JP2561681B2 - 自動研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ワークを金剛砂等を利用した研削ベルトに
よって研削する自動研削装置に関する。

〔従来の技術〕 金属製品のバリ取りや表面研摩用として、無端の金剛
砂等を表面に塗着した研削ベルトの走行を利用したもの
が比較的に簡略な設備で稼動できることから、広く研削
装置として採用されている。

この研削装置は、第９図の概略図に示すように研削ベ
ルトＡをコンタクトホイール1,駆動ホイール２及びプー
リ3,4に巻回し、駆動ホイール２の回転によって矢印方
向へ走行させる駆動系を持つ構造がその典型的な例であ
る。そして、ワークは、コンタクトホイール１部分の研
削点Ｐに当てられ、研削ベルトＡのパスによって表面研
削加工が行われる。

ところで、このような研削ベルトＡを利用した研削装
置では、研削ベルトＡの金剛砂の磨滅による研削能力の
変化の影響を受けないように、適正な表面研削を維持す
ることが重要である。すなわち、研削ベルトＡの研削力
は、第７図のグラフに示すように、研削使用時間の経過
と共に減衰してゆき、したがってワークを研削ベルトＡ
に押し当てる力を一定としたときには、単位時間当たり
の研削量も小さくなる。また、研削ベルトＡの種類やワ
ークの材料等によって、研削力の減衰曲線も様々に変化
し、多数の製品を一様な表面仕上げ加工品として供給す
るには困難性がある。

一方、このような研削力の減衰に伴う加工への影響を
無くすため、研削ベルトＡにワークを押し付ける力を調
整する加工法が一般に採用されている。たとえば、自動
工具交換装置等を備えたロボットを利用してワークを加
工するとき、ワークを研削ベルトＡに押し当てる力を調
整すれば、良好な研削が可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ロボット側にワークの押し付け力を調整する
機能を持たせることは、ワークの形状が様々に変化する
こと等から、困難な面が多く、一般には採用されていな
い。

このような従来の研削装置の欠点を解消するため、第
６図に示すように、研削装置自体にワークと研削ベルト
Ａとの間の研削圧力を調整する機構を備えた装置が考え
られる。すなわち、コンタクトホイール１をスプリング
等の弾性装置Ｄによって支持した構造のものである。こ
の弾性装置Ｄを用いれば、ワークを研削ベルトＡに押し
当てるためにこのワークを移動させる移動量（以下、切
り込み量という）を適切にすれば、弾性装置Ｄの反力に
よって常に適切な力でワークを研削ベルトＡに押し付け
ることができる。

ところが、ワークと研削ベルトＡとの間の相互の押圧
力を最適にする切り込み量の大きさは、ワークが一般的
な金属素材の場合ではほぼ１〜2mm程度の小さい値であ
ることが、実機稼動によって経験的に確認されている。
この場合、鋳物製品等のように型製作の寸法誤差が±2m
m程度であれば切り込み量を１〜2mm程度に設定しても、
誤差の中に含まれてしまうことがあり、最適な押圧力が
得られない。また、ロボットの移動量の誤差も含まれる
ようになるので、更に押圧力の設定に困難さが増してし
まう。

更に、研削ベルトＡの金剛砂の層がその粒子の剥離に
よって薄くなり、研削力が時間と共に減衰していくの
で、これを補償するために研削ベルトＡへの押圧力を大
きくする必要がある。しかし、第６図に示した弾性装置
Ｄを利用した構成では、切り込み量と押圧力との関係は
第８図に示すグラフのようになる。このグラフから判る
ように、切り込み量の変化に対応して押圧力も大きく変
化する。このため、切り込み量の設定を細かくしない
と、ロボットによる切り込み量の調整では押圧力を適正
に設定することができない。したがって、最適な押圧力
に維持しながら加工を継続することは殆ど不可能に近
い。

そこで、本発明は、ワークに対する研削に関する全て
の条件を最適に設定可能とすることによって、加工精度
及び生産性の向上を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の自動研削装置は、以上の目的を達成するため
に、コンタクトホイールを含むパスを走行する研削ベル
トを備え、前記コンタクトホイールに研削ベルトが摺接
する部分をワークの研削点とした研削装置において、前
記コンタクトホイールを前記ワーク側に付勢して前記研
削ベルトとワークとの間の押圧力を調整する設定・負荷
手段を設け、更に該設定・負荷手段を、前記研削ベルト
の研削力の減衰に応じて前記研削ベルトとワークとの間
の押圧力を設定する制御系に含ませたことを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例により本発明の特徴を具体的
に説明する。

第１図は本発明の自動研削装置をその周囲の制御系と
共に示す概略図である。

従来例で述べたものと同様に、コンタクトホイール1,
駆動ホイール２及びプーリ3,4によって研削ベルトＡが
走行可能に配置されている。また、ワークＷはロボット
Ｒのハンド先端に把持され、このロボットＲのハンドの
位置及び姿勢を変更することによって研削ベルトＡによ
る適正なワークＷの研削が行われる。

コンタクトホイール１は、研削ベルトＡとワークＷと
の間の押圧力を自動設定するための制御系に含まれ、ま
たロボットＲもこのコンタクトホイール１の位置を基準
として切り込み量の設定が可能な制御系に含まれる。コ
ンタクトホイール１の制御は、自動研削装置に備えた機
構によって行われるもので、第２図に装置の側面図及び
第３図に第２図のＩ−Ｉ線矢視による断面図を示す。

図において、コンタクトホイール1,駆動ホイール２及
びプーリ3,4を支持するためのベース５がコラム６に連
結され、このコラム６の上端には駆動ホイール２用の電
動モータ6aが配置されている。駆動ホイール２及び上端
のプーリ４は、いずれもベース５に対して一定の位置に
固定されている。一方、コンタクトホイール１及び後端
のプーリ３は第２図においてその回転軸の位置を左右に
移動させて研削ベルトＡとワークＷとの間の押圧力を設
定・付加することが可能であり、この設定・負荷手段を
以下に説明する。

第３図に示すように、ベース５の後端に設けたリテー
ナブロック5aにスライド可能な固定軸5bを配置し、これ
に軸受5cを介してプーリ３が回転自在に装着されてい
る。リテーナブロック5aは、固定軸5bを摺動可能に保持
する溝5dを持ち、調整ハンドル5eの回転操作により固定
軸5bを移動させてプーリ３の回転中心の設定が可能であ
る。

また、コンタクトホイール１は、ベース５に設けた空
気圧利用のシリンダ７をワークＷとの間での押圧力の設
定・負荷手段とし、第２図及び第３図において左右方向
にその回転中心の位置を変更できる。シリンダ７はベー
ス５に固定され、そのアクチュエータ7aにスライダ7bを
連結すると共に、スライダ7bにはコンタクトホイール１
を回転自在に装着した固定軸1aの一端が固定されてい
る。スライダ7bは、シリンダ７の作動によってストッパ
5f方向に付勢されており、ワークＷの切り込み量に応じ
て移動することによって、固定軸1aの位置に任意に変更
してコンタクトホイール１の回転中心を自在に設定する
ことができる。

更に、コンタクトホイール１が移動するとき、研削ベ
ルトＡに適切なテンションが与えられるようにリテーナ
ブロック5aを移動する補助シリンダ８を設ける。この補
助シリンダ８のアクチュエータ8aをリテーナブロック5a
に連結し、ベース５に対してリテーナブロック5aをスラ
イド可能としておけば、補助シリンダ８の作動によって
プーリ３の回転中心の位置を変更することができる。そ
して、この補助シリンダ８への作動流体（空気）の給排
の制御は、コンタクトホイール１の移動と連動させるよ
うにすれば、常に適切なテンションを研削ベルトＡに与
えながら加工できる。

また、コンタクトホイール１の位置を間接的に検出す
るための位置センサ９がベース５に固定される。この位
置センサ９は、コンタクトホイール１の固定軸1aを保持
するスライダ7bの検出プレート部7cに対応するように配
置され、検出プレート部7cとの間の距離を測定すること
によって、間接的にコンタクトホイール１の位置を制御
系によって演算算出することが可能である。なお、この
位置センサ９としては、たとえば、検出ヘッド分離型の
渦電流損検出器等が利用できる。

以上のような構造を持つ研削装置では、コンタクトホ
イール１の位置は、位置センサ９によって検出され、ワ
ークＷに対して最も適切な押圧力及びワークＷの切り込
み量が得られるように、ロボットＲの位置を制御する。
この制御系を第１図によって説明する。

第７図によって説明したように、研削時間と共に研削
ベルトＡによる研削力が減衰し、その結果、一定の押圧
力でワークＷを研削ベルトＡに押し当てる加工では、研
削量が小さくなる。したがって、研削力が減衰すること
に合わせてシリンダ７を作動させ、ワークＷと研削ベル
トＡとの間の押圧力を増加させる制御を行えば、研削力
の減衰を補償した加工が可能となる。すなわち、研削力
が一定の好ましい範囲内に納まるように、コンタクトホ
イール１のワークＷ側への付勢をシリンダ７によって行
うもので、このためにシリンダ７の作動の制御を押圧力
コントローラ10及びこれからの信号を受けてシリンダ７
への作動空気の給排を行う押圧力設定装置11を系内に備
える。

押圧力コントローラ10には、シリンダ７の作動の制御
に際して必要なデータが予め情報として入力される。つ
まり、研削ベルトＡの種類，巾寸法，走行速度，ワーク
の材質及び研削面の形状，更に累積研削時間等の要素
が、研削力に影響を与えると考えられるので、これらを
既知情報として入力し研削時間と研削力との相関を得た
上で、シリンダ７の押圧力の設定を制御すればよい。そ
して、以上のデータにより、研削時間の経過に対して研
削力の低下が生じないように、シリンダ７を作動してコ
ンタクトホイール１をワークＷ側に付勢する制御を行え
ば、常に適正な押圧力を得ることができる。

たとえば、データとして研削ベルトＡの種類及び巾寸
法を押圧力コントローラ10に入力すると同時に、研削使
用時間に対するワークＷと研削ベルトＡとの間の最適押
圧力の関係を予め入力しておく操作を行う。そして、実
際の作業のときの研削ベルトＡの種類及び巾寸法を押圧
力コントローラ10に入力すれば、研削加工時間を通じて
この押圧力コントローラ10からの出力信号によって押圧
力設定装置11が作動する。この押圧力設定装置11はシリ
ンダ７への作動空気の給排を行い、必要とする最適な押
圧力がワークＷと研削ベルトＡとの間に発生するように
コンタクトホイール１をワークＷ側に付勢する。このよ
うに、研削ベルトＡに関するデータを利用して、研削時
間経過後においても最適な押圧力が得られるようにシリ
ンダ７を制御することができ、研削力の低下を伴うこと
なく良好な加工が可能となる。

なお、押圧力コントローラ10に、使用する研削ベルト
Ａの種類及び巾寸法に基づく許容使用時間を予め入力し
ておくことも可能である。そして、押圧力コントローラ
10に研削ベルトＡの使用限界を示す表示部を設けておけ
ば、研削ベルトＡの交換の是非を簡単に知ることができ
る。このため、研削ベルトＡの金剛砂の剥離度を検査す
る必要がなく、また研削力が弱いまま加工を継続するこ
ともないので、作業効率の向上も可能となる。

一方、第４図は切り込み量と研削量との関係を示すも
のであり、研削量は切り込み量の増加に対して増加率が
次第に小さくなる単調増加関数として近似される。そし
て、実際の研削においては、研削ベルトＡの金剛砂の粒
度にもよるが研削量の最適値が存在し、図示の例では二
本の水平線によって挟まれた部分がこの最適値の領域と
して指定することができる。この場合、切り込み量が値
Ｊ以下であれば研削量不足となって効率が悪く、また値
Ｌ以上であれば研削量過多となってダレが発生してしま
う。したがって、研削加工では、研削量が最適値となる
ように切り込み量を設定することが重要である。

これに対して、切り込み量はワークＷのコンタクトロ
ール１への突き当て量によって決る。したがって、最適
な研削量を得るためには、ワークＷ及びコンタクトロー
ル１の相対位置を適切にすることが必要である。この相
対位置の設定は、ロボットＲ自体を移動可能とすること
によって達成できる。このため、ロボットＲを走行可能
な機種とすると共に、切り込み量コントローラ12及びロ
ボットＲの移動制御用としてのロボットコントローラ13
を制御系に備える。

切り込み量コントローラ12は切り込み量の値に応じて
ロボットコントローラ13に信号を出力し、ロボットＲを
適切な方向に移動させ、切り込み量を変更して最適な研
削量が得られるように制御される。

第５図は切り込み量と研削量とを実測したグラフであ
り、第６図に示した構造の装置を用いた場合を一点鎖線
で示している。このグラフから明らかなように、一般的
に研削作業の場合では最適な研削量は0.2〜0.3mm程度で
あり、本発明の装置を利用したときには切り込み量が1.
4mm以上であればこの最適研削量が得られる。

ここで、ロボットＲがワークＷを把持し、研削ベルト
ＡにワークＷを押し当てるときの切り込み量（ワークＷ
が研削ベルトＡに接触した位置を切り込み量０とする）
の基準を3mmとした場合を考える。

切り込み量の検出は、位置センサ９を利用することに
よって行う。つまり、ワークＷを研削点Ｐに押し当てた
ときの切り込み量によってコンタクトホイール１が第１
図において右側へ移動し、このときの移動量を位置セン
サ９によって検出することができる。そして、ワークＷ
の寸法誤差等によって切り込み量が3mmに達しないとき
には、シリンダ７内の圧力が最適圧力となるまで上昇し
ないので、押圧力コントローラ10及び押圧力設定装置11
による制御によってシリンダ７内の圧力が上昇し、コン
タクトホイール１の付勢力を適正に設定する。また、後
者の場合では、切り込み量コントローラ12及びロボット
コントローラ13によってロボットＲをコンタクトホイー
ル１側へ移動させる。

このような制御によって、切り込み量が研削に適切な
基準値である3mmに達しないときには、ワークＷと研削
ベルトＡとの間の押圧力を増加させるようにコンタクト
ホイール１の付勢力及びロボットＲの位置が適切に設定
される。なお、これらの制御は単独で行えるが、双方を
同時に、つまりコンタクトホイール１の付勢力の調整及
びロボットＲの移動の制御を同時に行えば、研削開始か
ら押圧力の修正を即時に行うことができ、研削精度及び
作業効率の向上が促進される。

また、切り込み量が3mm以上であれば、ワークＷと研
削ベルトＡとの間の押圧力が大きすぎるので、切り込み
量が3mm以下の場合の制御とは逆に第１図においてコン
タクトホイール１の付勢力を小さく及びロボットＲが左
側に移動するように制御する。なお、切り込み開始時点
ではワークＷと研削ベルトＡとの接触面積が小さいの
で、単位面積当たりの押圧力が増加する。このため、最
適押圧力の調整がきわめて困難であり、どうしてもダレ
が発生する。このような現象に対し、初期の切り込み量
を3mm、すなわち第５図のグラフにおいて最適な研削量
が得られ且つ押圧力も適当に小さい範囲の値に設定する
ことが好ましい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の自動研削装置におい
ては、研削ベルトの研削力の減衰を補償するようにコン
タクトホイールをワーク側へ付勢して、研削ベルトとワ
ークとの間の押圧力を制御している。このため、複数の
ワークの加工開始から終了までの間を通じて常に適正な
研削力によって加工を継続させることができる。したが
って、加工時間の経過により研削ベルトの研削力が次第
に減衰しても、常に一定の研削能力下での加工が行え、
表面加工状況にばらつきを生じることなく製品を供給で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動研削装置をその制御系と共に示す
概略図、第２図は研削装置の側面図、第３図は第２図の
Ｉ−Ｉ線矢視による断面図、第４図は切り込み量と研削
量の関係を示すグラフ、第５図は実測によって得られた
切り込み量と研削量の関係を示すグラフ、第６図は弾性
装置を持つ研削装置の概略図、第７図は使用時間による
研削ベルトの研削力減衰を示すグラフ、第８図は切り込
み量と押圧力の関係を示し、第９図は従来の研削装置の
概略図である。 1:コンタクトホイール 2:駆動ホイール、3,4:プーリ 5:ベース、6:コラム 7:シリンダ、8:補助シリンダ 9:位置センサ、10:押圧力コントローラ 11:押圧力設定装置 12:切り込み量コントローラ 13:ロボットコントローラ A:研削ベルト、P:研削点 R:ロボット、W:ワーク

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンタクトホイールを含むパスを走行する
   研削ベルトを備え、前記コンタクトホイールに研削ベル
   トが摺接する部分をワークの研削点とした研削装置にお
   いて、前記コンタクトホイールを前記ワーク側に付勢し
   て前記研削ベルトとワークとの間の押圧力を調整する設
   定・負荷手段を設け、更に該設定・負荷手段を、前記研
   削ベルトの研削力の減衰に応じて前記研削ベルトとワー
   クとの間の押圧力を設定する制御系に含ませたことを特
   徴とする自動研削装置。