JP6912794B2 - 研削盤 - Google Patents

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Description

本発明は、作業者が手動によりワークに対する砥石の位置を相対的に移動操作可能な手送りハンドルを有するNC機に関し、特にハンドル操作時の作業性を向上させた研削盤に関する。
作業者が手動によりワークに対する砥石の位置を相対的に移動操作可能な手送りハンドルを有するNC機として、例えば、特許文献1には、テーブル送り用手送りハンドルと砥石台送り用手送りハンドルとを備え、各手送りハンドルからパルス発生器にて回転量に応じたパルスを発生させ、当該パルスを制御ユニットに入力し、当該制御ユニットから、パルスに応じた制御量をサーボモータに出力してテーブルや砥石の位置を移動させる手動運転モードを備えた、CNC(コンピュータ数値制御)研削盤が記載されている。
また、従来の油圧式研削盤は、ワークに対する砥石の相対的な位置を移動させるための油圧用の作動油に直接圧力を印加してワークに対する砥石の相対的な位置を移動させていたが、この油圧式研削盤の操作感触を手送りハンドルを有するNC機によって模擬する研削盤として、例えば、特許文献2に示される研削盤が知られている。この研削盤では、ワークと砥石との間隔が近接したことを検出すると、手送りハンドルの回転トルクを可変とし、手送りハンドルの操作に重みを感じさせる。
同様に、特許文献3には、ブレーキを用いて砥石とワークが接触した後にハンドル操作に抵抗を感じるといった、油圧式研削盤のハンドル操作時に近い感覚を作業者が得られるようにする技術が開示されている。
特開2006−123138号公報 特開2015−157345号公報 特開2001−38578号公報
手送りハンドルを操作して砥石とワークを近づける際、両者が衝突しないよう作業者は予め設定した座標値を表示装置で確認しながらハンドルを回転操作するが、環境温度の変化等によって座標値と実際の距離に差異が生じた場合に意図せず両者が強く接触すると、加工品質に悪影響を与える虞があるため、実際には、砥石とワークの距離情報の把握は表示装置に表示された座標値の確認のみならず、両者の実際の隙間を目視によって確認し、さらに両者の接触により発生する火花を視認するなど、視覚情報を確認しながら行っており、慎重な操作が要求される。
特許文献2によれば、手送りハンドルを介して、砥石とワークとが近接した状態を事前に作業者に体感させることを可能としており、作業者の触覚に対するさらなる情報提供の試みがなされている。しかしながら、回転トルクを可変とするための手段として、ピストンによりブレーキパットを手送りハンドルのシャフトに押しつけるものを用いており、応答速度に関して限界がある。また、ワークと砥石との間隔が近接したことを検出するために、アコーステックセンサや、ギャップセンサや、距離計測センサ等が検出手段の例示として示されている。ギャップセンサや、距離計測センサ等では距離計測値による近接状態が、事前に検出される。このような検出手段を用いて近接を検出しても、回転トルクを可変するための手段の応答速度が遅いので、作業者が接触を体感する時点では、研削が進んでしまっている。一方、アコーステックセンサを用いる場合には、ワークと砥石の近接では無く実際の接触が検出されるので、研削がさらに進む。特許文献3においても、接触を判定してからハンドルにブレーキをかけるので研削がさらに進む。回転トルクを可変するための手段としては、パウダーブレーキ等も知られているが、応答速度には限界がある。
本発明は、慎重な操作が要求されていた手動研削作業の作業性を向上させた研削盤を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る研削盤はワークを研削する砥石と、
ワークに冷却液を噴出するノズルと、
作業者によって回転操作される手送りハンドルと、
前記手送りハンドルの回転量に応じた数のパルスを回転速度に応じた速度で発生するパルス発生器と、
ワークと砥石との近接状態を検出する近接センサと、
前記パルス発生器で発生するパルスの比率を変更可能な制御ユニットと、
前記制御ユニットによりN倍化されたパルスの数に応じた角度だけパルスの供給速度に応じた速度で回転してワークと砥石とを移動し、両者の相対位置を変更するサーボモータと、
NCプログラムに基づき自動的にワークを研削する自動研削運転モードと前記手送りハンドルの回転操作により前記砥石をワークに接触させて研削作業を行う手動研削運転モードを選択する入力キーとを具備した研削盤において、
作業者に対して発光素子、バイブレータの中の少なくとも一つ或いは二つ以上の組み合わせにより通知する通知装置を有し、
前記入力キーにより手動研削運転モードが選択されたときであって、前記手送りハンドルによりワークと前記砥石を相対的に接近させている過程で、前記近接センサが近接状態を検出したときに、
前記制御ユニットは、前記近接センサの検出情報に応答して前記通知装置を用いて作業者に近接状態であることを通知し、あわせて近接状態の前におけるN倍の動作をM倍(MはNより小さい)に変更してワークと砥石とを近接させる速度を遅くすることを特徴とする。
本発明によれば、砥石とワークの接触直前状態になると送り速度を遅くすることにより、砥石がワークに対してそのままの速度で切り込んでしまうという、流れ込みが生じることを避けることができる。また、接触直前状態であることは、作業者に通知されているので、速度モード変更があったことを作業者が認知できる。
研削盤の一実施の形態の外観を説明する斜視図である。 研削盤のシステム構成図である。 動作フローを示す図である。
以下に本発明を実施するための形態を用いて説明する。図1に研削盤1の外観を示す。研削盤1は、ベッド10、ワークテーブル5、砥石4、砥石4を支持する砥石台6、主軸装置7、心押台8を有している。図面において、X軸の方向は砥石4がワークWに切り込む方向を示し、Z軸の方向はワークテーブル5の送り方向を示している。X軸とZ軸は互いに直交している。研削盤1は、液晶パネルによる表示装置21、22、23、種々の入力キー31、32、33、X軸方向の手送りハンドル41、Z軸方向の手送りハンドル42を備えている。タッチスクリーン若しくはタッチパネルを用いて、表示装置21、22、23と入力キー31、32、33の機能を併せ持たせても良い。表示装置21、22、23は、研削盤1への作業者の入力(設定)状態や、研削盤1の動作状態等を表示する。種々の入力キー31、32、33は、作業者による自動運転モードと手動運転モードの切り替えや、種々の設定等の入力を受け付ける。このうち、手送りハンドル41の近傍には表示装置21と入力キー31が配置され、X軸方向の送りに関する情報の入出力が行われる。また、手送りハンドル42の近傍には表示装置22と入力キー32が配置され、Z軸方向の送りに関する情報の入出力が行われる。71は、ワークWと砥石4との間に冷却液72を噴出するノズルである。
図2は、研削盤1のシステム構成図を示している。制御ユニット50は、コンピュータであり、制御プログラムを実行する。手送りハンドル41及び42の回転を夫々パルスに変換するパルス発生器51、52が設けられている。砥石台6は、サーボモータ61(移動装置に相当)によって、X軸方向に移動される。ワークテーブル5は、サーボモータ62(移動装置に相当)によって、Z軸方向に移動される。これら移動装置によって、ワークWと砥石4とが移動し、両者の相対位置が変更される。制御ユニット50にはパルス発生器51、52が接続されている。また、制御ユニット50は、ドライブユニット56を介してサーボモータ61、62を制御しており、制御ユニット50には、表示装置21、22、23及び入力キー31、32、33が接続されている。入力キー31、32、33には、LED等の発光素子が組み込まれており、制御ユニット50によって、入力キー31、32、33のキートップを点灯可能なようになっている。さらに、制御ユニット50には、近接センサ53及びバイブレータ54が接続されている。近接センサ53は、ワークWと砥石4との近接状態を検出し、近接情報を制御ユニット50に与える。バイブレータ54は、手送りハンドル41、42に組み込まれており、制御ユニット50によって、作業者の手に振動を与えることが可能である。
次に、研削盤1における研削動作について説明する。なお、以降の説明において、「表示装置21、22、23に表示」と言う場合には、特別な言及の無い限りにいずれか一つへの表示も含む。また、「入力キー31、32、33に入力」と言う場合には、特別な言及の無い限りにいずれか一つの入力も含む。制御ユニット50には、自動研削運転と、手動研削運転のモードを実行できるように制御プログラムがプログラムされている。いずれかのモードを選択するかは、入力キー31、32、33に入力可能である。まず、主軸装置7と心押台8でワークWを挟み付けて固定する。制御ユニット50は、図示しない接触子によりワークWのX軸方向、Z軸方向の位置(ワーク位置)を検出して、内部のメモリ58に設定する。メモリ58の砥石位置は、砥石4のX軸方向、Z軸方向の位置である。以降、制御ユニット50は、表示装置21、22、23に砥石位置(X軸方向、Z軸方向)、ワーク位置(X軸方向、Z軸方向)が表示される。
自動研削運転をする際には、研削盤1において、入力キー31、32、33にワークWの研削についての情報を入力するなどして制御ユニット50の制御プログラムに研削作業のためのNCプログラムを作成させる。制御ユニット50は、NCプログラムに基づき、主軸装置7を回転させてワークWを回転させ、一方では砥石4を回転させた後、サーボモータ61やサーボモータ62を制御させることにより砥石4は自動的にワークWを研削する。
この際、サーボモータ61、62は制御ユニット50からパルスを供給されて回転するのであり、それぞれのサーボモータ61、62はこれに伝送されたパルスの数でその回転速度の大きさを決定され、また時間当たりに伝送されるパルス数の量で回転速度を決定される。
次に、手動研削運転をする際には、手送りハンドル41、42が有効に使用し得る状態となる。作業者は右手で一方の手送りハンドル42を回転操作し、左手で他方の手送りハンドル41を回転操作する。各手送りハンドル41、42が回転されると、これに連動してその対応するパルス発生器51、52の入力部が回転され、回転量に応じた数のパルスが回転速度に応じた速度で発生される。各手送りハンドル41、42が早く回転されれば、時間当たりに伝送されるパルス数が増加する。制御ユニット50はこれらのパルスに応じたパルスを発生し、ドライブユニット56に伝達してサーボモータ61、62を駆動する。制御ユニット50は、サーボモータ61、62の回転速度を速度モードによって変更可能で有り、各手送りハンドル41、42により発生するパルスに対するドライブユニット56に伝達するパルスの比率を変えることができる。
これによりサーボモータ61、62のそれぞれは供給されたパルスの正負に応じた方向へパルスの数に応じた角度だけパルスの供給速度に応じた速度で回転し、砥石台6とワークテーブル5との相対的位置の移動が制御される。この結果、砥石4とワークWとが近接/接触し、作業者は砥石4とワークWの隙間を両者の実際の目視によって確認し、さらに両者の接触により発生する火花を視認するなどして研削作業を行う。
本実施の形態では、近接センサ53を砥石台6に取り付けている。近接センサ53としてギャップセンサや、距離計測センサ等を用いてもよい。また、近接状態にあることの作業者への通知装置として、バイブレータ54、表示装置21、22、23及び入力キー31、32、33が用いられる。バイブレータ54以外は視覚による通知であり、バイブレータ54は触覚による通知である。このほかに、スピーカーを使った聴覚による通知装置を用いても良い。
研削盤1は、手動研削運転において、作業者が手送りハンドル41、42を回転させると、ワークWに対する砥石4の相対的な位置が変化する。研削盤1では、以下のように、砥石とワークの近接状態に応じて、手送りハンドル41、42が回転されるときにパルス発生器51、52が発生するパルス間隔に対して、制御ユニット50は、ドライブユニット56へ伝達する際のパルス間隔を可変して、サーボモータ61、62の回転を遅くする若しくは回転を1秒〜数秒の間一時停止する制御を行う。
次に図3を用いて、手送りハンドル41の回転に応じてワークWに対して砥石4を相対的にX軸方向に移動させる際の動作を説明する。図3は制御ユニット50の動作フローを示しており、図3Aは制御プログラムの一部であり、図3Bは通知サブルーチンである。手動研削運転において、図3Bの通知サブルーチンは、制御プログラムにより呼び出される。
手送りハンドル41を回転してワークWに対して砥石4を相対的にX軸方向に移動させると、制御ユニット50の制御プログラムは、パルス発生器51の1個のパルスに対してN個のパルスとなるようにパルスを発生させて、ドライブユニット56に送る。制御ユニット50内部のメモリ58において、砥石4のX軸方向の砥石位置を更新して、表示装置21、22、23に反映させる(図3A、ステップS1)。この動作は、通常の研削盤と同じである。本実施例の研削盤1は、制御プログラムは、周期的に通知サブルーチンを呼び出す(図3A、ステップS2)。
砥石4がワークWに対して1mm(第1の近接状態)に近づくと、制御ユニット50は、ステップS11において、これを検出してステップS12に移行する。1mmよりも離れているときには、未だ所定の近接した状態で無いので制御プログラムへ戻る。
ステップS12では、バイブレータ54を作業者への通知装置として作動させ、1mmの接近状態(第1の近接状態)を通知させる。近接センサ53により近接が検知されたかを判定する(ステップS13)。検知されなかった場合には、接触直前の状態では無いとして制御プログラムへ戻る。数マイクロ〜数十マイクロメータに近づいたときには、近接センサ53がこれを検知して信号を出力する。制御ユニット50は、この信号が検出されたときに(具体的には、距離10マイクロメータに相当する信号レベルにおいて)、砥石4がワークWに接触直前の状態(第2近接状態)にあると判断し、制御をステップS14に移す。

ステップS14では、サーボモータ61の回転を遅くする速度モードの変更を行う。この送り速度の変更は、制御プログラムのステップS1において、パルス発生器51の1個のパルスに対してN個のパルスとなるようにパルスを発生させていたのを、1個のパルスに対してM個のパルスを発生させるようにして、制御プログラムに戻る。ここで、MはNよりも小さい。速度モード変更により、以降、制御ユニット50がドライブユニット56へ伝達されるパルスは新たな速度モードによるパルス数となり、砥石4とワークWとの接近速度が低下する。速度モードの変更が実行されると、表示装置21、22、23を通知装置として利用して速度モードの変更が実行されたことを作業者に通知する。若しくは、入力キー31、32、33を通知装置として利用し内部実装された発光素子を点灯或いは点滅させて、接触直前状態であることを知らせても良い。ステップS14が終了すると、制御プログラムに戻る。
ステップS14において、破線で示したようにステップS15を速度モード変更の前に/若しくは速度モード変更に代えて実行しても良い。ステップS15は、10マイクロメータに近づいたことを近接センサ53が検出したときに、制御ユニット50に設けられたタイマ57で設定した期間(1秒〜数秒)の間、パルス発生器51のパルス発生に対して新たなパルスをドライブユニット56へ送らないようにする。タイマ57は、制御ユニット50の動作クロックにより更新されるタイマである。また、制御プログラムのステップS1の実行前にフラグ59を参照するようにして、フラグ59がセットされていれば、パルス発生器51のパルス発生に対して新たなパルスをドライブユニット56へ送らずにステップS1を終了するようにしておく。ステップS15は、タイマ57とフラグ59を初期動作でセットし、その後はタイマ57を検査しながら、一定時間経過するまでの間、フラグ59をセットしたままにする。この結果、タイマ57で設定された期間の間、制御ユニット50は、ドライブユニット56にタイマ57に設定された期間の間、パルスを送らなくなり、X軸方向近接動作は一時停止する。
本実施の形態によれば、砥石4とワークWの接触直前状態になると送り速度を遅く、若しくは一時停止する。近接状態の前後でハンドル41の回転速度に対するワークWと砥石4とを近接/接触させる速度を遅くする若しくは近接状態の際にワークWと砥石4との相対移動を一時停止することにより、砥石4がワークWに対してそのままの速度で切り込んでしまうという、流れ込みが生じることを避けることができる。また、接触直前状態であるということは、表示装置により作業者に通知するので、速度モード変更があったこと、若しくは一時停止があったことを作業者が認知できる。
上記実施の態様において、ステップS15による一時停止の処理を、ステップS14による速度モードの変更の処理と合わせて実行するように実施の形態を修正しても良い。この場合、作業者の反応遅れによる流れ込み研削を防止でき、その後は移動速度を遅くすることができる。一方、ステップS15による一時停止の処理を、ステップS14による速度モードの変更の処理に代えて実行する場合であっても、一時停止した際に表示装置21、22、23又は若しくは、入力キー31、32、33の発光装置により接触直前状態であることを通知しているので、作業者の反応遅れによる流れ込み研削を防止することができる。
図3を用いて、手送りハンドル41の回転に応じてワークWに対して砥石4を相対的にX軸方向に移動させる際の動作を説明したが、手送りハンドル42の回転に応じてワークWに対して砥石4を相対的にZ軸方向に移動させる際の動作も同様である。
ワークに対して砥石をX軸方向に移動させる構成は、本実施の形態にて説明した構成に限定されず、ワークに対して砥石を相対的にX軸方向に移動できればよい。同様に、ワークに対して砥石をZ軸方向に移動させる構成は、本実施の形態にて説明した構成に限定されず、ワークに対して砥石を相対的にZ軸方向に移動できればよい。
また、上記実施例に従い、接触前に作業者に対する接触直前状態の通知をし、速度変更若しくは一時停止をした後であって、その後砥石とワークが実際に接触したときには、特許文献3に示されるように、接触のリアリティを出すためにハンドルユニット内に設置したブレーキ(例えばパウダーブレーキ)を用いて人工的にハンドル操作時の回転抵抗を増加させ、砥石とワークの接触状態が維持されていることを力覚で作業者にフィードバックしても良い。
また、上記実施例においては、接触直前状態において作業者に対する接触直前状態の通知をしたが、メモリ58内の砥石位置とワーク位置を用いて、1ミリメートル程度に近接した状態となった時点で表示装置21、22、23による近接状態の通知をし、これとともに速度モードの変更或いは一時停止をしても良い。この場合、近接センサ53は、メモリ58内の砥石位置とワーク位置を比較して、近接状態を検出する図3BのステップS11のようなプログラムで実現されることになる。この形態によれば、実際の接触まで大幅に手前の地点で、速度モードの変更或いは一時停止が起こるため、10マイクロメートルの場合と比べて作業性は劣ることになる。なお、現状、加工精度の高い研削盤で数マイクロメートルとなっている。
上記実施例においては、砥石4がワークWに接触直前の状態(第2の近接状態)にあると判断したときには、表示装置21、22、23を通知装置として利用して速度モードの変更が実行されたことを作業者に通知する。若しくは、入力キー31、32,33を通知装置として利用し内部実装された発光素子を点灯或いは点滅させていたが、これにバイブレータ54とは別のバイブレータを合わせて、表示装置21、22、23、発光素子、バイブレータの中の少なくとも一つ或いは適当な二つを組み合わせ、もしくは三つ全ての組み合わせを用いて、作業者に速度モードの変更を通知しても良い。
1 研削盤
4 砥石
5 ワークテーブル
6 砥石台
7 主軸装置
8 心押台
10 ベッド
21、22、23 表示装置
31、32、33 入力キー
41、42 手送りハンドル
50 制御ユニット
51、52 パルス発生器
53 近接センサ
54 バイブレータ
56 ドライブユニット
57 タイマ
58 メモリ
59 フラグ
61、62 サーボモータ
71 ノズル
72 冷却液
W ワーク

Claims (2)

  1. ワークを研削する砥石と、
    ワークに冷却液を噴出するノズルと、
    作業者によって回転操作される手送りハンドルと、
    前記手送りハンドルの回転量に応じた数のパルスを回転速度に応じた速度で発生するパルス発生器と、
    ワークと砥石との近接状態を検出する近接センサと、
    前記パルス発生器で発生するパルスの比率を変更可能な制御ユニットと、
    前記制御ユニットによりN倍化されたパルスの数に応じた角度だけパルスの供給速度に応じた速度で回転してワークと砥石とを移動し、両者の相対位置を変更するサーボモータと、
    NCプログラムに基づき自動的にワークを研削する自動研削運転モードと前記手送りハンドルの回転操作により前記砥石をワークに接触させて研削作業を行う手動研削運転モードを選択する入力キーとを具備した研削盤において、
    作業者に対して発光素子、バイブレータの中の少なくとも一つ或いは二つ以上の組み合わせにより通知する通知装置を有し、
    前記入力キーにより手動研削運転モードが選択されたときであって、前記手送りハンドルによりワークと前記砥石を相対的に接近させている過程で、前記近接センサが近接状態を検出したときに、
    前記制御ユニットは、前記近接センサの検出情報に応答して前記通知装置を用いて作業者に近接状態であることを通知し、あわせて近接状態の前におけるN倍の動作をM倍(MはNより小さい)に変更してワークと砥石とを近接させる速度を遅くすることを特徴とする研削盤。
  2. 前記手送りハンドルには、バイブレータが組み込まれており、
    前記制御ユニットは、ワークと砥石とが第1の近接状態に近接したときに前記手送りハンドルに組み込まれたバイブレータを振動させて作業者に第1の近接状態であることを通知し、第1の近接状態よりも近い第2の近接状態に近接したときに第2の近接状態であることを前記通知装置により通知し、前記手送りハンドルの回転速度に対するワークと砥石とを近接させる速度を遅くすることを特徴とする請求項1の研削盤。
JP2016209838A 2016-10-26 2016-10-26 研削盤 Active JP6912794B2 (ja)

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