JPH01164555A - Ｎｃ工具研削盤の工具位置変位の検出補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＮＣ工具研削盤の工具位置変位の検出補正装
置に関し、ＮＣ工具研削盤における工具の高精度研削の
ために、エアマイクロメータによる砥石位置変位量検出
装置と接触式または非接触式センサによるワーク切残し
量検出装置とを熱影響の無い予め選定した位置に設け、
ＮＣ装置内部に具備されたこれらのエアマイクロメータ
と接触式または非接触式センサとからの測定データの比
較演算機能を利用して、砥石位置変位の補正を行ってワ
ーク切残し量の研削補正を自・動的に行い目標研削位置
まで被研削工具の研削を一定かつ高精度に達成するＮＣ
工具研削盤の工具位置変位の検出補正装置に関する。

〔従来技術と問題点〕

近年コンパクト工具に代表される様に非常に硬い材料か
ら成る機械加工用工具が増えて来ている。

これらの工具を研削する場合は研削能率が非常に悪いた
め、単位時間当たりのワーク切残し量が増加し、故に最
終の目標工具寸法、つまり、目標研削位置に達するまで
研削を続行して最終仕上げ工具を得るのに多大の加工時
間を要する。更に叉、加工時間を要することから、ＮＣ
工具研削盤の機械本体の熱変形により工具研削用の砥石
位置が変位したり、被研削工具の軸方向及び径方向の熱
変形を生ずることが加工精度に影響することを見逃すこ
とができない。総合すると、研削対象である工具の研削
加工精度に影響をおよぼす問題点として、 （イ）コンパクト工具（ボラゾン、ダイヤモンド）など
の難研削性の材料から成る工具では研削におけるワーク
の切残し量が発生し易い。

（ロ）ＮＣ工具研削盤の熱変位（研削スピンドル、砥石
頭、研削盤コラム等の熱変形）により砥石位置の変位や
研削対象が難研削性であるがために砥石側の摩耗による
砥石位置の後退が顕著である。

（ハ）砥石交換時の位置ずれが原因となる。

（ニ）ドレッシング後に砥石径が微妙に変化している。

等の諸原因が挙げられる。

本発明は、斯かる諸原因による工具研削、特に難研削性
素材からなる工具の研削精度劣下原因を解消せんとする
ものである。

〔解決方法と作用〕

即ち、本発明によれば、ＮＣ工具研削盤において、砥石
スピンドルから充分に離れた熱影響の無い位置に設置さ
れて砥石研削端面の一点と砥石研削外周面の２点とをＸ
、Ｙ、Ｚ３軸方向の砥石位置変位量として非接触検出す
る３軸検出式のエアマイクロメータ装置と、検出された
エア圧力信号を電気信号に変換する変換装置と、≠安手
被研削物（ワーク）から充分に離れた熱影響の無い位置
に設置されて被研削工具の切残し量を工具長さ方向の一
点と工具径方向２点とについて測定するためのセンサ装
置とを具備して成り、これらの６つの測定データをＮＣ
装置に入力し、目標研削値に達するまで、砥石スピンド
ルを回転させたまま逐次的に砥石位置変位の補正を自動
的に行うようにしたことを特徴としたＮＣ工具研削盤の
工具位置変位の検出補正装置を提供せんとするものであ
り、砥石スピンドルを回転させたままで砥石の変位量の
検出と補正とを行えるので、研削時間の短縮及び過渡的
な補正が可能なため特に長時間の加工に有効である（例
えば、ホブの研削、フォームド工具の研削等）。

しかも被研削工具の研削切張し量は該ワークが保持され
た研削盤主軸から充分に離れた（を置に設けたセンサ装
置を被研削工具に接触（或いは非接触）した測定位置と
実際の目標切込量との演算による差により求まる。即ち
工具の切削切張し量を測定、監視して実際の切込量との
関係を比較演算し、位置補正データをあるインターバル
で順次出力していくことにより、常に監視することがで
きる。以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて
更に詳細に説明する。

〔実施例〕

さて、本発明に係るＮＣ工具研削盤（以下、単に工具研
削盤と記載する。）の全体的構成を示す第１Ａ、１８図
を参照すると、同工具研削盤の被研削工具（以下、ワー
クＷと言う。）が保持されるワーク装着頭２を備えたワ
ークベース１および砥石４を回転保持する砥石頭５を備
えた砥石ベース３は機械的に分割又は両者の間に断熱層
を成す介在板等を挟持することにより、完全に熱的に分
離されて形成されており、発熱による変形が相互に影響
するのを完全に防いでいる。ワーク類２、砥石頭５の具
体的構造に就いては、・特に従来の工具研削盤のワーク
類や砥石頭と大きな違いはない。

つまり、ＮＧ制御装置１５の指令データに基づいて、砥
石頭５の砥石４によってワーク頭２のワークＷに所望の
工具形状が付与されるまで研削加工の制御が進捗される
。ここで、砥石４の側部砥石面は主にワークＷのすくい
面研削に使用され、外周部研削面はワークＷの外周と逃
げ面の研削に使用される。

さて、本発明によると、砥石頭５の砥石４の熱影響に依
る変位をＸ、Ｙ、Ｚ軸３方向の変位成分に分離して測定
、検出するためのエアマイクロメータ７が、ワークベー
ス１の下方から延長された測定器保持腕８に依って、砥
石頭５の研削位置の近くに、且つ砥石頭５のスピンドル
５ａから熱的に隔絶された状態で保持されている。この
エアマイクロメータ７は、砥石の上記ｘ、ｙ、ｚ軸３方
向軸度方向分を測定、検出する夫々のエアノズル７ｘ、
７ｙ、７ｚを存している。これら３つのエアノズル７ｘ
、７ｙ、７ｚは勿論、相互に測定上の干渉を行なわ無い
ように配置されていることは言うまでもない。

研削工具のワークベース１および砥石のベース３は完全
に分割されており、発熱による変形が相互に影響するの
を完全に防いでいる。実施例にては断熱材を介して一体
に作成することも、もちろん可能である。

第２Ａ、２Ｂ図は上述したエアマイクロメータ７のエア
ノズル７ｘ、７ｙ、７ｚが、砥石頭５に保持れれた砥石
４のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位を測定している状態を詳細
に示したもので、Ｘ軸方向変位はスピンドル５ａの熱的
伸縮と砥石側部の研削面の磨滅による原位置からの変位
を測定、検出するもので、また、Ｙ軸方向とＺ軸方向は
、砥石４の外周研削面の磨滅と、砥石頭５のスピンドル
５ａの熱的撓みによる影響による原位置からの変位を直
交する２軸（Ｙ、Ｚ軸）で測定、検出するものである。

上記の原位置は勿論、ＮＣ制御装置１５に記憶されてい
る砥石４の初期基準研削位置である。第２Ａ、２Ｂ図の
図示から分かるようにＸ、Ｙ、Ｚ軸３方向の変位検出は
、・エアマイクロメータ７の被接触検出法で行われ、ま
た、予め不変位置に保持腕８により固定配置されたエア
マイクロメ−タフに対して、砥石頭５をＮＣ制御装置１
５の指令で規定の測定位置に到達させるだけで、砥石４
を回転させたまま、つまり、研削加工中に同時に行うこ
とができるので砥石頭５の砥石回転駆動を停止させる必
要無く、簡単に砥石変位を測定、検出でき、検出時間が
短縮される。

第１Ａ、１８図で、Ａ−Ｅ変換器９はエアマイクロメ−
タフに接続され、測定時にエアの流量を感知し、それを
電気信号に変換し、アンプ１０まで信号を伝えるもので
ある。１１はコンプレッサ等で得られるエア源であり所
定の空気圧を得るためのレギュレータ１２および空気を
清浄化するためのエアフィルタ１３を接続する。アンプ
１０はＡ−Ｅ変換器９からの電気信号をＮ　Ｃｉ＋Ｊ御
装置１５まで伝えるものである。ベーシックコントロー
ラ１４は、感度を調整し、第３図に示す如く砥石４と各
エアノズル７ｘ、７ｙ、７ｚとの測定間隙Ｇを設定する
ための周知の装置である。工具研削盤の機械部の熱変位
、砥石摩耗等で砥石位置の変位が生ずると、エアマイク
ロメ−タフの砥石検出位置に差（例えば、第３図に図示
のＹ軸方向Δｙ）が発生する（このエアマイクロ７によ
る測定原理は周知のものである）。ＮＣ制御装Ｗ１５は
自身でこの差ΔＸ、Δｙ、Δ２、を判別・演算し加ニブ
ログラムの工具位置補正を自動的に行う。

さて、ここで、第１Ａ、１８図を再度参照すると、砥石
ベース３下方から延長してワークＷのワーク頭２の軸線
近くに達しているセンサ保持腕１６が設けられており、
このセンサ保持腕１６の先端に保持されたワークの切残
し量検出用センサ装置１７が設けられている。ワーク切
張し量検出センサ装置１７は前述のエアマイクロメ−タ
フの場合と同様にワークＷの軸方向（Ｘ軸方向）と直交
する２つの径方向（Ｙ軸、Ｚ軸方向）の変位を接触ない
し非接触の何れかの検出法で検出するセンサヘッド１７
ｘ、１７ｙ、１７ｚを具備している。

第４Ａ、４Ｂ図は、ワーク切張し量検出センサ装置１７
の各軸方向の測定、検出構造を接触式のタッチセンサの
例に就き示した詳細図である。り７チセンサ１７の設置
位置は砥石の発熱影響をキャンセルするため第１Ａ、１
８図において砥石頭５から極力離れた場所から延長した
保持腕８に保持されていることは、前述の通りである。

なお第４Ａ図、第４Ｂ図に示したタッチセンサ１７の例
に換えて第５図に示す非接触式の周知の近接スイッチ１
７を用いて、ワークＷがＮＣ制御装置１５で指定される
所定の測定位置に到達せしめられた際のワーク切張し量
Ｗａを検出するワーク切張し量検出センサ装置１７を構
成しても良い。

第６図は本工具研削盤のシステム全体の動作を示すシー
ケンス図である。同第６図に示すように本発明による工
具研削盤の研削作用は、ＮＣ制御装置の制御の基に遂行
され、（１）スタートから（２）研削開始点へのワーク
Ｗと砥石頭５のセツティング、（３）実研削、（４）実
研削の過程で実行されるエアマイクロメータ装置７によ
る砥石の変位測定に基づいた砥石位置測定、（５）切り
残し量検出用センサ装置１７によるワークＷの切り残し
量をｘＳｙ、ｚ軸３方向に就いて測定するワーク測定、
（６）後述するＮＣ制御装置１５で実行される比較演算
、（７）その比較演算結果に基づいた砥石位置の補正値
の設定を１サイクルとして遂行し、このようなサイクル
を必要に応じて繰り返し、ワークＷが目標の研削仕上げ
値に達するまで作用が巡回され、目標値に達したとき、
（８）終了となる。

第７図は砥石位置変位とワーク切張し量の関係を示した
ものである。第７図における砥石測定位置Ｐはすなわち
研削開始点であり、この点でＸ、Ｙ、Ｚ軸３方向の砥石
位置をエアマイクロメータ装置７の測定中心Ｑ（各エア
ノズル７ｘ、７ｙ、７ｚの測定原点を代表的に示した点
である。）に関して同時に測定し、必要あれば補正を加
えて直ちに実研削に移る点である。研削前に砥石位置Ｐ
を測定した座標を初期値とし、Ｘ、Ｙ、、Ｚ軸３方向の
座標をＰ　（＃１．＃２．＃３）とし、予め設定してお
く　　（＃Ｉ、＃２・・・はパラメータの変数とする。

）。またセンサ装置１７によるワーク切張し量の測定で
ワークが目標寸法に仕上がった場合のワーク測定点Ｒに
おけるセンサ原点Ｓ（各軸方向のセンサ１７ｘ、１７ｙ
、１７ｚの測定原点を代表的に示した点である。）から
の座標をＲ（＃４．　＃５．　＃６）としこれも予め設
定する。第６図のシーケンスに関して第７図の測定、検
出原理をも考慮して再度、実研削終了後の動作を順次説
明する。

（１）〜（３）の過程は、ワークＷの形状、寸法により
各々任意に実施する。

（４）砥石位置測定 実研削後の研削開始点Ｐ”　（砥石４は磨滅と機械の熱
変位の影響を受けている。）の各軸座標Ｐ”（＃７．＃
８．＃９）をエアマイクロメータ装置７により測定し、
これをＮＣ制御装Ｗ１５の有する記憶部にメモリする。

（５）ワーク測定 次に、実研削後のワーク測定点Ｒ’　　（ワークＷは、
研削されて目標寸法に向け、寸法変化をしている。）の
各軸座標Ｒ’（＃１０．＃１１．＃１２）をセンサ装置
１７により測定し、この結果を同じ＜ＮＣ制御装置１５
の有する記憶部にメモリする。

（６）比較演算 研削前の砥石位ｉ１Ｐ　（＃１．　＃２．　＃３）　、
研削後の砥石位置Ｐ’（＃７．＃８．＃９）であるから
砥石位置変位の各軸変位量をそれぞれΔＸＧ。

ΔＹＧ、　　ΔＺＧとすれば ΔＸＧ＝＃７−＃１ ΔＹＧ＝１８−＃２ ΔＺＧ＝＃９−１３ により求まる。

またワーク測定点の目標寸法位置Ｒ（＃４．　＃５、＃
６）　、研削後のワーク測定点の位置Ｒ゛（＃１０、　
＃１１．　＃１２）であるからワーク切張し量の各軸成
分をΔＸＷ、ΔＹＷ、ΔＺＷとすればΔＸＷ＝＃　１０
−＃　４ ΔＹＷ＝＃１１−１５ ΔＺＷ＝＃１２−＃６ となる。

従って各軸において、砥石位置変位量とワーク切張し量
の両方の影響によるトータルでの加工誤差は Ｘ軸；ΔＸＧ＋ΔＸＷ Ｙ軸；ΔＹＧ＋ΔＹＷ Ｚ軸；ΔＺＧ＋ΔＺＷ となる。

従って研削加工における補正値はトータルの加工誤差を
キャンセルするために、これらを差し引けばよいから、
各軸の砥石位置の補正値を、夫々＃１３．＃１４．＃１
５とすると、演算式は＃１３＝−（ΔＸＧ＋ΔＸＷ）＝
＃１−＃７＋＃４−＃１０ ＃１４＝−（ΔＹＧ＋ΔＹＷ）＝＃２−＃８＋＃５−＃
１１ ＃１５＝−（ΔＺＣ＋ΔＺＷ）＝＃３−＃９十＃６−＃
１２ となる。

（７）補正値 以上の演算により各軸の砥石位置補正値＃１３、＃１４
、＃１５が決定されるから原点Ｑがら研削開始点Ｐへ移
動する指令において工具位置補正をかける。本システム
は上述の如くエアマイクロメータ装置７により砥石位置
変位量を検出し、且つ切り残し量検出センサ装置１７に
よりワークＷの切残し量を検出し、それを比較演算によ
りトータルで補正するものである。従ってこられの検出
動作を組合わせて定期的なインターバルで行い砥石位置
補正を順次出力してやれば、研削過程において作業停止
を来すこと無く、過渡的な補正・監視が可能となる。即
ち研削時間が長時間化することによる問題点である機械
の熱変位、砥石の摩耗等を全てキャンセルし、ワークの
切残し量を常に監視することができるので、ワーク加工
精度の自動的な管理が可能となる。

因みに、エアマイクロメータ装置７によるＮＣ工具研削
盤の補正実験結果を第８図に示す。

同実験結果によれば、砥石４の変位は補正しない場合は
、砥石径方向のＹ軸、Ｚ軸方向において顕著であるに反
し、補正後は略完全に補正されていることがわかる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による工具位置
変位の検出補正装置を具備した工具研削盤によれば、工
具である砥石の回転中に位置検出ができるので、砥石寸
法測定のためにわざわざ、砥石をその砥石軸から取り外
したり、測定後に再度装着する等の砥石着脱をしなくて
もすむので、加工時間の著しい短縮を図ることができる
。

検出サイクルを短縮することにより、過渡的な熱変位に
も対応でき、温度管理のコストダウンを図ることができ
る。

自動的に工具位置補正が行われ、加工物寸法の監視がで
きるので、寸法管理のコストダウンと研削作用の高精度
性を両立することができる。

等の諸効果を期待することができ、難研削性の材料から
なる加工工具を研削する場合でも、従来のように、研削
時間の長期化と合わせて加工精度も不充分になると言う
不利は完全に解消でき、作業者の介入がなくても、精度
の高い工具研削を達成できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ、１８図は、本発明に係る検出補正装置を備えた
ＮＣ工具研削盤の要部構成を示した正面及び側面図、第
２Ａ、２Ｂ図は砥石位置変位を測定するエアマイクロメ
ータ装置の具体的測定部構造を示す正面、側面図、第３
図はエアマイクロメータ装置のエアノズルによる測定原
理を示した部分拡大図、第４Ａ、４Ｂ図は、切り残し量
検出センサ装置によるワークの具体的測定構造を示す正
面、側面図、第５図は切り残し量検出センサ装置の他の
実施例を示した部分取り出し図、第６図は本工具研削盤
のシステム全体の動作を示すシーケンス図、第７図はエ
アマイクロメータ装置と切り残し量検出センサによる砥
石とワークの測定、検出原理を説明する説明図、第８図
は、本発明の工具位置変位の検出補正の効果を実験的に
示すグラフ図である。 １・・・ワークベース、２・・・・ワーク頭、３・・・
砥石ベース、４・・・砥石、 ５・・・砥石’ＪＲ１５ａ・・・スピンドル、７・・・
エアマイクロメータ、 ８・・・保持腕、１５・・・ＮＣＩＩＪ御装置、１６・
・・センサ保持腕、 １７・・・切り残し量検出センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＮＣ工具研削盤において、砥石スピンドルから充分
   に離れた熱影響の無い位置に設置されて砥石研削端面の
   一点と砥石研削外周面の２点とをＸ、Ｙ、Ｚ３軸方向の
   砥石位置変位量として非接触検出する３軸検出式のエア
   マイクロメータ装置と、検出されたエア圧力信号を電気
   信号に変換する変換装置と、被研削物（ワーク）から充 分に離れた熱影響の無い位置に設置されて被研削工具の
   切残し量を工具長さ方向の一点と工具径方向２点とにつ
   いて測定するためのセンサ装置とを具備して成り、これ
   らの６つの測定データをＮＣ装置に入力し、目標研削値
   に達するまで、砥石スピンドルを回転させたまま逐次的
   に砥石位置変位の補正を自動的に行うようにしたことを
   特徴としたＮＣ工具研削盤の工具位置変位の検出補正装
   置。 ２、前記センサ装置はコンタクトセンサに依って構成さ
   れている特許請求の範囲第１項に記載のＮＣ工具研削盤
   の工具位置変位の検出補正装置。 ３、前記センサ装置は、近接センサに依って構成されて
   いる特許請求の範囲第１項に記載のＮＣ工具研削盤の工
   具位置変位の検出補正装置。