JP2004186498A - Working simulation system of grinding device, working simulation method of the grinding device, and working simulation program of the grinding device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムに係り、特に光学部品のガラスや半導体シリコンウエハのようなワークを超精密に研削加工する研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、研削装置の内の両頭研削装置においては、砥石を同じ型の新しい砥石に交換した場合や形状の違う砥石に交換した場合には、砥石径、研削動作面の幅(砥石のワークを研削加工する部分)、砥石のヤング率等の物性、砥粒の大きさ、研削主軸のワークの研削加工面に対する傾き、研削主軸に対する砥石の傾き、砥石の回転数及び砥石の切り込み速度等の影響によりワークの研削加工面の状態が変わる。そのため、両頭研削装置では砥石交換後にワークを精密加工するために、研削主軸のワークの研削加工面に対する傾き、研削主軸に対する砥石の傾き、砥石の回転数、砥石の切り込み速度等の研削条件を最適化する必要がある。
【0003】
従来の両頭研削装置においては、熟練した作業者が自らの勘と経験に基づいて研削条件を決めて、数十枚程度のワークを使用して、ワークの研削及び研削後の研削加工面の評価を繰り返し行っていた。
【0004】
なお、研磨により段差を平坦化するCMP(Chemical Mechanical Polishing)装置においては、研磨後の形状をシミュレーションにより予測する技術がある。(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−126765号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように従来の両頭研削装置においては、砥石交換後の研削条件の最適化を作業者の勘と経験に基づいて行っていたため、作業者の熟練度が低い場合には、研削条件の最適化が十分に行うことができず、研削されたワークの研削加工面の状態は悪くなり、ワークの加工精度が作業者の熟練度に依存してしまうという問題があった。
【0007】
さらに、作業者の勘と経験による方法では、数多くのワークを研削加工して評価する必要があり、研削条件が最適化されるまでに多くの時間を要するという問題があった。
【0008】
また、ワークの両面を同時研磨する両頭研削装置は、CMP装置と基本構成が異なるため単純にCMP装置のシミュレーション技術を両頭研削装置のシミュレーションに転用することはできない。
【0009】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ワークの最適な研削条件を作業者の熟練度に依存することなく、少ない枚数のワークを用いて、短時間で容易に求めることのできる、研削装置の加工シミュレーションシステム、研削装置の加工シミュレーション方法及び研削装置の加工シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【0011】
請求項1記載の発明では、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗との関係とに基づき、ワークの研削加工面の状態を演算する演算手段を有することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0012】
ここで、演算によりワークの研削加工面の状態を求めるために必要なワークの研削量を求める式について説明する。
【0013】
du=ασndh・・・・・(1)
上記式はワークの研削量を求めるための式である。上記式に示したduはワークの研削量を、σはワークと砥石が接触することにより発生する研削抵抗を、dhは砥石がワークの研削加工面上を移動した距離を、α,nは砥石の研削能力を示すパラメータをそれぞれ示している。
【0014】
上記発明では、研削量を求めるために必要な上記式に示したα,nを、研削抵抗の時間変化からαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係からnを求めている。このようにαとnの2つの加工データに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【0015】
請求項2記載の発明では、前記研削抵抗の時間変化は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項1に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0016】
上記発明によれば、研削抵抗の時間変化は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた研削抵抗の時間変化が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0017】
請求項3記載の発明では、前記切り込み速度と研削抵抗との関係は、前記ワークを研削加工した実加工データに基づき求めることを特徴とする請求項1に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0018】
上記発明によれば、切り込み速度と研削抵抗との関係は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた切り込み速度と研削抵抗との関係が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0019】
請求項4記載の発明では、請求項1乃至3に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムであって、前記研削装置で生成される前記研削抵抗の時間変化に関するデータを受信する通信手段を設けたことを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0020】
上記発明によれば、通信手段により、研削装置から送信される研削抵抗の時間変化に関するデータを受信できるため、研削抵抗の時間変化に関するデータの更新を行うことが可能となる。その結果、時間と共に変化する研削装置の状態が研削抵抗の時間変化に関するデータに反映され、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0021】
請求項5記載の発明では、前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割し、各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行い、前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0022】
上記発明によれば、複数に分割されたセルの内、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、即ち研削加工が行われるセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態を演算する。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【0023】
請求項6記載の発明では、前記接触判定は、前記砥石の位置と、前記セルの位置とに基づき判定することを特徴とする請求項5に記載の研削装置の加工シミュレーションシステムにより、解決できる。
【0024】
上記発明によれば、砥石の位置とセルの位置との位置が一致しているかどうかの判断を行うことにより、各々のセルが砥石と接触したか否かが分かる。したがって、セルと砥石の接触判定を行うことができる。
【0025】
請求項7記載の発明では、研削抵抗の時間変化である第1のデータを取得する工程と、切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータを取得する工程と、前記第1のデータ及び第2のデータとに基づいて前記ワークの研削加工面の状態を演算により求める工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【0026】
上記発明によれば、上記した研削量を求めるために必要な(1)式に示したα,nを、研削抵抗の時間変化である第1のデータからαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータからnを求めている。このようにαとnの2つのデータに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【0027】
請求項8記載の発明では、前記第1のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項7に記載の研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【0028】
上記発明によれば、第1のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第1のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0029】
請求項9記載の発明では、前記第2のデータは、前記ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められることを特徴とする請求項7に記載の研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【0030】
上記発明によれば、第2のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第2のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0031】
請求項10記載の発明では、前記ワークの研削加工面を複数のセルに分割する工程と、各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行う工程と、前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算する工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法により、解決できる。
【0032】
上記発明によれば、ワークの研削加工面を複数のセルに分割して、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態の演算を行う。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【0033】
請求項11記載の発明では、コンピュータに、研削抵抗の時間変化である第1のデータと、切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータとに基づいてワークの研削加工面の状態を演算させるための研削装置の加工シミュレーションプログラムにより、解決できる。
【0034】
上記発明によれば、上記した研削量を求めるために必要な(1)式に示したα,nを、研削抵抗の時間変化である第1のデータからαを求め、切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータからnを求めている。このようにαとnの2つのデータに基づき、演算手段により研削量を演算することで、ワークを実際に研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
【0036】
(第1実施例)
本実施例では、研削装置の一例として、両頭研削装置について説明する。
【0037】
図1は、本発明の第1実施例である加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。本実施例では、後に詳述するように、両頭研削装置20から得られる実加工データに基づき加工シミュレーションを行うものである。
【0038】
両頭研削装置20の加工シミュレーションシステムはコンピュータ10(図1参照)を用いて実施される。この両頭研削装置20の加工シミュレーションシステムは、あらかじめ両頭研削装置20で生成されたデータに基づき実施される。
【0039】
以下の説明では、先ず両頭研削装置20の構成について説明し、次にシミュレーションシステムの構成の説明をするものとする。
【0040】
図2は、一般的な両頭研削装置を示した図である。同図に示すように、両頭研削装置20は、大略すると研削加工装置40a,40bとワーク保持装置41とにより構成されている。
【0041】
研削加工装置40a,40bは、ワーク42の研削位置を挟んで同一構成のものが対向するよう2台配設されている。このようにワーク42の研削位置を挟んで配設される研削加工装置40a,40bは同一構成であるため、図2に関しては、図中上部に位置する研削加工装置には符号aを添記し、図中下部に位置する研削加工装置には符号bを添記して説明する。なお、以下において符号aを添記した側をマスター側、符号bを添記した側をスレイブ側と称す。
【0042】
研削加工装置40a,40bは、砥石35a,35b、研削主軸36a,36b、駆動装置38a,38b及び移動装置37a,37bを有する。砥石35a,35bは環状砥石となるものであり、カップ状(ワーク42と対峙する部分)に砥石を固着した構成とされている。この砥石35a,35bは、カップ状の開放側の端面(砥粒が固着された面)に平坦な研削動作面34a,34bが形成されている。
【0043】
上記構成とされた砥石35a,35bは、研削主軸36a,36bの一方の端部に一体的に配設されている。また、研削主軸36a,36bの他方の端部には、駆動装置38a,38bが配設されている。この駆動装置38a,38bは研削主軸36a,36bを回転駆動するためのものである。よって、砥石35a,35bは研削主軸36a,36bを介して駆動装置38a,38bにより回転される。
【0044】
また、駆動装置38a,38bは、移動装置37a,37bにより移動される構成となっている。この移動装置37a,37bは、駆動装置38a,38bを同図中矢印Y1,Y2方向に移動させるものである。よって、移動装置37a,37bが駆動装置38a,38bを研削位置から離間させるよう移動させることにより、図2に示されるように、砥石35a,35bは離間した状態となる。逆に、移動装置37a,37bが駆動装置38a,38bを図2に示す位置から前記研削位置に向け近接するよう移動させることにより、図1の図中右側に示した両頭研削装置20のように砥石35a,35bはワーク42を挟持した状態となる。
【0045】
次に、ワーク保持装置41について説明する。ワーク保持装置41は、大略するとワーク保持器フレーム31、クランプアーム43、アーム開閉用回転軸44、V溝付きローラ33A,33B,33C及び駆動モータ30等により構成されている。
【0046】
ワーク保持器フレーム31には、クランプアーム43、アーム開閉用回転軸44、V溝付きローラ33A,33B,33C及び駆動モータ30が配設されている。ワーク保持器フレーム31の同図中上方の一方の端部には、クランプアーム43が、アーム閉開用回転軸44を中心とし、同図中矢印X1,X2方向に揺動可能な状態で配設されている。クランプアーム43には、ワーク42を回転保持するためのV溝付きローラ33Cが一体的に配設されている。ワーク42を装着脱する際には、図2に示したクランプアーム43が閉じた状態から、クランプアーム43が同図中矢印X1,X2方向に移動して開いた状態(図示せず)となり、ワーク42の装着脱が可能となる。また、クランプアーム43は、ワーク42の装着脱後には同図中矢印X1,X2方向に移動して図2に示すように閉じた状態となり、V溝付きローラ33Cはワーク42に接触し、ワーク42はV溝付きローラ33C及びV溝付きローラ33A,33Bにより回転可能に保持される。
【0047】
ワーク保持器フレーム31の同図中上方の左側位置には、駆動モータ30が配設されており、駆動モータ30の下方にはV溝付きローラ33Aが配設されている。同図中に示したV溝付きローラ33AとV溝付きローラ33Cとの間のワーク保持器フレーム31には、V溝付きローラ33Bが配設されている。
【0048】
上記説明したような両頭研削装置20において、実加工する際には以下に示すような研削条件の入力が必要である。
【0049】
次に、図3を参照して、両頭研削装置20の加工シミュレーションに用いる研削条件について説明する。図3は、両頭研削装置の加工シミュレーションに用いる研削条件を示した図である。
【0050】
ワークの研削加工面の形状及び厚さ分布の加工シミュレーションに用いる研削条件には、砥石の切り込み速度と、ワークに対する研削主軸の傾きと、研削主軸に対する砥石の傾きと、ワークの回転数と、ワーク径と、砥石の回転数と、砥石径と、砥石の研削動作面の幅と、砥石のヤング率と、砥石の回転方向と、ワークの回転方向と、研削時間と、スパークアウト時間と、外力とがある(以下の説明では、上記に示した研削条件を纏めて研削条件50と称する。)。
【0051】
図3に示すように、砥石の切り込み速度は、ワーク42に向かってY1,Y2方向へ移動する砥石35a,35bの移動速度である。ワーク42に対する研削主軸の傾きとは、ワーク42のY1,Y2方向の中心線48と、研削主軸36aのY1,Y2方向の中心線49とにより形成される傾きθ1である。
【0052】
研削主軸に対する砥石の傾きとは、研削主軸36bのY1,Y2方向の中心線53と、砥石35bのY1,Y2方向の中心線52とにより形成される傾きθ2である。この傾きθ2が大きい状態で研削加工を行った場合には、研削主軸36bと砥石35bが共に振れまわった状態で回転するため、ワーク42の研削加工面に影響を与える。なお、研削主軸に対する砥石の傾きは、砥石35bの振れまわりを表す一例として挙げた。
【0053】
ワークの回転数は、ワーク42が回転する速度のことである。砥石の回転数は、砥石35a,35bが回転する速度である。砥石径は同図中に示した直径55であり、砥石の研削動作面の幅は同図中に示したLである。
【0054】
スパークアウト時間は、ワーク42の研削加工の最後に、砥石とワークを回転させた状態で砥石の切り込み速度を停止させ、この状態でワークを研削加工する時間のことである。外力は、上記研削条件以外でワーク42の研削加工に影響を及ぼす力のことである。
【0055】
以上説明したような、研削に関する情報を有する研削条件50を用いてシミュレーションを行うことで、実際にワーク42を研削加工して求めたワーク42の研削加工面の形状と、シミュレーションから求めたワーク42の研削加工面の形状との差が小さくなり、精度の高いシミュレーションを行うことができる。なお、上記シミュレーションを行うことで、ワーク42の研削加工面の形状の他に、ワーク42の厚みを求めることができる。
【0056】
次に、図4を参照して、両頭研削装置の加工シミュレーションを行うコンピュータ10の構成について説明する。図4は、図1に示したコンピュータ内部の構成を示した図である。
【0057】
コンピュータ10は、CPU60と、入力装置61と、ROM62と、RAM63と、CLK64と、第1のデータベース65と、第2のデータベース66と、出力装置67とから構成されている。
【0058】
CPU60は、RAM63に格納されている加工シミュレーションソフトを読み出して、後述する加工シミュレーション処理を実行する。入力装置61は、具体的にはキーボード等であり、本実施例ではフロッピー(登録商標)ディスク装置(FDD)も入力装置として用いている。この入力装置61は、コンピュータ10に外部からのデータを入力するためのものである。
【0059】
ROM62には所定のOSが格納されており、またRAM63には、ワーク42の研削加工面の形状や厚さ分布を求めるための加工シミュレーションソフトが格納されている。CLK64は、CPU60、ROM62及びRAM63の動作のタイミングを制御するものである。
【0060】
第1のデータベース65は、入力装置61から入力された研削抵抗の時間変化データと、砥石の切り込み速度に対する研削抵抗のデータとを記憶するためのものである。第2のデータベース66は、CPU60により演算されたワーク42の表面形状や厚さ分布のデータを記憶するためのものである。
【0061】
出力装置67は、CRTやプリンター等であり、CPU60により演算された結果を表示するためのものである。
【0062】
次に、図5を参照して、本実施例におけるワーク42の研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理について説明する。図5は、ワークの研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理を示したフローチャートである。
【0063】
なお、研削量を求めるために必要な研削抵抗には、主分力や背分応力等を用いることができるが、本実施例では研削抵抗に背分応力を用いた例の加工シミュレーションについて以下の説明を行う。
【0064】
始めに、加工シミュレーションの具体的な処理説明に先立ち、ワークの研削加工面の状態の加工シミュレーションを行う上で必要な後述するセル95の研削量の演算処理について下記式を用いて説明する。なお、セル95とは、後述するようにワーク42の研削加工面を複数にセル分割した1領域のセルのことである。
【0065】
duM=αMσM nMdhβ(t)・・・・・(2)
上記(2)式は、セル95の研削量duを求めるための式であり、Mはマスター側の研削加工装置40aであることを示しており、スレイブ側の研削加工装置40bの場合には上記式のMの部分がSに変わる。セル95の研削量duを求めるための演算処理は、上記式を用いてマスター側の研削加工装置40aとスレイブ側の研削加工装置40bのそれぞれについて行う。
【0066】
上記(2)式に示したσは後述するセル95と研削動作面34a,34bが接触することにより発生する背分応力を、dhは研削動作面34a,34bが後述するセル95の研削加工面上を移動した距離を、β(t)は研削動作面34a,34bとセル95との接触の有無を、α,nは砥石の研削能力を示すパラメータをそれぞれ示している。なお、砥石の研削能力を示すパラメータα,nは、マスター側の研削加工装置40aとスレイブ側の研削加工装置40bの両方についてそれぞれ実加工に基づき求める。また、研削動作面34a,34bとセル95が接触している場合にはβ(t)=1であり、接触していない場合にはβ(t)=0である。なお、σには外力fが含まれている。
【0067】
研削量duは、パラメータα,nと、β(t)=1と、研削動作面34a,34bが後述するセル95の研削加工面を移動した距離dhと、背分応力σとに基づき、演算処理を行うことで求めることができる。
【0068】
次に、図5を参照して、加工シミュレーション処理について説明する。
【0069】
図5に示す処理が起動すると、先ずST70の処理により、コンピュータ10に前記した研削条件50が入力される。この入力処理は、コンピュータ10の操作者により行われる。続く、ST71では研削条件50に基づき、砥石の研削能力を示すパラメータα,nが演算処理により求められる。本実施例では、ワーク42の研削加工面の形状の加工シミュレーションを行うために必要なワーク42の研削量を、パラメータα,nを用いて求める。なお、このパラメータα,nは、砥石35a,35bを交換後に少なくとも一度取得すれば、ワーク42の研削加工面の状態の加工シミュレーションを行うことができる。
【0070】
ここで、パラメータα,nの求め方について説明する。パラメータαは、ワーク42の研削加工を行い、研削抵抗の時間変化の実加工データを取得して、スパークアウト時間内での研削抵抗の変化を示す曲線の傾きから求められる。また、パラメータnは、砥石35a,35bの切り込み速度と研削抵抗との関係のデータを取得して、フィッテング曲線を作成することにより求められる。
【0071】
次に、図6を参照して、砥石の研削能力を示すパラメータαの取得方法について説明する。図6に示した処理については、加工シミュレーションを行う前に、あらかじめ実加工データの取得を行い、加工シミュレーションを実行する毎に実加工データの取得を行うものでは無い。図6は、背分応力の時間変化の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【0072】
同図に示した処理が開始されると、先ずST84の処理では、両頭研削装置20側のコンピュータに、ワーク42を実加工するための研削条件50が入力される。続くST85では、複数(本実施例は1つの砥石に対して3枚)のワーク42が研削加工される。
【0073】
ST86では、背分応力の時間変化の実加工データが取得される。ST87では、コンピュータ10の第1のデータベース65に背分応力の時間変化の実加工データが入力されて、全ての処理は終了する。なお、図6を用いて説明した、背分応力の時間変化の実加工データの取得は、両頭研削装置20のマスター側の研削加工装置30aとスレイブ側の研削加工装置30bのそれぞれについて行う。
【0074】
図7は、背分応力の時間変化の推移を示した図である。同図中のA〜Cは、研削加工した3枚のワーク42の背分応力の時間変化の実加工データを示しており、Dは求めたαを用いて計算した結果である。
【0075】
図中に示した範囲Eは、砥石35a,35bを一定の切り込み速度でワーク42に向かって移動させ、砥石35a,35bとワーク42を回転させた状態で研削加工する時間を示している。範囲Fは、スパークアウト時間を示している。スパークアウト時間とは、砥石35a,35bとワーク42は回転させた状態で、砥石35a,35bの移動を停止させて、研削加工する時間のことである。パラメータαは、同図の範囲FのDをA,B,Cにフィッティングさせることにより求められる。
【0076】
次に、砥石の研削能力を示すパラメータnの取得方法について、図8に示したフローチャートを用いて説明する。図8に示した処理については、加工シミュレーションを行う前に、あらかじめ実加工データの取得を行い、加工シミュレーションを実行する毎に実加工データの取得を行うものでは無い。図8は、砥石の切り込み速度と背分応力の関係の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【0077】
同図に示した処理が開始されると、先ずST88の処理では、両頭研削装置20側のコンピュータ13に、ワーク42を実加工するための研削条件50が入力される。続くST89では、砥石35a,35bの切り込み速度を変えた条件で複数(本実施例は1つの砥石に対して3回)のワーク42が研削加工される。
【0078】
ST90では、それぞれの砥石35a,35bの切り込み速度に対する背分応力の実加工データが取得される。ST91では、砥石35a,35bの切り込み速度に対する背分応力の実加工データが、コンピュータ10の第1のデータベース65に入力されて、全ての処理が終了する。
【0079】
なお、図8を用いて説明した、砥石の切り込み速度と背分応力の関係の実加工データの取得は、両頭研削装置20のマスター側の砥石35aとスレイブ側の砥石35bのそれぞれについて行う。
【0080】
図9は、砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した図である。同図に示したGは、研削加工した3回のワーク42の砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した実加工データである。同図中に示したHは、Gの実加工データを基に作成したフィッティング曲線であり、パラメータnはHの傾きから求められる。
【0081】
このように、実加工データから求めたパラメータα,nに基づいて演算処理を行うため、演算処理により求められるワーク42の研削加工面の形状と研削加工したワークの研削加工面の形状との差が小さくなり、精度の高いシミュレーションを行うことができる。
【0082】
以上、図6〜図9を用いて説明した方法により、パラメータα,nは求められ、図6に示したステップ71は終了して、次のST72へと進む。
【0083】
ST72では、ワーク42の研削加工面のセル分割が行われる。
【0084】
ここで、図10を参照して、ワーク42の研削加工面のセル分割について説明する。図10は、セル分割されたワークの研削加工面を示した図である。
【0085】
同図中に示すように、ワーク42は、X方向の幅がI,Y方向の幅がJの大きさのセル95に分割される。同図中に示した括弧内の数字は、各々のセル95の番地であり、例えば(1,2)は、X方向の番地が1、Y方向の番地が2であることを示している。なお、IとJの大きさは、シミュレーションの用途や目的に応じて適宜に決めることができる。
【0086】
ワーク42の研削加工面のセル分割が終了すると、ST72からST73へと進む。
【0087】
ST73では、加工シミュレーションによりセル95と研削動作面34a,34bとが接触したか否かの判定が行われる。研削動作面34aと接触したと判定されたセルは、加工シミュレーションにより研削加工が行われたと判断されたセル95である。
【0088】
ここで、マスター側の研削動作面34aのみ開示して、マスター側の研削動作面34aとセル95との接触判定について説明する。図11は、セル分割されたワークにマスター側の研削動作面が接触した状態を示した図である。
【0089】
接触判定は、各セル95の座標データと研削動作面34aの座標データとに基づいて行われ、各セル95の座標データと研削動作面34aの座標データが一致している場合には、セル95と研削動作面34aとが接触したと判定される。同図中に示したKは研削動作面34aと接触していないと判定されたセル95であり、Lは研削動作面34aと接触したと判定されたセル95である。
【0090】
また、先に説明した接触判定の結果を示すβ(t)は、接触したと判定された場合はβ(t)=1であり、接触していない場合はβ(t)=0である。ST73において、接触したと判定されると処理はST74に進み、接触していないと判定されると処理はST73に戻る。ST74では、セル95と研削動作面34aが接触することにより発生する背分応力の演算処理が行われる。
【0091】
ここで、図12乃至13を参照して、セル95と研削動作面34aが接触することで発生する背分応力の求め方について説明する。図12は、研削加工状態におけるセルと研削動作面の接触部分を示した図であり、図13は、研削加工状態をモデル化した図である。
【0092】
図12に示すように、研削動作面34aには、結合剤97により砥粒96が一体に配設されている。同図中に示した矢印は、砥粒96の移動方向を示している。セル95と砥粒96の接触部98では背分応力が発生し、砥粒96が背分応力により押圧されつつ図中矢印方向へ移動することにより、セル95は研削加工される。
【0093】
図13に示すように、本実施例では、図12に示した結合剤97をバネ99に置き換えて研削加工状態のモデル化を行った。セル95の背分応力は、バネ99の縮み量から求めることができる。バネ99の縮み量は、研削条件50に基づいて演算処理を行うことで求められる。
【0094】
ST74において、セル95の背分応力が演算処理により求められると、ST75とST77に進む。ST75では、ST74で求められた背分応力が、コンピュータ10の第1のデータベース65に記憶されて、ST76に進む。ST76では、コンピュータ10のCPU60が、第1のデータベース65に記憶された背分応力の実加工データに基づいて演算処理を行い、出力装置67により図7に示すような背分応力の時間変化のデータが出力される。
【0095】
ST77では、先に説明した研削量を求めるための上記(2)式により、セル95の研削量が求められ、セル95の研削量に基づいて演算処理が行われ、セル95の研削加工面の形状や厚さ分布が求められる
研削量duは、上記式にST71で求めたパラメータα,nと、ST73で求められるβ(t)=1と、研削動作面34aがセル95の研削加工面を移動した距離dhと、ST74で求めた背分応力σMとに基づき、演算処理を行うことで求められる。なお、研削量duを求めるための演算処理は、ST73において接触したと判定された全てのセル95について行われる。このようにして求められたセル95の研削量duに基づき、演算処理を行うことで、セル95の研削加工面の形状や厚さ分布が求められる。
【0096】
このように、本実施例では、ワーク42の研削加工面を複数のセル95に分割し、研削加工されたと判定されたセル95に関してのみ、研削加工面の状態の演算処理をするため、全てのセルに関して演算処理をする必要が無く、演算処理に要する時間を短縮することができる。また、背分応力を出力表示することでワーク42が正常に研削加工されているか否かの判断ができ、ワーク42と両頭研削装置20の破損を防止することができる。
【0097】
ST77において、セル95の研削加工面の形状や厚さ分布の演算処理が終了すると、ST78とST80に進む。ST78では、ST77で求められたセル95の研削加工面の形状や厚さ分布に関するデータが、コンピュータ10の第2のデータベース66に記憶されて、ST79に進む。
【0098】
ST79では、コンピュータ10のCPU60が、第2のデータベース66に記憶されたデータに基づいて演算処理を行い、演算処理の結果である図14に示すような3次元鳥瞰図が出力装置67により出力される。図14は、ワークの研削加工面の3次元鳥瞰図を示した図である。
【0099】
このように、3次元鳥瞰図を出力することで、ワーク42の研削加工面の形状が認識し易くなる。また、繰り返し研削条件を変えて加工シミュレーションを行うことで、研削条件のどのパラメータを変えれば良いかが分かり、研削条件の最適化が容易にできる。また、研削加工時に3次元鳥瞰図が出力することで、ワーク42の研削加工面の状態が立体的に、かつ直接的に分かる。
【0100】
ST80では、研削動作面34aと接触した全てのセル95の演算処理が終了したか否かの判定が行われる。判定がNoの場合にはST73に戻る。判定がYesの場合にはST81に進む。ST81では、研削加工時間がΔt進められる。これにより、砥石34aの研削位置の座標が変更される。
【0101】
続くST82では、ST70で入力した研削処理時間が経過したか否かの判定が行われる。判定がNoの場合には、ST73に戻る。判定がYesの場合には、ST83に進む。ST83では、研削加工処理が完了したワーク42の研削加工面の形状や厚さ分布の出力表示が行われ、ワーク42の研削加工面の状態の加工シミュレーション処理は終了する。
【0102】
このような両頭研削加工装置20の加工シミュレーション方法を適用することで、ワーク42を研削加工して求めた研削抵抗の時間変化及び切り込み速度と研削抵抗との関係の2つのデータに基づいて演算することで、加工シミュレーションにより研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者はワークを研削加工すること無く、所望の研削条件を両頭研削装置20に入力して加工シミュレーション処理を開始するだけで研削加工後のワーク42の研削加工面の状態を知ることができる。よって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間で研削条件の最適化を行うことができる。
【0103】
また、ワーク42の研削加工面を複数のセル95に分割し、研削動作面34a,34bと接触したと判定されたセル95に関してのみ、研削加工面の状態の演算処理がされるので、全てのセル95に関して演算処理を行なう必要が無く、演算処理に要する時間を短縮することができる。さらに、背分応力を出力表示することでワーク42が正常に研削加工されているか否かの判断ができ、ワーク42と両頭研削装置20の破損を防止することができる。
【0104】
(第2実施例)
第2実施例は、第1実施例に示したコンピュータ10と両頭研削装置用コンピュータ13とを接続したものである。よって、第1実施例と同一構成のものには同一の符号を付し、第1実施例に示した両頭研削装置の加工シミュレーション処理との相違点のみ説明する。
【0105】
図15は、第2実施例の加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。本実施例も第1実施例と同様に、両頭研削装置20から得られる実加工データに基づき加工シミュレーションを行うものである。同図に示すように、コンピュータ10は両頭研削装置20に設けられた両頭研削装置用コンピュータ13とオンラインで接続されており、この両頭研削装置用コンピュータ13からのデータを受信可能な構成とされている。
【0106】
次に、図16を参照して、両頭研削装置用コンピュータ13が実施する研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理について説明する。図16は、研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理のフローチャートを示した図である。
【0107】
図16に示す処理が起動されると、ST101ではワーク42の研削加工処理毎に背分応力の時間変化の実加工データが取得される。続くST102では、ST101で取得された背分応力の時間変化の実加工データが両頭研削装置用コンピュータ13に記憶されて、ST103に進む。ST103では、背分応力の時間変化の実加工データの記憶がm回行われたかどうかの判定が行われる。実加工データの記憶がm回行われていないと判定された場合は、ST101に戻る。
【0108】
また、実加工データの記憶がm回行われたと判定されるとST104に進む。なお、実加工データの記憶回数であるmは、研削加工するワーク42の目的に応じて適宜に決めることができる。ST104では、加工シミュレーション用のコンピュータ10に背分応力の時間変化のデータが転送され、図16に示した全ての処理は終了する。
【0109】
このように、研削加工されたワーク42の背分応力の時間変化の実加工データを取得することで、時間と共に変化する両頭研削装置20の装置状態が含まれた多くの実加工データを蓄積することができる。
【0110】
次に、図17を参照して、図15で取得した研削抵抗の時間変化の実加工データがコンピュータ10に転送された後のコンピュータ10での処理について説明する。図17は、コンピュータ10に実加工データが転送された後のコンピュータ10の処理を示したフローチャートである。
【0111】
シミュレーション用のコンピュータ10は、両頭研削装置20用のコンピュータ13からコンピュータ10に背分応力と時間変化の実加工データの転送があったか否かの判定を常時行っている。そして、両頭研削装置20用のコンピュータ13から実加工データが転送されたと、即ちYesと判定された場合には、ステップ106に進む。
【0112】
ステップ106では、第1のデータベース65に記憶されていた背分応力の時間変化の実加工データが更新される。なお、パラメータαを求めるための演算処理は、先に第1実施例において説明した方法と同様な方法により行われる。
【0113】
このように、背分応力と時間変化の実加工データを更新することで、時間と共に変化する両頭研削装置20の装置状態が含まれたパラメータαが求められ、より精度の高いワークの研削加工面の状態の加工シミュレーションを行うことができる。
【0114】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0115】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗の関係の2つのデータに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【0116】
請求項2記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた研削抵抗の時間変化が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0117】
請求項3記載の発明によれば、切り込み速度と研削抵抗との関係は、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた切り込み速度と研削抵抗との関係が用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0118】
請求項4記載の発明によれば、通信手段により、研削装置から送信される研削抵抗の時間変化に関するデータを受信できるため、研削抵抗の時間変化に関するデータの更新を行うことが可能となる。その結果、時間と共に変化する研削装置の状態が研削抵抗の時間変化に関するデータに反映され、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0119】
請求項5記載の発明によれば、複数に分割されたセルの内、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、即ち研削加工が行われるセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態を演算する。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【0120】
請求項6記載の発明によれば、砥石の位置とセルの位置とが一致しているかどうかの判断を行うことにより、各々のセルが砥石と接触したか否かが分かる。したがって、セルと砥石の接触判定を行うことができる。
【0121】
請求項7記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化である第1のデータと、切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータとに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。したがって、作業者の熟練度に依存することなく、短時間でワークの評価及び研削条件の最適化を行なうことができる。
【0122】
請求項8記載の発明によれば、第1のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第1のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0123】
請求項9記載の発明によれば、第2のデータは、ワークを研削加工した実加工データに基づいて求められる。したがって、ワークの研削加工面の状態の演算には、実加工データから求められた第2のデータが用いられる。その結果、演算により求められるワークの研削加工面の状態の精度を向上させることができる。
【0124】
請求項10記載の発明によれば、ワークの研削加工面を複数のセルに分割して、砥石と接触したと判定されたセルに関してのみ、セルの研削加工面の状態の演算を行う。したがって、全てのセルに関して演算を行なう必要が無いため、演算に要する時間が短縮できる。
【0125】
請求項11記載の発明によれば、研削抵抗の時間変化と、切り込み速度と研削抵抗の関係の2つのデータに基づき、演算手段により演算することで、ワークを研削加工すること無く、容易にワークの研削加工面の状態を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。
【図2】一般的な両頭研削装置を示した図である。
【図3】両頭研削装置の加工シミュレーションに用いる研削条件を示した図である。
【図4】図1に示したコンピュータ内部の構成を示した図である。
【図5】ワークの研削加工面の形状を求めるための加工シミュレーション処理を示したフローチャートである。
【図6】背分応力の時間変化の実加工データの取得方法を示したフローチャートである。
【図7】背分応力の時間変化の推移を示した図である。
【図8】砥石の切り込み速度と背分応力の関係のデータの取得方法を示したフローチャートである。
【図9】砥石の切り込み速度と背分応力の関係を示した図である。
【図10】セル分割されたワークの研削加工面を示した図である。
【図11】セル分割されたワークにマスター側の研削動作面が接触した状態を示した図である。
【図12】研削加工状態におけるセルと研削動作面の接触部分を示した図である。
【図13】研削加工状態をモデル化した図である。
【図14】ワークの研削加工面の3次元鳥瞰図を示した図である。
【図15】第2実施例の加工シミュレーションシステムのシステム構成図である。
【図16】研削抵抗の時間変化の実加工データの取得処理のフローチャートを示した図である。
【図17】コンピュータ10に実加工データが転送された後のコンピュータ10の処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
10 コンピュータ
13 両頭研削装置用コンピュータ
20 両頭研削装置
30 駆動源
31 ワーク保持器フレーム
32 静圧パッド
33A、33B、33C V溝付きローラ
34a、34b 研削動作面
35a、35b 砥石
36a、36b 研削主軸
37a、37b 移動装置
38a、38b 駆動装置
40a、40b 研削加工装置
41 ワーク保持装置
42 ワーク
48、49、52、53 中心線
55 直径
60 CPU
61 入力装置
62 ROM
63 RAM
64 CLK
65 第1のデータベース
66 第2のデータベース
67 出力装置
95 セル
96 砥粒
97 結合剤
98 接触部
99 バネ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing simulation system for a grinding device, a processing simulation method for a grinding device, and a processing simulation program for a grinding device, and particularly to the processing of a grinding device for ultra-precise grinding of a workpiece such as glass of an optical component or a semiconductor silicon wafer. The present invention relates to a simulation system, a processing simulation method for a grinding device, and a processing simulation program for a grinding device.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a double-headed grinding machine of a grinding machine, when a grindstone is replaced with a new grindstone of the same type or a grindstone of a different shape, the grindstone diameter, the width of the grinding operation surface (grinding the work of the grindstone) The part to be processed), the physical properties such as the Young's modulus of the grindstone, the size of the abrasive grains, the inclination of the grinding spindle with respect to the grinding surface of the workpiece, the inclination of the grinding stone with respect to the grinding spindle, the rotation speed of the grinding stone, and the cutting speed of the grinding stone. The state of the grinding surface of the work changes. Therefore, in order to precisely machine the workpiece after changing the grinding wheel, the double-head grinding machine optimizes the grinding conditions such as the inclination of the grinding spindle with respect to the grinding surface of the workpiece, the inclination of the grinding wheel with respect to the grinding spindle, the rotation speed of the grinding wheel, the cutting speed of the grinding wheel, etc. Need to be
[0003]
In a conventional double-headed grinding machine, a skilled worker determines grinding conditions based on his own intuition and experience, uses several tens of workpieces, grinds the workpiece, and evaluates the ground surface after grinding. Was repeated.
[0004]
In a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus for flattening a step by polishing, there is a technique for predicting a shape after polishing by simulation. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-126765
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the conventional double-headed grinding device, the grinding conditions after the replacement of the grinding wheel are optimized based on the intuition and experience of the operator. However, there is a problem that the state of the ground surface of the ground work deteriorates, and the processing accuracy of the work depends on the skill of the operator.
[0007]
Furthermore, in the method based on the intuition and experience of the operator, it is necessary to grind and evaluate a large number of works, and there is a problem that much time is required until the grinding conditions are optimized.
[0008]
In addition, a double-headed grinding device that simultaneously polishes both surfaces of a work has a different basic configuration from a CMP device, so that the simulation technology of the CMP device cannot be simply diverted to simulation of the double-headed grinding device.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and without depending on the skill of the operator, the optimal grinding conditions of the work, using a small number of works, can be easily obtained in a short time, An object of the present invention is to provide a processing simulation system for a grinding device, a processing simulation method for a grinding device, and a processing simulation program for a grinding device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by taking the following means.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a machining apparatus for a grinding apparatus, comprising: a computing unit for computing a state of a grinding surface of a workpiece based on a time change of a grinding resistance and a relationship between a cutting speed and a grinding resistance. It can be solved by a simulation system.
[0012]
Here, a description will be given of an equation for calculating the amount of grinding of the work necessary for obtaining the state of the ground surface of the work by calculation.
[0013]
du = ασndh ... (1)
The above equation is an equation for obtaining the grinding amount of the work. Du shown in the above formula is the grinding amount of the workpiece, σ is the grinding resistance generated by the contact between the workpiece and the grinding wheel, dh is the distance the grinding wheel has moved on the grinding surface of the workpiece, and α and n are the grinding wheels. Are shown, respectively, indicating the grinding ability.
[0014]
In the above-mentioned invention, α and n shown in the above equation necessary for obtaining the grinding amount are obtained from the time change of the grinding resistance, and n is obtained from the relationship between the cutting speed and the grinding resistance. By calculating the amount of grinding by the calculating means based on the two processing data of α and n in this manner, the state of the ground surface of the workpiece can be easily obtained without actually grinding the workpiece. Therefore, the work can be evaluated and the grinding conditions can be optimized in a short time without depending on the skill of the operator.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, the time change of the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work, and it can be solved by the machining simulation system for a grinding device according to the first aspect.
[0016]
According to the above invention, the time change of the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the time change of the grinding resistance obtained from the actual processing data is used for calculating the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0017]
In the invention according to claim 3, the relationship between the cutting speed and the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work, and the processing simulation system for a grinding device according to
[0018]
According to the present invention, the relationship between the cutting speed and the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the relationship between the cutting speed and the grinding resistance obtained from the actual machining data is used for calculating the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the machining simulation system for a grinding apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a communication unit is provided for receiving data on a time change of the grinding resistance generated by the grinding apparatus. The problem can be solved by a processing simulation system for a grinding device characterized by the following.
[0020]
According to the above invention, since the communication unit can receive the data on the time change of the grinding resistance transmitted from the grinding device, the data on the time change of the grinding resistance can be updated. As a result, the state of the grinding device, which changes with time, is reflected in the data on the time change of the grinding resistance, and the accuracy of the state of the grinding surface of the work, which is obtained by calculation, can be improved.
[0021]
In the invention according to
[0022]
According to the above invention, the state of the ground surface of the cell is calculated only for the cell determined to be in contact with the grindstone, that is, only for the cell to be ground, among the plurality of divided cells. Therefore, since it is not necessary to perform the operation for all cells, the time required for the operation can be reduced.
[0023]
In the invention according to claim 6, the contact determination is made based on the position of the grindstone and the position of the cell, and can be solved by the processing simulation system for a grinding device according to
[0024]
According to the above invention, it is determined whether or not each cell is in contact with the grindstone by determining whether the position of the grindstone and the position of the cell match. Therefore, the contact between the cell and the grindstone can be determined.
[0025]
In the invention according to claim 7, a step of acquiring first data which is a time change of the grinding resistance, a step of acquiring second data which is a relationship between the cutting speed and the grinding resistance, and a step of acquiring the first data And a step of calculating the state of the ground surface of the workpiece by calculation based on the second data and the second data.
[0026]
According to the invention described above, α and n shown in the equation (1) required for obtaining the above-mentioned grinding amount are obtained from the first data which is the time change of the grinding resistance, and the cutting speed, the grinding resistance and Is obtained from the second data having the relationship By calculating the amount of grinding by the calculating means based on the two data of α and n in this manner, the state of the ground surface of the work can be easily obtained without actually grinding the work. Therefore, the work can be evaluated and the grinding conditions can be optimized in a short time without depending on the skill of the operator.
[0027]
In the invention according to claim 8, the first data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work, and the first data can be solved by the machining simulation method for a grinding device according to claim 7. .
[0028]
According to the above invention, the first data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the first data obtained from the actual processing data is used for the calculation of the state of the ground surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, the second data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the workpiece, and the second data can be solved by the machining simulation method for a grinding apparatus according to the seventh aspect. .
[0030]
According to the above invention, the second data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the second data obtained from the actual processing data is used for the calculation of the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0031]
In the invention according to
[0032]
According to the above-described invention, the grinding surface of the work is divided into a plurality of cells, and only the cells determined to be in contact with the grindstone perform the calculation of the state of the grinding surface of the cell. Therefore, since it is not necessary to perform the operation for all cells, the time required for the operation can be reduced.
[0033]
According to the eleventh aspect of the present invention, the computer determines the state of the grinding surface of the workpiece on the basis of the first data which is a time change of the grinding resistance and the second data which is a relationship between the cutting speed and the grinding resistance. The problem can be solved by a processing simulation program of the grinding device for performing the calculation.
[0034]
According to the invention described above, α and n shown in the equation (1) required for obtaining the above-mentioned grinding amount are obtained from the first data which is the time change of the grinding resistance, and the cutting speed, the grinding resistance and Is obtained from the second data having the relationship By calculating the amount of grinding by the calculating means based on the two data of α and n in this manner, the state of the ground surface of the work can be easily obtained without actually grinding the work. Therefore, the work can be evaluated and the grinding conditions can be optimized in a short time without depending on the skill of the operator.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
(First embodiment)
In the present embodiment, a double-headed grinding device will be described as an example of a grinding device.
[0037]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a machining simulation system according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, as will be described in detail later, a processing simulation is performed based on actual processing data obtained from the double-
[0038]
The processing simulation system of the double-headed grinding
[0039]
In the following description, first, the configuration of the double-
[0040]
FIG. 2 is a diagram showing a general double-headed grinding device. As shown in the figure, the double-headed grinding
[0041]
Two
[0042]
The grinding
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Next, the
[0046]
The
[0047]
A
[0048]
In the double-ended
[0049]
Next, with reference to FIG. 3, the grinding conditions used for the processing simulation of the double-
[0050]
The grinding conditions used for the processing simulation of the shape and thickness distribution of the grinding surface of the work include the cutting speed of the grindstone, the inclination of the grinding spindle with respect to the work, the inclination of the grindstone with respect to the grinding spindle, the number of rotations of the work, Diameter, number of rotations of the grindstone, grindstone diameter, width of the grinding operation surface of the grindstone, Young's modulus of the grindstone, rotation direction of the grindstone, rotation direction of the work, grinding time, spark-out time, and external force (In the following description, the above-described grinding conditions are collectively referred to as a grinding condition 50).
[0051]
As shown in FIG. 3, the cutting speed of the grindstone is a moving speed of the
[0052]
The inclination of the grindstone with respect to the grinding spindle is the inclination θ2 formed by the center line 53 of the grinding
[0053]
The rotation speed of the work refers to the speed at which the
[0054]
The spark-out time is a time period at the end of the grinding of the
[0055]
By performing a simulation using the grinding conditions 50 having information on grinding as described above, the shape of the ground surface of the
[0056]
Next, a configuration of the
[0057]
The
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
The
[0062]
Next, with reference to FIG. 5, a description will be given of a processing simulation process for obtaining the shape of the ground surface of the
[0063]
In addition, a main component force, a back component stress, and the like can be used for the grinding force required to obtain the grinding amount. In the present embodiment, the following processing simulation of an example in which the back stress is used as the grinding force is described below. Give an explanation.
[0064]
First, prior to the description of the specific processing of the processing simulation, a calculation processing of a grinding amount of the
[0065]
duM= ΑMσM nMdhβ (t) (2)
The above equation (2) is an equation for calculating the grinding amount du of the cell 95.MIndicates the master
[0066]
In the above equation (2), σ is a back stress generated when a
[0067]
The grinding amount du is calculated based on the parameters α, n, β (t) = 1, the distance dh in which the grinding
[0068]
Next, the processing simulation processing will be described with reference to FIG.
[0069]
When the process shown in FIG. 5 is started, first, the above-described grinding condition 50 is input to the
[0070]
Here, how to determine the parameters α and n will be described. The parameter α is determined from the slope of a curve indicating the change in the grinding resistance within the spark-out time, by performing the grinding of the
[0071]
Next, a method of obtaining the parameter α indicating the grinding ability of the grinding wheel will be described with reference to FIG. In the processing shown in FIG. 6, actual machining data is acquired in advance before machining simulation is performed, and actual machining data is not acquired every time the machining simulation is executed. FIG. 6 is a flowchart showing a method of acquiring actual processing data of the temporal change of the back stress.
[0072]
When the process shown in the figure is started, first, in the process of ST84, a grinding condition 50 for actually machining the
[0073]
In ST86, actual processing data of the time change of the back stress is obtained. In ST87, the actual processing data of the time change of the back stress is input to the
[0074]
FIG. 7 is a diagram showing a change in the back stress over time. In the same figure, A to C show actual processing data of the temporal change of the back stress of the three
[0075]
A range E shown in the figure indicates a time period in which the
[0076]
Next, a method for obtaining the parameter n indicating the grinding ability of the grindstone will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the processing shown in FIG. 8, actual machining data is acquired in advance before machining simulation is performed, and actual machining data is not acquired every time the machining simulation is executed. FIG. 8 is a flowchart showing a method for acquiring actual processing data on the relationship between the cutting speed of the grinding wheel and the back stress.
[0077]
When the process shown in the figure is started, first, in the process of ST88, a grinding condition 50 for actually processing the
[0078]
In ST90, actual processing data of the back stress with respect to the cutting speed of each of the
[0079]
It should be noted that the actual processing data of the relationship between the cutting speed of the grindstone and the back stress described with reference to FIG. 8 is obtained for each of the master-
[0080]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the cutting speed of the grindstone and the back stress. G shown in the figure is actual processing data indicating the relationship between the cutting speed of the grindstone of the
[0081]
As described above, since the arithmetic processing is performed based on the parameters α and n obtained from the actual processing data, the difference between the shape of the ground surface of the
[0082]
As described above, the parameters α and n are obtained by the method described with reference to FIGS. 6 to 9, and the step 71 shown in FIG. 6 ends and proceeds to the next ST72.
[0083]
In ST72, the cell division of the grinding surface of the
[0084]
Here, with reference to FIG. 10, a description will be given of cell division of the ground surface of the
[0085]
As shown in the figure, the
[0086]
When the cell division of the ground surface of the
[0087]
In ST73, it is determined whether or not the
[0088]
Here, only the master-side grinding
[0089]
The contact determination is performed based on the coordinate data of each
[0090]
Further, β (t) indicating the result of the contact determination described above is β (t) = 1 when it is determined that a contact is made, and β (t) = 0 when no contact is made. If it is determined in ST73 that the contact has been made, the process proceeds to ST74, and if it is determined that there is no contact, the process returns to ST73. In ST74, arithmetic processing of the back stress generated by the contact between the
[0091]
Here, with reference to FIGS. 12 and 13, a description will be given of a method of obtaining the back stress generated by the contact between the
[0092]
As shown in FIG. 12,
[0093]
As shown in FIG. 13, in the present embodiment, the bonding agent 97 shown in FIG. The back stress of the
[0094]
In ST74, when the back stress of the
[0095]
In ST77, the grinding amount of the
The grinding amount du is calculated by the parameters α and n obtained in ST71 in the above equation, β (t) = 1 obtained in ST73, the distance dh in which the grinding
[0096]
As described above, in the present embodiment, the ground surface of the
[0097]
In ST77, when the processing of calculating the shape and thickness distribution of the ground surface of the
[0098]
In ST79, the
[0099]
By outputting the three-dimensional bird's-eye view in this way, the shape of the ground surface of the
[0100]
In ST80, it is determined whether or not the arithmetic processing of all the
[0101]
In the following ST82, it is determined whether or not the grinding processing time input in ST70 has elapsed. If the determination is No, the process returns to ST73. If the determination is Yes, the process proceeds to ST83. In ST83, the output and display of the shape and thickness distribution of the ground surface of the
[0102]
By applying the processing simulation method of the double-headed grinding
[0103]
In addition, since the grinding surface of the
[0104]
(Second embodiment)
In the second embodiment, the
[0105]
FIG. 15 is a system configuration diagram of the machining simulation system of the second embodiment. In the present embodiment, similarly to the first embodiment, a machining simulation is performed based on actual machining data obtained from the double-ended grinding
[0106]
Next, with reference to FIG. 16, a description will be given of a process of acquiring actual processing data of a temporal change in grinding resistance, which is performed by the
[0107]
When the processing shown in FIG. 16 is started, in ST101, actual processing data of the temporal change of the back stress is obtained for each grinding processing of the
[0108]
If it is determined that the actual processing data has been stored m times, the process proceeds to ST104. Note that m, which is the number of times the actual processing data is stored, can be appropriately determined according to the purpose of the
[0109]
Thus, by acquiring the actual processing data of the temporal change of the back stress of the
[0110]
Next, with reference to FIG. 17, the processing in the
[0111]
The computer for
[0112]
In step 106, the actual machining data of the time change of the back stress stored in the
[0113]
As described above, by updating the actual machining data of the back stress and the time change, the parameter α including the device state of the double-headed grinding
[0114]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Deformation and modification are possible.
[0115]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the calculation is performed by the calculating means based on the time change of the grinding resistance and the two data of the relationship between the cutting speed and the grinding resistance, so that the work can be easily processed without grinding the work. Of the ground surface can be obtained. Therefore, the work can be evaluated and the grinding conditions can be optimized in a short time without depending on the skill of the operator.
[0116]
According to the second aspect of the invention, the time change of the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the time change of the grinding resistance obtained from the actual processing data is used for calculating the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0117]
According to the third aspect of the invention, the relationship between the cutting speed and the grinding resistance is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the relationship between the cutting speed and the grinding resistance obtained from the actual machining data is used for calculating the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0118]
According to the fourth aspect of the present invention, since the communication unit can receive the data relating to the time change of the grinding resistance transmitted from the grinding device, it is possible to update the data relating to the time change of the grinding resistance. As a result, the state of the grinding device, which changes with time, is reflected in the data on the time change of the grinding resistance, and the accuracy of the state of the grinding surface of the work, which is obtained by calculation, can be improved.
[0119]
According to the fifth aspect of the present invention, the state of the ground surface of the cell is calculated only for the cell determined to be in contact with the grindstone, that is, only for the cell to be ground, among the plurality of divided cells. I do. Therefore, since it is not necessary to perform the operation for all cells, the time required for the operation can be reduced.
[0120]
According to the sixth aspect of the present invention, it is determined whether or not each cell is in contact with the grindstone by determining whether the position of the grindstone matches the position of the cell. Therefore, the contact between the cell and the grindstone can be determined.
[0121]
According to the seventh aspect of the present invention, the work is calculated by the calculating means based on the first data which is a time change of the grinding resistance and the second data which is a relationship between the cutting speed and the grinding resistance. It is possible to easily obtain the state of the ground surface of the workpiece without grinding the surface. Therefore, the work can be evaluated and the grinding conditions can be optimized in a short time without depending on the skill of the operator.
[0122]
According to the invention described in claim 8, the first data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the first data obtained from the actual processing data is used for the calculation of the state of the ground surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0123]
According to the ninth aspect, the second data is obtained based on actual machining data obtained by grinding the work. Therefore, the second data obtained from the actual processing data is used for the calculation of the state of the grinding surface of the work. As a result, it is possible to improve the accuracy of the state of the ground surface of the workpiece obtained by the calculation.
[0124]
According to the tenth aspect, the ground surface of the work is divided into a plurality of cells, and the state of the ground surface of the cell is calculated only for the cells determined to be in contact with the grindstone. Therefore, since it is not necessary to perform the operation for all cells, the time required for the operation can be reduced.
[0125]
According to the eleventh aspect of the present invention, the work is easily performed without grinding the work by performing the calculation by the calculating means based on two data of the time change of the grinding resistance and the relationship between the cutting speed and the grinding resistance. The state of the ground surface can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a machining simulation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a general double-headed grinding device.
FIG. 3 is a diagram showing grinding conditions used for processing simulation of a double-ended grinding device.
FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the computer shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing simulation process for obtaining a shape of a ground processing surface of a work.
FIG. 6 is a flowchart showing a method for acquiring actual processing data of a temporal change of a back stress.
FIG. 7 is a diagram showing a transition of a temporal change of a back stress.
FIG. 8 is a flowchart showing a method for acquiring data on the relationship between the cutting speed of the grinding wheel and the back stress.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a cutting speed of a grindstone and a back stress.
FIG. 10 is a view showing a ground surface of a work divided into cells.
FIG. 11 is a diagram showing a state in which a grinding operation surface on a master side is in contact with a cell-divided work.
FIG. 12 is a diagram showing a contact portion between a cell and a grinding operation surface in a grinding state.
FIG. 13 is a diagram modeling a state of grinding processing.
FIG. 14 is a diagram showing a three-dimensional bird's-eye view of a grinding surface of a work.
FIG. 15 is a system configuration diagram of a machining simulation system according to a second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a flowchart of a process of acquiring actual processing data of a change in grinding resistance with time.
FIG. 17 is a flowchart illustrating a process of the computer after the actual processing data is transferred to the computer.
[Explanation of symbols]
10 Computer
13 Double-headed grinding machine computer
20 Double head grinding machine
30 Drive source
31 Work holder frame
32 static pressure pad
33A, 33B, 33C V-grooved roller
34a, 34b Grinding operation surface
35a, 35b Whetstone
36a, 36b Grinding spindle
37a, 37b moving device
38a, 38b drive unit
40a, 40b grinding machine
41 Work holding device
42 Work
48, 49, 52, 53 center line
55 diameter
60 CPU
61 Input device
62 ROM
63 RAM
64 CLK
65 First Database
66 Second database
67 Output device
95 cells
96 abrasives
97 Binder
98 Contact
99 spring
Claims (11)
前記研削装置で生成される前記研削抵抗の時間変化に関するデータを受信する通信手段を設けたことを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステム。A processing simulation system for a grinding device according to claim 1, wherein:
A processing system for a grinding machine, comprising a communication unit for receiving data on a time change of the grinding resistance generated by the grinding machine.
前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算することを特徴とする研削装置の加工シミュレーションシステム。Divide the grinding surface of the work into a plurality of cells, and make a contact determination as to whether or not each cell has contacted a grindstone,
A machining simulation system for a grinding apparatus, wherein a state of a grinding surface of a cell determined to be in contact is calculated in the contact determination.
切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータを取得する工程と、
前記第1のデータ及び第2のデータとに基づいて前記ワークの研削加工面の状態を演算により求める工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法。Obtaining a first data which is a time change of the grinding resistance;
Obtaining second data that is a relationship between the cutting speed and the grinding resistance;
Calculating the state of the ground surface of the workpiece by calculation based on the first data and the second data.
各々のセルに対して砥石と接触したか否かの接触判定を行う工程と、
前記接触判定において、接触したと判定されたセルに関して、該セルの研削加工面の状態を演算する工程とを含むことを特徴とする研削装置の加工シミュレーション方法。Dividing the ground surface of the work into a plurality of cells,
Performing a contact determination of whether or not each cell has contacted a grinding wheel,
Calculating a state of a ground surface of the cell determined to be in contact with the contact determination in the contact determination.
研削抵抗の時間変化である第1のデータと、
切り込み速度と研削抵抗との関係である第2のデータとに基づいてワークの研削加工面の状態を演算させるための研削装置の加工シミュレーションプログラム。On the computer,
First data which is a time change of the grinding resistance;
A processing simulation program for a grinding apparatus for calculating a state of a ground surface of a workpiece based on second data that is a relationship between a cutting speed and a grinding resistance.
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