CN111716171B - 磨削装置的控制装置、程序及磨削方法 - Google Patents

磨削装置的控制装置、程序及磨削方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制热量积蓄于工件上并且能够减少空切时间的磨削装置的控制装置。磨削装置对工件反复进行使砂轮沿工件的表面内的一个方向(即,进给方向)相对移动的进给动作和使砂轮沿工件的表面的与进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对工件进行磨削加工。磨削装置的控制装置执行接触检测控制,不进行换行动作而反复进行进给动作和使砂轮靠近工件的进刀动作直至检测出砂轮接触到工件为止。而且,控制装置还执行磨削控制,在检测出了砂轮与工件的接触之后,反复进行进给动作和换行动作从而进行磨削加工。

Description

磨削装置的控制装置、程序及磨削方法
本申请主张基于2019年3月22日申请的日本专利申请第2019-054515号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种磨削装置的控制装置、由磨削装置的控制装置执行的程序及磨削方法。
背景技术
作为使砂轮旋转的同时对宽度宽于砂轮宽度的工件进行磨削加工的方法,已知有间歇式纵向进给磨削方法和位移切入式磨削方法。在间歇式纵向进给磨削方法中,反复进行使工件沿与砂轮的宽度方向正交的方向移动的动作(进给动作)和使砂轮相对于工件沿宽度方向横移砂轮宽度以下的长度的动作(换行动作)。在磨削完整个表面之后,进行使砂轮靠近工件的动作(进刀动作),并进行第2层的磨削加工(专利文献1)。在位移切入式磨削方法中,反复进行进给动作和进刀动作来进行磨削直至达到目标深度为止。之后,进行换行动作,并在未加工区域反复进行进给动作和进刀动作(专利文献2)。
不管在何种磨削方法中,均需要进行从砂轮未与工件接触的状态到砂轮接触到工件的状态为止的进刀动作。在砂轮未与工件接触的状态下进行进给动作和换行动作的情况称作空切(Air Cut)。
专利文献1:日本特开平5-131363号公报
专利文献2:日本特开2002-307305号公报
在间歇式纵向进给磨削方法中,在空切期间,每次对工件的整个表面进行进给动作和换行动作之后执行进刀动作。因此,空切时间会变长。在位移切入式磨削方法中,由于在空切期间反复进行进给动作和进刀动作,因此与间歇式纵向进给磨削方法相比,空切时间变短。但是,在位移切入式磨削方法中,由于对1次进给动作中进行磨削的区域继续进行磨削,因此,通过磨削而产生的热量容易积蓄于工件上。其结果,工件有时会因热量而变形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制热量积蓄于工件上并且能够减少空切时间的磨削装置的控制装置。本发明的另一目的在于提供一种由所述控制装置执行的程序。本发明的又一目的在于提供一种能够抑制热量积蓄于工件上并且能够减少空切时间的磨削方法。
根据本发明的一种观点,提供一种磨削装置的控制装置,其中,
所述磨削装置对工件反复进行使砂轮沿所述工件的表面内的一个方向即进给方向相对移动的进给动作和使所述砂轮沿所述工件的表面的与所述进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对所述工件进行磨削加工,
所述控制装置对所述磨削装置进行如下控制:
接触检测控制,不进行所述换行动作而反复进行所述进给动作和使所述砂轮靠近所述工件的进刀动作直至检测出所述砂轮接触到所述工件为止;及
磨削控制,在检测出了所述砂轮与所述工件的接触之后,反复进行所述进给动作和所述换行动作从而进行磨削加工。
根据本发明的另一观点,提供一种由上述磨削装置的控制装置执行的程序。
根据本发明的又一观点,提供一种磨削方法,其为对工件反复进行使砂轮沿所述工件的表面内的一个方向即进给方向相对移动的进给动作和使所述砂轮沿所述工件的表面的与所述进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对所述工件进行磨削加工的方法,其中,
不进行所述换行动作而反复进行所述进给动作和使所述砂轮靠近所述工件的进刀动作直至检测出所述砂轮接触到所述工件为止,
在检测出了所述砂轮与所述工件的角接触之后,反复进行所述进给动作和所述换行动作从而进行磨削加工。
由于在接触检测控制中不进行换行动作,因此能够减少检测到接触为止的时间(空切时间)。由于在磨削控制中反复进行换行动作和进给动作,因此能够抑制通过磨削而产生的热量积聚于一个部位。
附图说明
图1是基于实施例的磨削装置的控制装置及被所述控制装置控制的磨削装置的概略图。
图2是基于实施例的控制装置所执行的磨削装置的控制的流程图。
图3是工件及砂轮的立体图。
图4中(A)是示意地表示实施例中的步骤S04到步骤S08(图2)为止的动作期间中的砂轮与工件之间的相对移动轨迹的图,图4中(B)是示意地表示以往的间歇式纵向进给磨削方式中的砂轮与工件之间的相对移动轨迹的图。
图5中(A)至(E)是表示基于以往的位移切入式磨削方式使用砂轮对工件进行磨削时的磨削中途阶段的工件与砂轮之间的位置关系的剖视图。
图6是成为搭载有基于实施例的变形例的控制装置的磨削装置的磨削对象的工件的平面图。
图中:10-底座,11-工作台,12-卡盘,15-立柱,16-主轴头,17-砂轮,18-修整装置,19-台阶,21、22、23、25-轨迹,30-控制装置,31-中央处理单元(CPU),32-存储装置,35、36、37、38-控制电路,41、42、43、44-驱动装置,50-工件,51-台阶,52A、52B-通过磨削而呈现出的表面,53-沟槽,55-区划工件的表面而成的区域。
具体实施方式
参考图1至图3对基于实施例的磨削装置的控制装置进行说明。
图1是基于实施例的磨削装置的控制装置及被该控制装置控制的磨削装置的概略图。工作台11及立柱15以能够彼此沿彼此正交的方向滑动的方式支撑于底座10上。在此,定义将水平面设为xy面、将铅垂方向设为z轴方向的xyz正交座标系统。
驱动装置41使工作台11相对于底座10沿x轴方向平移。驱动装置41例如使用电动马达、液压缸等。驱动装置42使立柱15相对于底座10沿y轴方向平移。驱动装置42例如使用电动马达。
工作台11上安装有卡盘12。磨削对象(即,工件50)固定于卡盘12。
立柱15通过主轴头16将砂轮17支撑于工作台11的上方。搭载于主轴头16的驱动装置43使砂轮17以与y轴平行的旋转轴为中心进行旋转。驱动装置43例如使用电动马达。搭载于立柱15的驱动装置44使主轴头16相对于立柱15沿z轴方向升降。
用于对砂轮17进行修整的修整装置18例如设置于工作台11之上。另外,如图1中虚线所示,也可以将修整装置18设置于砂轮17的正上方。通过使立柱15移动并使主轴头16升降,能够将砂轮17移动到修整装置18的加工位置。将砂轮17移动到修整装置18的加工位置之后可以进行砂轮17的修整。
控制电路35、36、37、38分别根据来自控制装置30的指令控制驱动装置41、42、43、44。控制装置30例如由包括中央处理单元(CPU)31及存储装置32等的计算机构成。存储装置32中存储有用于控制磨削装置的动作的程序。通过使CPU31执行所述程序,使磨削装置对工件50进行磨削。
接着,参考图2对基于实施例的控制装置30所执行的控制进行说明。
图2是基于实施例的控制装置30所执行的磨削装置的控制的流程图。首先,控制装置30进行调整砂轮17的高度、使砂轮17旋转及使工件50移动等控制,从而进行第1层的磨削(步骤S01)。下面,参考图3对步骤S01的动作进行详细说明。
图3是工件50及砂轮17的立体图。俯视时,工件50具有矩形(正方形或长方形)形状。首先,使砂轮17升降从而调整砂轮17的高度到不产生过度进刀的程度。通常,为了确保充分的安全性,将砂轮17的高度调整为砂轮17的下端位于比工件50的上表面稍高的位置。
在工件50的宽度方向(y轴方向)上,对工件50和砂轮17进行对位。例如,在y轴方向上,使砂轮17移动到工件50的宽度方向上的边缘位于砂轮17的宽度之内并且砂轮17的宽度方向上的几乎整个区域与工件50重叠的位置。在使砂轮17旋转的状态下,使工件50沿x轴方向(进给方向)平移。使工件50沿进给方向移动的动作称作进给动作。在工件50的x轴方向(长度方向)上,若工件50移动到砂轮17离开工件50的位置(图3中用虚线表示的位置),则使砂轮17沿y轴方向(换行方向)移动。使砂轮17沿换行方向移动的动作称作换行动作。换行动作中的换行方向上的移动距离(换行宽度)设为与砂轮17的宽度大致相等。
接着,在换行动作之后,使工件50朝向与第1次进给动作中的工件50的移动方向相反的方向平移。之后,使砂轮17朝向与第1次换行动作中的砂轮17的移动方向相同的方向移动相同的距离。通过反复进行进给动作和换行动作,能够利用砂轮17扫描工件50的整个表面。将砂轮17并未与工件50接触的状态下进行的扫描称作空切。从砂轮17接触到工件50的时刻开始进行磨削。在磨削开始之后到对工件50整个区域的扫描结束为止,反复进行换行动作和进给动作。由此,结束第1层的磨削。
接着,如图2所示,判定是否对砂轮17进行修整(步骤S02)。例如,每次对某一预定面积进行了磨削之后进行修整。若控制装置30判定为需要进行修整,则执行对砂轮17进行修整的控制(步骤S03)。若修整完毕,则使砂轮17升降到比最近的磨削表面的目标高度稍高的位置(步骤S04)。
基于砂轮17的磨损或由施加于砂轮17的向上的力量引起的砂轮17的机械退刀量等,通过磨削实际得到的工件50的表面高度并不一定与作为目标的表面的高度(目标高度)一致。在步骤S04中,考虑到工件50表面的目标高度与磨削后的实际高度之间的误差,将砂轮17的高度设定在比工件50的最终磨削表面的目标高度高出例如1层量的目标切深(磨削加工余量的深度)的1倍至2倍左右的位置。
之后,控制装置30使砂轮17旋转的同时进行1次进给动作(步骤S05)。在进行该进给动作的期间,判定砂轮17是否接触到工件50(步骤S06)。例如,可以通过检测驱动装置43的负载来判定砂轮17是否接触到工件50。若砂轮17未与工件50接触,则砂轮17会空转,因此驱动装置43的负载只有旋转轴的摩擦等,其非常小。若砂轮17接触到工件50,则驱动装置43的负载会急剧增加。驱动装置43的负载的大小会反映于流过驱动装置43的电动马达的驱动电流的大小上,因此可以根据驱动电流的变化来判定砂轮17是否接触到工件50。除此之外,通过用音响传感器检测砂轮17与工件50接触而产生的声音(声发射),也可以判定砂轮17是否接触到工件50。
若砂轮17未接触到工件50,则执行砂轮17的进刀动作(步骤S07)。具体而言,使砂轮17下降相当于1次进刀量的高度。在进刀动作之后,执行步骤S05的进给动作。即,无需进行换行动作,对工件50的宽度方向(y轴方向)上的相同位置进行进给动作。如此,控制装置30进行在不进行换行动作的情况下检测砂轮17与工件50之间的接触的接触检测控制(步骤S05到步骤S07)。
若在步骤S06中检测出了砂轮17与工件50接触,则对工件50的整个表面执行反复进行进给动作和换行动作的磨削控制(步骤S08)。具体而言,每进行1次进给动作后进行1次换行动作。此时,换行动作时的换行宽度设为与砂轮17的宽度大致相等。若在步骤S02中判定为不执行修整,则执行砂轮17的1层量的进刀动作(步骤S09),之后,执行步骤S08。
在步骤S08中对工件50进行1层量的磨削之后,判定是否已磨削到目标深度(步骤S10)。若未磨削到目标深度,则返回步骤S02中判定是否执行修整。之后,再次执行从步骤S03到步骤S10的工序。若判定已磨削到目标深度,则结束工件50的磨削加工。
接着,参考图4中(A)及(B),对上述实施例相比以往的间歇式纵向进给磨削方式的优异效果进行说明。
图4中(A)是示意性地表示上述实施例中的步骤S04到步骤S08(图2)为止的动作期间中的砂轮17与工件50之间的相对移动轨迹的图。图4中(A)示出了进行了3层量的进刀动作(步骤S07)之后砂轮17接触到工件50的例子。并且,示出了为了磨削工件50的整个表面而进行了三次换行动作和四次进给动作的例子。
图4中(A)的x轴方向上的轨迹21表示在步骤S05中的进给动作。从轨迹21的终点到其正下方的轨迹21的起点为止的z轴方向上的轨迹22表示步骤S07的进刀动作。上数第1根至第3根轨迹21相当于空切期间的轨迹。最下方的轨迹21相当于砂轮17接触到工件50时的进给动作(步骤S05)。反复进行换行动作和进给动作的轨迹23表示步骤S08的磨削的动作。
如图4中(A)所示,直到砂轮17接触到工件50为止,无需进行换行动作而反复进行进给动作和进刀动作,因此在图4中(A)的例子中,在空切期间进行三次进给动作。
图4中(B)是示意地表示以往的间歇式纵向进给磨削方式中的砂轮17与工件50之间的相对移动轨迹的图。以往,在砂轮17接触到工件50为止进行的3层量的空切期间中均进行换行动作。在刚完成3层量的进刀动作之后的进给动作中,砂轮17与工件50接触。因此,在空切期间,执行12次进给动作。
对图4中(A)和(B)进行比较可知,在使用基于实施例的控制装置30(图1)进行磨削时,与以往的间歇式纵向进给磨削相比,空切期间中的进给动作的次数减少。其结果,能够缩短空切时间。
接着,对在进行砂轮17的修整(图2的步骤S03)之后且在进行磨削控制(图2的步骤S08)之前进行空切直至砂轮17接触到工件50为止的效果进行说明。
若用砂轮17继续进行磨削,则砂轮17的磨损会发展,会出现实际被磨削的深度浅于作为目标的磨削深度的情况。而且,基于砂轮17的表面变钝或气孔堵塞,从工件50施加于砂轮17的朝上的力量会变大。其结果,砂轮17的向上的机械退刀量会变大。基于砂轮17的机械退刀量,实际被磨削的深度也会变得比作为目标的磨削深度浅。
如此,在刚要进行砂轮17的修整之前被磨削的工件50的表面的实际高度会高于作为目标的高度。作为目标的高度可以从砂轮17的进刀量求出,而实际高度却难以求出。为了吸收作为目标的高度与实际高度之差,在进行砂轮17的修整之后,将砂轮17的下端设定在比作为目标的高度高出一定退刀量的位置,从而进行空切。在本实施例中,能够缩短在进行了砂轮17的修整之后不得不执行的空切的时间。
接着,参考图5中(A)至(E)对上述实施例相比以往的位移切入式磨削方式的优异效果进行说明。
图5中(A)至(E)是表示基于以往的位移切入式磨削方式使用砂轮17对工件50进行磨削时的磨削中途阶段的工件50与砂轮17之间的位置关系的剖视图。图5中(A)表示进行第1次进给动作的第1层磨削时的工件50与砂轮17之间的位置关系。在此,D1表示距工件50表面的切深。在砂轮17的换行方向(y轴方向)上,砂轮17的大部分与工件50重叠,而端部的极少一部分离开了工件50。之所以使砂轮17的端部的极少一部分离开工件50是考虑到了工件50和砂轮17的对位余量。
图5中(B)表示对与图5中(A)相同的区域进行的进给动作中的磨削最下层时的工件50与砂轮17之间的位置关系。距通过上一次进给动作而呈现出的表面的切深D1和图5中(A)中的进给动作的切深D1相等。通过对相同的区域进行多次进给动作,在工件50的被磨削的区域和未被磨削的区域之间的边界形成台阶51。砂轮17表面中的与工件50接触的区域会随着磨削的进行而磨损。因此,在砂轮17表面中的与工件50接触的区域和离开工件50的区域之间的边界也会形成台阶19。
图5中(C)表示1次换行动作之后进行第1层磨削时的工件50与砂轮17之间的位置关系。切深D1和图5中(A)中的进给动作的切深D1相等。换行宽度与砂轮17的宽度(y轴方向上的尺寸)大致相等。因此,形成于工件50的台阶51与形成于砂轮17的台阶19在y轴方向上的位置一致。以台阶19为边界的较高的面(距砂轮17中心的距离更远的面)不与工件50接触。因此,通过进行磨削而形成于砂轮17的台阶19会变得越来越高。
图5中(D)表示对与图5中(C)相同的区域进行的进给动作中的磨削最下层时的工件50与砂轮17之间的位置关系。距通过上一次进给动作而呈现出的表面的切深D1和图5中(B)中的进给动作的切深D1相等。此时,砂轮17的以形成于砂轮17的台阶19为边界的较高的面与工件50的表面接触,因此接触区域会被磨削。
图5中(E)表示图5中(D)所示的进给动作之后的工件50的表面形状。通过图5中(A)到(B)的多次进给动作而呈现出的表面52A的高度和通过图5中(C)到(D)的多次进给动作而呈现出的表面52B的高度大致相等。但是,被砂轮17的以形成于砂轮17的台阶19为变界的较高的面磨削的位置上会呈现出沟槽53。因此,需要通过精磨去除该沟槽53,因此精磨所需时间会变长。
与其相比,在本实施例中,每进行1次进给动作就进行换行动作。即使通过第1次进给动作而在砂轮17上形成了台阶19,其高度也会低于基于位移切入式磨削方式的多次进给动作而形成的台阶19的高度。并且,以通过进行1次进给动作而形成的台阶19为边界的较高的面在换行动作之后的进给动作中会与工件50的表面接触。因此,台阶19不会累积变高。因此,在本实施例中,能够抑制图5中(E)所示的沟槽53的产生。
并且,在以往的位移切入式磨削方式中,由于对工件50上的相同区域反复进行进给动作和进刀动作,因此通过磨削而产生的热量会积累导致工件50的温度容易变高。相对于此,在本实施例中,在砂轮17接触到工件50之前,无需进行换行动作,对相同的区域反复进行进给动作和进刀动作,但在砂轮17接触到工件50之后,反复进行换行动作和进给动作。因此,能够抑制热量积蓄于工件50的特定区域,从而能够抑制工件50过度升温。
接着,对在第1层磨削(图2的步骤S01)中不采用空切期间不进行换行动作的方法时的效果进行说明。
工件50有时会受到前一工序的影响而变形导致表面的平坦度变差。但是,工件50表面的最高的部位却难以找出。若仅在图3的y轴方向(宽度方向)上的一个部位反复进行进给动作和进刀动作以使砂轮17下降直至砂轮17与工件50接触,则在比检测出接触的部位更高的表面,切深会变得过大。在本实施例中,在进行第1层磨削之前对工件50的整个区域执行空切,因此,能够抑制切深在表面高度最高的区域变得过大。
接着,对上述实施例的变形例进行说明。
在上述实施例中,在进行第1层磨削(图2的步骤S01)时,对工件50的整个区域进行了空切。这是因为,如上所述,工件50的表面高度存在偏差并且无法确认哪个部位最高。在进行磨削之前的工件50的表面几乎平坦的情况下,在进行第1层磨削时也可以进行步骤S05到步骤S07中的不进行换行动作的空切(接触检测控制)。
并且,在上述实施例中,在步骤S08中对工件50的整个区域进行1层量的磨削之后,在步骤S02中判定是否进行砂轮17的修整,但是,也可以在磨削进行到工件50表面的中途的时刻判定是否进行砂轮17的修整。此时,进行砂轮17的修整之后从磨削被中止的部位开始进行步骤S04的工序即可。
并且,在上述实施例中,步骤S08的磨削时的换行动作的换行宽度与砂轮17的宽度大致相等,但是,其也可以小于砂轮17的宽度。例如,也可以将换行宽度设为砂轮17的宽度的大约50%。
并且,基于上述实施例的控制装置30控制对平板进行磨削的磨削装置,但是,也可以控制对圆柱状的工件侧面进行磨削的磨削装置。此时,进给动作对应于使工件以中心轴为中心进行旋转的动作,进给方向对应于工件的侧面的周向。换行方向对应于工件的中心轴的方向。
并且,在上述实施例中,每进行1次进给动作就进行换行动作,但是,在工件50的切深基于工件50的材料或进刀条件而设为较浅的情况下,可以每进行多次(2次或3次)进给动作后进行换行动作。若采用该方法,则能够根据工件50的材质等进行高精度的加工。
接着,参考图6对上述实施例的又一变形例进行说明。
图6是成为搭载有基于本变形例的控制装置的磨削装置的磨削对象的工件50的平面图。在本变形例中,将工件50的表面区划为多个区域55。控制装置30针对每个区域55执行图2所示流程图的工序。
在工件50的换行方向上的尺寸较大的情况下,即使在步骤S01中对工件50整个区域进行了空切,也会因砂轮17的耐久性方面的限制而有时无法一次性磨削整个区域。此时,对无法进行磨削的区域进行的空切就会变得无用。通过将工件50的表面区划为多个区域55,能够消除不必要的空切。
上述实施例及变形例为示例,理所当然,实施例及变形例中记载的结构能够进行局部替换或组合。关于实施例及变形例中的相同结构的相同作用效果,不在每个实施例及变形例中逐一进行说明。而且,本发明并不只限于上述实施例及变形例。例如,可以进行各种变更、改进、组合等,这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (5)

1.一种磨削装置的控制装置,其特征在于,
所述磨削装置对工件反复进行使砂轮沿所述工件的表面内的一个方向即进给方向相对移动的进给动作和使所述砂轮沿所述工件的表面的与所述进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对所述工件进行磨削加工,
所述控制装置对所述磨削装置进行如下控制:
接触检测控制,不进行所述换行动作而反复进行所述进给动作和使所述砂轮靠近所述工件的进刀动作直至检测出所述砂轮接触到所述工件为止;及
磨削控制,在检测出了所述砂轮与所述工件的接触之后,反复进行所述进给动作和所述换行动作从而进行磨削加工。
2.根据权利要求1所述的磨削装置的控制装置,其特征在于,
在执行了对所述砂轮进行修整的控制之后且在进行所述磨削控制之前,进行所述接触检测控制。
3.根据权利要求1或2所述的磨削装置的控制装置,其特征在于,
将所述工件的表面区划为多个区域,并对每个区域进行所述接触检测控制及所述磨削控制。
4.一种由磨削装置的控制装置执行的方法,其特征在于,
所述磨削装置对工件反复进行使砂轮沿所述工件的表面内的一个方向即进给方向相对移动的进给动作和使所述砂轮沿所述工件的表面的与所述进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对所述工件进行磨削加工,
由所述控制装置执行的方法包括:
接触检测控制,不进行所述换行动作而反复进行所述进给动作和使所述砂轮靠近所述工件的进刀动作直至检测出所述砂轮接触到所述工件为止,及
磨削控制,在检测出了所述砂轮与所述工件的接触之后,反复进行所述进给动作和所述换行动作从而进行磨削加工。
5.一种磨削方法,其为对工件反复进行使砂轮沿所述工件的表面内的一个方向即进给方向相对移动的进给动作和使所述砂轮沿所述工件的表面的与所述进给方向交叉的换行方向相对移动的换行动作从而对所述工件进行磨削加工的方法,所述磨削方法的特征在于,
不进行所述换行动作而反复进行所述进给动作和使所述砂轮靠近所述工件的进刀动作直至检测出所述砂轮接触到所述工件为止,
在检测出了所述砂轮与所述工件的接触之后,反复进行所述进给动作和所述换行动作从而进行磨削加工。
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