机床的主轴装置的制作方法

专利名称：机床的主轴装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在机床等中使用的主轴装置。
技术背景
为了提高生产率，机床的主轴装置的主轴由高刚性且高精度的滚动轴承轴支承。 但是，例如在加工中心中，由于使用铣刀、立铣刀(endmill)、镗刀等多种多样的刀具对被切 削材料(workpiece，工件)进行加工，因此在各个刀具中产生的切削阻力不同。此外，刀具 的刚性或重量、主轴的转速、进给速度(feedrate，进给率)、切入量(feed amount，进给量) 等各种各样的因素也不同。因此，在由高刚性的滚动轴承轴支承的主轴中，根据刀具的不 同，存在产生所谓的高频振动(chattering，颤振)的情况。
因此，例如在日本特开2007-44852号公报中提出有通过变更加工条件来抑制加 工时的高频振动的产生的主轴装置。即，预先求出主轴的转速与不会发生高频振动的刀具 的极限(upper limit)切入量之间的关系，通过变更主轴的转速或刀具的切入量来抑制加 工时的高频振动的产生。但是，主轴的转速与刀具的极限切入量之间的关系根据刀具的种 类或被切削材料的材质等而不同，进一步，还根据刀具的磨损等的劣化程度而变化。因此， 加工条件的变更大多基于操作者的技能或者经验，比较困难。
此处，在高频振动中，特别是再生型自激振动(regenerative chatter，再生型切 削颤振)的产生极限是通过由机械系统的固有振动产生的动态刚性(compliance，动柔度) 决定的，因此为了大幅地变更该产生极限，仅仅借助刚性的变更是很困难的，还需要衰减 性。因此，在日本特开2004-150563号公报中提出有通过利用具有缓冲器部的轴承轴支承 主轴的后端部侧而使该主轴具有衰减性，由此抑制由共振引起的振动的产生的主轴装置。 并且，在日本特开平6-8005号公报中提出有如下的主轴装置通过利用由静压垫和节流孔 (orifice)构成的静压轴承轴支承主轴的前端部侧而使该主轴具有衰减性，利用振动传感 器检测主轴的振动并利用压力调整阀控制朝静压轴承供给油的供给油压，由此来抑制加工 时的高频振动的产生。
在日本特开2004-150563号公报所记载的主轴装置中，缓冲器部是针对由特定频 率的共振引起的振动、即由在某种刀具产生的共振引起的振动发挥衰减性的部分，因此难 以抑制由多种多样的刀具的共振引起的振动的产生。并且，在日本特开平6-8005号公报所 记载的主轴装置中，由于仅根据主轴的振动进行变更朝静压轴承供给的供给油压的控制， 因此无法担保加工状态和主轴状态的稳定性，在加工精度的提高方面存在极限。并且，由于 仅对朝静压轴承供给的供给油压进行控制，因此只能大略地进行变更，难以抑制多种多用 的刀具的高频振动的产生。发明内容
本发明就是鉴于上述情形而完成的，本发明的目的在于提供一种能够抑制多种多 样的刀具的高频振动的产生的机床的主轴装置。
根据本发明的一个实施方式的一个特征，由于根据刀具的种类等对利用衰减赋予 单元赋予的衰减力进行控制而变更后侧滚动轴承的衰减性，因此，能够对固有振动不同的 各种刀具赋予最佳的衰减性，能够抑制多种多样的刀具的高频振动的产生。由此，能够增大 每单位时间的切削量，能够提高生产率。
根据本发明的一个实施方式的另一个特征，由于根据刀具的种类等对利用衰减赋 予单元赋予的衰减力和利用预压赋予单元赋予的预压力进行控制，因此，除了能够变更后 侧滚动轴承的衰减性以外还能够变更前侧滚动轴承的刚性。由此，能够进一步抑制由多种 多样的刀具引起的加工中的高频振动的产生，能够增大每单位时间的切削量，能够进一步提高生产率。
根据本发明的一个实施方式的一个进一步的特征，由于作为衰减赋予单元设置静 压轴承，因此能够进行高精度的控制，能够抑制由多种多样的刀具引起的加工中的高频振 动的产生。
根据本发明的另一个特征，通过示例的方式，由于对静压轴承的压力比(pressure ratio)和供给油压进行控制，因此能够精密地变更衰减性，进一步，通过压力比的控制，刚 性也变更，因此能够抑制由多种多样的刀具引起的加工中的高频振动的产生。
进一步，通过示例的方式，根据本发明的另一个方面，由于可以根据主轴的转速等 对利用衰减赋予单元赋予的衰减力等进行控制，因此能够简化控制单元的结构。
根据本发明的一个实施方式的进一步的特征，由于预先将刀具的种类等记述于NC 程序，因此能够进一步简化控制单元的结构。
根据本发明的一个实施方式的进一步的特征，由于能够利用传感器高精度地检测 主轴的转速等，因此能够进一步简化控制单元的结构。
从以下的参照附图对具体实施方式
进行的说明能够清楚本发明的上述的和进一 步的目的、特征和优点，其中，对相同或相似的要素标注相同或相似的标号。


图I(A)是示出本发明的实施方式的主轴装置的整体构造的纵剖视图，图I(B)是 图1㈧的A部的放大剖视图，图1 (C)是图1㈧的B部的放大立体图。
图2是图1 (A)的主轴装置的控制装置的框图。
图3是将主轴的形状、各个轴承的位置以及各个轴承的刚性模型化后的图。
图4是针对主轴的各个转速设定轴承能够正常地轴支承主轴的最大预压和主轴 能够正常旋转的最小预压的图。
图5是对图2的控制装置的第一动作例进行说明的流程图。
图6是针对主轴的各个转速示出不会产生高频振动的刀具切入被加工物的极限 切入量的图。
图7是对图2的控制装置的第二动作例进行说明的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图I(A)是示出本发明的实施方式的主轴装置的整体构造的纵剖视图，图I(B)是 图I(A)的A部的放大剖视图，图2是图I(A)的主轴装置的控制装置的框图。另外，在图 I(A)中，左右方向为轴线方向，并设左方为前方。如图I(A)所示，基于本实施方式的主轴 装置1具备大致圆筒状的主轴壳体11，该主轴壳体11在内周部具有收纳空间110 ；主轴 12，该主轴12配设在收纳空间110内；以及用于轴支承该主轴12的前侧部的两对第一前侧 滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132以及用于轴支承主轴12的后侧部的后侧滚动轴承 133。
进一步，本发明的主轴装置1还具备预压赋予装置3 (相当于本发明的“预压赋 予单元”)，该预压赋予装置3对第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132赋予轴线 方向的预压；静压轴承134(相当于本发明的“衰减赋予单元”)，该静压轴承134支承后侧 滚动轴承133 ；静压赋予装置5(相当于本发明的“衰减赋予单元”)，该静压赋予装置5对该 静压轴承134赋予油压；以及控制装置4，该控制装置4对预压赋予装置4和静压赋予装置 5进行控制。
此处，详细情况后述，控制装置4具备用于测定作用于主轴12的负载的负载传感 器。但是，在本实施方式中，作为负载传感器具备用于检测主轴12的径向的变位的径向变 位传感器21和用于检测主轴12的轴向的变位的轴向变位传感器22，通过后述的处理测定 作用于主轴12的负载。并且，还具备用于检测主轴12的转速的转速传感器123。
在主轴12的旋转轴中心形成有沿轴线方向延伸的杆孔(rod hole) 121。杆孔121 沿轴线方向贯通主轴12，且在前端形成有刀具安装用锥部121a。在刀具安装用锥部121a 的后方形成有开口夹(collet)收容部121b，在开口夹收容部121b的后方形成有直径比开 口夹收容部121b的直径大的弹簧收容孔121c。在弹簧收容孔121c的前端部固定有套筒 (sleeve) 1220杆15以能够沿轴线方向移动的方式收容在杆孔121内。杆15在长条状的 轴部件151的后端部固定有直径比轴部件151的直径达的止挡件152。进一步，在杆15的 前端装配有开口夹153。开口夹153设置成能够在半径方向扩大或缩小，从而形成为能够把 持刀具T。
在杆15被收容在杆孔121内的状态下，轴部件151的前端部能够与套筒122的 内周面进行滑动，止挡件152能够与弹簧收容孔121c进行滑动。并且，在弹簧收容孔121c 内的套筒122的后端部与止挡件152的前端面之间夹装有多个碟形弹簧(belleville spring) 16，从而杆15相对于主轴12始终被朝后方施力。在主轴12的后方设有液压缸17， 该液压缸17具有缸壳(cylinder housing) 171和活塞172，缸壳171与主轴壳体11 一体 化，活塞172以能够沿轴向移动的方式设在缸壳171内。当活塞172朝后方移动从而活塞 172与杆15之间的卡合被解除时，利用开口夹153把持刀具T的杆15通过碟形弹簧16的 作用力相对于主轴12后退。进而，刀具T嵌装于主轴12的刀具安装用锥部121a并被固定 于主轴12。当活塞172朝前方移动从而活塞172与杆15卡合时，把持刀具T的杆15克服 碟形弹簧16的作用力相对于主轴12前进。进而，开口夹153的直径扩大从而解除对刀具 T的把持。
两对第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132是角接触轴承，它们在前侧 主轴壳体Ila的收容空间110内的前方侧沿轴线方向并列设置，后侧滚动轴承133是圆柱 滚子轴承，且配设在收容空间110内的后方侧。第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴 承132轴支承主轴12的刀具T侧即前侧部，后侧滚动轴承133轴支承主轴12的相对于刀 具T位于比主轴12的前侧部更靠后侧的后侧部。在一对第一前侧滚动轴承131的内圈之 间配设有圆筒状的隔圈112a，在一对第二前侧滚动轴承132的内圈之间配设有圆筒状的隔 圈112b，在第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132的内圈之间配设有圆筒状的隔 圈112c。主轴12的外周面嵌合于第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132以及隔 圈llh、112b、112c的内周部。进而，位于最前方的第一前侧滚动轴承131的内圈抵接于形 成在主轴12的前方端的凸缘部12a，螺合于主轴12的外周面的圆筒状的内圈按压件113抵 接于位于最后方的第二前侧滚动轴承132的内圈。由此，第一前侧滚动轴承131和第二前 侧滚动轴承132以及隔圈112a、112b、112c被固定于主轴12的外周面。
在一对第一前侧滚动轴承131的外圈之间配设有圆筒状的隔圈112d，在一对第二 前侧滚动轴承132的外圈之间配设有圆筒状的隔圈112e。第一前侧滚动轴承131和第二前 侧滚动轴承132以及隔圈112d、ll&由轴承支承筒111支承。该轴承支承筒111由大致圆 筒状的套筒114、大致圆环状的外圈按压件115以及大致圆筒状的活塞116构成。
在套筒114的大致中央内周部形成有朝内侧突出的圆周凸部114a，在套筒114的 大致中央外周部形成有朝外侧突出的凸缘部114c。套筒114的比圆周凸部11 更靠前方 侧的内周部的内径形成为与第一前侧滚动轴承131以及隔圈112d的外径大致相同，套筒 114的比圆周凸部IHa更靠后方侧的内周部的内径形成为与活塞116的外径大致相同。套 筒114的比凸缘部IHc更靠前方侧的外周部的外径形成为与被分成两部分的前侧主轴壳 体Ila的一方(第一前侧主轴壳体llaa)的内径大致相同，套筒114的比凸缘部IHc更靠 后方侧的外周部的外径形成为与被分成两部分的前侧主轴壳体Ila的另一方(第二前侧主 轴壳体Ilab)的内径大致相同。
在外圈按压件Il5的一方的端面形成有沿轴向突出的凸台部115a。外圈按压件 115的凸台部11 的外径形成为与套筒114的比圆周凸部11 更靠前方侧的内周部的内 径(第一前侧滚动轴承131以及隔圈112d的外径)大致相同。外圈按压件115的外径形 成为与第一前侧主轴壳体Ilaa的外径大致相同。在活塞116的前侧内周部形成有朝内侧 突出的圆周凸部116a。活塞116的比圆周凸部116a更靠后方侧的内周部的内径形成为与 第二前侧滚动轴承132以及隔圈11 的外径大致相同。
进而，第一前侧滚动轴承131以及隔圈112d嵌合在套筒114的比圆周凸部11 更靠前方侧的内周部。第二前侧滚动轴承132以及隔圈11 嵌合在活塞116的比圆周凸 部116a更靠后方侧的内周部。进而，活塞116的外周面液密地嵌合在套筒114的比圆周凸 部IHa更靠后方侧的内周部。第一前侧主轴壳体Ilaa嵌合在套筒114的比凸缘部IHc 更靠前方侧的外周部，第二前侧主轴壳体Ilab嵌合在套筒114的比凸缘部IHc更靠后方 侧的外周部。
通过形成为上述结构，位于前方的第一前侧滚动轴承131的外圈抵接于外圈按压 件115的凸台部115a，位于后方的第一前侧滚动轴承131的外圈抵接于套筒114的圆周凸 部114a。位于前方的第二前侧滚动轴承132的外圈抵接于活塞116的圆周凸部116a，位于后方的第二前侧滚动轴承132的外圈配置成能够与位于前方的第二前侧滚动轴承132的外 圈以及隔圈11 一体地通过活塞116朝轴线方向的后方移动。进而，套筒114、第一前侧主 轴壳体llaa、第二前侧主轴壳体Ilab以及外圈按压件115由从外圈按压件115的前端面贯 穿装配的省略图示的螺栓紧固并一体化，第二前侧主轴壳体Ilab通过省略图示的螺栓被 紧固于用于收容机内电动机(built in motor) 14的后侧主轴壳体lib并与之一体化。
如图I(B)的A部放大剖视图所示，在活塞116的前方外周面形成有由小径部和大 径部构成的台阶116b，在套筒114的比圆周凸部11 更靠后方侧的内周面形成有能够与活 塞116的小径部和大径部嵌合的由大径部和小径部构成的台阶114b。进而，在各台阶116b、 114b之间形成有环状的液压缸31。从形成于套筒114的大致中央外周侧的凸缘部IHc的 外周面穿设的油路32与该液压缸31连通。与预压赋予装置3连接的管路33连接于该油 路32 ο
预压赋予装置3由液压泵34、减压阀35以及安全阀36构成，该预压赋予装置3在 预压量控制单元40的控制下对液压缸31供给液压。S卩，来自液压泵34的最高液压由安全 阀36控制，直到最高液压为止的范围内的任意的液压都由减压阀35控制，并通过管路33 和油路32供给至液压缸31。由此，在液压缸31中产生轴线方向(前方和后方)的液压， 活塞116被朝后方侧推压而推压第二前侧滚动轴承132的外圈，因此对第二前侧滚动轴承 132赋予预压，进一步，由于主轴12朝后方移动并推压第一前侧滚动轴承131的内圈，因此 也对第一前侧滚动轴承131赋予预压。
静压轴承134嵌合在嵌合于后侧滚动轴承133的外圈的套筒117的外周。在该静 压轴承134的内周面以一定的角度间隔形成有在槽底开设有油供给孔的矩形状或者U字形 状的凹部即储油箱(pocket) 134a，并且，在储油箱13 的两侧形成有排油槽。油从油供给 孔流入储油箱134a，在充满由储油箱13 和套筒117的外周面形成的空间并产生静压之 后，在静压轴承134的内周面和套筒117的外周面之间被节流并流入排油槽，并被排出至外 部。
静压赋予装置5由液压泵51、压力调整阀52、以及设在各个储油箱13 的油供给 孔的附近的可变节流阀(省略图示)构成，在控制装置4的控制下对静压轴承134供给油 压。即，来自液压泵51的油压的供给压力由压力调整阀52控制，并通过油供给孔M从静压 轴承134的油供给孔被供给至储油箱13如。此时，利用内置于静压轴承134的可变节流阀 对压力比(静压轴承134的储油箱13 的内压/来自液压泵51的供给压力)进行控制。 由此，对静压轴承134的衰减性进行调整。另外，作为可变节流阀能够使用利用隔膜或压电 元件等改变节流阀开度的已有的可变节流阀。
图I(C)的B部放大立体图中所示的止转件53具有圆筒状的销部531 ；第一板 簧532，该第一板簧532从销部531的一侧面突出设置；第二板簧534，该第二板簧534在第 一板簧532的末端隔着圆筒状部件533突出设置；以及圆筒状螺纹部件535，该圆筒状螺纹 部件535设在第二板簧534的末端。第一板簧532以相对于第二板簧534错开90度的角 度的方式设置。止转部53以螺纹部件535突出的方式插入沿轴向穿设于静压轴承134的 贯通孔内，并将螺母536螺合于螺纹部件535以进行止转。这种结构的止转件535具有限 制套筒117相对于主轴壳体11旋转的功能。如果止转件53为刚体，则不仅能够限制套筒 117的旋转，还会限制套筒117的朝向半径方向的移动，因此，正交的第一板簧532、第二板7簧534就是用于避免该止转件53限制套筒117的朝向半径方向的移动的部件。
机内电动机14的定子141安装于主轴壳体11的内周面。在定子141的半径方向 内侧，形成于主轴12的外周面的转子142与定子141对置。通过对由定子141和转子142 形成的机内电动机14供给电力，主轴12与转子142 —起旋转。主轴装置1在将刀具T安 装于末端的状态下使主轴12旋转，从而对未图示的被切削材料实施加工。主轴12的转速 由配设在主轴12的后方的非接触型的转速传感器123检测。
径向变位传感器21是用于检测主轴12的半径方向的变位的非接触型的传感器。 轴向变位传感器22是用于检测主轴12的轴线方向的变位的非接触型的传感器。径向变位 传感器21配设在从外圈按压件115的外周面沿径向穿设的孔内。轴向变位传感器22配设 在从外圈按压件115的前侧端面沿着内周面沿轴向设置的槽内。径向变位传感器21优选 配设在比第一前侧滚动轴承131更靠前侧且尽可能接近刀具T的位置。并且，优选堵塞槽 和孔的开口部，以免两个变位传感器21、22受到冷却剂(coolant)的影响。另外，代替径向 变位传感器22，也可以使用力传感器这样的直接测定负载的传感器。
如图2所示，控制装置4具备径向负载运算部41和轴向负载运算部42，径向负载 运算部41根据径向变位传感器21的检测值运算并求出作用于两对第一前侧滚动轴承131、 第二前侧滚动轴承132以及后侧滚动轴承133的径向的负载作为作用于主轴12的负载，轴 向负载运算部42根据轴向变位传感器22的检测值运算并求出作用于两对第一前侧滚动轴 承131、第二前侧滚动轴承132以及后侧滚动轴承133的轴向的负载作为作用于主轴12的 负载；静压控制部43和预压控制部44，静压控制部43根据刀具的种类或者由刀具进行的 加工的加工条件、以及利用各个负载运算部41、42运算出的各个负载对利用静压赋予装置 5赋予静压轴承134的静压进行控制，预压控制部44根据刀具的种类或者由刀具进行的加 工的加工条件、以及利用各个负载运算部41、42运算出的各个负载对利用静压赋予装置3 赋予前侧滚动轴承131、132的预压进行控制；存储部45，该存储部45能够收纳各种数据； 以及NC程序解析部48，该NC程序解析部48输入NC程序并进行解读。
在存储部45中存储有与刀具T的种类或加工条件，例如主轴12的转速、刀具T 相对于被加工物(workpiece，工件)的进给速度、刀具T相对于被加工物的切入量(feed amount，进给量)等对应的数据表(以下称为衰减力、预压力表)；预先求出的表示作用于 主轴12的负载与主轴12的变位之间的关系的数据表(以下称为负载、变位表)；表示主轴 12的转速与作用于主轴12的极限负载(不会产生高频振动的最大的负载)之间的关系的 数据表(以下称为转速、极限负载表)；以及表示主轴12的转速与利用预压赋予装置3赋 予的预压之间的关系的数据表(以下称为转速、预压力表)等。
如图3所示，负载、变位表是将主轴12的形状、各个轴承131、132、133的位置以 及各个轴承131、132、133的刚性模型化后的图。通过利用传递矩阵法(transfer matrix method)对该模型进行解析，能够从利用1个径向变位传感器21检测到的当在主轴12作用 有径向的载荷(F)时的主轴12的径向的变位求出各个轴承131、132、133的配设位置P1、 P2、P3、P4、P5处的变位。进一步，通过从求出的各个轴承131、132、133的变位求出作用于 各个轴承131、132、133的径向的负载，并对求出的负载附加由预压赋予装置3赋予的预压 中的作用于径向的预压，能够求出最终作用于各个轴承131、132、133的径向的负载。由此， 在利用刀具T进行的加工中，能够正确地把握作用于轴支承主轴12的各个轴承131、132、133的径向和轴向的负载。
如图4所示，转速、预压力表是针对主轴12的各个转速设定第一前侧滚动轴承131 和第二前侧滚动轴承132能够正常地轴支承主轴12的最大预压Pmax和主轴12能够正常旋 转的最小预压Riiin、并将最大预压Pmax和最小预压Rnin之间的区域设定为预压赋予装置 3的可控制区域的表。最大预压Pmax设定成以随着主轴12的转速增大而减小的方式变化， 最小预压Pmin设定成以随着主轴12的转速增大而增大的方式变化。针对主轴12的各个转 速设定的最大预压Pmax是能够确保第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132的刚 性且能够使主轴12的刚性最高的极限值，针对主轴12的各个转速设定的最小预压Rnin是 能够防止发热或面压力过度增加且能够使第一前侧滚动轴承131和第二前侧滚动轴承132 的寿命最长的极限值。
径向负载运算部41从存储部45读出负载、变位表，利用传递矩阵法对利用径向变 位传感器21检测到的主轴12的径向的变位进行解析，并附加由预压赋予装置3赋予的预 压，由此求出作用于各个轴承131、132、133的径向的负载。轴向负载运算部42使用由轴向 变位传感器22检测到的主轴12的轴向的变位并利用虎克定律(Hooke’ s law)进行运算， 并附加由预压赋予装置3赋予的预压，由此求出作用于各个轴承131、132、133的轴向的负 载(在各个轴承131、132、133中相同)。
静压控制部43具备供给油压控制部46和压力比控制部47。进而，根据刀具T的 种类或者由刀具T进行的加工的加工条件，参照存储部45的衰减力、预压力表对静压赋予 装置5的压力调整阀52和可变节流阀进行控制，从而对静压轴承134的供给油压和压力比 进行控制。或者，针对利用转速传感器123检测到的主轴12的转速，根据从存储部45读出 的转速、极限负载表求出来自各个负载运算部41、42的作用于主轴12的各个负载是否合 适，对静压赋予装置5的压力调整阀52和可变节流阀进行控制，从而对静压轴承134的供 给油压和压力比进行控制。
预压控制部44根据刀具T的种类或者由刀具T进行的加工的加工条件，参照存储 部45的衰减力、预压力表对减压阀35和安全阀36进行控制，从而对预压赋予装置3的赋 予预压进行控制。或者，针对利用转速传感器123检测到的主轴12的转速，根据从存储部 45读出的转速、极限负载表求出来自各个负载运算部41、42的作用于主轴12的各个负载是 否合适，对减压阀35和安全阀36进行控制，从而在从存储部45读出的赋予预压的范围内 对预压赋予装置3的赋予预压进行控制。
参照图5的流程图对形成为以上的结构的主轴装置1中的控制装置4的第一动作 例进行说明。首先，输入NC程序并进行解读(Sll)，读取刀具T的种类和加工条件(S12)。 然后，参照存储部45的衰减力、预压力表(S13)，根据刀具T的种类和加工条件中的至少1 个决定最佳的衰减力、预压力(S14)。然后，对静压赋予装置5、预压赋予装置3进行控制而 赋予决定了的衰减力、预压力(S15)。
此处，图6是示出主轴12的转速与刀具T相对于被加工物的切入量之间的关系 的图。比图示的实线更靠上方侧的区域是会产生高频振动的不稳定区域，比图示的实线 更靠下方侧的区域是不会产生高频振动的稳定区域。即，图示的实线表示稳定极限曲线 (stability limit diagram) 0另外，比图示的虚线更靠下方侧的区域是即便主轴12的转 速变化也绝对不会发生高频振动的绝对稳定区域。以往，当相对于主轴12的转速的刀具T相对于被加工物的切入量位于不稳定区域时，以通过变更加工条件而使其进入稳定区域的 方式进行控制。
但是，在本实施方式中以下述方式进行控制着眼于稳定极限曲线针对刀具T的 各个种类而不同这点，通过对衰减力、预压力进行控制而使稳定极限曲线自身变更从而使 此时的加工条件进入稳定区域。由此，能够对固有振动不同的各种刀具T赋予最佳的衰减 性，能够抑制多种多样的刀具的高频振动。由此，能够增大单位时间的切削量，能够提高生 产率。另外，稳定极限曲线不仅能够从主轴12的转速与刀具T的切入量之间的关系求出， 例如也可以从主轴12的转速和刀具T相对于被加工物的进给速度等其他的因数(factor) 求出。
对于静压控制部43和预压控制部44的具体的控制，例如，当刀具T的种类是径向 的切入大的立铣刀或镗刀时，静压控制部43以使供给油压变小、使压力比变大的方式进行 控制，预压控制部44以使预压变小的方式进行控制。通过以这种方式使其具有衰减性，能 够提高切削性能。并且，当刀具T的种类是想要抑制刀尖的跳动(runout)的钻头或铣刀时， 静压控制部43以使供给油压变大、使压力比变小的方式进行控制，预压控制部44以使预压 变大的方式进行控制。通过以这种方式使其具有刚性，能够提高切削性能。
并且，例如，当进行由刀具T进行的加工的加工条件是助长高频振动的连续切削 时，静压控制部43以使供给油压变小、使压力比变大的方式进行控制，预压控制部44以使 预压变小的方式进行控制。通过以这种方式使其具有衰减性，能够提高切削性能。并且，当 进行由刀具T进行的加工的加工条件是助长由大的激振力引起的高频振动的断续切削时， 静压控制部43以使供给油压变大、使压力比变小的方式进行控制，预压控制部44以使预压 变大的方式进行控制。通过以这种方式使其具有刚性，能够提高切削性能。
其次，参照图7的流程图对控制装置4的第二动作例进行说明。首先，对静压赋予 装置5、预压赋予装置3进行控制而赋予初始预压力，并且，对静压赋予装置5进行控制而赋 予初始静压力(Si)。接着，在由NC程序制定的加工条件下开始进行被加工物的加工(S2)。 进而，输入利用径向变位传感器21和轴向变位传感器22检测到的主轴12的径向的变位和 轴向的变位(S； )。参照存储部45的负载、变位表利用传递矩阵法对主轴12的径向的变位 进行解析，并附加预压，由此，作为作用于主轴12的径向的负载求出作用于各个轴承131、 132,133的径向的负载，并且，使用主轴12的轴向的变位利用虎克定律进行运算，并附加预 压，由此，作为作用于主轴12的轴向的负载求出作用于各个轴承131、132、133的轴向的负 载(S4)。
进而，根据从存储部45读出的转速、极限负荷表判断来自各个负载运算部41、42 的作用于主轴12的各个负载是否位于不会产生高频振动的稳定区域内(S5)。当来自各个 负载运算部41、42的作用于主轴12的各个负载位于稳定区域内时，返回S3并继续进行加 工。另一方面，当来自各个负载运算部41、42的作用于主轴12的各个负载位于稳定区域外 时，判断是否能够进行静压力的调整(S6)。当能够进行静压力的调整时，利用静压赋予装置 5对静压轴承134的压力调整阀52和可变节流阀进行控制而对静压力进行调整(S7)，并返 S3执行上述处理直至S5。进而，通过静压赋予装置5的控制，当来自各个负载运算部41、42 的作用于主轴12的各个负载位于稳定区域内时，返S3并继续进行加工。
此处，静压的衰减系数C以下式(1)表示。
C = aA2P(y /kc)— (1)
其中，a 面积系数；A 轴承面积；P 压力比；μ 润滑油粘度；k。节流阀的流量系数。
此处，P = Pr/Ps
其中，Pr 储油箱的内压力；I^s 供给压力。
由此，能够通过利用可变节流阀改变压力比P自身、或者改变I3S而对衰减力进行 控制。
另一方面，在S6中，当即便利用静压赋予装置5进行控制来自各个负载运算部41、 42的作用于主轴12的各个负载仍位于稳定区域外时，判断为不可进行静压力的调整，前进 至S8并判断是否能够进行预压力的调整(S8)。当能够进行预压力的调整时，利用预压赋予 装置3对减压阀35和安全阀36进行控制而在从存储部45读出的转速、预压力表的赋予预 压的范围内对预压力进行调整(S9)，并返S3执行上述处理直到S6。进而，当通过预压赋予 装置3的控制而使来自各个负载运算部41、42的作用于主轴12的各个负载位于稳定区域 内时，返S3并继续进行加工。
另一方面，在S8中，当即便利用预压赋予装置3进行控制来自各个负载运算部41、 42的作用于主轴12的各个负载仍位于稳定区域外时，判断为不可进行预压力的调整，前进 至S10，发出异常警报，对机床的主控制装置发出指令而使主轴12停止，结束所有的处理。 如上所述，由于在加工过程中检测负载，在工序中(in process)对衰减力、预压力进行控 制，因此能够抑制多种多样的刀具T的高频振动的产生，能够增大每单位时间的切削量，能 够提高生产率。
另外，对于刀具的种类，即便是相同的种类也可能由于直径或长度不同而不同。 并且，根据刀具的制造商不同，加工性能也不同，因此，即便是相同种类、相同长度、相同直 径也可以改变最佳的衰减力或预压力。并且，除了转速或加工条件、负载之外，也可以检 测通过加工在主轴产生的振动。能够使用振动传感器、加速度传感器、或者AE传感器(AE sensor)检测振动。并且，作为衰减赋予单元使用了静压轴承134和静压赋予装置5，但是， 只要是能够赋予衰减力的装置即可。
权利要求
1.一种机床的主轴装置，其具备 壳体；主轴，该主轴保持刀具，且被旋转驱动；前侧滚动轴承，该前侧滚动轴承相对于所述壳体对所述主轴的接近所述刀具一侧的前 侧部进行轴支承；以及后侧滚动轴承，该后侧滚动轴承相对于所述壳体对所述主轴的远离所述刀具一侧的后 侧部进行轴支承，所述机床的主轴装置的特征在于，包括预压赋予单元，该预压赋予单元用于对所述前侧滚动轴承赋予预压力； 衰减赋予单元，该衰减赋予单元用于对所述后侧滚动轴承赋予衰减力；以及 控制单元，该控制单元根据所述刀具的种类、由所述刀具进行的加工的加工条件、作用 于所述主轴的负载、以及在所述主轴产生的振动中的至少1个，对利用所述衰减赋予单元 赋予的衰减力进行控制。
2.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于所述控制单元根据所述刀具的种类、由所述刀具进行的加工的加工条件、作用于所述 主轴的负载、以及在所述主轴产生的振动中的至少1个，对利用所述预压赋予单元赋予的 预压力和利用所述衰减赋予单元赋予的衰减力的组合进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的机床的主轴装置，其特征在于所述衰减赋予单元是设在所述后侧滚动轴承的外圈和所述壳体之间的静压轴承。
4.根据权利要求3所述的机床的主轴装置，其特征在于所述控制单元通过对所述静压轴承所具备的节流单元的压力比和向所述静压轴承供 给的液压油的供给油压的至少1个进行调整而对衰减力进行控制。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的机床的主轴装置，其特征在于所述加工条件包含所述主轴的转速、所述刀具相对于被加工物的进给速度、以及所述 刀具相对于被加工物的切削量中的至少1个。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的机床的主轴装置，其特征在于从对所述机床进行控制的NC程序解读所述刀具的种类、以及所述加工条件中的至少1 个并输入所述控制单元。
7.根据权利要求5所述的机床的主轴装置，其特征在于所述机床的主轴装置具备用于检测所述主轴的转速、作用于所述主轴的负载、以及在 所述主轴产生的振动中的至少1个的传感器，利用该传感器检测上述值并输入所述控制单兀。
全文摘要
本发明提供一种机床的主轴装置。根据刀具(T)的种类等对利用衰减赋予单元(5、134)赋予的衰减力进行控制而变更后侧滚动轴承(133)的衰减性，由此，能够对固有振动不同的各种刀具赋予最佳的衰减性，能够抑制多种多样的刀具的高频振动的产生。能够增大每单位时间的切削量，能够提高生产率。
文档编号B23B19/02GK102029407SQ201010293519
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月6日
发明者中嵨邦道, 堀伸充, 大川雄司, 小椋一成, 芝田贵雅 申请人:株式会社捷太格特