側テーブル５５ｂを設置した２段構造とされている。各軸のテーブル駆動装置５６，５７およびスピンドル位置決め機構７５は、各々ボールねじおよびサーボモータで構成されている。この例では、スピンドル軸方向（Ｚ軸）が鉛直方向に、テーブル装置５１の移動方向（Ｘ，Ｙ方向）が水平とされている。なお、スピンドル軸方向（Ｚ軸）を水平方向や傾斜方向とし、これに対応してテーブル移動方向（Ｘ，Ｙ方向）を鉛直面内の各方向としても良い。
【００１９】
スピンドル装置１につき、まず、その本体２およびコントローラ３の概略を説明する。図１はスピンドル装置１の概念構成を示すブロック図である。
スピンドル装置本体２は、主軸４を、ハウジング５に設置された複数のラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７とアキシアルの静圧磁気複合軸受８，９で支持し、スピンドル駆動源１０を設けたものである。各々の静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧気体軸受６Ａ〜９Ａと、磁気軸受６Ｂ〜９Ｂを複合させたものであり、スピンドルコントローラ３で制御される。主軸４は、先端に工具１１を把持するチャック１２を有している。
スピンドルコントローラ３は、静圧磁気複合軸受６〜９を構成する磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁電流を検出する電流検出手段１５〜１８と、この電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具１１による加工状態を把握する加工状態把握手段１９とを備える。また、スピンドルコントローラ３には、数値制御装置１４等から送られる外部の指令によって磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段２０が設けられている。さらに、スピンドルコントローラ３には、ハウジング５に設けられた温度測定手段７６の出力から所定の出力を求める温度測定対応出力手段７７が設けられている。
【００２０】
スピンドル装置本体２につき、図２〜図５と共に説明する。このスピンドル装置１は、加工装置１３のビルトインモータ形式のスピンドル装置であって、スピンドル駆動源１０は、各軸受６〜９の設置されたハウジング５内に設置されている。このモータからなるスピンドル駆動源１０は、主軸４に一体に設けたられたロータ２１と、ハウジング５に設置されたステータ２２とで構成される。ハウジング５は略円筒状に形成されている。スピンドル駆動源１０は、ビルトイン型とせずに、ハウジング５の外部に設けて伝達機構を介して主軸４に回転伝達するものであっても良い。
各軸受６〜９とスピンドル駆動源１０の配置は、この例では、主軸４の前部（工具側部）および後部をラジアル型の静圧磁気複合軸受６，７で支持し、その中間をアキシアル型の静圧磁気複合軸受８，９で支持し、後端にスピンドル駆動源１０を配置した構成としてある。上記配置に代えて、両ラジアル型軸受６，７の中間にスピンドル駆動源１０を配置し、アキシアル型軸受８，９を主軸４の任意位置に配置しても良い。また、アキシアル型軸受８，９は、非接触軸受であれば良く、静圧磁気複合軸受に代えて、単独の磁気軸受または静圧気体軸受を用いても良い。
【００２１】
ラジアル型の各静圧磁気複合軸受６，７は、互いに同じ構成のものであり、片方の軸受６につき、図３に横断面を示すと共に、図４に縦断面を拡大して示す。静圧磁気複合軸受６，７は、各々静圧気体軸受６Ａ，７Ａと磁気軸受６Ｂ，７Ｂとを複合化させたものである。この明細書で言う複合化とは、静圧および磁気の両形式の軸受を共通部分が生じるように組み合わせることを意味し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面とに共通部分（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部の部品が共通化されるものであれば良い。
【００２２】
この実施形態では、図４に示すように、磁気軸受６Ｂ，７Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受６Ａ，７Ａの絞り２４ａを設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるようにしてある。コア２３は、軸方向に離れた一対の主コア部２３ａ，２３ａと、これら主コア部２３ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂと、両主コア部２３ａ，２３ａのスピンドル側端から対向して延びる延出部２３ｃ，２３ｃとで、縦断面がＣ字状に形成されている。主コア部２３ａと延出部２３ｃの内径側面は、主軸４と所定の磁気ギャップを形成する円筒面とされている。磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、このコア２３の連結コア部２３ｂにコイル２５を巻装したものである。コイル２５は、樹脂材等の非磁性体２６に埋め込まれている。
【００２３】
静圧気体軸受６Ａ，７Ａは、コア２３および非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に軸受隙間ｄを形成する静圧軸受面６Ａａ，７Ａａと、コア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸受面６Ａａ，７Ａａに開口する絞り２４ａとで構成される。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開口した給気孔２４の先端に設けられている。
図３に階段断面を示すように、コア２３は、主軸４の回りの円周方向複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジング５に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間の隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。この非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６（図４）と一体のものであっても良い。
【００２４】
磁気軸受６Ｂ，７Ｂは、主軸４とコア２３との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段２８を有している。この変位検出手段２８は、変位量を直接に検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受隙間ｄの静圧を検出することで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位検出手段２８は、静圧軸受隙間ｄに先端が開口した圧力検出用の通気路２８ａと、この通気路２８ａに連通したセンサ２８ｂとで構成される。センサ２８ｂは、図２のようにコア２３から軸方向に離れた位置に配置されている。通気路２８ａは、細孔またはパイプで形成されていて、静圧軸受隙間ｄにはコア２３の延出部２３ｃ，２３ｃ間における非磁性体２６の部分で開口している。図２は、図面を見易くするために絞り２４ａと通気路２８ａの開口位置を周方向にずらせて図示してあるが、実際は互いに周方向の同じ位置とされている。
【００２５】
図５は、アキシアル型の静圧磁気複合軸受８，９の拡大図である。この一対の軸受８，９は、主軸４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング５内に設置されたものであり、互いに一つの両面式アキシアル型静圧気体軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複合軸受８，９は、互いに同じ構成のものである。これら静圧磁気複合軸受８，９は、各々静圧気体軸受８Ａ，９Ａと磁気軸受８Ｂ，９Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受８Ｂ，９Ｂの電磁石のコア３３に、静圧気体軸受８Ａ，９Ａの絞り３４ａを設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、スピンドル鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が収められている。開き部３３ｄは非磁性体で埋められている。コア３３は、図示の例では断面Ｌ字状の内周コア部３３ａと外周コア部３３ｂとの組立構成としてあるが、一体物であっても良い。コア３３には軸方向に間座２９が隣接している。
【００２６】
アキシアル型の静圧気体軸受８Ａ，９Ａは、コア３３の側面で形成されてスピンドル鍔部４ａとの間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面８Ａａ，９Ａａと、コア３３に設けられて静圧軸受面８Ａａ，９Ａａに開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設けられている。
【００２７】
アキシアル型の磁気軸受８Ｂ，９Ｂは、スピンドル鍔部４ａとコア３３との磁気ギャップの変位を検出する変位検出手段３８を有している。この変位検出手段３８も、変位量を直接に検出するものであっても良いが、この例では、静圧軸受隙間ｄ２の静圧を検出することで、その圧力検出値を変位量に換算して磁気ギャップの変位を検出するものとしてある。具体的には、変位検出手段３８は、静圧軸受隙間ｄ２に先端が開口した圧力検出用の通気路３８ａと、この通気路３８ａに連通したセンサ３８ｂ（図２）とで構成される。
【００２８】
各静圧磁気複合軸受６〜９における静圧気体軸受６Ａ〜９Ａの給気孔２４，２４には、ハウジング５内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
【００２９】
制御系につき説明する。図１に示すように、スピンドルコントローラ３は、そのコントローラ基本部３ａに、電源４１、電磁石用パワー回路４２、および制御手段４３を有する。電磁石用パワー回路４２は、電源４１から供給された電流を、制御手段４３の制御に従って、各静圧磁気複合軸受６〜９の磁気軸受６Ｂ〜９Ｂに励磁電流として与える手段であり、電流増幅回路等で構成される。制御手段４３は、各静圧磁気複合軸受６〜９における変位検出手段２８，３８の検出値に応じて、主軸４の変位が復元するように、各磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁電流を制御する手段である。制御手段４３は、具体的には、例えば、変位検出手段２８，３８の検出値を積分回路または比例積分回路で演算した結果に応じて励磁電流の制御指令を与えるものとされる。
【００３０】
この実施形態では、この基本構成のスピンドルコントローラ３に、前記の電流検出手段１５〜１８、加工状態把握手段１９、外部指令応答オンオフ手段２０、および温度測定対応出力手段７７を設けると共に、外部出力手段４４を設け、かつ数値制御装置１４に励磁オンオフ指令生成手段４５、加工状態対応処理手段４６、および温度対応処理手段１００を設けている。電流検出手段１５〜１８には、例えば電流検出器が用いられる。
数値制御装置１４は、図６に示すように、数値制御機能部１４ａとプログラマブルコントローラ機能部１４ｂとを有し、数値制御機能部１４ａは、加工プログラム５０を解読して加工装置本体１３ａの各軸の数値制御を行うと共に、加工プログラム５０に記述されているシーケンス指令をプログラマブルコントローラ機能部１４ｂに転送する。プログラマブルコントローラ機能部１４ｂは、所定のシーケンスプログラムに従って加工装置本体１３ａのシーケンス制御を行う手段であり、このプログラマブルコントローラ機能部１４ｂに上記の励磁オンオフ指令生成手段４５と加工状態対応処理手段４６が設けられている。同図において、温度対応処理手段１００にはついては図示を省略してある。
【００３１】
図８は、加工状態把握手段１９の基本的な概念構成を示す。加工状態把握手段１９は、前述のように電流検出手段１５〜１８の電流検出値から工具１１による加工状態を把握する手段であり、把握結果は、数値制御装置１４の加工状態対応処理手段４６に送られる。この把握結果は、電流検出値そのままであっても良く、また電流検出値を設定値と比較した比較結果であっても良く、さらに電流検出値から所定の演算処理をした値であっても良く、さらにその演算処理を設定値と比較した結果であっても良い。制御手段４３が、前記のように変位検出手段２８，３８の検出値を積分回路または比例積分回路で演算した値に従って励磁電流の制御を行うものである場合は、加工状態把握手段１９は、電流検出値そのものから主軸４の静負荷を換算するものとされる。
また、加工状態把握手段１９は、各電流検出手段１５〜１８の検出電流値に対して個々に加工状態の把握結果を出力するものとしてあるが、複数の電流検出手段１５〜１８の検出電流値を総合的に判断した加工状態の把握結果を出力するものであっても、各電流検出手段１５〜１８のうちの特定の一つまたは複数の検出電流値のみで加工状態を把握するものであっても良い。
【００３２】
図９は、加工状態把握手段１９の具体例の一つを示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、各々平滑化する電流平滑部１９ａと、この電流平滑部１９ａの平滑値出力からスピンドルの静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｂとを有するものとしてある。加工状態把握部１９ｂは、具体的には、例えば、換算されたスピンドル静負荷を設定値と比較し、設定値を超えた場合に異常の出力を行うものとされる。
図１２は加工状態把握部１９ｂで行う処理の一例を示す。主軸４ａの静負荷は、一定の加工を続ける場合、曲線ａで示すように一定の値となる。工具摩耗が進んだり、工具の損傷が生じた場合は、曲線ｂや曲線ｃに示すように変化する。そこで、設定値として、適正な負荷として許容できる上限値と下限値とを定め、その範囲（斜線部分）にあるときは、工具が正常であり、この範囲から曲線ｂ，ｃのように外れた場合に、工具異常の異常信号を、加工状態の把握結果として出力する。なお、この明細書で「平滑値出力をスピンドル静負荷に換算する」とは、負荷の単位に換算する場合と、負荷として設定値と比較し易い値に平滑値出力を電流値等のままで換算する場合との両方を含む。
【００３３】
図１０は、加工状態把握手段１９の他の具体例を示す。この例では、加工状態把握手段１９は、前記電流検出手段１５〜１８の個々の電流検出値につき、周波数分析する周波数分析部１９ｃと、この周波数分析部１９ｃから出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｄとを有するものとしてある。
図１３は加工状態把握部１９ｃで行う処理の一例を示す。一定の加工を続ける場合、電流検出値の周波数分析結果は、曲線ｄで示すように、各周波数成分の振幅が異なった略一定の波形となる。そこで、所定の周波数帯毎に許容できる振幅の設定値ｍ１，ｍ２…を設定しておき、いずれかの周波数成分の振幅値が、例えば破線で示す曲線部分ｅのように、対応する周波数帯の設定値ｍ２を超えると、工具異常であると判定する。
【００３４】
なお、加工状態把握手段１９は、前記各具体例では、電流検出手段１５〜１８の電流検出値から加工状態を把握するものとしたが、加工状態把握手段１９は、変位検出手段２８，３８の検出値から加工状態を把握するものとしても良い。
例えば、加工状態把握手段１９は、図１１に示すように、変位検出手段２８，３８の変位センサアンプの出力を周波数分析する周波数分析部１９ｅと、この周波数分析部１９ｅから出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部１９ｆとを有するものとしても良い。
【００３５】
図１に示すように、前記各構成の加工状態把握手段１９は、設定部１９ｇを有しており、設定値と比較して加工状態の把握結果を出力するものである場合に設定部１９ｇが用いられる。この設定部１９ｇは、数値制御装置１４や他の手段の指令により、各種の設定値が変更可能に設定され、または予め複数設定された各設定値が選択可能とされる。例えば、スピンドル装置の運転中に粗加工や仕上げ加工など、負荷の異なる加工が行われる場合は、工具の良否判断は負荷に応じた設定値で行う必要がある。設定部１９ｇは、このような設定値の変更が可能とされていて、数値制御装置１４の加工の変更に伴う信号を検出して設定値を変更する。
【００３６】
外部出力手段４４は、電流検出手段１５〜１８の電流検出値や、加工状態把握手段で把握された経過や結果、例えば電流平滑部１９ａ（図９）の平滑値出力、周波数分析部１９ｃ，１９ｅで出力された各周波数成分の振幅値等を、スピンドルコントローラ３の外部に出力する手段である。外部出力手段４４は、後に説明するように、温度測定対応出力７７の出力を外部に出力する手段を兼用している。数値制御装置１４は、この外部出力手段４４を介して加工状態が入力されるものとしても良く、また外部出力手段４４の出力は、数値制御装置１４とは別の情報処理手段、例えば加工状態の統計処理用の情報処理手段に入力されるようにしても良い。
数値制御装置１４に設けられる加工状態対応処理手段４６は、加工状態把握手段１９の把握結果の出力に従い、警報の発生や加工装置の強制停止など、工具不良等に対する所定の処理を加工装置１３に行わせるものである。
【００３７】
外部指令応答オンオフ手段２０は、スピンドルコントローラ３の外部の指令によって、静圧磁気複合軸受６〜９における磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの励磁をオンオフする手段である。外部指令応答オンオフ手段２０による励磁のオンオフは、磁気軸受６Ｂ〜９Ｂの全てにつき行うようにしても、また特定のものだけにつき行うようにしても良い。図１の例では、外部指令応答オンオフ手段２０は、電磁石用パワー回路４２から磁気軸受６Ｂ〜９Ｂに接続された各電気回路部分に、制御信号で応答するスイッチを介在させたものとしてある。
外部指令応答オンオフ手段２０は、図１４に示すように、電源４１と電磁石用パワー回路４２との間に設けても良く、また図１５に示すように制御手段４３と電磁石用パワー回路４２との間に設け、電磁石用パワー回路４２に対して電流が零となる指令を与えるようにしても良い。
【００３８】
数値制御装置１４の励磁オンオフ指令生成手段４５は、数値制御による加工の進行に伴って、加工プログラム５０の指令に応じて外部指令応答オンオフ手段２０にオンオフ指令を与えるものとしてある。この場合に、励磁オンオフ指令生成手段４５は、例えば、加工プログラム５０の所定の指令が数値制装置１４で解読されたとき、または実行されるときに数値制御装置１４内で発生する所定の指令によって、励磁オンオフ指令を生成するものとされる。なお、外部指令応答オンオフ手段２０へのオンオフ指令は、数値制御装置１４とは別のコンピュータ等の情報処理手段等から行うようにしても良い。
【００３９】
図７は、外部指令応答オンオフ手段２０をオンオフさせて加工するときの制御の一例を示す。この例は、図６に示す加工プログラム５０のように、粗加工指令の後で仕上加工指令がある場合に適用される例である。まず、粗加工指令（Ｓ１）により励磁をオン（Ｓ２）にした後、主軸４を起動する（Ｓ３）。この状態で、静圧磁気複合軸受６〜９は、静圧および磁力の両方で主軸４を支持する。
仕上加工指令があるまでは、このまま励磁オンを維持する（Ｓ４）。仕上加工指令があると、励磁をオフにし（Ｓ５）、静圧磁気複合軸受６〜９は静圧気体軸受６Ａ〜９Ａのみで支持する。加工の終了や、別部位の粗加工等の所定の指令があると（Ｓ６）、励磁をオンにし（Ｓ７）、静圧および磁力の両方で主軸４を支持する。
【００４０】
このように、粗加工時に磁気軸受６Ｂ〜９Ｂをオフとし、仕上げ加工時に磁気軸受６Ｂ〜９Ｂとすることにより、粗加工時には高能率化が図れ、仕上げ加工時には高精度化が図れて、高能率、高精度の加工を実現できる。
【００４１】
図１６と共に、ハウジング５等の熱膨張への対処を主に説明する。スピンドル装置１は、冷却手段７１を有しており、この冷却手段７１は、ハウジング５に設けたウォータージャッケット等の冷却媒体路７２と、この冷却媒体路７２に冷却水等の冷却媒体を循環させる冷却ユニット７３とで構成される。主軸４には、低熱膨張材料、例えばインバー材等の低熱膨張軟磁性材などが用いられている。
ハウジング５には温度測定手段７６が設けられ、スピンドルコントローラ３に温度測定対応出力手段７７、外部出力手段４４、記憶手段７９、書き込み手段８０、および読み出し手段８１が設けられている。また、数値制御装置１４に、温度対応処理手段１００として、冷却制御手段８２、温度補正手段８３、強制停止手段８８、および警報手段８９が設けられている。
温度測定手段７６は、主軸４の鍔部４ａよりも先端側のハウジング温度を検出するものであり、白金抵抗素子や熱電対等の感温素子が用いられている。温度測定手段７６は、磁気軸受６の電磁石コイル２５（図４）の抵抗の測定値を利用するものであっても良い。
【００４２】
温度測定対応出力手段７７は、この例では比較手段８４とディジタル変換手段８５で構成されている。比較手段８４は、温度測定手段７６の出力である温度測定値を、しきい値となる設定値と比較し、設定値を超える場合に異常信号を出力するものであり、例えば、電子回路素子の比較器が用いられる。比較手段８４は、複数の設定値に対応していて、複数段階の異常信号を出力するものであっても良い。ディジタル変換手段８５は、温度測定手段７６のアナログ信号の出力をディジタル値に変換する手段であり、比較手段８４の出力が単なる二値信号である場合に、比較手段８４の出力を複数桁で示されるディジタル値に変換する手段を兼ねる。温度測定対応出力手段７７は、これらディジタル変換手段８５から出力される温度測定値や、ディジタル値による異常信号を出力とする。なお、比較手段８４の異常信号は、そのまま温度測定対応出力手段７７の出力としても良い。
【００４３】
書き込み手段８０は、温度測定対応出力手段７７の出力であるディジタル値の温度測定値および異常信号を記憶手段７９に記憶させる手段である。記憶手段７９は、次々と出力されるこれら温度測定値および異常信号を、蓄積して記憶可能なものである。記憶手段７９は、メモリ素子の他、磁気ディスク装置やその他の大容量記憶装置等で構成される。
【００４４】
外部出力手段４４は、温度測定対応出力手段７７の各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出力する手段であり、単なる出力ポートからなるインタフェースであっても良いが、この例ではさらに通信手段８６と読み出し手段８１を有するものとしてある。通信手段８６は、電話回線網，データ通信回線網等の通信回線８７を介して遠隔地に通信を行う手段である。読み出し手段８１は、スピンドルコントローラ３の外部からの指令に応じて記憶手段７９から記憶データを出力させる手段であり、外部指令に応じて、記憶手段８１に記憶された任意のスピンドル運転時の温度測定値および異常信号を出力可能としてある。
なお、外部出力手段４４は、この例では図１の加工状態把握手段１９の出力を外部に行う手段と兼用させているが、加工状態把握手段１９および温度測定対応出力手段７７に対して、各々別の外部出力手段を設けても良い。また、書き込み手段８０は、加工状態把握手段１９の出力を記憶手段７９に記憶させる手段を兼用するものであっても良く、その場合、読み出し手段８１も外部からの指令に応じて記憶手段７９の加工状態把握結果に関する記憶内容を出力可能とする。
【００４５】
数値制御装置１４に設けられた温度対応処理手段１００の手段を説明する。
強制停止手段８８は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して、加工装置１３を強制停止させる手段である。 警報手段８９は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して警報を発生する手段であり、警報として、警報音の発生、警報ランプの点灯、表示装置画面における警報の表示等を行う。
【００４６】
冷却制御手段８２は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された異常信号に応答して冷却手段７１を制御する手段であり、例えば、冷却ユニット７３に冷却強度を強める指令を与える。
【００４７】
温度補正手段８３は、温度測定対応出力手段７７から外部出力手段４４を介して出力された温度測定値に応じて、スピンドル位置決め機構７５を制御する手段である。すなわち、スピンドル位置決め機構７５の移動量は、基本的には加工プログラムの指令値に従って制御されるが、温度補正手段８３は、この送り量を所定の温度補正演算式に従い、温度測定値に応じて変更する。
この温度補正演算では、例えば、スピンドル装置取付位置Ｐから工具先端までの寸法（Ｃ寸法）の温度変化に伴う変化量を、スピンドル送り量の補正値として加える演算を行う。この工具先端のアキシアル位置を示すＣ寸法は、工具１１の先端からスピンドル鍔部４ａまでの主軸４の寸法（Ａ寸法）と、スピンドル装置取付位置Ｐからスピンドル鍔部４ａまでのハウジング５の寸法（Ｂ寸法）との差である。したがって、Ｂ寸法のハウジング熱膨張量と、Ａ寸法のスピンドル熱膨張量との差によって、Ｃ寸法の熱膨張量が演算される。ハウジング５と主軸４とは、非接触であり、温度や温度変化に差があるため、ハウジング５の温度測定手段７６では主軸４の温度は測定できない。また、スピンドル５は高速回転するため、別にセンサを設けて温度測定することも難しい。そのため、主軸４の熱膨張量は、温度測定手段７６の検出温度から推定演算した温度で演算するようにしても良く、また主軸熱膨張量を無視しても良い。このため、主軸４に低熱膨張材料を使用した場合は、熱膨張補正の誤差が小さくて済む。
【００４８】
図１７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、温度測定対応出力手段７７Ａは、換算手段９０を有し、その後段に比較手段８４Ａを有するものとしてある。また、温度測定対応出力手段７７Ａは、入力部にディジタル変換手段８５Ａを有し、温度測定値をディジタル値に変換した信号が換算手段９０に入力される。換算手段９０は、温度測定手段７６の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸４の先端のアキシアル位置、または主軸先端に取付けられた部材である工具１１の先端のアキシアル位置（Ｃ寸法）に換算する。比較手段８４Ａは、この換算手段９０から出力される換算値を設定値と比較し、換算値が設定値を超える場合に異常信号を出力する。温度測定対応出力手段７７Ａは、このようなディジタル変換手段８５Ａの温度測定値出力、換算手段９０の出力、および比較手段８４Ａの異常信号を出力する。
外部出力手段４４は、温度測定対応出力手段７７Ａの上記各出力をスピンドルコントローラ３の外部に出力する。また、書き込み手段８０は、温度測定対応出力手段７７Ａの上記各出力を記憶手段７９に記憶させる。
温度補正手段８３Ａは、換算手段９０で出力される換算値を用いて温度補正演算を行うものとされる。
【００４９】
この実施形態におけるその他の構成，機能は、図１の実施形態と同じである。なお、この実施形態において、比較手段８４Ａは、換算値を比較する代わりに、図１の実施形態と同じく温度測定手段７６の温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良く、また温度測定手段７６のディジタル変換手段８５Ａで変換されたディジタル値による温度測定値を設定値と比較して異常信号を出力するものとしても良い。
例えば、異常信号は、温度測定手段７６の温度測定値（またはそのディジタル変換値）を比較手段８４Ａで比較して発生させ、換算手段９０の換算値出力は、温度補正手段８３Ａによる温度補正演算に用いる。
【００５０】
これら図１６，図１７の実施形態のスピンドル装置１によると、スピンドル装置１の温度が変化しても、スピンドル位置決め量を温度補正することができ、高精度にワークＷを加工することができる。また、ハウジング温度の過度の上昇によるスピンドル装置異常時に、外部に信号を出し、スピンドル装置１を停止させたり、警報を出す等の処置が行える。
【００５１】
つぎに、通信系を説明する。図１に示すように、このスピンドル装置１は、スピンドルコントローラ３内、またはスピンドルコントローラ３とは別に、遠隔地の情報処理手段１２１と電話回線網等の通信回線８７で通信する通信手段８６を有している。通信手段８６は、外部出力手段４４を兼ねるものや、外部出力手段４４の一部として設けられたものであっても良く、また数値制御装置１４や、この数値制御装置１４の上位制御コンピュータとなる情報処理手段（図示せず）等に設けられてものであっても良い。
この通信手段８６は、スピンドル装置１の加工状態把握手段１９の出力、電流検出手段１５〜１８の電流検出値、電流平滑部１９ａ（図９）の平滑値出力、および周波数分析部１９ｃ，１９ｅ（図１０，図１１）で出力された各周波数成分の振幅値のいずかを通信可能なものとしてある。また、遠隔地の情報処理手段９１は、前記通信手段８６から通信された情報に所定の処理を施す機能を備えている。この所定の処理は、例えば加工状態の統計的処理や、スピンドルコントローラ３または数値制御装置１４を制御する指令の生成等である。
また、この遠隔地の情報処理手段１２１は、スピンドルコントローラ３の外部指令応答オンオフ手段２０にオンオフ指令を与える機能を持つものとしてある。情報処理手段１２１から外部指令応答オンオフ手段２０へのオンオフ指令の送信は、数値制御装置１４やこの数値制御装置１４の上位制御コンピュータとなる情報処理手段（図示せず）を介して行うようにしても良い。
さらに、通信手段８６は、温度測定対応出力手段７７の出力や記憶手段７９（図１６）の記憶内容を、通信回線８７を介して送信可能としてある。遠隔地の情報処理手段１２１は、通信された温度測定対応出力手段７７の出力に所定の処理を施して、この金型加工装置に指令を与えるものとしても良い。例えば、情報処理手段１２１に、温度対応処理手段１００の機能を持たせても良い。
【００５２】
図２０は通信系の展開例を示す。この金型加工装置１３を設置した事業所１０１には、他の加工装置１０２が複数設置されており、これら加工装置１３，１０２は、各々単独で、または複数台が共通の情報処理手段１０３，１０４に接続されている。これら情報処理手段１０３，１０４は、ウェブサーバ１１０、ファイバウォール１１１、およびルータ１１２等のネットワーク構成機器と共にローカルエリアネットワーク１１９を構成する。このローカルエリアネットワーク１１９は、通信回線８７によりインターネット１２０を介して、各々別の事業所１１３，１１４のローカルエリアネットワークに設置された遠隔地の情報処理手段１２１に通信機器１１６を介して接続されている。
金型加工装置１３は、基本的にはその数値制御装置１４が、情報処理手段１０３に接続され、この情報処理手段１０３を介してローカルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続された構成とされているが、これと併用して、あるいはこれとは別に、数値制御装置１４やスピンドルコントローラ３に設けられた通信手段８６から直接にローカルエリアネットワーク１１９内の通信線に接続された通信系統を備えるものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置におけるスピンドル装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】そのスピンドル装置本体の縦断面側面図である。
【図３】同スピンドル装置本体の横断正面図である。
【図４】ラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図５】アキシアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図６】数値制御装置の概念構成を示すブロック図である。
【図７】静圧磁気複合軸受における磁気軸受の励磁オンオフ制御例を示す流れ図である。
【図８】加工状態把握手段の基本構成を示すブロック図である。
【図９】加工状態把握手段の変形例を示すブロック図である。
【図１０】加工状態把握手段の他の変形例を示すブロック図である。
【図１１】加工状態把握手段のさらに他の変形例を示すブロック図である。
【図１２】電流平滑による加工状態把握の例を示すグラフである。
【図１３】周波数分析による加工状態把握の例を示すグラフである。
【図１４】外部指令応答オンオフ手段の配置を異ならせたスピンドルコントローラのブロックである。
【図１５】外部指令応答オンオフ手段の配置をさらに異ならせたスピンドルコントローラのブロックである。
【図１６】同金型加工装置におけるスピンドル装置の温度測定対応出力手段を主に示すブロック図である。
【図１７】温度測定対応出力手段の変形例を主に示すスピンドル装置の概念構成のブロック図である。
【図１８】この発明の一実施形態にかかる金型加工装置の全体の正面図とその制御系の概略ブロック図とを併せて示す説明図である。
【図１９】同金型加工装置のテーブル部分の平面図である。
【図２０】同金型加工装置の通信系の展開例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…スピンドル装置
２…スピンドル装置本体
３…スピンドルコントローラ
４…主軸
５…ハウジング
６〜９…静圧磁気複合軸受
６Ａ〜９Ａ…静圧気体軸受
６Ｂ〜９Ｂ…磁気軸受
１０…スピンドル駆動源
１１…工具
１４…数値制御装置
１５〜１８…電流検出手段
１９…加工状態把握手段
１９ａ…電流平滑部
１９ｂ，１９ｄ，１９ｆ…加工状態把握部
１９ｃ，１９ｅ…周波数分析部
２０…外部指令応答オンオフ手段
２８，３８…変位検出手段
４４…外部出力手段
４５…励磁オンオフ指令生成手段
４６…加工状態対応処理手段
５１…テーブル装置
７１…冷却手段
７５…スピンドル位置決め装置
７６…温度測定手段
７７，７７Ａ…温度測定対応出力手段
７８…外部出力手段
７９…記憶手段
８０…書き込み手段
８２…冷却制御手段
８３…温度補正手段
８６…通信手段
８７…通信回線
１００…温度対応処理手段
１２１…遠隔地の情報処理手段
Ｗ…ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持した金型加工装置。
【請求項２】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持したものとし、前記磁気軸受の励磁電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の電流検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた金型加工装置。
【請求項３】
前記加工状態把握手段は、前記電流検出手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部と、この電流平滑部の平滑値出力から主軸の静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとした請求項２記載の金型加工装置。
【請求項４】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、主軸を、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で支持したものとし、前記主軸の変位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の変位検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた金型加工装置。
【請求項５】
前記加工状態把握手段は、前記電流検出手段または前記変位検出手段の出力を周波数分析する周波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとした請求項２または請求項４記載の金型加工装置。
【請求項６】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持し、前記静圧磁気複合軸受を制御するスピンドルコントローラとを備えたものとし、前記スピンドルコントローラの外部の指令によって前記磁気軸受の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段を設けた金型加工装置。
【請求項７】
前記励磁オンオフの外部の指令は、金型加工装置機械部を制御する数値制御装置から与えられる指令である請求項６記載の金型加工装置。
【請求項８】
前記励磁オンオフの外部の指令は、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする指令である請求項７記載の金型加工装置。
【請求項９】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を介して主軸をハウジングに支持したものとし、前記ハウジングの温度測定手段と、この温度測定手段の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段と、この手段の出力から所定の処理を行う温度対応処理手段とを設け、前記温度測定対応出力手段の所定の出力は、
次の1)〜3)、すなわち、
1)．前記温度測定手段の出力、
2)．前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端若しくは工具先端のアキシアル位置に換算した換算値、および
3)．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較して求められた異常信号、
のうちの少なくとも一つとした金型加工装置。
【請求項１０】
前記主軸の設置されたハウジングを冷却する冷却手段を設け、前記温度対応処理手段として、前記温度測定対応出力手段の出力に応答して前記冷却手段の冷却動作を制御する冷却制御手段を設けた請求項９記載の金型加工装置。
【請求項１１】
前記主軸の設置されたハウジングを主軸の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構を設け、前記温度測定対応出力手段から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段を設けた請求項９または請求項１０記載の金型加工装置。
【請求項１２】
前記主軸を回転させるスピンドル駆動源を、前記主軸の設置されたハウジングに内蔵したモータとした請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１３】
前記加工状態把握手段の把握内容を通信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１４】
前記温度測定対応出力手段の出力を通信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持した金型加工装置。
【請求項２】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持したものとし、前記磁気軸受の励磁電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の電流検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた金型加工装置。
【請求項３】
前記加工状態把握手段は、前記電流検出手段の電流検出値を平滑化する電流平滑部と、この電流平滑部の平滑値出力から主軸の静負荷を換算し、その静負荷換算結果から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとした請求項２記載の金型加工装置。
【請求項４】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、主軸を、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で支持したものとし、前記主軸の変位を検出する変位検出手段と、この変位検出手段の変位検出値から前記工具による加工状態を把握する加工状態把握手段とを設けた金型加工装置。
【請求項５】
前記加工状態把握手段は、前記電流検出手段または前記変位検出手段の出力を周波数分析する周波数分析部と、この周波数分析部から出力される加工時の各周波数成分の振幅から加工状態を把握する加工状態把握部とを有するものとした請求項２または請求項４記載の金型加工装置。
【請求項６】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受で主軸を支持し、前記静圧磁気複合軸受を制御するスピンドルコントローラとを備えたものとし、前記スピンドルコントローラの外部の指令によって前記磁気軸受の励磁をオンオフする外部指令応答オンオフ手段を設けた金型加工装置。
【請求項７】
前記励磁オンオフの外部の指令は、金型加工装置機械部を制御する数値制御装置から与えられる指令である請求項６記載の金型加工装置。
【請求項８】
前記励磁オンオフの外部の指令は、粗加工時に磁気軸受をオンとし、仕上げ加工時に磁気軸受をオフとする指令である請求項７記載の金型加工装置。
【請求項９】
工具を回転させるスピンドル装置を備えた金型加工装置において、前記スピンドル装置は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化された静圧磁気複合軸受を介して主軸をハウジングに支持したものとし、前記ハウジングの温度測定手段と、この温度測定手段の温度測定値から所定の出力を求める温度測定対応出力手段と、この手段の出力から所定の処理を行う温度対応処理手段とを設け、前記温度測定対応出力手段の所定の出力は、
次の1)〜3)、すなわち、
1)．前記温度測定手段の出力、
2)．前記温度測定手段の温度測定値を、所定の熱変位演算により主軸先端若しくは工具先端のアキシアル位置に換算した換算値、および
3)．前記温度測定値若しくは前記換算値を設定値と比較して求められた異常信号、
のうちの少なくとも一つとした金型加工装置。
【請求項１０】
前記主軸の設置されたハウジングを冷却する冷却手段を設け、前記温度対応処理手段として、前記温度測定対応出力手段の出力に応答して前記冷却手段の冷却動作を制御する冷却制御手段を設けた請求項９記載の金型加工装置。
【請求項１１】
前記主軸の設置されたハウジングを主軸の軸方向に移動させるスピンドル位置決め機構を設け、前記温度測定対応出力手段から出力される温度測定値または前記換算値に応じて前記スピンドル位置決め機構を制御する温度補正手段を設けた請求項９または請求項１０記載の金型加工装置。
【請求項１２】
前記主軸を回転させるスピンドル駆動源を、前記主軸の設置されたハウジングに内蔵したモータとした請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１３】
前記加工状態把握手段の把握内容を通信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の金型加工装置。
【請求項１４】
前記温度測定対応出力手段の出力を通信回線で遠隔地に送信する通信手段を設けた請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の金型加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−６２０８１（Ｐ２００６−６２０８１Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９５４０４（Ｐ２００５−２９５４０４）
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【分割の表示】特願平１１−７１５０４の分割
【原出願日】平成１１年３月１７日（１９９９．３．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９８年１０月１６日発行の日刊工業新聞に掲載
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月７日（２００５．１０．７）
【分割の表示】特願平１１−７１５０４の分割
【原出願日】平成１１年３月１７日（１９９９．３．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９８年１０月１６日発行の日刊工業新聞に掲載
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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