JP2008194757A

JP2008194757A - ワークテーブルの反転方法

Info

Publication number: JP2008194757A
Application number: JP2007029033A
Authority: JP
Inventors: Akinori Yui; 明紀由井; Shigeki Okuyama; 繁樹奥山; Masato Kikuchi; 正人菊地
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】異形のワ−クの研削加工時間の短縮。
【解決手段】砥石車３の昇降と、ワーク２を固定しているチャック６を載置するワークテーブル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ーク表面を研削する研削装置を用い、ワーク２表面に対して回転している砥石車３をワーク表面に下降させてワークの切り込み、ワーク表面の研削を行う方法において、前記砥石車とワークとの干渉領域より発生した振動信号をワーク近傍のチャック上蓋裏面に砥石軸に対し鉛直方向に設置した加速度センサヘッド４０が検出し、この振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）よりも高いときはワークテーブルを一方向に進行させ、該振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）以下に達したときにワークテーブルの駆動手段に反転信号を送り、ワークテーブル４を反転させる。ワー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、ワークを研削中の砥石車とワークの干渉により発生する振動加速度信号を加速度センサが時系列に検出し、この振動信号の変化に基づいて研削中のワークテーブルの反転を行う方法に関する。

本発明のテーブル反転方法によると、加工中のワークの外郭形状に応じてワークテーブルの反転位置が加速度センサより発信される加速度振動信号により決定されるので、ワークが円盤、星形、Ｌ型、楕円、半円、長尺状等の形状の際、ワークテー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ークテーブル上に載置されたワークと、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セラミック製ワークを平面研削加工する際、スパークアウト工程を入れる研削方法実用化されている。例えば、下記（１）から（１０）の工程を経てワ−クを研削する方法である。（１）砥石をスタ−ト点からワ−ク上面に接近させる工程（２）砥石により所望の切削量を研削する粗研工程（３）砥石により所望の切削量を研削する精研工程（４）切込量０ｍｍで砥石によりワ−ク表面をなぞるスパ−クアウト工程（５）砥石をスタ−ト点に戻すリトラクト工程（６）砥石をスタ−ト点から前記（３）の精研工程開始前の位置に移動させる工程（７）前記（３）の精研工程（８）スパ−クアウト工程（９）前記（５),（６),（７) および（８）の工程をこの順序でｎ回（ただし、ｎは1 〜１０の整数である。）繰り返す工程（10）砥石をスタ−ト点に戻すリトラクト工程（例えば、特許文献１参照。）。

従来の平面研削装置では、油圧シリンダで左右方向に移動可能なワークテーブルに設けられ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の当接によりソレノイドバルブ位置側を変えて油を供給してワークテーブルの反転を行っていた。

この従来のワークテーブル反転機構においては、ワークテーブルの左右における反転位置がドッグとリミットスイッチを用いて決められるために、ワーク加工中のワークテーブル一往復の移動距離は常に一定であった。よって、ワー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、ワークテーブルの移動距離の短縮は望めないが、ワーク形状が円盤、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、ワークテーブルの左右往復移動中にワークが研削されていないオーバーラン（over run）の空移動距離が結構あることとなる。即ち、ワークテーブルの往復移動幅はワークの最長の長さを参考に決定されるため、ワークテーブルの一往復においてワー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、同じワー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、ワークテーブルの移動に無駄が多い。

ワークテーブルの反転時間を短くする方法として、振動センサを用い、ワークと砥石車との接触による振動を振動センサで電圧信号として拾い出し、その振動信号と予め設定したテーブル反転時期のトリガー振動信号値とを比較してワークテーブルを反転させる方法が提案されている。この方法は、ワーク研削中のワークテーブルの総移動距離合計を短くでき、研削時間を１０〜３０％短縮できる利点がある。

具体的には、水中マイクロホンが受波した音圧信号をバンドパスフィルタに通過させ、このバンドパスフィルタを通過した音圧信号より基本周波数を抽出し、基本周波数における音圧信号の値（Ｐ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数における音圧信号（Ｐ_ｏ）に達したとき（Ｐ_ｉ＝Ｐ_ｏ）をワークテーブル反転時期と決めてワークテーブルの反転を行う研削方法が本発明者らによって提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、本発明者らは、図５に示すように、砥石車３を用いてワーク２表面を研削を行う方法において、砥石車３とワークとの干渉領域より発生した振動信号をワーク近傍のチャック面に設置した振動センサヘッド４０が検出し、この振動信号値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）よりも高いときはワークテーブル４を一方向に進行させ、振動信号値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）以下に達したときにワークテーブルの駆動手段に反転信号を送り、ワークテーブル４を反転させるテーブルの反転方法を提案している（例えば、特許文献３および特許文献４参照。）。

特開２０００−５２２０７号公報特開２００２−３７０１６５号公報特開２００６−８２１５８号公報米国特許第７０５６１８９号明細書

特許文献２に記載される水中マイクロホンを利用するワークテーブルの反転方法は、従来の研削装置のドッグとリミットスイッチを用いるワークテーブルの反転方法よりワークテーブルの総移動距離が短くなり、研削時間を２０％前後短くできる利点を有する。しかし、水中マイクロホンは、研削液を伝わっての音圧信号を受信しているため、安全を見込んで基本周波数における音圧信号のしきい値（Ｐ_ｏ）を低く設定する。また、ノイズ信号（Ｎ）に対する音圧信号（Ｐ_ｉ）比も６〜８と低い。それゆえ、ワークテーブルの反転位置も安全が見込まれた砥石車がワークより離れた位置から更に１００〜２００ｍｍワークテーブルが移動した距離で反転している。

特許文献３および特許文献４に記載される振動センサを利用するワークテーブルの反転方法は、周波数領域１３０〜２７０ｋＨｚを利用するＡＥ振動センサまたは周波数領域１０．００５〜８ｋＨｚを利用する加速度センサを用いることにより砥石車がワ−クより離れた位置から更に２０〜７５ｍｍくらいワークテーブルが移動した距離で反転するゆえ、ワーク研削中のワークテーブルの総移動距離合計をより短くできる利点を有している。しかし、実施例において、ワークを上面に搭載する磁気チャックテーブルの外側面に振動センサヘッドを固定しているため、振動センサヘッドに衝突する研削液に起因するノイズも拾うため、ワークの形状や厚みにより、スパークアウト研削時やエアーカット時にワークテーブルが反転しない誤作動が生じるおそれが懸念される。

ワークテーブルの反転制御を確実に行うには、ワークテーブル反転指令を出力するためのトリガーレベル（Ｅ₀）の設定が重要である。トリガーレベルを高く設定し過ぎるとノイズレベル（Ｎ）の影響を受けてワークテーブル反転運動が不安定となる。特に、スパークアウト研削やワークテーブルの前後のストローク端においては信号出力レベル（Ｅ_ｉ）が低下するためにノイズレベル（Ｎ）の影響を受け易くなる。一方、トリガーレベルを低く設定し過ぎると、ワークテーブルの反転ショックやノイズにより誤ったワークテーブル反転指令を出力してしまう懸念がある。

本発明者らは、振動センサヘッドの取り付け位置を、研削されるワークを搭載する磁気チャック内に振動センサヘッドを砥石軸に対して鉛直方向に固定して用いることにより研削液が直接振動センサヘッドに当たるノイズの影響を小さくでき、かつ、ノイズレベル（Ｎ）に対する信号出力レベル平均値（Ｓ）の比（Ｓ／Ｎ）が加速度センサで１５以上、ＡＥ振動センサで２０以上であり、ワーク研削中の信号出力レベル平均値（Ｓ）の１／２〜２／３の値をトリガーレベル値（Ｅ_０）として設定すればノイズ信号の影響を避けることができることを見出し、本発明に到った。

請求項１の発明は、砥石車の昇降と、ワークを固定しているチャックを載置するワークテー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ーク表面を研削する研削装置を用い、ワーク表面に対して回転している砥石車をワーク表面に下降させてワークの切り込み、ワーク表面の研削を行う方法において、前記砥石車とワークとの干渉領域より発生した振動信号をワーク近傍のチャック内側面に砥石軸に対し鉛直方向に設置した振動センサヘッドが検出し、この振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）よりも高いときはワークテーブルを一方向に進行させ、該振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）以下に達したときにワークテーブルの駆動手段に反転信号を送り、ワークテーブルを反転させることを特徴とするワークテーブルの反転方法を提供するものである。

請求項２の発明は、振動センサヘッドが加速度センサヘッドであることを特徴とする、請求項１に記載のワークテーブルの反転方法を提供するものである。

振動センサヘッドに研削液が直接接触しないチャック内側面に砥石軸に対し鉛直方向に振動センサヘッドを設置したので、Ｓ／Ｎ比が１５以上となり、トリガー値（Ｅ₀）を信号出力レベル平均値（Ｓ）とノイズレベル値（Ｎ）の間の値であって信号出力レベル平均値（Ｓ）の１／２〜２／３程度の値に設定でき、ワークの形状に捉われることなくスパークアウト研削時やエアーカット時のワークテーブル反転の誤作動を解消できる。また、水中マイクロホンでは乾式研削工程には利用できなかったが、本発明のワークテーブルの反転方法はＳ／Ｎ比が大きいので研削液を用いない乾式研削にも利用できる。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１はワークテーブルの反転位置を指示する反転指示装置の正面図、図２は加速度センサの振動信号(加速度信号)の出力図、図３はチャック面上のワーク位置による振動信号の出力図、および、図４は砥石車切込量と加速度センサの振動信号の相関図である。

図１において、１は平面研削装置に備え付けられたワークテーブルの反転指示装置、２はワーク（工作物）、３は砥石車、４はワークテーブル、６は電磁チャック、６ａは上蓋、３０は研削液供給ノズル、４０は加速度センサヘッド、４１はリ−ド線、４２は振動データ表示器付モニタ電圧出力器、４３は増幅器、４４はＮＣ主制御装置、４５はハイパスフィルタ、４６は整流器、４７はローパスフィルタ、４８はリレー、４９は振動信号演算検出部、５０はトリガー電圧出力部、５１はしきい値管理部、５２はテーブル斑点信号出力部、５３はしきい値メモリ、５４は入力判定部、５５はワークテーブル駆動機構、５６はワークテーブル移動駆動制御部、６０はキーボード、６１はディスプレイ、６２はシステムプログラムメモリ、６３は加工プログラムメモリ、６４は加工制御部、６５は砥石軸移動駆動制御部、６６は砥石軸昇降機構、６７はツールテーブル駆動機構、６８は砥石軸回転制御部、６９は砥石軸駆動機構、７０は加工停止指令部、７１は加工プログラム終了判定部である。

前記加速度センサヘッド４０およびモニタ電圧出力装置４２は、小野測器株式会社より加速度センサ“ＮＰ−３５７６Ｎ１０”や“ＮＰ−３５７８Ｎ１０”の商品名で、オムロン株式会社からは“Ｄ７Ｆ−Ｓ０１−０５”やＤ７Ｆ−Ｓ０１−１０“の商品名で加速度センサが、モニタ電圧出力装置を兼ねた制御装置がＤ７Ｆ−Ｃ０１”の商品名で販売されている。モニタ電圧出力装置４２は増幅回路部４３、ハイパスフィルタフィルタ４５、整流器４６、ローパスフィルタ４７を有するものもある。増幅器４３は小野測器株式会社より“ＳＲ−２２００”の商品名で販売されている。加速度演算検出部４９はキーエンス株式会社よりトリガシグナルジェネレータ“ＲＪ−８００”の商品名で販売されている。

加速度センサヘッド４０の代わりにＡＥ振動センサを用いることもできる。横幅が狭い砥石車３や幅の狭いワーク２の研削にはＳ／Ｎ比が加速度振動センサのそれより高いので、感度がよいが、エアーカット乾式研削工程では加速度センサヘッドの感度より劣る。

ワーク研削中、砥石車３とワーク２との干渉領域より発生した振動信号をワーク近傍の電磁チャック６内面に設置した加速度振動センサヘッド４０が検出し、この振動信号を増幅器４３で増幅する。検出した振動信号には低周波振動が重畳しているので、３ｋＨｚのハイパスフィルタフィルタ４５を通し、その影響を整流し、更に５Ｈｚのローパスフィルタ４７を通過させ、このローパスフィルタを通過した振動信号（加速度信号）より基本周波数（例えば１６０Ｈｚ、あるいは５ｋＨｚ）を抽出し、モニタ電圧出力装置４２あるいは加速度演算検出部４９に出力（Ｅ_ｉ）する。必要により振動デ−タ表示器６１に表示する。

ＮＣ主制御装置４４のしきい値管理部５１は、検出された基本周波数における振動信号の値（Ｅ_ｉ）と、しきい値メモリ５３に記憶した前記基本周波数における振動信号のトリガー値（Ｅ₀）と比較する。トリガ出力部５０は、基本周波数における振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め定められたトリガー値（Ｅ₀）より高いときはワークテーブルを一方向に進行させ、該基本周波数における振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した前記基本周波数における振動信号のトリガー値（Ｅ₀）以下に達したときに反転信号出力部５２にトリガー信号を出力し、その信号を受けた反転信号出力部５２はワークテーブル４の駆動手段５５（例えば油圧シリンダ）に反転を指示する信号を送り、ワークテーブル４を反転させる。

図２は、ワークテーブルの左右移動速度を１０ｍ／分、３２０ｍｍ径、幅３８ｍｍＣ／ＧＣ砥石車の切込量２μｍ、ワークテーブルステップ送り量１２．５ｍｍ、砥石車の周速度を１，５６０ｍ／分の平面研削加工条件で研削液Ｗ２種１号５０倍希釈液を用い、１００ｘ５０ｘ２０ｍｍの金型鋼を縦１８０ｍｍ、横３００ｍｍ寸法の電磁チャック上に載置し、ワークテーブルを反転させながらトラバース研削加工した際の時間（秒）と周波数範囲５Ｈｚ〜８ｋＨｚの加速度センサヘッドを用いて加速度振動信号（単位はミリボルト）間の相関を採った信号出力波形の例である。ワークテーブルの左右移動速度に依存するが、ノイズ信号の領域幅Ｎは、研削中の信号出力レベル平均値（Ｓ）に対し１／１０〜１／１５である。よって、トリガー値（Ｅ₀）を研削中の信号出力レベル平均値Ｓの１／２〜２／３の間の値に設定するのが容易である。

図３は、電磁チャック６の覆い蓋６ａ裏面の中央に加速度センサヘッド４０を取り付け、その中央部に置かれたワーク２の位置において採られた加速度振動信号の最大出力信号値を棒グラフで示したものである。中央部で信号出力レベルは約４０ｍＶ、スパークアウト研削（切込量０ｍｍ）での加速度振動信号は約１３ｍＶであり、ノイズ信号の１〜２ｍＶと比較し、十分高い。よって、予め、ワーク２を研削し、研削中の信号出力レベル（Ｅ_ｉ）の平均値Ｓとノイズ信号レベルＮを測定し、しきい値管理部５１に記録しておき、研削中の信号出力レベル（Ｅ_ｉ）平均値Ｓの最低値の１／２〜２／３値間のある値（例えば６．５ｍＶ、または９ｍＶ）をトリガー値（Ｅ₀）としてしきい値メモリ５３に記録しておけば、このトリガー値（Ｅ₀）はノイズ信号Ｎ（１ｍＶ〜２ｍＶ）を十分超えた値であり、スパークアウト研削時においてもワークテーブルの反転時期を誤ることがない。

砥石車３の昇降と、ワーク２を固定している電磁チャック６を載置するワークテーブル４の左右方向の往復移動はワークテーブルの駆動機構５５により行われる。砥石車３の上下の昇降は砥石軸の昇降機構６６により、砥石車３の前後方向の動きは砥石軸を搭載するツールテーブルの駆動機構６７により行われる。砥石車３の近傍に設置されたノズル３０より研削液をワークの研削加工点に向けて吹き付け、ワーク表面に対して回転している砥石車３をワーク表面に下降させてワークの切り込み、ワーク表面の研削を行う際、図２に示すようにワーク２が砥石車３と接触すると振動信号レベルは急上昇（４０ｍＶ）し、ワ−ク２が研削砥石車３から離れると振動信号レベルは急降下し、１３ｍＶから更に０ｍＶボルト近くになる。そこで、トリガー値（Ｅ₀）を例えば、９ｍＶに設定し、基本周波数における振動信号レベル（Ｅ_ｉ）が前記トリガー値（Ｅ₀）より下がった位置でトリガー信号を出力部６４より発信するとワークテーブル４を駆動させる油圧シリンダ５５より油がソレノイドバルブの反対側に供給され、ワークテーブル４は反転する。入力判定部５４は、しきい値管理部５１でしきい値メモリ５２に記録されたトリガー値（Ｅ₀）と予め測定された研削中の振動信号レベルおよびノイズレベルとを比較し、トリガー値（Ｅ₀）の設定に誤りがないか判定する。よって、トリガー値（Ｅ₀）の設定値が研削中のノイズレベルＮの例えば３倍以内の値であるとブザーを鳴らし、トリガ−値（Ｅ₀）が誤っていると警告する。

トリガー値（Ｅ₀）の設定は、ワークの形状、厚み、幅寸法などに応じて基本周波数の値および該基本周波数における振動信号のトリガー値（Ｅ₀）を予備研削して振動信号レベル、ノイズレベル（テーブル反転時のショックによるノイズも含む）を把握した上で設定する。

振動センサヘッド４０の電磁チャック上蓋６ａ裏面中央部への取り付けは、円環状磁石取付具を振動センサヘッド４０上環状部に嵌めこみ、この取付具の磁力を以って上蓋裏面であって砥石軸に対し鉛直方向となるよう取り付ける。

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

本発明の振動センサを用いて研削装置のワークテーブルを反転方法は、既述したトラバース研削、バイアス研削、プランジ研削、シフト研削、これらの組合わせ研削のワークテーブル反転方法に利用可能である。また、研削液を用いない乾式研削にも適用できる。

本発明のワークテーブル反転方法は、ワークテ−ブル４の空転時間（over run）を小さくできるので、ワークの研削加工時間が短縮できる。また、エアーカット乾式研削工程においても、ワークテーブル反転に誤作動を生じない。

ワークテーブルの反転位置を指示する反転指示装置の正面図である。加速度センサの振動信号の出力図である。チャック面上のワーク位置による振動信号の出力図である。砥石車切込量と加速度センサの振動信号の相関図である。ＡＥ振動センサを用いたワークテーブルの反転位置を指示する反転指示装置の正面図である。（公知）

符号の説明

１ワークテーブルの反転指示装置
２ワーク
３砥石車
４ワークテーブル
６電磁チャック
３０研削液供給ノズル
４０振動センサヘッド
４２モニタ電圧出力装置
４４ＮＣ主制御装置

Claims

砥石車の昇降と、ワークを固定しているチャックを載置するワークテー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ーク表面を研削する研削装置を用い、ワーク表面に対して回転している砥石車をワーク表面に下降させてワークの切り込み、ワーク表面の研削を行う方法において、前記砥石車とワークとの干渉領域より発生した振動信号をワーク近傍のチャック内側面に砥石軸に対し鉛直方向に設置した振動センサヘッドが検出し、この振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）よりも高いときはワークテーブルを一方向に進行させ、該振動信号の値（Ｅ_ｉ）が予め設定した振動信号のトリガー値（Ｅ₀）以下に達したときにワークテーブルの駆動手段に反転信号を送り、ワークテーブルを反転させることを特徴とするワークテーブルの反転方法。
振動センサヘッドが加速度センサヘッドであることを特徴とする、請求項１に記載のワークテーブルの反転方法。