CN1103021A - 电解整修研削方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明具有：接触面与工件1接触之导电性磨轮 2；隔开一间隔与磨轮相对向之电极3；在磨轮与电极 间流通导电性液体之喷嘴4；将电压外加在磨轮与电 极间之印加装置5；而构成一种一面利用电解整修磨 轮，一面进行工件之研削的电解整修研削加工装置； 亦具备有在接近磨轮加工面设置、以非接触方式计测 加工面之位置的涡流传感器10，以及，依据涡流感测 器之计测值控制磨轮的位置的磨轮控制装置20。

Description

本发明涉及一种电解整修研削方法及装置，更详细地说，与利用金属结合磨轮加工中计测之电解修研削方法及装置有关。

以往，利用金属结合磨轮，例如铸铁纤维结合金刚石磨轮等导电性磨轮，将电压外加在该磨轮，藉由电解进行磨轮之整修之导电性磨轮的电解整修方法及装置，业已在与本专利申请人同一申请人之特开平1-188266号（特愿昭63-12305号）公开，将作为电子材料的硅等半导体加以镜面研削的技术开发成功。再者，进一步发展该方法及装置的电解加工过程中整修研削法（Electrolytic    Inprocess    Dressing：以下称为ELID研削法）之方法及装置亦由本专利申请人研发成功并发表（理研专题讨论会「镜面研削之最新技术动向」、平成3年3月5日召开）。

该ELID研削法系使用由：具有接触面与工件接触之磨轮、与磨轮隔开一间隔相对向之电极、在磨轮与电极间流通导电性液体之喷嘴、以及，将电压外加在磨轮与电极间之外加装置（电源及供电体）构成之装置，在磨轮与电极间流通导电性液体，同时将电压外加在磨轮与电极间，藉由电解进行磨轮之整修。

兹将这种应用ELID研削法之整修机构表示于图7。当磨轮之颗粒磨锐程序开始时（A），磨轮与电极间之电阻小，可流通较大电流（5～10A）。于是，藉由电解效应，磨轮表面之金属部（结合剂）即溶解，促使非导电性之金刚石颗粒突露。进一步，继续通电，则氧化铁（Fe₂O₃）为主之绝缘被膜（非导电被膜）即形成在磨轮表面，磨轮之电阻即变大。因此，电流降低，结合剂之溶解现象减少，磨轮颗粒（以下简称为颗粒）之突出（磨轮之颗粒磨锐）在实质上已结束（B）。在此状态下，开始研削时（C），被膜使研削屑游离，而随工件之研削进行，金刚石颗粒渐渐磨耗。更进一步继续进行研削（D）时，磨轮表面的非导电被膜即因磨耗而消失，磨轮之电阻再降低，磨轮与电极间的电流又增大，结合剂之溶解亦增加，颗粒的突出（磨轮之颗粒磨锐）又再开始。因此，在应用ELID研削法之研削中，由于如（B）～（D）之过程中被膜形成又消失，结合剂之溶出过度现象即被抑制，颗粒之突出（磨轮之颗粒磨锐）程序亦自动地调整。以下，将（B）～（D）所示的循环称为ELID循环。

在上述ELID研削法中，即使采用较细的颗粒，亦由于ELID循环所进行之磨轮之颗粒磨锐动作，磨轮颗粒填平的现象不致出现，因此，采用较细的颗粒时，藉由研削加工即可获得如镜面般极优秀之加工面。于是，应用ELID研削法，实施高效率研削乃至镜面研削均可维持磨轮锐利度，适用于各种研削加工。

然而，在上述的现有ELID研削中，由于磨轮的表面形成有非导电被膜，故该非导电被膜的存在使得正确把握（计测）磨轮尺寸一事不易实现，必须由具有经验的熟练工方能把握磨轮尺寸之经时性变化，对提高形状、尺寸精度方面，尚有问题待解决。

亦即，于以往的ELID研削中，由于上述ELID循环被膜的形成、去除、以及结合剂的溶出均予以自动调整，故磨轮尺寸即产生经时性变化，且该磨轮尺寸之变化未必依一定速度进行。对于此问题，在以往，例如研削精度高之光学镜片时，采取中断研削加工多次，藉以利用测微计等仪器计测磨轮尺寸，对照经验估计磨轮尺寸变化的辨法进行研削加工，不仅费工时、工序亦不易安排，且衍生需要高度熟练工等问题。因此，期望可在研削加工中进行磨轮尺寸计测之中间机构的技术由来已久。

为满足上述的需求，自以往即提出各种手段，例如利用激光或静电容量式传感器的磨轮尺寸非接触计测，且在一部分适用。然而，上述的手段由于ELID研削中所使用的研削液将附着在磨轮，而受该研削液之影响，不能正确计测磨轮之尺寸，而成为问题。另外，于ELID研削中，磨轮之表面形成有不导电的被膜，因该不导电的被膜存在，实际进行研削的结合部的尺寸的计测亦不能正确执行，而成问题。

本发明系为解决上述问题而开发的。亦即，本发明之目的在于提供不受研削液或非导电被膜的影响，能在研削加工中进行磨轮尺寸的计测，可藉此以有效率实施高精度的研削加工，且不必熟练也可执行加工的电解整修研削方法及装置。

根据本发明，可提供一种电解整修研削方法，在导电性磨轮与电极间流通导电性液体，将电压外加在磨轮与电极间，针对磨轮进行电解整修，同时也进行工件的研削之电解整修研削加工;其特征是利用在接近磨轮的加工面设置之涡流传感器，以非接触的方式计测磨轮的加工面位置，依该计测值控制磨轮的位置。

另外，根据本发明时，可提供一种电解整修研削装置，即由：具有接触面与工件接触之导电性磨轮、与该磨轮隔开一间隔相对向之电极、在磨轮与电极之间流通导电性液体之喷嘴、以及，将电压外加在磨轮与电极间之印加装置而成，通过电解一面对磨轮进行电解整修，一面进行工件的研削之电解整修研削加工;其特征是备有：在接近磨轮之加工面设置以非接触之方式计测该加工面位置的涡流传感器、以及，根据该涡流传感器测得的计测值控制磨轮的位置之磨轮控制装置。

本发明人对于自以往即期望甚殷切然而由于研削液及非导电被膜之存在而被认为实质上不可能实现之研削加工中磨轮尺寸之计测（以下称为加工中计测）方面，着眼于涡流传感器之适用可能性，经过各种试验，终于证明其可行。

图8为表示涡流传感器的原理图，图中，将交流电流33通于线圈31，以产生贯穿线圈之交变磁通32，并在该线圈31之轴线方向配置导体板35，则导体板35即截切交变磁通32，因此，涡流34即流通于其中。当线圈31与导体板35间之间隙d愈小，涡流34即愈大。另外，涡流34的磁通32向打消线圈31的磁束32的方向发生，因此，涡流34使得线圈31的磁通32减少，线圈31的电感值L亦变小。从而，藉由计测线圈之电感值L的减少量，即可测知涡流的大小，以非接触方式亦能测知线圈31与导体板35间之距离d。此即为涡流感测器的原理。

上述涡流传感器在原理上不怕水，可适用电解液拨溅下的ELID研削的环境。另外，由于仅能适用在可产生涡动电流之导电体（导体），因此，在ELID研削中，并不受形成在结合部表面之非导电被膜的影响。于是，将涡流传感器适用在ELID研削加工时，可不受磨轮表面之非导电被膜之影响，而进行实际执行研削工作之结合部之尺寸计测。另外，研削液虽具导电性，然经试验结果，亦表明其对涡流传感器所执行尺寸计测全无影响。本发明是基于上述崭新之观点及知识而开发的。

亦即，根据本发明的方法及装置，藉由在接近磨轮的加工面设置的涡流传感器，以非接触方式计测磨轮之加工面位置，因此，可以不受研削液及非导电被膜的影响，在研削加工中计测磨轮尺寸。另外，亦利用磨轮控制装置，根据涡流传感器之计测值控制磨轮之位置，因此，可以有效率地实施高精度之研削加工，且不需熟练之技术。

图1是本发明的电解整修研削装置的全体构成图;

图2是铸铁结合钻石磨轮之初期摆动的计测结果;

图3是磨轮切削加工磨轮直径之变化的加工中计测结果;

图4是进行电解整修时的磨轮直径变化（结果材料后退情形）的加工中计测结果;

图5是进行ELID研削中磨轮直径变化的加工中间计测结果及此时的法线研削阻力;

图6是藉由令传感器向宽方向移动所进行磨轮结合部断面形状的计测例;

图7是示ELID研削法中之ELID循环的说明图;

图8是涡流传感器的原理图。

以下，参照图面说明本发明之较佳实施例。图1是本发明的电解整修研削装置之全体构成图。图中，电解整修装置由：具有接触面与工件1接触之磨轮2（工具）、与磨轮2隔开一间隔相对向之电极3、在磨轮2与电极3之间流通导电性液体之喷嘴4、以及，将电压外加在磨轮2与电极3间之印加装置5而成;在磨轮2与电极3间流通导电性液体，同时。亦将电压外加在磨轮2与电极3间，藉由电解整修磨轮2，同时进行工件1之研削。印加装置5由通常之电源及供电体构成。上述之构成，均与以往的ELID研削装置的构成相同。

至于，本发明的电解整修研削装置则更具备有在接近磨轮2之加工面设置可计测该加工面位置之涡流传感器10及依据该涡流传感器10之计测值控制磨轮2之位置的磨轮控制装置20。

磨轮2系导电性磨轮，其结合部以使用铸铁、钴、青铜及其他金属材料之金属结合磨轮为佳。另外，颗粒可使用金刚石、CBN（立方晶氮化硼）及其他颗粒。

涡流传感器10系依据图8所示原理设计的涡流传感器，最理想则以具有0.4μm以上高分辨率者为佳。另外，涡流传感器10系接近磨轮2之加工面，安装在定位装置12，设计成可针对其检测端（传感器头）之位置进行微调整的构成。再者，表1则提示使用在本实施例之传感器头定位装置的使用情形。

表1

传感器头        定位装置

形状尺寸:φ5.4mm        形状尺寸:对应平研

测试范围:0～1mm        移动距离:10mm

输出电压:0～1V        移动方向:2(R:半径方向,

响应性:3.3KHZ        W:宽方向)

涡流传感器10的输出（例如电压），视磨轮之结合材料种类、颗粒之种类、以及，颗粒之填充率等而变化。因此，必须预先将磨轮2之加工面与涡流感测器10的检测端间之间隙d，与涡流感测器10之输出两者间的关系加以校准（calibration）好，利用适当之机构存储下来。

磨轮控制装置20可使用例如NC（数值控制）加工机械，内装模拟软件，可依据涡流传感器10的计测值，预测形状误差之发生量，向减少该加工误差之方向修正磨轮之途径，设计成可在加工中修正磨轮2之位置，不受磨轮形状变化之影响之构成以进行控制为佳。另外，将使用于本实施例中研削机械、研削磨轮、ELID电源、以及被研削材料等的规格显示于表2。

表2        ELID研削实验系统规格

①研削        往复式平面车床:GS-CHF[黑田精工]

机械        旋转式平面车床:SS-501[天田野]

②研削        铸铁结合钻磨轮(#4000CIB-D,富士模具)

磨轮        钴结合钻石磨轮(#325CB-D,新东钢板)

形状均为φ150W10mm直式

③ELID        ELID脉冲源:EPD-10A[新东钢板]

电源

④被研

削材        超硬合金(D60块料)[富士模具]

料

⑤其他        研削液        AFG-M(NORITAKE)、自来水50倍稀

释液

测试机        小型动力计XL-100汛用数据处理系

统[COSMO设计]

利用上述之电解整修研削装置实施本发明之方法时，可藉由接近磨轮2加工面设置的涡流传感器10，以非接触方式计测磨轮2之加工面的位置，利用磨轮控制装置20，依涡流传感器10的计测值，控制磨轮2的位置。

根据上述本发明的方法及装置，由于利用接近磨轮加工面设置的涡流传感器，以非接触方式计测磨轮加工面位置，因此，在研削加工中即可不受研削液及非导电被膜的影响，进行磨轮尺寸的计测。另外，亦利用磨轮控制装置根据涡流传感器计测值，控制磨轮的位置，因此蚵有效率地实施高精度的研削加工，且毋需熟练工。

图2系表示藉本发明的装置实施铸铁结合金刚石磨轮初期摆动的计测结果图。图中，当磨轮回转速度在900rpm以上时，出现因偏心带来之约78μm之磨轮摆动，进一步使回转速度升至2550rpm，而磨轮摆动并无任何变化。再者，在计测途中喷撒研削液，但对于磨轮摆动之计测值亦全无影响。因此，研削液之供应虽为ELID研削加工不可或缺之条件，然而，加工中得实施加工中计测的事实已获得确认。

图3系应用本发明的装置，针对磨轮研削时的磨轮径之变化，进行加工中计测的结果，实施加工中计测，结果测得开始时约78μm的初期摆动，随研削加工进行而减低至约11μm之变化过程。亦即，应用本发明时，实施研削加工精度之加工中计测可行性一事，已获确认。

图4系针对研削后，实施电解整修时之磨轮直径变化（结合材料后退之情形）进行计测之结果。实施中间计测，结果测得经过约30分钟电解整修而出现约10μm的磨轮径变化（半径单位）之现象。

图5系表示进行ELID研削时的磨轮径变化之加工中计测结果（上图）及此际之法线研削阻力（下图）之图。而设定电压为90V。于该项试验，经约30分钟加工后，磨轮之磨耗约为12μm。因此，可知如未实施本发明之加工中计测，即使仅30分钟程度之研削加工，其所受磨轮磨耗带来之影响如何重大。另外，该磨轮消耗，较仅电解造成的消耗为稍大。至于图5的下图中，结合部与工件间之接触开始前，在上图中，消耗现象早已开始，此表示由于非导电被膜与工件间之接触（时间0时开始），非导电被膜变薄，且因上述ELID循环，结合部之消耗早已出现的事实。

图6系利用感测器向宽度方向的移动所进行的磨轮结合部断面形状之计测例，由该图可确认传感器能将磨轮表面形状正确加以检出之事实。

另外，在上述试验使用的磨轮系铸铁结合钻石磨轮，但也使用钴结合磨轮尝试中间计测，获得证实同样可进行加工计测。

再者，本发明非限定于上述之实施例，在申请专利范围记载之范围内，可与众所周知之技术搭配适用之。例如，涡流传感器的分辨率，现时点虽仅0.4μm程度，然可与精度更高之加工机械组合，以内插涡流传感器之计测值，而执行全体的高精度ELIO研削加工。或与控制ELID研削中磨轮之电解适当机构配合亦可，再者，将两个涡流传感器呈例如直交状，或稍微错开位置的状态配置，利用两传感器之计测值，则进行高精度位置检测亦有实现可能。再者，也可以将本发明适用在例如动压轴承那样在停止时与回转时，磨轮中心均变动的磨轮。而加工机械因ELID研削中的加工阻力等，发生弹性变形时，亦可利用本发明计测该弹性变形量，再返馈至研削加工程序。至于，磨轮形状亦不必限定在圆筒形磨轮，即采用杯状磨轮抛光用磨轮及其他种类的磨轮均可。

如上述，本发明之发明人对于自以往即期甚殷，然由于研削液及非导电被膜之存在而被认为实质上不可能实现之研削加工中磨轮尺寸之计测（以下，称为加工中计测）方面，着眼在涡流传感器之适用性此点，经过各种试验，终于证实其可行。上述之涡流传感器，在原理上可抵抗水份，可适用于电解液拨溅下进行ELID研削的环境。另外，因只能检可产生涡动电流之导电体（导体），因此，不受ELID研削中形成在结合部表面之非导电被膜之影响。于是，将涡流传感测器适用在ELID研削加工时，可不受形成在磨轮表面之非导电被膜之影响，针对在ELID中实际执行研削工作之结合部进行尺寸计测。另外，研削液虽具导电性，然经试验结果，亦证明其对涡流传感器所执行之尺寸计测全无影响。本发明即基于上述崭新之观点及知识而开发的。

如上述，本发明的方法及装置具有不受研削液及非导电被膜之影响，在研削加工中进行磨轮尺寸的计测，且能有效地实施精度高的研削加工，并且不需熟练工等优秀的效果。

Claims (2)

1、一种电解整修研削方法，一面在导电性磨轮与电极之间流通导电性液体，一面将电压外加在磨轮与电极之间，同时，一面利用电解进行磨轮之整修，一面进行工件之研削的电解整修研削加工，其特征在于，利用在接近磨轮加工面设置之涡流传感器，以非接触方式计测磨轮加工面之位置，依据该计测值，进行磨轮的位置的控制。

2、一种电解整修研削装置，具有：接触面与工件接触之导电性磨轮;隔开一间隔与该磨轮相对向之电极;在磨轮与电极间流通导电性液体之喷嘴;以及，将电压外加在磨轮与电极间的印加装置;以构成一面由电解进行磨轮之整修，一面进行工件之研削的电解整修研削加工的装置;其特征在于具备有：在接近磨轮加工面设置的以非接触方式计测该加工面之位置的涡流传感器，以及，

依据该涡流传感器之计测值，控制磨轮位置的磨轮控制装置。

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