JP2005313323A - 研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、研削盤テーブルの固有振動数の制限を受けずに、ＣＢＮ砥石に対する高精度なドレス成形を可能とした研削盤を提供する。
【解決手段】ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素材）砥石５を用いて研削加工を行う研削盤において、ＣＢＮ砥石を備えた加工機テーブル１と、この加工機テーブルに搭載される１軸ドレッサユニット２とを具備し、上記１軸ドレッサユニットは、加工機テーブル上に設けられドレッサと砥石との軸方向の位置決めを行う１軸テーブル９と、この１軸テーブル上に設けられる総型ロータリードレッサ３とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＢＮ砥石に対するドレス成形をなす総型ロータリードレッサを備えた研削盤に関する。

研削盤に用いられるＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素材）砥石は、長期の使用にともなって研削効率が低下するため、適宜、総型ロータリードレッサを用いて総型形状のドレス成形を行う必要がある。

しかるに、研削盤に対して総型ロータリードレッサを別途備え、別々の位置で所定の作業をなすことは、大きな作業スペースを占めることとなり、作業性自体も低下してしまう。そのため、研削盤に総型ロータリードレッサを搭載して、作業者が大きく移動することなく作業を可能にできれば極めて都合がよい。

［特許文献１］には、砥石の修正装置として、テーブル（固定台）上に、総型砥石を砥石軸に取付けて回転駆動する砥石軸ユニットを備えるとともに、テーブル上にさらに別の固定台が載設されていて、この固定台には総型ドレッサを厚み方向に移動する機構と、総型ドレッサを総型砥石に向けて切込むために移動する機構が開示されている。なお、この［特許文献１］は、砥石を備えて研削加工を行う装置でもあるので、研削盤と呼ぶ。
特開平９−３０９０６８号公報

ここでは、総型ドレッサを厚み方向に移動するとともに、総型ドレッサを総型砥石の切込み方向に移動するようになっていて、その一方がＸ方向であるとすると、他方がＸ方向とは直交するＹ方向となる。すなわち、［特許文献１］は、研削盤としてのテーブル上に、２軸テーブルを介して総型ドレッサユニットを載設した構成である。

しかしながら、研削盤である工作機械としてのテーブルの大きさと、２軸テーブルを介して載設される構成の総型ドレッサユニットでは、２軸テーブルと総型ドレッサユニットに対して高い位置ループゲインを設定することは不可能である。

そのため、砥石スピンドルとドレッサとの中心位置を合せる動作時に、停止信号を受けたあとで、いわゆる“流れ”による位置合せ精度の悪化と、それにともなうドレス量の増大、およびドレス時間の増大などがあった。総型ロータリードレッサを備えた研削盤としてこの問題を解決するためには、少なくとも高い位置ループゲインの設定が求められる。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、研削盤テーブルの固有振動数の制限を受けずに、総型ドレッサユニットを載設した１軸テーブルの軸方向固有振動数を高め、１軸テーブルの位置決め精度と繰り返し精度を高めて、ＣＢＮ砥石の高精度なドレス成形を可能とした研削盤を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため本発明は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素材）砥石を用いて研削加工を行う研削盤において、ＣＢＮ砥石を備えた研削盤テーブルと、この研削盤テーブルに搭載される１軸ドレッサユニットとを具備し、上記１軸ドレッサユニットは、研削盤テーブル上に設けられ、ドレッサと砥石との軸方向の位置決めを行う１軸テーブルと、この１軸テーブル上に設けられる総型ロータリードレッサとからなることを特徴とする。

本発明によれば、研削盤テーブルの固有振動数の制限を受けずに高精度なドレス成形を可能として、作業性および信頼性の向上化を得られるなどの効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の研削盤は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素材）砥石を備えて研削加工を行うとともに、ドレッサユニットをＮＣ１軸テーブル上に搭載し、ＣＢＮ砥石に対するドレスを行う前もしくは定期的に砥石スピンドル中心とドレッサ中心位置を合せる操作を行える装置である。

図１に、研削盤テーブル（以下、「加工機テーブル」と呼ぶ）１に搭載される１軸ドレッサユニット２を示す。図中３は、１軸ドレッサユニット２を構成する総型ロータリードレッサ（以下、単に「ロータリードレッサ」と呼ぶ）である。

このロータリードレッサ３の周面に沿って、断面略円弧状のドレス溝４が設けられていて、後述するようにＣＢＮ砥石（以下、単に「砥石」と呼ぶ）５の先端をドレス溝４に当接することにより、前記砥石５のドレス成形をなすよう設定されている。

図中６は、内部に図示しない駆動モータを収容するロータリードレッサスピンドルであり、この回転軸にテーパ体７が取付けられる。前記テーパ体７に、円板状の前記ロータリードレッサ３が嵌め込まれ、適宜な手段で取付け固定される。したがって、ロータリードレッサ３はテーパ体７とともに一体に回転駆動されるようになっている。

上記ロータリードレッサ３の先端部に、ＡＥセンサーとトランスミッタからなる第１のＡＥセンサー８が取付けられる。ロータリードレッサスピンドル６を支持する１軸テーブルであるスピンドルブラケット９には、一端部にセンサーブラケット１０を介してＡＥセンサーのレシーバである第２のＡＥセンサー１１が取付けられる。第２のＡＥセンサー１１は、前記第１のＡＥセンサー８とごく狭小のエアーギャップｓを介して対向していて、図示しないＮＣテーブルに接続される。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ドレス中心とスピンドル中心の位置合わせを順に説明している。すなわち、ドレス切込み位置から所定量逃がした状態で片側ずつテーブルを送り、ドレッサ肩部へ接触させる操作を示す。最終的には中央値からその分ずらした位置でドレスを行う。

なお説明すると、図２（ａ）に示すように、砥石５に対してロータリードレッサ３を図の左右方向軸であるＹ軸に沿って移動し、ドレッサ３の左肩部である左フランクへ当たったら停止する。この当たった位置を、位置Ａ呼ぶ。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、砥石５に対してロータリードレッサ３をＹ軸に沿って移動し、ドレッサ３の右肩部である右フランクへ当たったら停止する。当たった位置を、位置Ｂと呼ぶ。

図２（ｃ）において、再び砥石５に対してロータリードレッサ３を移動して、Ｙ座標を位置Ａと位置Ｂの中央の位置に合せる。そして、砥石５をロータリードレッサ３のドレス溝４に当て、この位置で通しドレスをなす。

このように、砥石５をドレス切込み位置から所定量を逃がした位置で１軸ドレッサユニット２を送る。そして、ロータリードレッサ３の左右肩部に砥石５が接触するまで送り、この当たりは第１，第２のＡＥセンサー８，１１で検出する。

砥石５とロータリードレッサ３との接触検知には、非接触タイプのＡＥセンサー（例えば、マーポスＥ２０Ｎ）を使用している。信号の伝播は、ドレッサシャフトであるテーパ体７の軸端部に取付けた第１のＡＥセンサー８から第２のＡＥセンサー１１へエアーギャップｓを介して伝播される。この種の信号伝播方式によれば、ノイズが小さくなり、ゲインを高く設定できて砥石５とロータリードレッサ３との当たりを点接触の状態で拾うことができる。

図示しないＮＣテーブルは停止信号を受けたあと、加減速時定数＝０としたスキップ機能で停止を行う。このとき、位置ループゲイン・テーブル送り速度をパラメータとするテーブル流れ量分だけ流れたあとに停止する。

たとえば、流れ量分が所定量以上あると砥石面に傷が付き易く、砥石の形状を崩す虞れがある。すなわち、流れ量が大き過ぎると１回のドレスサイクルで形状の崩れ分を修正できなくなり、ドレス回数を数回重ねないと修正できない。

流れ量を小さくするには位置ループゲインを高めるか、テーブル送り速度を低く（すなわち、遅く）する方法がある。テーブル速度を極端に低下させるとサイクルタイムを伸ばす原因となるので現実的でない。

この実施の形態では、流れ量の狙い値を１〜２μｍ以下に抑えるように設定している。この程度の値では、たとえ砥石面にある程度の傷が付くようなことがあっても、ほぼ１回程度のドレス修正で回復できる。上記１軸ドレッサユニット２は、２軸以上で構成されるユニットに対し、高い軸方向固有振動数が得られる。

加工機テーブル１の軸方向固有振動数が低い場合、速度ループゲインを高めるとテーブルに振動が発生して制御不能になる。本テーブル１の場合、目標位置ループゲインが７０ｓｅｃ−１であるため、速度ループは１００ＨＺ程度であり、そのためにテーブル１の軸方向固有振動数は１００ＨＺ以上が求められる。したがって、速度ループゲインと位置ループゲインを高めることが可能となり、信号を受けたあとの流れ量を小さくできる。

なお説明すると、位置ループゲイン目標を７０ｓｅｃ−１とすると、位置ループゲインのカットオフ周波数は ７０／（２π）＝１１．１ＨＺ となる。このときの速度ループの特性は、カットオフ周波数が約１００ＨＺ（１０倍）となる。テーブル側ではこの領域まで機械的共振領域がないことが要求されるため、軸方向固有振動数１００ＨＺのテーブルが必要となる。

図３に、位置ループゲインの設定差による、流れの量の差を示す。
なお説明すれば、同図は送り速度３ｍｍ／ｍｉｎで砥石５をロータリードレッサ３に接触させたときの流れの量の差を示していて、１回ドレスを施した後、連続回数ドレッサに接触させたときのトータルの流れの量の差である。グラフが２次曲線になっているのは、連続接触させたときに砥石５への接触状態が点接触から線接触に変化していることを表し、１回当たりの流れ量が小さくなっている。

位置ループゲイン７０ｓｅｃ−１と３０ｓｅｃ−１では、１回目・２回目の接触では３倍以上の流れの量の差が見られており、流れ量が７０ｓｅｃ−１のとき１〜２μｍであるのに対し、３０ｓｅｃ−１のとき１０μｍあって、７０ｓｅｃ−１の効果がよく分かる。

繰り返し述べるに、ロータリードレッサ３をコンパクトなＮＣ１軸の加工機テーブル１上に搭載し、ドレスを行う前、もしくは定期的に砥石スピンドル中心とロータリードレッサ３の中心位置を合せる操作が行われる。

ロータリードレッサ３の中心位置を求める具体的な方法は、砥石５をドレス切込み位置から所定の量を逃がした位置でロータリードレッサ３の左右肩部に順番に接触させ、その当たりを第１，第２のＡＥセンサー８，１１で検出する。

検出信号を受けるとＮＣ側のテーブル送りを停止させ、停止した座標を記憶しておく。この座標は信号を受けたときの座標値であってもよい。いずれにしても、左右肩部に接触したときの座標を記憶し、それらの中央値をドレッサ中心位置の座標としてドレス操作を行う。

ロータリードレッサ３と砥石５との接触検出手段として、非接触タイプのＡＥセンサー８，１１を使用している。非接触であるため、回転しているロータリードレッサ３から加工機テーブル１上に固定した検出装置への信号伝播は液体を介したり、板ばねとボールを接触させる必要もない。

ＡＥ信号の伝播は非接触のためノイズが小さく、ゲインアップが可能で小径砥石の微小な接触状態でも検出可能である。そのため、高いゲインで伝播可能であり砥石５とロータリードレッサ３との接触が点接触状態の微小な信号でも接触を判断できる。

接触検出信号がＮＣ側に入力されたあと、研削盤テーブル１の停止までに時間遅れが発生する。遅れの影響で、砥石５へロータリードレッサ３が食い込み易く、形状を崩すことになる。

この量を小さくするため、ロータリードレッサ３を加工機テーブル１にレイアウトされたコンパクトな１軸テーブル９上にセットする。そして、軸方向固有振動数１００ＨＺ以上に製作し、その結果、位置ループゲインを７０ｓｅｃ−１まで高めて流れ量を２μｍ以下に納めている。

すなわち、移動する１軸ドレッサユニット２が停止信号を受けたあと、少ない流れ量で停止できるように、速度ループゲインと位置ループゲインを高い設定値に設定可能にしてある。

上記動作を行う１軸ドレッサユニット２は、加工機テーブル１とは別のドレッサ用１軸テーブル（すなわち、スピンドルブラケット９）に設けている。この１軸テーブル９はコンパクトな設計で、テーブル単体の軸方向固有振動数を高め、１軸テーブル９の位置決め精度と、繰り返し精度の向上が達成される。

なお、接触検知のときに移動する加工機テーブル１の軸方向固有振動数を１００ＨＺ以上とすることは先に説明した通りだが、位置ループゲインは５０ｓｅｃ−１以上で、１００ｓｅｃ−１以下に設定することにより、接触検出信号が加工機テーブル１側に入力されたあと、テーブル停止までの時間遅れが小さくなって、砥石部へのドレッサ食い込み量が小さくてすむ。

すなわち、加工機のなかで連続的に使用する場合にサイクルタイムを考慮すると、総型ドレッサの中心位置を求めるこの方法では加工機テーブル１の送り速度は少なくとも３ｍｍ／ｍｉｎ以上が望まれる。そして、１回当たりのドレスでの修正量から、テーブル流れ量による砥石への食い込み量は少なくとも５μｍ以下が必要となる。

このようにテーブル送り速度３ｍｍ／ｍｉｎと、流れ量５μｍ以下の条件をもとに、先に示した図３から判断すると、必要となる位置ループゲインの値はおそそ５０ｓｅｃ−１以上となる。また、最大値を１００ｓｅｃ−１以下としたのは、１００ｓｅｃ−１以上は現実的に無理であるとの理由による。

なお、図１では外面研削用砥石を示しているが、砥石は内面研削用もしくはペンシルタイプであっても何ら支障がない。
また、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明における一実施の形態の、研削盤テーブル上にセットした１軸ドレッサユニットの構成図。 同実施の形態に係わる、研削砥石のドレス方法を順に説明する図。 同実施の形態に係わる、接触させたときの流れの差を表す特性図。

符号の説明

５…砥石（ＣＢＮ砥石）、１…加工機テーブル（研削盤テーブル）、２…１軸ドレッサユニット、９…スピンドルブラケット（ドレッサ用１軸テーブル）、３…総型ロータリードレッサ、８…第１のＡＥセンサー、１１…第２のＡＥセンサー、ｓ…エアーギャップ。

Claims (2)

1. ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素材）砥石を用いて研削加工を行う研削盤において、
   ＣＢＮ砥石を備えた研削盤テーブルと、
   この研削盤テーブルに搭載される１軸ドレッサユニットとを具備し、
   上記１軸ドレッサユニットは、
   上記研削盤テーブル上に設けられ、ドレッサと砥石との軸方向の位置決めを行う１軸テーブルと、
   この１軸テーブル上に設けられる総型ロータリードレッサとからなることを特徴とする研削盤。
2. 上記総型ロータリードレッサの先端部に、ＡＥセンサーとトランスミッタからなる第１のＡＥセンサーが取付けられ、
   上記１軸テーブルに、上記第１のＡＥセンサーのレシーバである第２のＡＥセンサーが取付けられ、
   これら第１のＡＥセンサーと第２のＡＥセンサーは、エアーギャップを介して対向することを特徴とする請求項１記載の研削盤。

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