JP2005349499A - ワ−クの研削方法および研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異形のワ−クの研削加工時間の短縮。
【解決手段】 ワ−ク２表面を砥石車３を用いて研削を行う方法において、前記砥石車とワ−クとの干渉領域より発生したＡＥ信号をワ−ク近傍のチャック面に設置したＡＥセンサヘッド４０が検出し、このＡＥ信号を所定の周波数帯域を通過させるロ−パスフィルタ４３に通過させ、通過したＡＥ信号より基本周波数を抽出し、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）よりも高いときはワ−クテ−ブル４を一方向に進行させ、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブルの駆動手段に反転信号を送り、ワ−クテ−ブル４を反転させる。ワ−クの研削が行われていないときのテ−ブル４の空転移動距離を短くできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、砥石車とワ−クの干渉により発生するＡＥ（Acoustic Emission）信号をＡＥセンサが検出し、このＡＥ信号に基づいてワ−クを研削中のワ−クテ−ブルの反転を行う研削装置、および、ＡＥセンサが検出したＡＥ信号に基づいて反転するワ−クテ−ブル上に載置されたワ−クを砥石車で研削する研削装置に関する。

本発明の研削方法によると、加工中のワ−クの外郭に応じてワ−クテ−ブルの反転位置がＡＥセンサにより決定されるので、ワ−クが円盤、星形、Ｌ型、楕円、半円、長尺状等の形状の際、ワ−クテ−ブルの往復の移動距離が短縮され、研削時間を大きく短縮できる。

左右方向に往復移動可能なワ−クテ−ブル上に載置されたワ−クと、上下方向に昇降可能な砥石頭に備えられた砥石車を相対移動させてワ−クを平面研削加工する研削装置は知られており、実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２６３４３６号公報

図４および図５に示す平面研削装置１において、２はワ−ク、３は砥石車、４は左右方向（Ｘ軸方向）に往復移動可能なワ−クテ−ブル、５は作業台部、６は電磁チャック、７は前後方向（Ｚ軸方向）に往復移動可能なサドル、８は操作盤、８ａは砥石の切り込み開始点位置検出Ｏｎ−Ｏｆｆスィッチ、８ｂは砥石上下切り込み手動パルス発生器ボタン、９はコラム、１０は砥石軸、１１は砥石頭、１２は砥石３を垂直方向（Ｙ軸方向）に移動する昇降手段、１３はモ−タ−、１４は螺合体、１５はネジ軸、１６は軸受、１７は安全保護カバ−、３１６はＮＣ制御装置（ＣＰＵ）、３０は研削液供給ノズルである。

左右方向に往復移動しているワ−クテ−ブル４上のワ−ク２に回転している砥石車３を下降してワ−クに切り込みをかけ、ワ−クテ−ブルと砥石車とを相対移動させて研削は行われる。この際、ワ−クと砥石が接触する加工点にはノズル３０より研削液が供給される。ワ−クテ−ブル４の左右移動は、油圧駆動、ボ−ルネジとサ−ボモ−タの組み合わせ駆動、リニアモ−タ駆動等が利用されている。また、テ−ブル反転機構は、テ−ブルの左右両側に固定して設けたドッグと、これらドッグの間隔より狭い間隔を以ってベッドに固定して設けられたリミットスイッチを用いていた。

図６に、ワ−クテ−ブルが油圧駆動で、テ−ブル反転機構としてドッグとリミットスイッチを用いた研削装置１を示す。図６に示す研削装置１において、３は砥石車、４はワ−クテ−ブル、９はコラム、３１６は制御装置（ＣＰＵ）で、プログラムが書き込まれた記憶部（ＲＯＭ）とデ−タ等が記録される記録部（ＲＡＭ）を持つ。２０はベッド、２１，２１はドッグ、２２，２２はリミットスイッチ、２３は油圧駆動部、２４はステップモ−タ、２５は油圧回路、２６はテ−ブル速度調節絞り弁、２７は入力ポ−ト、２８は出力ポ−ト、２９はモ−タ駆動回路である。

油圧駆動部２３が油圧回路２５に駆動されてワ−クテ−ブル４を左右方向に移動させる。この左右反転動作にドッグ２１，２１がリミットスイッチ２２，２２を動作させる。ワ−クテ−ブルが左端に到達すると、右方のリミットスイッチ２２が右方のドッグ２１に対向してｏｎとなる状態で右方のリミットスイッチ２２の信号は反転検出信号として制御装置３１６に入力され、これにより油圧回路２５の方向切替弁（図示されていない）が動作されて油圧駆動部２３の動作方向、すなわちワ−クテ−ブル４の動作方向が変えられ（反転）、ワ−クテ−ブルが右方向に移動し始め、右方のドッグ２１が右方のリミットスイッチ２２より離れる。

そして、ワ−クテ−ブルが右端に到達すると、左方のリミットスイッチ２２が左方のドッグ２１に対向してｏｎとなる状態で左方のリミットスイッチ２２の信号は反転検出信号として制御装置３１６に入力され、これにより油圧回路２５の方向切り替え弁（図示されていない）が動作されて油圧駆動部２３の動作方向、すなわちテ−ブル４の動作方向が変えられ（反転）、テ−ブルが左方向に移動し始め、左方のドッグ２１が左方のリミットスイッチ２２より離れる。このような動作は、交互に連続して行われる。

この従来のテ−ブル反転機構においては、ワ−クテ−ブルの左右における反転位置がドッグ（駒）とリミットスイッチを用いて決められるために、ワ−ク加工中のワ−クテ−ブル一往復の移動距離は常に一定であった。よって、ワ−クが直方体や立方体のような長尺状物をチャックに対し平行に載置して研削加工するときは、ワ−クテ−ブルの移動距離の短縮は望めないが、ワ−ク形状が円盤、Ｌ字型、星形、楕円、半円等の異形の際、あるいは、長尺状物をチャックに対し斜めに載置して研削加工する際は、ワ−クテ−ブルの左右往復移動中にワ−クが研削されていないオ−バ−ラン（over run）の空移動距離が結構あることとなる。即ち、ワ−クテ−ブルの往復移動幅はワ−クの最長の長さを参考に決定されるため、テ−ブルの一往復においてワ−クの最長の長さを研削しているときは砥石による研削時間は有効に行われているが、同じワ−クの短い長さ部分を研削しているときは砥石による研削時間は短く、テ−ブルの移動に無駄が多い。

本発明は、ワ−ク研削中のワ−クテ−ブルの総移動距離合計を短くでき、ワ−クテ−ブルの反転位置を操作盤から一々入力する必要もなく、ＡＥセンサにより反転位置を指示できる研削装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、砥石車の昇降と、ワ−クを固定しているチャックを載置するワ−クテ−ブルの左右方向の往復移動と、砥石車の前後方向の相対的な動きによりワ−ク表面を研削する研削装置を用い、ワ−ク表面に対して回転している砥石車をワ−ク表面に下降させてワ−クの切り込み、ワ−ク表面の研削を行う方法において、前記砥石車とワ−クとの干渉領域より発生したＡＥ信号をワ−ク近傍のチャック面に設置したＡＥセンサヘッドが検出し、このＡＥ信号を所定の周波数帯域を通過させるロ−パスフィルタに通過させ、このロ−パスフィルタを通過したＡＥ信号より基本周波数を抽出し、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）よりも高いときはワ−クテ−ブルを一方向に進行させ、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブルの駆動手段に反転信号を送り、ワ−クテ−ブルを反転させることを特徴とするワ−クの研削方法を提供するものである。

請求項２の発明は、ワ−クを載置するワ−クテ−ブル、該ワ−クテ−ブル上にワ−クを固定するチャック、前記ワ−クテ−ブルを左右方向に往復移動させる駆動手段、該ワ−クテ−ブルの表面に対し上下方向に昇降可能に設けられた砥石軸、該砥石軸の昇降手段、該砥石軸に回転可能に設けられた砥石車、前記砥石車とワ−クとの干渉領域より発生したＡＥ信号を検出するＡＥセンサヘッド、該ＡＥセンサヘッドが検出したＡＥ信号を増幅するアンプ、増幅されたＡＥ信号を受信し、所定の周波数帯域を通過させるロ−パスフィルタ、このロ−パスフィルタを通過したＡＥ信号より基本周波数を抽出し、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）を表示するグラフィック・アナログコントロ−ラ、および、該グラフィック・アナログコントロ−ラより発信された基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）を受信する記録部、基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）を記憶する記憶部、ＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）とＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）とを比較する比較部、および、前記基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）よりも高いときはワ−クテ−ブルを一方向に進行させる信号を、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブルの駆動手段に反転信号を出力する出力部を有する制御装置、
とを具備する研削装置を提供するものである。

Ｌ字型や円板などの異形のワ−クを研削するにおいて、従来のドックを用いて左右方向に移動するワ−クテ−ブルを反転させる方法では、テ−ブル反転位置をＮＣ制御装置に操作盤より入力しなければならないし、また、テ−ブル反転位置が定まっており、図３ａに示されるように研削に携わっていない空転（over run）部分のワ−クテ−ブルの移動があったが、本発明のＡＥセンサを用いるテ−ブル反転方法では、ワ−ク形状に沿ったワ−クテ−ブルの反転が可能となり、図３ｂに示すように研削に携わっていない空転（over run）部分のワ−クテ−ブルの移動距離は極めて少なくなり（従来方法の１０〜３８％減）、研削時間が短縮されるとともに、テ−ブル反転位置をＮＣ制御装置に操作盤より入力する必要がなくなり、段取り時間も短縮される。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１はワ−クテ−ブルの反転位置を指示するＡＥセンサを備えた本発明の研削装置の正面図、図２はトラバ−ス研削を行った際のＡＥ出力信号波形の測定例、および、図３ａは従来の研削方法によるＬ字型ワ−クに対する砥石車の相対的な移動距離を示す図、図３ｂは本発明のワ−クテ−ブル反転方法におけるＬ字型ワ−クに対する砥石車の相対的な移動距離を示す図である。

図１において、１は平面研削装置、２はワ−ク、３は砥石車、４はワ−クテ−ブル、６は電磁チャック、１７は砥石車保護カバ−、３０は研削液供給ノズル、４０はＡＥセンサヘッド、４１はリ−ド線、４２はＡＥ増幅器、４３はグラフィック・アナログコントロ−ラ、４４はリレ−、３１６はＮＣ制御装置で、制御部、記憶部（ＲＡＭ）、記録部（ＲＯＭ）、比較部、出力部を備える。出力部はＩ／Ｏを介し、ワ−クテ−ブル４の駆動機構、例えばサ−ボモ−タにシ−ケンス接続されている。。

前記ＡＥセンサヘッド４０およびＡＥ増幅器は、株式会社村上技研産業よりギャップエリミネ−タＧＡＰ−５５ＥＴＯ−Ｈ（商品名）として販売されている。ワ−ク研削中、砥石車３とワ−ク２との干渉領域より発生したＡＥ信号をワ−ク近傍のチャック６側面に設置したＡＥセンサヘッド４０が検出し、このＡＥ信号をＡＥアンプ４２で増幅し、グラフィック・アナログコントロ−ラに出力する。増幅されたＡＥ信号はレベルは激しく変動するので、グラフィック・アナログコントロ−ラ４３のフィルタ−機能を用い、カットオフ周波数５〜５００ＨＺのロ−パスフィルタを通過させ、このロ−パスフィルタを通過したＡＥ信号より基本周波数（例えば、１ＨＺ、１０Ｈｚ，または１００Ｈｚ）を抽出し、グラフィック・アナログコントロ−ラ４３の表示部に基本周波数におけるＡＥ信号値（単位はボルト）を表示、あるいは、図２に示す信号出力波形を表示させるとともに、この基本周波数におけるＡＥ信号値をＮＣ制御装置３１６の記録部（ＲＯＭ）に送信する。

ＮＣ制御装置３１６の比較部は、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）と、記憶部（ＲＡＭ）に記憶した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）と比較する。基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め定められたトリガ−値（Ｅ₀）より高いときはワ−クテ−ブルを一方向に進行させ、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブル４の駆動手段（例えばサ−ボモ−タ）に反転信号を送り、ワ−クテ−ブル４を反転させる。

図２は、ワ−クテ−ブルの左右移動速度を３００ｍｍ／秒、砥石車の切り込み速度を２．８ｍｍ／秒、砥石車の速度を３１．２ｍ／秒、砥石切り込み量０．００２ｍｍの平面研削加工条件でワ−クテ−ブル４を反転させながらＬ字型ワ−ク２をトラバ−ス研削加工した際の時間（秒）と基本周波数１００ＨｚにおけるＡＥ信号（単位はボルト）間の相関を採った信号出力波形の例である。

砥石車３の昇降と、ワ−ク２を固定しているチャック６を載置するワ−クテ−ブル４の左右方向の往復移動と、砥石車の前後方向の相対的な動きによりワ−ク表面を研削する研削装置１を用い、砥石車3の近傍に設置されたノズル３０より研削液をワ−クの加工点に向けて吹き付け、ワ−ク表面に対して回転している砥石車３をワ−ク表面に下降させてワ−クの切り込み、ワ−ク表面の研削を行う際、ワ−ク２が研削砥石車３と接触するとＡＥ信号レベルは急上昇（４〜９ボルト）し、ワ−ク２が研削砥石車３から離れるとＡＥ信号レベルは急降下し、０ボルト近くになる。そこで、トリガ−値（Ｅ₀）を１ボルトに設定し、基本周波数におけるＡＥ信号レベル（Ｅ_ｉ）が前記トリガ−値（Ｅ₀）より下がった〇印の位置でトリガ−信号を出力部よりワ−クテ−ブル４を駆動させるサ−ボモ−タに出力すればワ−クテ−ブル４は反転する。よって、ワ−クの形状、寸法に応じて基本周波数の値および該基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）を設定する。

ＡＥセンサヘッド４０のチャック６上への取り付け位置は、チャック側面でも上面でもよいが、研削液がＡＥセンサヘッド４０に吹き付けられるのを防ぐ意味で好ましい。チャック上面に設置する場合は、ＡＥセンサヘッド４０に防液カバ−を取り付けるとよい。

長尺状のワ−ク２をチャック６上に斜めに載置してトラバ−ス研削すると、従来の長尺状のワ−ク２をチャック６上に直角に置いて行う方法に比較し、加工時間を約３８％短縮できるとともに、ワ−ク表面の反り取りが向上する。

本発明の研削装置は、既述したトラバ−ス研削、バイアス研削、プランジ研削、シフト研削、これらの組み合わせの研削が可能である。また、ワ−クテ−ブルのＡＥセンサを用いる反転方法は、例として既述した平面研削装置の他に、円筒研削装置にも使用できることは勿論のこと、研削液を用いないドライ研削にも適用できる。

ワ−クの平面研削加工では、ワ−クを２個以上密着させて研削したり、ワ−ク自体が０．０１〜１０ｍｍの溝を有していることもあり、前記溝幅や隙間をＡＥセンサが検出してワ−クテ−ブルが反転してしまうこともある。それ故、グラフィック・アナログコントロ−ラ４３のフィルタ−機能を用い、カットオフ周波数５〜５００ＨＺのロ−パスフィルタを通過させることにより、前記溝幅や隙間をＡＥセンサが検出する時間を長くし、その検出時間内にワ−クテ−ブルは更に一方向に進行するようにしている。

本発明のワ−クの研削方法は、ワ−クテ−ブル４の空転時間（over run）を短くできるので、ワ−クの研削加工時間を短縮することができる。

本発明の研削装置の正面図である。 トラバ−ス研削を行った際のＡＥ出力信号波形の測定例を示す図である。 Ｌ字型ワ−クに対する砥石車の相対的な移動距離を示す図で、図３ａは従来の研削方法によるＬ字型ワ−クに対する砥石車の相対的な移動距離を示す図、図３ｂは本発明のワ−クテ−ブル反転方法におけるＬ字型ワ−クに対する砥石車の相対的な移動距離を示す図である。 研削装置の斜視図である。（公知） 研削装置の側面図である。（公知） 研削装置のドッグを利用したワ−クテ−ブル反転機構を有する研削装置の正面図である。（公知）

符号の説明

１ 研削装置
２ ワ−ク
３ 砥石車
４ ワ−クテ−ブル
６ 電磁チャック
３０ 研削液供給ノズル
４０ ＡＥセンサヘッド
４２ ＡＥ増幅器（Ａｍｐ）
４３ グラフィック・アナログコントロ−ラ
３１６ ＮＣ制御装置

Claims (2)

1. 砥石車の昇降と、ワ−クを固定しているチャックを載置するワ−クテ−ブルの左右方向の往復移動と、砥石車の前後方向の相対的な動きによりワ−ク表面を研削する研削装置を用い、ワ−ク表面に対して回転している砥石車をワ−ク表面に下降させてワ−クの切り込み、ワ−ク表面の研削を行う方法において、前記砥石車とワ−クとの干渉領域より発生したＡＥ信号をワ−ク近傍のチャック面に設置したＡＥセンサヘッドが検出し、このＡＥ信号を所定の周波数帯域を通過させるロ−パスフィルタに通過させ、このロ−パスフィルタを通過したＡＥ信号より基本周波数を抽出し、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）よりも高いときはワ−クテ−ブルを一方向に進行させ、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブルの駆動手段に反転信号を送り、ワ−クテ−ブルを反転させることを特徴とするワ−クの研削方法。
2. ワ−クを載置するワ−クテ−ブル、該ワ−クテ−ブル上にワ−クを固定するチャック、前記ワ−クテ−ブルを左右方向に往復移動させる駆動手段、該ワ−クテ−ブルの表面に対し上下方向に昇降可能に設けられた砥石軸、該砥石軸の昇降手段、該砥石軸に回転可能に設けられた砥石車、前記砥石車とワ−クとの干渉領域より発生したＡＥ信号を検出するＡＥセンサヘッド、該ＡＥセンサヘッドが検出したＡＥ信号を増幅するアンプ、増幅されたＡＥ信号を受信し、所定の周波数帯域を通過させるロ−パスフィルタ、このロ−パスフィルタを通過したＡＥ信号より基本周波数を抽出し、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）を表示するグラフィック・アナログコントロ−ラ、および、該グラフィック・アナログコントロ−ラより発信された基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）を受信する記録部、基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）を記憶する記憶部、ＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）とＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）とを比較する比較部、および、前記基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）よりも高いときはワ−クテ−ブルを一方向に進行させる信号を、該基本周波数におけるＡＥ信号の値（Ｅ_ｉ）が前記基本周波数におけるＡＥ信号のトリガ−値（Ｅ₀）以下に達したときにワ−クテ−ブルの駆動手段に反転信号を出力する出力部を有する制御装置、
   とを具備する研削装置。

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