JP2002326158A - 電解インプロセスドレッシング研削方法および研削装置 - Google Patents

電解インプロセスドレッシング研削方法および研削装置

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JP2002326158A
JP2002326158A JP2001130605A JP2001130605A JP2002326158A JP 2002326158 A JP2002326158 A JP 2002326158A JP 2001130605 A JP2001130605 A JP 2001130605A JP 2001130605 A JP2001130605 A JP 2001130605A JP 2002326158 A JP2002326158 A JP 2002326158A
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grindstone
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grinding
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Hidenori Nakagawa
英則 中川
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石表面の電解膜の膜厚を一定に保ち、安定
した切れ味で研削加工を行なう。 【解決手段】 砥石1に給電体2を接触させ、砥石表面
1aに電極3を対向させて電圧を印加し、電解膜を形成
する。電解膜の膜厚を一定にして切れ味を保つために、
砥石1の母地である磁性体との距離を検出する渦電流セ
ンサ6の出力と、表面砥石1aの位置変化を検出する非
接触型の変位センサ7の出力から、電解膜の膜厚を算出
し、電解条件を制御することで膜厚値の変動を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、砥石を電解しなが
ら金属やガラスを高精度かつ高能率に研削する電解イン
プロセスドレッシング研削方法および研削装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、一従来例による電解インプロセ
スドレッシング研削方法を示す。これは、金属やガラス
製の加工素材を研削する砥石101に給電体102を接
触させ、砥石101を正の極性、砥石101と微小な間
隙を持って対向する電極103を負の極性とする電解電
源104に接続する。砥石101と電極103の間に電
解液105を供給しながら電解電源104により電圧を
印加し、砥石101に含まれる鋳鉄などのボンド剤を電
解して、砥石101の母地に比べてやわらかい電解膜層
を砥石表面101aに生成し、加工中の砥石101の目
詰まりによるトラブルを防ぐもので、高い研磨効率と仕
上がり面精度を期待できる研削方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、砥石表面に生成される電解膜の膜厚を
常時適正な値に維持するのが困難であるという未解決の
課題があった。すなわち、電解インプロセスドレッシン
グ研削法においては、一般的に、砥粒の大きさに対して
適切な電解膜厚が存在し、それから外れると電解インプ
ロセスドレッシング研削の効果が得られにくい。例え
ば、電解膜が薄すぎると、硬い鋳鉄の母地で被加工面を
傷つけてしまい、逆に電解膜厚が厚すぎると、砥粒の脱
落が増え、除去レートの低下や砥石摩耗の増大の原因と
なる。
【0004】また、加工中の電解膜の膜厚が変化する
と、砥石の切れ味が変化し、被加工面に微小なうねりを
発生させる原因となる。
【0005】これらのことから、高品位な仕上がり加工
面を得るためには、加工中の電解膜厚が目標とする膜厚
値であるかを常時検出し、電解膜厚が変動しないように
電解条件・加工条件を制御する必要がある。
【0006】このような電解インプロセスドレッシング
研削法の問題点に対して、加工中の砥石軸のモータ負荷
や電解電流値、電解電圧値を検出して加工条件・電解条
件を制御するなどの種々の対応が試みられている。例え
ば特開平5−031668号公報に開示されているよう
に、加工中の研削抵抗を検出し、研削抵抗が一定となる
ように切り込みや送り速度を制御する方法がある。しか
し、この手法では、加工条件を加工中に変化させるた
め、高精度な面形状を得ることは難しい。
【0007】また、例えば特開平6−99352号公報
には、加工中の電解電流値、電圧値を検出し、該検出値
と過去の電解膜厚とを比較することで所望の電解膜厚に
なるように電解条件を制御する技術が示されている。し
かし、電解電流値、電圧値の検出では膜厚の増減に対し
て時間遅れが生じるため、電解膜厚を精密に一定に維持
することは難しい。また、砥石摩耗による砥石と電極と
の間隙の変化や、電解液の劣化、砥石と電極の間への電
解液の充填の仕方の違いなどによって電解電流値、電圧
値が変動すると、電解電流値、電圧値から電解膜厚を正
確に検出できないという不都合がある。
【0008】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、砥石表面に形成され
る電解膜の膜厚を所望の値に制御し、研磨加工中極めて
安定した切れ味を維持することで、高精度で高能率な研
磨を行なうことのできる電解インプロセスドレッシング
研削方法および研削装置を提供することを目的とするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電解インプロセスドレッシング研削方法
は、磁性体を母地とする砥石とこれに対向する電極の間
に電圧を印加し、電解液を供給して前記砥石に電解膜を
形成する工程と、磁性体検出手段を前記砥石に対向させ
て前記母地との間の距離を検出する工程と、表面位置検
出手段を前記砥石に対向させて前記電解膜との間の距離
を検出する工程と、前記磁性体検出手段の出力と前記表
面位置検出手段の出力に基づいて前記電解膜の膜厚値を
算出する工程を有することを特徴とする。
【0010】磁性体検出手段が、渦電流センサを有する
とよい。
【0011】表面位置検出手段が、非接触型の変位セン
サを有するとよい。
【0012】算出された膜厚値に基づいて電解電源を制
御することで、研削加工中の電解膜の膜厚を所定の値に
保つとよい。
【0013】表面位置検出手段の出力に基づいて電極と
砥石の相対位置を調整するとよい。
【0014】表面位置検出手段の出力に基づいて砥石と
前記表面位置検出手段および磁性体検出手段の相対位置
を調整するとよい。
【0015】本発明の研削装置は、磁性体を母地とする
砥石と、該砥石に対向する電極と、両者の間に供給され
る電解液と、前記砥石と前記電極の間に電圧を印加して
前記砥石に電解膜を形成する電解電源と、前記砥石に対
向し前記母地を検出する磁性体検出手段と、前記砥石に
対向し前記電解膜の表面位置を検出する表面位置検出手
段と、前記磁性体検出手段の出力と前記表面位置検出手
段の出力に基づいて前記電解膜の膜厚値を算出する演算
手段を有することを特徴とする。
【0016】演算手段の出力に基づいて電解電源を制御
する制御手段が設けられているとよい。
【0017】電極を砥石に対して接近離間させるための
電極駆動装置が設けられているとよい。
【0018】表面位置検出手段および磁性体検出手段を
砥石に対して接近離間させるための検出手段駆動装置が
設けられているとよい。
【0019】表面位置検出手段および磁性体検出手段を
包囲するカバーが設けられているとよい。
【0020】
【作用】砥石の母材である磁性体の位置を検出する磁性
体検出手段と、砥石に形成される電解膜の表面位置を検
出する表面位置検出手段を砥石に対向させて配設し、両
検出手段の位置情報に基づいて電解膜の膜厚値を直接検
出し、電解条件や加工条件を制御することで、研削加工
中の電解膜を適切な膜厚に維持する。
【0021】研削加工中常時電解膜の膜厚を直接モニタ
して電解条件や加工条件を制御することができるため、
適切な膜厚を維持し、研削加工中の砥石の切れ味を保つ
ことができる。
【0022】電解条件等をモニタすることによって間接
的に電解膜の膜厚を検知して制御する場合に比べて、極
めて高精度で電解膜の膜厚を一定に保ち、加工効率と加
工精度の高い研削加工を実現できる。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0024】図1は一実施の形態を示すもので、電解イ
ンプロセスドレッシング研削方式の砥石1は、鋳鉄など
の導電性のボンドと、ダイヤモンドやCBNなどの砥粒
からなる。砥石1は、回転速度3000〜20000r
pmで回転する、ストレート型、カップ型、先端R型な
どの回転砥石である。
【0025】砥石1の運動に干渉しない部位において、
給電体2が砥石1と接触し、砥石1に正の極性を持たせ
る。
【0026】砥石1に対向する電極3は、銅やステンレ
ス、グラファイトであり、砥石1と対向する面の長さは
砥石円周の1/4から1/6であり、砥石表面1aと1
00μm〜500μmの間隙をもって砥石1と対向す
る。電極3は電解電源4に接続され、電圧印加によって
負の極性を持つ。
【0027】砥石1と電極3の間に供給される電解液5
は、図示しない研削液と同成分であり、冷却性、潤滑
性、導電性が良いものである。
【0028】砥石1の運動に干渉しない部位に、砥石1
から100〜500μmの間隙を持って、磁性体を検出
する磁性体検出手段である渦電流センサ6を設置する。
このセンサは、磁性体との距離を検出するものであれ
ば、渦電流センサ以外のセンサでもよい。また、砥石表
面1aと対向して渦電流センサ6と一体的に、表面位置
検出手段である非接触の変位センサ7を設置する。この
変位センサ7により砥石表面1aとの間の距離を検出す
る。
【0029】これらの渦電流センサ6と変位センサ7は
それぞれ渦電流センサアンプ8と変位センサアンプ9を
通して検出距離を出力する。これらの検出値をコンピュ
ータ10に取り込み、図示しない演算手段により電解膜
の膜厚値を算出する。制御手段であるコンピュータ10
で求めた電解膜厚と目標電解膜厚値との差から適切な電
解条件を計算し、電解電源4に電解条件を変更するよう
指令を出す。
【0030】例えば目標とする電解膜厚より計算した電
解膜厚の方が薄い場合、目標とする電解膜厚になるよう
に電解電源4の電圧を上昇させる。逆に目標値より電解
膜厚が厚い場合、目標とする電解膜厚になるように電圧
を減少させる。
【0031】次に、電解膜厚の計算方法について説明す
る。
【0032】図2の(a)に示すように、電解インプロ
セスドレッシング研削方式による加工中の電極3と対向
している砥石表面1aは、電解膜12と呼ばれる非磁性
体の膜で覆われる。電解膜12の下には、電解されてい
ない磁性体の母地11がある。砥石表面1aから、例え
ば100μm離れた位置に渦電流センサ6を設置する。
渦電流センサ6は磁性体のみに反応し、非磁性体である
電解膜12には反応しない。また、非磁性体である研削
液や電解液にも影響を受けることなく、磁性体である母
地11との間の距離D2 を検出する。
【0033】渦電流センサ6と砥石表面1aとの距離D
1 と同じ距離に非接触型の変位センサ7が設置され、変
位センサ7は、例えばレーザ変位計である。変位センサ
7は、砥石表面1aの位置変化を検出し、渦電流センサ
6は、磁性体のみに反応するため、砥石表面1aまでの
距離ではなく、砥石1の母地11に近い距離D2 を示
す。
【0034】電解膜層と母地層の境界は明確にあるわけ
ではなく、渦電流センサ6と変位センサ7の出力する距
離の差(D2 −D1 )がそのまま電解膜厚にはならな
い。そこで、図2の(b)に示すように、(D2
1 )と実際の電解膜厚の相関を表わすデータを予め得
ておく。渦電流センサアンプ8と変位センサアンプ9か
らの出力値D2 、D1 をコンピュータ10に取り込み、
(D2 −D1 )を計算し、相関データに基づいて電解膜
12の膜厚を得る。
【0035】図3は第1の変形例を示す。これは、加工
中に砥石表面1aと各センサ6、7間に異物が侵入しな
いよう、センサ部と砥石側面を覆うカバーであるセンサ
カバー21を設ける。センサカバー21はプラスチック
などの非磁性体である。さらに、砥石1とセンサカバー
21の隙間からの異物の侵入を防ぐため、砥石回転と逆
方向にエアを噴射するエアブロー装置22を設ける。
【0036】図4は第2の変形例を示す。これは、渦電
流センサ6と変位センサ7を同時に砥石表面1aに対し
て一体的に接近離間させて相対位置を調節し、離間距離
を調節できる検出手段駆動装置であるセンサ駆動装置2
3を設けたものである。変位センサ6の検出する砥石表
面1aからの距離D1 を基に砥石摩耗量をコンピュータ
10において算出し、砥石摩耗分だけ両センサ6、7を
砥石側に移動させ、砥石表面1aと変位センサ7の距離
1 を一定に保つようにセンサ駆動装置23を駆動す
る。
【0037】図5は第3の変形例を示す。これは、電極
3を駆動し、砥石1からの距離を調節できる電極駆動装
置24を設けたものである。変位センサ7の検出する砥
石表面1aからの距離D1 を基にコンピュータ10にお
いて砥石摩耗量を算出し、砥石摩耗分だけ電極3を砥石
側に移動させ、砥石表面1aと電極3の間隙が一定にな
るように、電極駆動装置24を駆動する。
【0038】上記実施の形態によれば、加工中に砥石表
面の電解膜厚を正確に測定し、高速かつ高精度で電解制
御にフィードバックすることで、電解膜厚値を一定に保
ち、安定した切れ味で高品位な仕上がり加工面を得るこ
とができる。
【0039】また、砥粒の大きさごとに最適な電解膜厚
になるように制御できるため、高い加工効率を実現でき
る。
【0040】特に、渦電流センサおよび非接触型の変位
センサを用いることで、センサと砥石間の異物、例えば
研削液などの影響を受けずに、高精度に磁性体および砥
石表面との距離を検出することができる。これによって
センサのノイズを低減し、検出値の信頼性を向上でき
る。
【0041】また、変位センサの検出値に基づいて砥石
摩耗量を算出して、センサや電極を砥石側に近づけるよ
うに駆動するこで、砥石と電極の間隙を一定に保ち、電
解の安定性、再現性を高めるとともに、電解膜の膜厚制
御の信頼を向上させることができる。
【0042】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0043】砥石表面に形成される電解膜の膜厚を直接
モニタして砥石の切れ味を保つことで、極めて安定した
高精度・高能率な研削加工を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態を説明する図である。
【図2】両センサの出力値から電解膜の膜厚を算出する
方法を説明する図である。
【図3】第1の変形例を示す図である。
【図4】第2の変形例を示す図である。
【図5】第3の変形例を示す図である。
【図6】一従来例を説明する図である。
【符号の説明】
1 砥石 2 給電体 3 電極 4 電解電源 5 電解液 6 渦電流センサ 7 変位センサ 8 渦電流センサアンプ 9 変位センサアンプ 10 コンピュータ 11 母地 12 電解膜 21 センサカバー 22 エアブロー装置 23 センサ駆動装置 24 電極駆動装置

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体を母地とする砥石とこれに対向す
    る電極の間に電圧を印加し、電解液を供給して前記砥石
    に電解膜を形成する工程と、磁性体検出手段を前記砥石
    に対向させて前記母地との間の距離を検出する工程と、
    表面位置検出手段を前記砥石に対向させて前記電解膜と
    の間の距離を検出する工程と、前記磁性体検出手段の出
    力と前記表面位置検出手段の出力に基づいて前記電解膜
    の膜厚値を算出する工程を有する電解インプロセスドレ
    ッシング研削方法。
  2. 【請求項2】 磁性体検出手段が、渦電流センサを有す
    ることを特徴とする請求項1記載の電解インプロセスド
    レッシング研削方法。
  3. 【請求項3】 表面位置検出手段が、非接触型の変位セ
    ンサを有することを特徴とする請求項1または2記載の
    電解インプロセスドレッシング研削方法。
  4. 【請求項4】 算出された膜厚値に基づいて電解電源を
    制御することで、研削加工中の電解膜の膜厚を所定の値
    に保つことを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項
    記載の電解インプロセスドレッシング研削方法。
  5. 【請求項5】 表面位置検出手段の出力に基づいて電極
    と砥石の相対位置を調整することを特徴とする請求項1
    ないし4いずれか1項記載の電解インプロセスドレッシ
    ング研削方法。
  6. 【請求項6】 表面位置検出手段の出力に基づいて砥石
    と前記表面位置検出手段および磁性体検出手段の相対位
    置を調整することを特徴とする請求項1ないし5いずれ
    か1項記載の電解インプロセスドレッシング研削方法。
  7. 【請求項7】 磁性体を母地とする砥石と、該砥石に対
    向する電極と、両者の間に供給される電解液と、前記砥
    石と前記電極の間に電圧を印加して前記砥石に電解膜を
    形成する電解電源と、前記砥石に対向し前記母地を検出
    する磁性体検出手段と、前記砥石に対向し前記電解膜の
    表面位置を検出する表面位置検出手段と、前記磁性体検
    出手段の出力と前記表面位置検出手段の出力に基づいて
    前記電解膜の膜厚値を算出する演算手段を有する研削装
    置。
  8. 【請求項8】 演算手段の出力に基づいて電解電源を制
    御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求
    項7記載の研削手段。
  9. 【請求項9】 電極を砥石に対して接近離間させるため
    の電極駆動装置が設けられていることを特徴とする請求
    項7または8記載の研削装置。
  10. 【請求項10】 表面位置検出手段および磁性体検出手
    段を砥石に対して接近離間させるための検出手段駆動装
    置が設けられていることを特徴とする請求項7ないし9
    いずれか1項記載の研削装置。
  11. 【請求項11】 表面位置検出手段および磁性体検出手
    段を包囲するカバーが設けられていることを特徴とする
    請求項7ないし10いずれか1項記載の研削装置。
  12. 【請求項12】 砥石と表面位置検出手段および磁性体
    検出手段の間に異物が侵入するのを防ぐためのエアを噴
    射するエアブロー装置が配設されていることを特徴とす
    る請求項7ないし11いずれか1項記載の研削装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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