JP6987602B2 - 研削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの加工形状を自動設定する研削方法に関する。

従来より、例えば、特許文献１のように、主軸と心押し軸に取り付けられたセンタに支持され、このセンタの軸線まわりに回転する工作物に対して砥石車を送り込むことによって工作物を研削加工するようにした研削盤が知られている。この研削盤は、工作物の形状データを入力する形状入力手段と、この形状入力手段によって入力された形状データから工作物の研削段数毎の円筒形状を推定する形状推定手段とを備えることが知られている。

特許第２８４６９３８号公報

しかしながら、従来の研削方法では、異なる形状のワークを研削するときに最初にワークの加工寸法を設定する場合、多数の加工寸法を登録しなければならない。

そして、研削対象のワークは、大まかな形状に前加工として粗加工されているのが通常である。粗加工の場合、仕上がりにバラツキがある。

２度目以降にワークを交換して加工を行うときには、加工プログラム上のワークと、研削盤に装着した粗加工されたワークとで寸法が同じかどうかを確かめる必要がある。例えば、前工程の粗加工で削り残しのあるワークを研削すると、研削時間に無駄が発生することがあるためである。また、削りすぎで製品不良のワークの研削の手間を省くためである。このため、作業者は、時間をかけて多数の寸法を確認しなければならないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワーク交換時の段取り時間を短縮することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、研削開始前にワークの外形を測定し、その測定結果から推定したワーク外形と、仕上げ寸法とを比較してから研削を行うようにした。

具体的には、第１の発明では、ワークの加工形状を自動設定する研削方法を前提とし、
上記研削方法は、
ワーク支持台にワークを支持するワーク支持工程と、
上記ワークの芯出しをする芯出し工程と、
上記芯出しされたワークの外周を位置センサで該ワークの半径方向外側から内側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する外周測定工程と、
上記外周測定工程において、上記ワークの外周面に外周溝部があると判定したときには、該外周溝部の上下端面を測定する外周溝部端面測定工程と、
上記外周測定工程及び上記外周溝部端面測定工程で得られた情報から上記ワークの外周形状を推定し、推定形状を表示画面に表示する推定形状表示工程と、
上記表示画面に表示された上記ワークの外形において、研削対象となる被研削面を複数選択する被研削面選択工程と、
複数の上記被研削面に対応する仕上げ寸法をそれぞれ登録する仕上げ寸法登録工程と、
上記推定形状と上記仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起する注意喚起工程を含む。

上記の構成によると、自動で研削対象のワークの外周形状を実際に計測し、被研削面を具体的に選択した上で仕上げ寸法と比較することで、その後の取り代を確認できる。そして、取り代がマイナスになるような場合に注意喚起することで、研削開始前に製品不良を発見でき、無駄な研削時間が発生するのを防止できる。また、自動で計測を行えるので、従来のように手間がかからない。さらに、外周に溝部がある場合にも適用できる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記外周測定工程において、上記ワークの外周面に複数の外周溝部があると判定したときには、上記外周溝部端面測定工程を繰り返す。

上記の構成によると、外周溝部がワークの外周面に複数存在する場合には、外周溝部毎に上下端面を測定し、その後の被研削面選択工程で各外周溝部の溝底及び上下端面が選択されて研削される。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記ワークの内周面を研削する場合には、さらに、
上記芯出しされたワークの内周を位置センサで該ワークの半径方向内側から外側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する内周測定工程と、
上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に内周溝部があると判定したときには、該内周溝部の上下端面を測定する内周溝部端面測定工程とを含み、
上記推定形状表示工程において、上記内周測定工程及び上記内周溝部端面測定工程で得られた情報も含めて上記ワークの内周形状も推定する。

上記の構成によると、内周が研削対象となる場合でも、外周と同様にワークの実際の形状を計測してから研削を行うことができるので、手作業による内周の寸法確認の手間も省くことができる。

第４の発明では、ワークの加工形状を自動設定する研削方法を前提とし、
上記研削方法は、
ワーク支持台にワークを支持するワーク支持工程と、
上記ワークの芯出しをする芯出し工程と、
上記芯出しされたワークの内周を位置センサで該ワークの半径方向内側から外側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する内周測定工程と、
上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に内周溝部があると判定したときには、該内周溝部の上下端面を測定する内周溝部端面測定工程と、
上記内周測定工程及び上記内周溝部端面測定工程で得られた情報から上記ワークの内周形状を推定し、推定形状を表示画面に表示する推定形状表示工程と、
上記表示画面に表示された上記ワークの外形において、研削対象となる被研削面を複数選択する被研削面選択工程と、
複数の上記被研削面に対応する仕上げ寸法をそれぞれ登録する仕上げ寸法登録工程と、
上記推定形状と上記仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起する注意喚起工程を含む。

上記の構成によると、自動で研削対象のワークの内周形状を実際に計測し、被研削面を具体的に選択した上で仕上げ寸法と比較することで、その後の取り代を確認できる。そして、取り代がマイナスになるような場合に注意喚起することで、研削開始前に製品不良を発見でき、無駄な研削時間が発生するのを防止できる。また、自動で計測を行えるので、従来のように手間がかからない。さらに、内周に溝部がある場合にも適用できる。

第５の発明では、第４の発明において、
上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に複数の内周溝部があると判定したときには、上記内周溝部端面測定工程を繰り返す。

上記の構成によると、内周溝部がワークの内周面に複数存在する場合には、内周溝部毎に上下端面を測定し、その後の被研削面選択工程で各内周溝部の溝底及び上下端面が選択されて研削される。

第６の発明では、第１から第５のいずれか１つの発明において、
上記注意喚起工程において、上記取り代が所定値よりも大きいときにも注意喚起する。

上記の構成によると、取り代が大きすぎるときに研削による仕上げ加工を行うと、研削時間がかかって非効率であるため、そのような場合には、前加工をやり直すことができる。

第７の発明では、第１から第６のいずれか１つの発明において、
上記位置センサは、スタイラス状のタッチプローブであり、該タッチプローブの先端が届かない距離まで該タッチプローブの先端を移動させた場合には、測定不能として注意喚起する。

上記の構成によると、タッチプローブのホルダなどがワークに接触して損傷するのを効果的に防止できる。

以上説明したように、本発明によれば、ワークの実際の形状から計測した推定形状と仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起するようにしたことにより、ワーク交換時の段取り時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係るワーク形状測定部及びワークを拡大して示す正面図である。 マシニングセンタの外形を示す正面図である。 マシニングセンタの主要部分を拡大して示す斜視図である。 マシニングセンタの主要部分を拡大して示す正面図である。 本発明の実施形態に係る外周測定工程を示す断面図である。 異常時の外周測定工程を示す断面図である。 正常時の外周測定工程を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例１に係るワークを示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例２に係るワークを示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例３に係るワークを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２は本発明の実施形態に係るマシニングセンタ１の全体を示し、このマシニングセンタ１は、例えば箱型のハウジング１ａと、ハウジング１ａ内部に設けられた制御装置２とを備えている。制御装置２には、表示画面としての操作パネル３が設けられている。操作パネル３の近傍には、注意喚起のための警報ランプ４が設けられている。制御装置２には、予めワーク加工用の各種プログラムがインストールされている。

図３に示すように、ハウジング１ａの内部に設けられたコラム１ｂには、ワーク１００の研削を行う加工部２０が設けられている。図４にも示すように、加工部２０は、ワーク１００を支持するワーク支持台１０１と、先端に砥石２１が設けられたツールを回転させる主軸２２と、この主軸２２を回転させるツール回転部２３とを備えている。

本実施形態では、加工部２０は、図１にも示すように、ワーク１００の形状を測定する位置センサとしてのワーク形状測定部１０を備えている。このワーク形状測定部１０は、例えば、先端に接触検知する球状の接触部１０ａ及び接触部１０ａを連結するエクステンション１０ｂを備えたタッチプローブ１１を備え、そのタッチプローブ１１がワーク１００等に接触したのを検知するタッチセンサ１２が設けられている。本実施形態では、タッチプローブ１１は、一対の接触部１０ａ及び一対のエクステンション１０ｂを備えているが、１つの接触部１０ａと１つのエクステンション１０ｂだけを備えていてもよい。タッチセンサ１２には、例えば接触部１０ａが物体に接触したときに反応するリミットスイッチが内蔵されている。タッチセンサ１２を含む例えば円柱状の本体部分は、プローブ支持部１３に支持され、プローブ駆動部１４により、上下左右に自由に位置及び姿勢を変更可能となっている。

次いで、本実施形態のワーク１００の加工形状を自動設定する研削方法の手順について説明する。

まず、図４に示すように、ワーク支持工程において、ワーク支持台１０１にワーク１００を支持する。

次いで、芯出し工程において、主軸２２の回転中心に対してワーク１００の芯出しをする。

次いで、ワーク形状の自動測定を開始する。まず、図５に示すように、外周測定工程において、芯出しされたワーク１００をワーク形状測定部１０でワーク１００の半径方向外側から内側に向けてワーク１００の上側から下側まで測定する。具体的には、タッチプローブ１１をワーク１００の上端で外側から内側へワーク１００の外周面１００ａに近付くように移動させ、接触部１０ａが外周面１００ａに接触した位置を記憶する。次いで、タッチプローブ１１を外周面から少し後退させ且つ下方へ移動する。そして、再び外周面１００ａに近付いて接触部１０ａが接触した位置を記憶する。この動作をワーク１００の下端まで行う。なお、この動作は、逆に下端から上端に向けて行ってもよい。

次いで、外周溝部端面測定工程として、上記外周測定工程を行っている最中又は外周測定工程が終了した後に、ワーク１００の外周面１００ａに外周溝部１００ｂがあると判定したときには、外周溝部１００ｂの上下端面１００ｃ，１００ｄを測定する。具体的には、外周測定工程で外周面１００ａの外径が大きく減少している領域を把握し、その領域を外周溝部１００ｂとして判定し、その外周溝部１００ｂの側壁面に対応する上下端面１００ｃ，１００ｄに接触する座標を記憶する。図５に示すように、接触部１０ａが球形であるので、外周面１００ａよりも内側の外周溝部１００ｂに接触部１０ａを挿入した状態で、上下にタッチプローブ１１を移動させれば、外周溝部１００ｂの形状を測定できる。

さらにワーク１００の内周面１００ｅも研削する場合には、ワーク１００の内周面１００ｅについても測定する。

まず、内周測定工程において、ワーク１００の半径方向内側から外側に向けてワーク１００の上側から下側まで測定する。この場合は、ワーク１００の穴部内にタッチプローブ１１を挿入させて内周面１００ｅの形状を測定する。例えば、接触部１０ａを半径方向内側から外側へ移動させて内周面１００ｅの形状を上側から下側へ計測するとよい。なお、この動作は、逆に下側から上側に向けて行ってもよい。

次いで、内周溝部端面測定工程において、上記内周測定工程を行っている最中又は内周測定工程が終了した後に、ワーク１００の内周面に内周溝部１００ｆがあると判定したときには、内周溝部１００ｆの上下端面１００ｇ，１００ｈを測定する。この内周溝部１００ｆの形状測定も上記外周溝部１００ｂの測定と基本的には同じ方法で行う。なお、例えば、ワーク１００の上面１００ｉも研削する場合には、ワーク形状測定部１０によって上面１００ｉの形状も測定するとよい。

次いで、推定形状表示工程において、外周測定工程、外周溝部端面測定工程、内周測定工程、内周溝部端面測定工程等で得られた情報からワーク１００の外周形状、内周形状等を推定し、推定形状を操作パネル３の表示画面に表示する。

次いで、被研削面選択工程において、表示画面に表示されたワーク１００の外形において、作業者が研削対象となる被研削面を複数選択する。

次いで、仕上げ寸法登録工程において、複数の被研削面に対応する仕上げ寸法をそれぞれ登録する。

次いで、注意喚起工程において、推定形状と仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起する。この取り代がマイナスになるような場合に注意喚起することで、研削開始前に製品不良を発見でき、無駄な研削時間が発生するのを防止できる。

この注意喚起工程において、取り代が所定値よりも大きいときにも注意喚起する。このように取り代が大きすぎるときに研削による仕上げ加工を行うと、研削時間がかかって非効率であるため、そのような場合には、例えば前加工をやり直すことができる。

具体的な注意喚起の方法としては、警報ランプ４を点灯させたり、図示しないブザーを鳴らしたりすると共に、操作パネル３にエラー内容を表示したりする方法がある。

また、図６Ａに示すように、ワーク１００形状を計測中にタッチプローブ１１が届かない距離までタッチプローブ１１を移動させた場合にも、測定不能として注意喚起してもよい。タッチプローブ１１の接触部１０ａがワーク１００に接触する前に、タッチセンサ１２等の部分がワーク１００に接触して損傷するのを防止するためである。この場合には、図６Ｂに示すように、適度な長さのタッチプローブ１１に交換して測定を行うとよい。

このように本実施形態では、自動で研削対象のワーク１００の外周形状、内周形状等を実際に計測し、被研削面を具体的に選択した上で仕上げ寸法と比較することで、その後の取り代を確認できる。

また、自動で計測を行えるので、従来のように手間がかからない。さらに、外周面１００ａや内周面１００ｅに溝部がある場合にも適用できる。

また、タッチプローブ１１の長さが不充分な場合には、注意喚起して適切な長さのものに交換させることで、タッチセンサ１２などがワーク１００に接触して損傷するのを効果的に防止できる。

したがって、本実施形態に係る研削方法によると、ワーク１００の実際の形状から計測した推定形状と仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起するようにしたことにより、ワーク１００の交換時の段取り時間を短縮することができる。

−変形例１−
図７は本発明の実施形態の変形例１に係るワーク２００を示し、内周溝部が複数設けられている点で上記実施形態と異なる。なお、以下の各変形例では、図１〜図６Ｂと同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

すなわち、本変形例では、上記実施形態１に比べて内周面１００ｅに内周溝部１００ｆだけでなく、その下方に第２内周溝部２００ｆも設けられている。

この場合、上記実施形態における内周溝部端面測定工程をもう一度繰り返し、第２内周溝部２００ｆと、その第２内周溝部２００ｆの上下端面２００ｇ，２００ｈを測定するとよい。

詳しくは図示しないが、同様に外周面１００ａに複数の外周溝部がある場合にも、外周溝部端面測定工程を繰り返せばよい。

−変形例２−
図８は本発明の実施形態の変形例２に係るワーク３００を示し、このワーク３００が円錐台と円柱形状が一体になったような形状を有する点で上記実施形態と異なる。

すなわち、本変形例では、上記実施形態１に比べて内側溝部や外側溝部がないものの、外周面３００ａの一部にテーパ面が形成され、円柱部との間に段部が形成されている。

この場合、外周測定工程において、上側の外周面３００ａのテーパ形状を測定するだけでなく、上面３００ｂ及び段部３００ｃの形状を測定し、記憶する。

次いで、段部３００ｃから一定外径の円柱外面３００ｄに移行したことを測定し、記憶する。

本変形例では、外周溝部がないので、外周溝部端面測定工程は行われない。

その後の工程では、外周溝部の代わりに段部３００ｃの形状が表示され、所望の被研削面が選択される。

−変形例３−
図９は本発明の実施形態の変形例３に係るワーク４００を示し、このワーク４００は、内部に内径が徐々に小さくなる貫通孔が形成された円錐台形状である点で上記実施形態と異なる。

すなわち、本変形例では、上記実施形態１に比べて内側溝部や外側溝部がないものの、外周面４００ａにテーパ面が形成され、内周面４００ｃには徐々に内径が小さくなるテーパ面が形成されている。

本変形例では、外周測定工程で下方に向かって外径が大きくなるテーパ状外周面４００ａ及び上面４００ｂが測定され、内周測定工程で下方に向かって内径が小さくなるテーパ状内周面４００ｃが測定される。

その後、これらテーパ状外周面４００ａ、上面４００ｂ、テーパ状内周面４００ｃの形状が表示された後、被研削面が選択される。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、外周形状及び内周形状の計測をしているが、内周のみの加工の場合には、外周形状の計測を省略し、外周のみの加工の場合には、内周形状の計測を省略すればよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ マシニングセンタ
１ａ ハウジング
２ 制御装置
３ 操作パネル
４ 警報ランプ
１０ ワーク形状測定部（位置センサ）
１０ａ 接触部
１０ｂ エクステンション
１１ タッチプローブ
１２ プローブヘッド
１３ プローブホルダ
１４ プローブ駆動部
２０ 加工部
２１ 砥石
２２ 主軸
２３ ツール回転部
１００ ワーク
１００ａ 外周面
１００ｂ 外周溝部
１００ｃ，１００ｄ 上下端面
１００ｅ 内周面
１００ｆ 内周溝部
１００ｇ，１００ｈ 上下端面
１００ｉ 上面
１０１ ワーク支持台
２００ ワーク
２００ｆ 第２内周溝部
２００ｇ，２００ｈ 上下端面
３００ ワーク
３００ａ 外周面
３００ｂ 上面
３００ｃ 段部
３００ｄ 円柱外面
４００ ワーク
４００ａ テーパ状外周面
４００ｂ 上面
４００ｃ テーパ状内周面

Claims (7)

1. ワークの加工形状を自動設定する研削方法において、
   ワーク支持台にワークを支持するワーク支持工程と、
   上記ワークの芯出しをする芯出し工程と、
   上記芯出しされたワークの外周を位置センサで該ワークの半径方向外側から内側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する外周測定工程と、
   上記外周測定工程において、上記ワークの外周面に外周溝部があると判定したときには、該外周溝部の上下端面を測定する外周溝部端面測定工程と、
   上記外周測定工程及び上記外周溝部端面測定工程で得られた情報から上記ワークの外周形状を推定し、推定形状を表示画面に表示する推定形状表示工程と、
   上記表示画面に表示された上記ワークの外形において、研削対象となる被研削面を複数選択する被研削面選択工程と、
   複数の上記被研削面に対応する仕上げ寸法をそれぞれ登録する仕上げ寸法登録工程と、
   上記推定形状と上記仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起する注意喚起工程を含む
   ことを特徴とする研削方法。
2. 請求項１に記載の研削方法において、
   上記外周測定工程において、上記ワークの外周面に複数の外周溝部があると判定したときには、上記外周溝部端面測定工程を繰り返す
   ことを特徴とする研削方法。
3. 請求項１又は２に記載の研削方法において、
   上記ワークの内周面を研削する場合には、さらに、
   上記芯出しされたワークの内周を位置センサで該ワークの半径方向内側から外側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する内周測定工程と、
   上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に内周溝部があると判定したときには、該内周溝部の上下端面を測定する内周溝部端面測定工程とを含み、
   上記推定形状表示工程において、上記内周測定工程及び上記内周溝部端面測定工程で得られた情報も含めて上記ワークの内周形状も推定する
   ことを特徴とする研削方法。
4. ワークの加工形状を自動設定する研削方法において、
   ワーク支持台にワークを支持するワーク支持工程と、
   上記ワークの芯出しをする芯出し工程と、
   上記芯出しされたワークの内周を位置センサで該ワークの半径方向内側から外側に向けて上記ワークの上側から下側まで測定する内周測定工程と、
   上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に内周溝部があると判定したときには、該内周溝部の上下端面を測定する内周溝部端面測定工程と、
   上記内周測定工程及び上記内周溝部端面測定工程で得られた情報から上記ワークの内周形状を推定し、推定形状を表示画面に表示する推定形状表示工程と、
   上記表示画面に表示された上記ワークの外形において、研削対象となる被研削面を複数選択する被研削面選択工程と、
   複数の上記被研削面に対応する仕上げ寸法をそれぞれ登録する仕上げ寸法登録工程と、
   上記推定形状と上記仕上げ寸法とを比較し、取り代がマイナスとなった場合には、注意喚起する注意喚起工程を含む
   ことを特徴とする研削方法。
5. 請求項３又は４に記載の研削方法において、
   上記内周測定工程において、上記ワークの内周面に複数の内周溝部があると判定したときには、上記内周溝部端面測定工程を繰り返す
   ことを特徴とする研削方法。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の研削方法において、
   上記注意喚起工程において、上記取り代が所定値よりも大きいときにも注意喚起する
   ことを特徴とする研削方法。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の研削方法において、
   上記位置センサは、スタイラス状のタッチプローブであり、該タッチプローブの先端が届かない距離まで該タッチプローブの先端を移動させた場合には、測定不能として注意喚起する
   ことを特徴とする研削方法。

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