JP6465404B2 - 基準面倣い治具とこれを用いる仕上げ加工装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工ロボットによりワークを仕上げ加工するための基準面倣い治具とこれを用いる仕上げ加工装置及び方法に関する。

仕上げ加工とは、一般的には鋳造や機械加工後のワークを、図面で規定される所定の形状や表面粗さに手作業によって調整する作業であり、バリ取り、面取り、Ｒ付け、磨きなどの多様な工程が含まれる。
仕上げ加工の中でも、複雑形状部品や精密部品の仕上げは、熱処理による部品の形状変化などの理由により自動化が難しく、熟練作業者の経験や技能に依存せざるを得ない作業である。
そのため、作業者の熟練度に応じて仕上げ後のワーク品質がばらつく。

これを解決するため、ロボットアームの手先に仕上げ工具を取り付け、加工経路に沿って動作させてワークを仕上げ加工することが提案されている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００４−１３０５１０号公報 国際公開第２０１０／０５８４４２号

上述した従来の仕上げ加工は、加工ロボットを用いた力制御加工、位置制御加工、又は倣い治具を用いた力制御加工に大別することができる。

力制御加工は、ワークへの工具の押付力を一定に保持する加工である。しかし、力制御加工では、加工部分の形状に関係なく工具が動くので、加工すべき部分が残ったり、加工すべきでない部分まで加工してしまったりする。

位置制御加工は、予めティーチング（教示）しておいた軌道に沿って工具を動かす加工である。しかし位置制御加工では、ワークと工具との相対位置のずれが加工品質に影響するため、ワークの位置決めを高精度にする必要がある。また、磨耗工具を使用すると、工具が磨耗するのに従い、所望の精度が維持できなくなる。

倣い治具を用いた力制御加工は、倣い治具でワークの基準面と工具の加工面との間隔を一定に保持する加工である。しかし、この加工では、ワークに対する工具の姿勢と共に、倣い治具の姿勢も制御する必要があるため、加工ロボットの姿勢制御が複雑となる。また、工具に対する倣い治具の機構が複雑であり、倣い治具の調整が困難であり、倣い治具が大型になる。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ワークに対する倣い治具自体の姿勢制御なしにワークの基準面に倣いながら高精度な仕上げ加工ができる基準面倣い治具とこれを用いる仕上げ加工装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、スピンドルに固定される回転軸を有し、前記回転軸に連結された工具端面の軸方向押付けでワークを切削又は研削する回転砥石の基準面倣い治具であって、
前記回転砥石の軸心に沿って延びる管状本体を備え、
前記管状本体は、スピンドル側に移動不能かつ前記回転軸に接触して嵌合する固定部と、前記工具端面から間隔を隔ててその周囲に位置する倣い部と、を有し、
前記倣い部は、前記工具端面より軸方向外方に位置するストッパ部と、前記ストッパ部より軸方向内方に位置する逃げ部と、を有する、基準面倣い治具が提供される。

前記倣い部は、前記工具端面が加工終了位置に位置するときに前記ワークの基準面に軸方向に移動不能に接触する。

前記ストッパ部は、前記工具端面が加工終了位置に位置するときに前記ワークの基準面に接触して前記工具端面の軸方向移動を防止し、
前記逃げ部は、前記工具端面が前記加工終了位置に位置するときに前記基準面から隙間を隔てて位置する。

また本発明によれば、上述した基準面倣い治具と、前記回転砥石と、前記回転砥石を３次元移動させる加工ロボットと、を備える、仕上げ加工装置が提供される。

前記回転砥石はブラシ状砥石であり、
前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有する。

前記回転砥石に作用する外力を検出する力覚センサを備え、
同一の加工点に対する前記外力の変動幅が閾値以下に低下したことにより、前記加工点の加工終了を検知する。

また本発明によれば、上述した基準面倣い治具の前記固定部を前記回転軸に接触して嵌合させ、
前記回転軸を前記スピンドルに固定し、
加工ロボットにより、前記回転砥石の前記工具端面を加工点に軸方向に押し付けて、前記工具端面で前記ワークを切削又は研削する、仕上げ加工方法が提供される。

前記工具端面の位置と姿勢を制御し、かつ前記加工点に対する前記工具端面の押付力と押付方向を力制御する。

前記ワークの前記加工点に対し前記回転砥石の軸方向押付けで切削又は研削しながら、前記回転砥石の３次元位置を記憶し、
同一の前記加工点に対する前記３次元位置の軸方向変化量が閾値以下に低下したことにより、前記加工点の加工終了を検知する。

基準面倣い治具が、回転砥石の軸心に沿って延びる管状本体を備え、管状本体は、固定部と倣い部を有する。
固定部は、スピンドル側に移動不能かつ回転軸に接触して嵌合する。そのため、基準面倣い治具がワークと接触していないときは、回転軸と固定部との摩擦抵抗により、管状本体が軸心を中心に回転（空転）する。
この状態で、工具端面がワークの加工点に軸方向に押付けられると、工具端面によるワークの加工（切削又は研削）が開始される。

倣い部は、工具端面より軸方向外方に位置するストッパ部と、ストッパ部より軸方向内方に位置する逃げ部と、を有する。

管状本体が軸心を中心に回転（空転）する状態で、工具端面がワークの加工点に軸方向に押付けられ、ストッパ部が基準面に接触すると基準面により管状本体の空転が阻止され、ストッパ部が基準面に回転せずに接触しつづける。

さらに、工具端面の軸方向押付けでワークの加工を継続すると、ストッパ部が基準面上を移動（滑動）できなくなり、ワークの加工終了位置でストッパ部により工具端面がワークの基準面に対し位置決めされ、工具端面が空転してそれ以上の加工はできなくなる。
従って、基準面倣い治具により加工の過不足を防止して、ワークの基準面に倣いながら工具端面でワークの高精度な仕上げ加工ができる。

また、基準面倣い治具はワークと接触していないときは軸心を中心に回転（空転）し、工具端面の軸方向押付けを継続するだけで、ストッパ部が自動的に位置決めされ、これにより工具端面がワークの基準面に対し位置決めされる。
従って、回転砥石の位置制御と力制御のみでワークを加工終了位置まで加工できるので、ワークに対する倣い治具自体の姿勢制御は不要である。

回転砥石を用いた参考例の力制御加工の模式図である。 回転砥石を用いた参考例の位置制御加工の模式図である。 本発明を適用する回転砥石の第１実施形態図である。 本発明による基準面倣い治具の第１実施形態図である。 図４の基準面倣い治具の使用状態を示す図である。 本発明による基準面倣い治具の第２実施形態図である。 本発明による基準面倣い治具の第３実施形態図（Ａ）と第４実施形態図（Ｂ）である。 本発明による基準面倣い治具の第５実施形態図である。 本発明による仕上げ加工装置の全体構成図である。 ハイブリッド制御時の経過時間とＺ軸方向の負荷との関係を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、回転砥石Ｔを用いた参考例の力制御加工の模式図である。
回転砥石Ｔは、スピンドル２２ａ（図９参照）に固定され軸心を中心に回転駆動される回転軸を有し、工具端面１ａでワークＷを切削又は研削する加工工具である。この例で、回転砥石Ｔはブラシ状砥石１である。
この図において、（Ａ）はコーナ部にバリＢがあるワークＷのバリ取り加工動作、（Ｂ）は（Ａ）の加工前と加工後、（Ｃ）は（Ａ）のコーナ部の模式図、（Ｄ）はバリＢが大きすぎる場合、（Ｅ）はワークＷを削り過ぎる場合を示している。

図１（Ｃ）に示すように、参考例の力制御加工では、ワークＷの加工部分（コーナ部）へ工具（この例ではブラシ状砥石１）を一定の押付力で押付けて加工する。この場合、押付力は一定でも削り量は制御できない。
その結果、図１（Ｂ）に示すように、ブラシ状砥石１をワークＷのバリＢの形状に倣って移動させると、参考例の力制御加工では、加工後において、バリＢが残る部分ａと、バリＢを取り過ぎる部分ｂとが発生する。
すなわち、図１（Ｄ）に示すように、バリＢが大きすぎる部分では、ねらい位置（破線）に対しバリＢが残り、図１（Ｅ）に示すように、バリＢがないか少ない部分ではワークＷを削り過ぎることになる。

図２は、回転砥石Ｔを用いた参考例の位置制御加工の模式図である。
この図において、（Ａ）はワークＷの位置決めに誤差がある場合、（Ｂ）は（Ａ）の加工前と加工後を示している。
参考例の位置制御加工では、図２（Ａ）に示すように、理想的なワーク位置（破線）に対しワークＷの位置決めに誤差がある場合である。この場合、図２（Ｂ）に示すように、回転砥石Ｔ（この例ではブラシ状砥石１）を理想的なワーク位置に対する軌跡に沿って移動させると、加工後において、バリＢが残る部分（図示せず）又はバリＢを取り過ぎる部分ｂが発生する。
また、図１の力制御と図２の位置制御を併用した場合でも、図１（Ｂ）〜（Ｄ）と同様に加工の過不足が発生する。

図３は、本発明を適用する回転砥石Ｔの一例を示す全体構成図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

図３において、回転砥石Ｔは、スピンドル２２ａ（図９参照）に固定され、軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動され、軸方向に延びるブラシ状砥石１を保持する。

図３に示すように、ブラシ状砥石１は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材２と、線状砥材２の末端部（図で上端部）を保持し線状砥材２の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部３とを有する。

線状砥材２は、例えばアルミナ繊維製砥石からなる線材である。線状砥材２の直径及び本数は任意である。複数の線状砥材２は密に束ねられている。複数の線状砥材２は、互いに密着しており、その隙間は空洞になっている。なおこの空洞に接着剤を充填し互いに強固に連結してもよい。

円筒形保持部３は、円筒形状の金属部材であり、その一端（図で上端）に線状砥材２の末端部を収容する中空円筒部３ｂを有する。この中空円筒部３ｂのかしめ等により、複数の線状砥材２の末端部を強固に固定している。なお、かしめ以外の接着や一体成形等で線状砥材２の末端部を固定してもよい。
この例において、円筒形保持部３には軸線に直交する雌ねじ穴３ａが設けられている。

図３に示すように、回転砥石Ｔは、さらに、ブラシホルダ４を備える。
ブラシホルダ４は、ブラシ状砥石１の軸心Ｚ−Ｚをスピンドル２２ａの軸に一致させて内部に収容する。

図３において、ブラシホルダ４は、その先端（図で下端）が開口した中空円筒軸４ａと、中空円筒軸４ａと同軸かつ一体に形成され末端側（図で上側）に延びる中実円筒形の回転軸４ｂとを有する。回転軸４ｂはスピンドル２２ａの軸に固定できるようになっている。

この例において、中空円筒軸４ａには、ブラシ状砥石１を同軸に収容する中空円筒孔５ａと、その側面に軸方向に延び内部と外部を連通する長穴５ｂとが設けられている。
中空円筒孔５ａの内径は、円筒形保持部３の外径よりもわずかに大きく、ブラシ状砥石１を同軸に保持したまま軸方向に移動可能になっている。
また、長穴５ｂの幅は、ねじ部材６（この例では低頭ねじ）の固定用雄ねじ部６ｂが通り、頭部６ａが通らない大きさに設定されている。

なお、回転砥石Ｔは、上述した例に限定されず、スピンドル２２ａに固定され軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動される回転軸４ｂを有し、工具端面１ａでワークＷを切削又は研削する工具であればよい。工具端面１ａは、軸心Ｚ−Ｚと直交する平面であることが好ましいが、円弧面、円錐面、その他であってもよい。

図４は、本発明による基準面倣い治具１０の第１実施形態図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の下面図である。
また、図５は図４の基準面倣い治具１０の使用状態を示す図であり、（Ａ）は組立断面図、（Ｂ）は加工開始時、（Ｃ）は加工終了時を示す図である。

本発明の基準面倣い治具１０は、上述した回転砥石Ｔの倣い治具であり、回転砥石Ｔの外周面を囲み軸心Ｚ−Ｚに沿って延びる管状本体１２を備える。

管状本体１２は、その一端部１２ａに設けられた固定部１３と、他端部１２ｂに設けられた倣い部１４と、を有する。この例において、管状本体１２は、一体部品であり、フッ素樹脂製であることが好ましい。

フッ素樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などが含まれる。
フッ素樹脂は、滑りやすく、耐熱性と環境安定性があり、かつ容易に加工できる特性を有する。
（１）滑りやすいことにより、倣い動作中に引っかからず、工具軸の回転トルクが増大しにくく、ワークＷを傷つけない。
（２）また、例えば２００℃を超える耐熱性を有することで工具軸との摩擦熱で変形しない。
（３）また、潤滑油に対する環境安定性を有することで、変質を防ぐことができる。
（４）さらに、加工性が高く、圧縮、押出し、射出成形で容易に製造できると共に、ワークＷに応じて一部をカットするなどの寸法調製がしやすい。
なお管状本体１２は、フッ素樹脂に限定されず、同様の特性を有する他の材料であってもよい。

固定部１３は、回転軸４ｂが嵌合する嵌合穴１３ａを有し、図５（Ａ）に示すように、スピンドル側に移動不能であり、かつ軸心Ｚ−Ｚを中心に回転軸４ｂに対して自由に回転可能になっている。
すなわち嵌合穴１３ａの内面は、回転軸４ｂに接触しており、回転軸４ｂと嵌合穴１３ａの内面との摩擦抵抗により管状本体１２は軸心Ｚ−Ｚを中心に回転する。

図５（Ｂ）に示すように、管状本体１２の一部（例えばストッパ部１４ａ）が外部部品（例えばワークＷ）に接触していないときには、管状本体１２が空転する。
回転軸４ｂと嵌合穴１３ａの摩擦抵抗は、図５（Ｃ）に示すように、管状本体１２の一部（例えばストッパ部１４ａ）が外部部品に接触しているときには回転が停止する大きさに設定されている。この設定は、例えば回転軸４ｂの外径と嵌合穴１３ａの内径との嵌め合い寸法（隙間の大きさ）による。この摩擦抵抗によるトルクの大きさは、例えばスピンドル２２ａの回転トルクの１〜３％程度であるのがよい。

倣い部１４は、工具端面１ａから間隔を隔ててその周囲に位置する。また倣い部１４は、工具端面１ａが加工終了位置に位置するときに、図５（Ｃ）に示すように、ワークＷの基準面Ｒに軸方向に移動不能に接触して、工具端面１ａをワークＷの基準面Ｒに対し位置決めする。

図５（Ｃ）に示すように、倣い部１４は、工具端面１ａより軸方向外方に位置する１又は複数（この例では２つ）のストッパ部１４ａと、ストッパ部１４ａより軸方向内方に位置する１又は複数（この例では２つ）の逃げ部１４ｂと、を有する。

ストッパ部１４ａは、工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し加工終了位置に位置するときに、基準面Ｒに軸方向に移動不能に接触して工具端面１ａの軸方向移動を防止する。
加工終了位置は、例えばワークＷに要求される設計値に基づき設定される。言い換えれば、この加工終了位置に基づき、倣い部１４の位置と形状が設定されている。
ストッパ部１４ａは、軸方向外方に突出した突起部であり、加工終了位置に近づき基準面Ｒに接触することにより、管状本体１２の空転を停止させるようになっている。ストッパ部１４ａの形状は、この例では、中空管の端部であるが、その他の形状もよい。
なお、ストッパ部１４ａは、加工時の押付力（例えば１Ｎ）による変形が少ない大きさであり、かつ基準面Ｒに対し滑りやすい形状（例えば、円弧面）であるのがよい。

逃げ部１４ｂは、ストッパ部１４ａの間に位置し、ストッパ部１４ａから軸方向内方に凹んだ凹部である。逃げ部１４ｂは、工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し加工終了位置に位置するときに、図５（Ｃ）に示すように、基準面Ｒから隙間を隔てて位置し、ワークＷの一部（例えば基準面Ｒ）に接触しないように位置決めされている。
従って、工具端面１ａと倣い部１４との相対的位置を調節することで、加工終了位置での加工面の幅を調節することができる。

図４、図５において、管状本体１２の側面には軸方向に延びる長穴１５が設けられている。長穴１５は、ブラシホルダ４の長穴５ｂと整合する位置に設けられた貫通溝である。この長穴１５を通してねじ部材６にアクセスし、工具端面１ａの倣い部１４に対する相対的位置を自由に調節することができる。
また、固定部１３の一部（図で上端）を切断して、工具端面１ａの倣い部１４に対する相対的位置を調節してもよい。

上述した第１実施形態では、基準面倣い治具１０が、管状本体１２を備え、その一端部１２ａに固定部１３、他端部１２ｂに倣い部１４を有する。

固定部１３は、回転軸４ｂが嵌合する嵌合穴１３ａを有し、スピンドル側に移動不能かつ軸心Ｚ−Ｚを中心に回転軸４ｂに対して自由に回転可能である。そのため、基準面倣い治具１０がワークＷと接触していないときは、回転軸４ｂと固定部１３との摩擦抵抗により管状本体１２が軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）する。

この状態で、工具端面１ａがワークＷの加工点に押付けられると、工具端面１ａによるワークＷの加工（切削又は研削）が開始される。

管状本体１２が軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）する状態で、工具端面１ａが軸方向に押付けられ、ストッパ部１４ａが基準面Ｒに接触すると基準面Ｒにより管状本体１２の空転が阻止され、ストッパ部１４ａが基準面Ｒに回転せずに接触しつづける。
このとき、例えば図５（Ｂ）の位置において、１対のストッパ部１４ａは図に破線で示すように、軸心Ｚ−Ｚを中心に空転して、それぞれがコーナ部を挟んだ２つの基準面Ｒと接触して回転を停止する。

さらに、工具端面１ａを軸方向に押付けて加工を継続すると、ストッパ部１４ａが基準面上を移動できなくなり、ワークＷの加工終了位置でストッパ部１４ａにより工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされる。これにより、工具端面１ａが空転してそれ以上の加工はできなくなる。
このとき、ストッパ部１４ａは滑りやすい材料（例えばフッ素樹脂）なので、押付力により基準面Ｒの表面を滑りながら軸心Ｚ−Ｚを中心に空転し、図５（Ｃ）に示すように、工具端面１ａをワークＷの基準面Ｒに対し加工終了位置に位置決めする。
従って、過剰加工（例えば、バリＢの取り過ぎ）を防止することができる。

なお、上述した例では、工具端面１ａでワークＷのコーナ部に４５°の面取りをする場合を示したが、４５°以外の角度の場合も同様である。

図６は、本発明による基準面倣い治具１０の第２実施形態図である。この図において、回転砥石Ｔは、第１実施形態と同一である。

この例では、固定部１３が管状本体１２と別の部品であり、管状本体１２の一端部１２ａに分離可能に嵌合するようになっている。
固定部１３は管状本体１２の端部（図で上端）に接する段差部１３ｃを有し、スピンドル側に移動不能であり、かつ管状本体１２に作用する図で上向きの力をスピンドル２２ａの下面に伝達する。

また固定部１３は、嵌合穴１３ａの内面と回転軸４ｂとの摩擦抵抗より大きい摩擦抵抗で管状本体１２の一端部１２ａに嵌合し、嵌合穴１３ａと回転軸４ｂとの摩擦抵抗を管状本体１２に伝達するようになっている。
なお、固定部１３と一端部１２ａとの連結は、摩擦抵抗以外の手段、例えば、ねじを用いてもよい。また、一端部１２ａに設けた締め付け部材（例えばボルト）で固定部１３を内方に押付け、嵌合穴１３ａと回転軸４ｂとの摩擦抵抗を可変調節できるようにしてもよい。

固定部１３は、管状本体１２と同一材料（例えばフッ素樹脂）であることが好ましいが、異なる材料であってもよい。
またこの例の場合、固定部１３の一部切断の代わりに管状本体１２の一端部１２ａを切断して、工具端面１ａの倣い部１４に対する相対的位置を調節してもよい。

この例において、管状本体１２はさらに、ブラシホルダ４の中空円筒軸４ａと嵌合する嵌合部１２ｃを有する。
嵌合部１２ｃは、他端部１２ｂの近傍に管状本体１２と一体に形成され、中空円筒軸４ａと同心の円筒形内面を有する。嵌合部１２ｃと中空円筒軸４ａとの摩擦抵抗は、図５（Ｃ）と同様に、管状本体１２の一部（例えば倣い部１４）が外部部品に接触しているときには回転が停止する大きさに設定されている。この摩擦抵抗によるトルクの大きさは、例えばスピンドル２２ａの回転トルクの１〜３％程度であるのがよい。
なお、この例では、固定部１３と回転軸４ｂとの摩擦抵抗と、嵌合部１２ｃと中空円筒軸４ａとの摩擦抵抗の一方又は両方をさらに小さくしてもよい。

また、この例では、上述した長穴１５は、省略されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した第２実施形態によれば、嵌合部１２ｃにより他端部１２ｂを中空円筒軸４ａと同心に保持することができ、管状本体１２の回転振れを低減することができる。
また、管状本体１２を固定部１３から図で下方に移動させることで、管状本体１２のみを分離できるので、上述した長穴１５なしに、ねじ部材６にアクセスし、工具端面１ａの倣い部１４に対する相対的位置を自由に調整することができる。

図７は、本発明による基準面倣い治具１０の第３実施形態図（Ａ）と第４実施形態図（Ｂ）である。この例において、回転砥石Ｔは、第１実施形態と寸法は相違するが、構造は同じである。

図７（Ａ）（Ｂ）において、固定部１３は、第１、２実施形態と同様に、回転軸４ｂが嵌合する嵌合穴１３ａを有する。嵌合穴１３ａは、回転軸４ｂに接触しており、回転軸４ｂの摩擦抵抗により管状本体１２を軸心Ｚ−Ｚを中心に回転させるようになっている。
この例では、固定部１３は、さらに、スピンドル２２ａの円筒形固定部２２ｂが嵌合する嵌合穴１３ｂを有する。嵌合穴１３ｂは、スピンドル２２ａの円筒形固定部２２ｂの外面から隙間を隔てて嵌合し、互いに接触しないようになっている。

図７（Ａ）において、管状本体１２は一体部品である。またその他の構成は、第１実施形態と同様である。また、この構成により、第１実施形態と同様の効果が得られる。
図７（Ｂ）において、固定部１３は管状本体１２と別の部品であり、管状本体１２の一端部１２ａに分離可能に嵌合するようになっている。またその他の構成は、第２実施形態と同様である。また、この構成により、第２実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明による基準面倣い治具１０の第５実施形態図であり、（Ａ）は全体構成図、（Ｂ）は使用状態を示す図である。

図８（Ａ）において、回転砥石Ｔは、回転軸４ｂと、その一端に固定された円板状砥石７とを有する。円板状砥石７の工具端面１ａは、軸心Ｚ−Ｚと直交する平面であることが好ましいが、円弧面、円錐面、その他であってもよい。
管状本体１２は、第１〜第４実施形態と同様に、その一端部１２ａに設けられた固定部１３と、他端部１２ｂに設けられた倣い部１４と、を有する。
固定部１３は、第１〜第４実施形態と同様に、回転軸４ｂが嵌合する嵌合穴１３ａを有し、軸心Ｚ−Ｚを中心に回転軸４ｂに対して自由に回転可能になっている。

また図８（Ａ）において、倣い部１４は、工具端面１ａより軸方向外方に位置する１又は複数（この例では２つ）のストッパ部１４ａと、ストッパ部１４ａより軸方向内方に位置する１又は複数（この例では２つ）の逃げ部１４ｂと、を有する。
倣い部１４は、工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し加工終了位置に位置するときに、基準面Ｒに軸方向に移動不能に接触して工具端面１ａの軸方向移動を防止する。

図８（Ｂ）に示すように、この例において、回転砥石Ｔは軸心Ｚ−ＺをワークＷの表面に対して一定の角度で位置決めして、工具端面１ａの軸方向押付けでワークＷの表面を一定の切削深さＤで切削又は研削する。この角度は任意であり、予め設定されている。またこの角度に応じて、倣い部１４の位置と形状が設定されている。

図８（Ｂ）に示すように、この例において、倣い部１４は、工具端面１ａが加工終了位置に位置するときにワークＷの基準面Ｒに軸方向に移動不能に接触する。従って倣い部１４は、加工後のワークＷの表面を基準面Ｒとして、工具端面１ａをワークＷの基準面Ｒに対し位置決めする。
すなわち回転砥石ＴをワークＷの表面に対して一定の角度で位置決めした状態で、工具端面１ａを軸方向に移動してワークＷの表面に押付けると、工具端面１ａによるワークＷの加工（切削又は研削）が開始される。
その際、倣い部１４のストッパ部１４ａが基準面Ｒと接触すると基準面Ｒにより管状本体１２の空転が阻止され、ストッパ部１４ａは回転せずに基準面Ｒに接触しつづける。

ストッパ部１４ａが回転せずに基準面Ｒに接触したまま、一定の角度で位置決めして工具端面１ａを軸方向に押付けてワークＷの加工を継続する。この場合、図８（Ｂ）に示すように、ワークＷの加工終了位置で倣い部１４により工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされ、一定の切削深さＤで、工具端面１ａが空転してそれ以上の加工はできなくなる。

上述した第１〜第５実施形態の基準面倣い治具１０は、以下の作用効果を有する。

（１）基準面倣い治具１０がワークＷと接触していないときは、回転軸４ｂと固定部１３との摩擦抵抗により管状本体１２が軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）する。
（２）工具端面１ａがワークＷの加工点に押付けられると、工具端面１ａによるワークＷの加工（切削又は研削）が開始される。また、ストッパ部１４ａが基準面Ｒと接触すると基準面Ｒにより管状本体１２の空転が阻止され、ストッパ部１４ａが基準面Ｒに回転せずに接触しつづける。
（３）この状態で、工具端面１ａを軸方向に押付けてワークＷの加工を継続すると、ストッパ部１４ａが基準面上を移動（滑動）できなくなり、ワークＷの加工終了位置でストッパ部１４ａにより工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされる。そのため、工具端面１ａが空転してそれ以上の加工はできなくなる。

従って、図１（Ａ）のように、コーナ部にバリＢがあるワークＷであっても、或は図２（Ａ）のように、ワークＷの位置決めに誤差がある場合でも、過剰加工（バリＢを取り過ぎる部分ｂの発生）を防止することができる。

すなわち、工具端面１ａをワークＷの加工点に軸方向に押付けることにより、基準面倣い治具１０によりワークＷの基準面Ｒに倣いながら工具端面１ａでワークＷの高精度な仕上げ加工ができる。

また、基準面倣い治具１０はワークＷと接触していないときは軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）し、工具端面１ａの軸方向押付けを継続するだけで、ストッパ部１４ａが自動的に位置決めされ、これにより工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされる。
従って、回転砥石Ｔの位置制御と力制御のみでワークＷを加工終了位置まで加工できるので、ワークＷに対する倣い治具自体の姿勢制御は不要である。

さらに、基準面倣い治具１０は一体又は一体化できる小型部品であり、その他の工具や部品を必要としないので、機構が簡単であり、調整が容易であり、小型化できるという付随した効果が得られる。

図９は、本発明による仕上げ加工装置の全体構成図である。
この図において、仕上げ加工装置は、上述した回転砥石Ｔ、基準面倣い治具１０、及び加工ロボット２０を備え、ワークＷの形状を倣いながら、例えばバリ取り加工などの加工をする装置である。

加工ロボット２０は、この例では、多関節ロボットであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。

図９において、加工ロボット２０は、電動スピンドルモータ２２、力覚センサ２４、ロボットアーム２６、及びロボット制御装置２８を備える。

電動スピンドルモータ２２は、先端部にスピンドル２２ａを有し、スピンドル２２ａに固定された回転砥石Ｔを、軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動する。

力覚センサ２４は、例えば歪ゲージ、ロードセルなどであり、回転砥石Ｔに作用する外力を検出する。
この例において、力覚センサ２４は直交３軸方向の力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）と各軸まわりのトルク（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）を計測可能な６軸センサである。力覚センサ２４は、３次元的に移動可能なロボットアーム２６に取り付けられ、回転砥石Ｔに作用する６自由度の外力（３方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、３軸まわりのトルクＴｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）を検出するようになっている。
なお、本発明はこれに限定されず、回転砥石Ｔに作用する外力が検出できる限りで、その他の力センサであってもよい。

ロボットアーム２６は、手先に電動スピンドルモータ２２と力覚センサ２４を取付け、これを３次元空間内で位置と姿勢を移動可能に構成されている。
ロボットアーム２６は、この例では、多関節ロボットのロボットアームであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットアームであってもよい。

ロボット制御装置２８は、例えば数値制御装置であり、力覚センサ２４の値を計測し、指令信号によりロボットアーム２６を６自由度（３次元位置と３軸まわりの回転）に制御するようになっている。また、ロボット制御装置２８は、ロボットアーム２６を制御して回転砥石Ｔの複数の動作を順次実行する。

上述した構成により、ワークＷの加工点（例えばエッジ）に対し工具端面１ａの位置と姿勢及び押付方向を位置制御し、かつ加工点に対する工具端面１ａの押付力を力制御することができる。この位置制御と力制御の併用をハイブリッド制御と呼ぶ。

図１０は、ハイブリッド制御時の経過時間とＺ軸方向の負荷との関係を示す模式図である。この図において、（Ａ）は加工中、（Ｂ）は加工終了時を示している。

なお、この図は、工具端面１ａがワークＷから離れた位置から開始して、図１（Ａ）に示したような、バリ取り加工動作をハイブリッド制御で１回実施し、その後、工具端面１ａをワークＷから離して元の位置に戻す動作を繰り返す場合を示している。

コーナ部にバリＢがあり工具端面１ａで加工している場合には、図１０（Ａ）に示すように、一定の押付力で力制御しても、力覚センサ２４で検出される外力（この例ではＺ軸方向の負荷）は、大きく変動する。

一方、バリ取りが完了し、工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し加工終了位置に位置するときは、倣い部１４により工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされるため、それ以上の加工はできなくなる。
そのため、加工終了時には、図１０（Ｂ）に示すように、一定の押付力の力制御により、力覚センサ２４で検出される外力（Ｚ軸方向の負荷）は、ほぼ一定となり、同一の加工点に対する外力の変動幅は閾値以下に低下する。

従って、同一の加工点に対する外力の変動幅が閾値以下に低下したことにより、加工終了を検知することができる。なおこの閾値の大きさは、実測などで予め設定するのがよい。
例えば、図１（Ｄ）に示したように、バリＢが大きすぎる部分は、外力の変動幅が閾値以下に低下するまで、その部分を繰り返し加工する。従って、この場合でも加工の過不足を防止することができる。

本発明による仕上げ加工方法は、最初に、上述した基準面倣い治具１０の固定部１３を、回転砥石Ｔの回転軸４ｂにかぶせて固定部１３を回転軸４ｂに接触して嵌合させる。
次いで、回転砥石Ｔの回転軸４ｂをスピンドル２２ａに固定し、加工ロボット２０により回転砥石Ｔを３次元移動させ、工具端面１ａの位置と姿勢を制御し、かつ加工点に対する工具端面１ａの押付力と押付方向を力制御する。言い換えれば、ワークＷの加工点に対し工具端面１ａの位置と姿勢及び押付方向を位置制御し、かつ加工点に対する工具端面１ａの軸方向押付力を力制御する。
すなわち、加工ロボット２０により、回転砥石Ｔの工具端面１ａを加工点に軸方向に押し付けて、工具端面１ａでワークＷを切削又は研削する。

さらに、本発明では、ワークＷの加工点に対し回転砥石Ｔで切削又は研削しながら、回転砥石Ｔの３次元位置を記憶する。
上述したように、倣い部１４により工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされると、ワークＷの加工終了位置までの加工が完了し、それ以上の加工はできなくなる。
この場合、力覚センサ２４で検出される外力（Ｚ軸方向の負荷）が上述したように、ほぼ一定となると共に、同一の加工点に対する３次元位置の軸方向変化量が閾値以下に低下する。
従って、同一の加工点に対する３次元位置の軸方向変化量が閾値以下に低下したことにより、その加工点の加工終了を検知することができる。なおこの閾値の大きさは、ワークＷに要求される加工精度に応じて予め設定するのがよい。
例えば、図１（Ｄ）に示したように、バリＢが大きすぎる部分は、３次元位置の軸方向変化量が閾値以下に低下するまで、その部分を繰り返し加工する。従って、この場合でも加工の過不足を防止することができる。

上述したように、基準面倣い治具１０により、加工の過不足（例えば、バリＢの残存とバリＢの取り過ぎ）を防止して、ワークＷの基準面Ｒに倣いながら工具端面１ａでワークＷの高精度な仕上げ加工ができる。

また、管状本体１２が軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）する状態で、ストッパ部１４ａが基準面Ｒと接触すると、ストッパ部１４ａが基準面Ｒに回転せずに接触しつづける。さらに、工具端面１ａの軸方向押付けでワークＷの加工を継続すると、ワークＷの加工終了位置で工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされ、工具端面１ａが空転してそれ以上の加工はできなくなる。

すなわち、基準面倣い治具１０はワークＷと接触していないときは軸心Ｚ−Ｚを中心に回転（空転）し、工具端面１ａの軸方向押付けを継続するだけで、ストッパ部１４ａが自動的に位置決めされ、これにより工具端面１ａがワークＷの基準面Ｒに対し位置決めされる。
従って、回転砥石Ｔの位置制御と力制御のみでワークＷを加工終了位置まで加工できるので、ワークＷに対する倣い治具自体の姿勢制御は不要である。

さらに、本発明の基準面倣い治具１０は一体又は一体化できる小型部品であり、その他の工具や部品を必要としないので、機構が簡単であり、調整が容易であり、小型化できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

Ｂ バリ、Ｄ 切削深さ、Ｒ 基準面、Ｔ 回転砥石、Ｗ ワーク、
Ｗａ 加工点、Ｚ 軸心、１ ブラシ状砥石、１ａ 工具端面、
２ 線状砥材、３ 円筒形保持部、３ａ 雌ねじ穴、３ｂ 中空円筒部、
４ ブラシホルダ、４ａ 中空円筒軸、４ｂ 回転軸、５ａ 中空円筒孔、
５ｂ 長穴、６ ねじ部材、６ａ 頭部、６ｂ 固定用雄ねじ部、
７ 円板状砥石、１０ 基準面倣い治具、１２ 管状本体、１２ａ 一端部、
１２ｂ 他端部、１２ｃ 嵌合部、１３ 固定部、１３ａ 嵌合穴、
１３ｂ 嵌合穴、１３ｃ 段差部、１４ 倣い部、１４ａ ストッパ部、
１４ｂ 逃げ部、１５ 長穴、２０ 加工ロボット、
２２ 電動スピンドルモータ、２２ａ スピンドル、２２ｂ 円筒形固定部、
２４ 力覚センサ、２６ ロボットアーム、２８ ロボット制御装置

Claims (9)

1. スピンドルに固定される回転軸を有し、前記回転軸に連結された工具端面の軸方向押付けでワークを切削又は研削する回転砥石の基準面倣い治具であって、
   前記回転砥石の軸心に沿って延びる管状本体を備え、
   前記管状本体は、スピンドル側に移動不能かつ前記回転軸に接触して嵌合する固定部と、前記工具端面から間隔を隔ててその周囲に位置する倣い部と、を有し、
   前記倣い部は、前記工具端面より軸方向外方に位置するストッパ部と、前記ストッパ部より軸方向内方に位置する逃げ部と、を有する、基準面倣い治具。
2. 前記倣い部は、前記工具端面が加工終了位置に位置するときに前記ワークの基準面に軸方向に移動不能に接触する、請求項１に記載の基準面倣い治具。
3. 前記ストッパ部は、前記工具端面が加工終了位置に位置するときに前記ワークの基準面に接触して前記工具端面の軸方向移動を防止し、
   前記逃げ部は、前記工具端面が前記加工終了位置に位置するときに前記基準面から隙間を隔てて位置する、請求項１に記載の基準面倣い治具。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基準面倣い治具と、前記回転砥石と、前記回転砥石を３次元移動させる加工ロボットと、を備える、仕上げ加工装置。
5. 前記回転砥石はブラシ状砥石であり、
   前記ブラシ状砥石は、外周面が円筒形に束ねられた複数の線状砥材と、該線状砥材の末端部を保持し前記線状砥材の中心軸と同軸に位置する円筒形保持部と、を有する、請求項４に記載の仕上げ加工装置。
6. 前記回転砥石に作用する外力を検出する力覚センサを備え、
   同一の加工点に対する前記外力の変動幅が閾値以下に低下したことにより、前記加工点の加工終了を検知する、請求項４に記載の仕上げ加工装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基準面倣い治具の前記固定部を前記回転軸に接触して嵌合させ、
   前記回転軸を前記スピンドルに固定し、
   加工ロボットにより、前記回転砥石の前記工具端面を加工点に軸方向に押し付けて、前記工具端面で前記ワークを切削又は研削する、仕上げ加工方法。
8. 前記工具端面の位置と姿勢を制御し、かつ前記加工点に対する前記工具端面の押付力と押付方向を力制御する、請求項７に記載の仕上げ加工方法。
9. 前記ワークの前記加工点に対し前記回転砥石の軸方向押付けで切削又は研削しながら、前記回転砥石の３次元位置を記憶し、
   同一の前記加工点に対する前記３次元位置の軸方向変化量が閾値以下に低下したことにより、前記加工点の加工終了を検知する、請求項７に記載の仕上げ加工方法。

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