JPH0192056A - 倣い研削装置 - 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、先端に研削用砥石を回転自在に保持した研削
加工ヘッドにおいて、研削用砥石がワークの加工面に倣
って研削加工するＮＧ倣い研削装置に関する。

（従来の技術） 例えば、プラスチックの金型加工等において、フライス
加工や放電加工などで前加工された金型の加工面の仕上
げ研削やみがきには、熟練者の手作業が不可欠となって
いたが、近年この作業を自動化する方法が考えられてき
た。

従来、この種の自動研削装置として例えば第８図のよう
に、砥石１の回転主軸２を回転自在に支持する主軸ヘッ
ド３は、Ｙ軸およびＺ軸方向に送り移動されるサドル４
に支持され、その回転主軸の回転軸線はＺ軸方向に固定
されている。そして、回転主軸２をエアータービン等に
よって回転駆動させながら、例えば圧力センサＳによっ
てワーク加工面Ｗａに対する回転主軸２の軸方向の押圧
力Ｆが一定となるように、ＮＣ装置５を介してサドル４
のＺ軸方同送り用サーボモータ６を自動制御し、回転主
軸２を軸方向にすなわちＺ軸方向に送り制御することに
より、砥石１が常に一定の押圧力Ｆを維持しながら移動
テーブル上のワークＷの加工面Ｗａに倣って研削加工す
る定圧倣い研削方式がとられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような従来方式では゛、主軸ヘッド３はサ
ドル４に対し、Ｚ軸方向の一定の姿勢受固定されている
ため、３次元的に複雑な自由曲面形状のワークの加工面
Ｗａに倣い研削を行う場合において、例えば第８図のよ
うな略半球状の倣い研削用砥石１は上記加工面Ｗａに対
し、Ａ点を研削する場合とＢ点を研削する場合とでは、
加工面Ｗａと接触する砥石１上の研削部位が異なる。す
なわち、第９図（ａ）（ｂ）で示すようにＡ点とＢ点と
では砥石１とワーク表面との接触角θはがθａ〉θｂと
なって異なる。このため、回転主軸２を一定回転させて
研削した場合、上記Ａ点とＢ点とではそれぞれ砥石１が
ワークＷを研削する研削速度が異なってくる。

各種の砥石は、要求品質やワーク素材などによりそれぞ
れ最適な加工条件としての砥石固有の最適研削速度が与
えられているが、従来の装置では、ワークＷとの接触角
θが変化してしまい、上記最適研削速度を維持すること
ができず、例えば研削速度が速すぎて砥石１に異常な過
負荷がかがり砥石寿命を低下させたり、逆に研削速度が
遅すぎて研削効率を低下させるなど安定した研削が行え
ないという問題点を生じていた。

そこ↑、本発明は、加工するワーク表面の傾きを検出し
、研削用砥石とワーク表面との接触角が常に一定となる
ように砥石軸の角度を制御することにより、ワークと接
触する砥石の研削部位を常に一定として砥石の最適研削
速度を確実に維持でき、上記問題点を解決しようとする
ものである。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明は、先端の研削用砥石を回転自在に保持
した研削加工ヘッドを、その砥石軸をたがいに直交する
２方向に傾き調整可能に構成し、ヘッド先端に設けた２
個の距離センサの測定値をもとに、砥石軸と加工するワ
ーク面との角度が常に一定となるように傾き制御するこ
とにより、砥石と加工するワーク表面との接触角を常に
一定とし、さらに砥石上の研削部位を一定としてその砥
石固有の最適研削速度を確実に維持して、最適な加工条
件のもとで安定した効率良い倣い、研削加工が行なわれ
るようにしたものである。

すなわち、本発−明は、先端に研削用砥石を回転自在に
保持した研削加工ヘッドを、Ｘ、Ｙ％Ｚの８軸方向に送
り制御してワークの加工面に倣って研削加工する倣い研
削装置において、上記研削加工ヘッドを、上記研削用砥
石の砥石軸を回転自在に支持した砥石ホルダーと、この
砥石ホルダーを砥石先端側を中心とする第１の円弧運動
を可能に支持する第１の支持機構と、この第１の円弧運
動を駆動する第１の円弧駆動モータと、上記砥石ホルダ
ーを上記第１の円弧連動と直交する方向の砥石先端側を
中心とする第２の円弧運動を可能に支持する第２の支持
機構と、この第２の円弧運動を駆動する第２の円弧駆動
モータとで構成し、かつ、上記砥石ホルダーに、ワーク
との距Ｓ！を測定する第１の距離センサとこの第１の距
離センサとは異なる角度位置に第２の距離センサをそれ
ぞれ所定位置に固定するとともに、上記第１の距離セン
サからの測定値が予め設定された第１の設定値と一致す
るように上記第１の円弧駆動モータを駆動制御すると同
時に上記第２の距離センサがらの測定値が予め設定され
た第２の設定値と一致するように上記第２の円弧駆動モ
ータを駆動制御し、加工するワーク面に対し上部研削用
砥石を常に所定角度に保持しながら倣い研削するように
構成したものである。

（実施例） 以下、本発明の具体的な構成を説明する。

第１図は本発明の倣い研削装置を示す正面図、第２図は
その側面図、第３図は第１の支持機構における第１の円
弧運動を示す図、第４図は第２の支持機構における第２
の円弧運動を示す図、第５図は２個の距離センサとワー
ク面との関係を示す斜視図、第６図は第１の平面上での
距離センサとワーク面との関係を示す図、第７図は第１
および第２の円弧運動の制御回路図、第８図は従来の装
置を示す正面図、第９図（ａ）（ｂ）は従来の研削状態
を説明するための図である。

まず、第１図および第２図において、本装置は全体とし
て、本体７、この本体７に固定したテーブル案内台８、
このテーブル案内台−８に沿って紙面垂直方向のＸ軸方
向に摺動移動されるスライドテーブル９、このテーブル
９の上方において上記本体７に一体的に形成されたＹ軸
方向案内面１０１この案内面１０に沿ってＹ軸方向に案
内摺動される第１サドル１１、この第１サドル１１に一
体的に形成されたＺ軸方向案内面１２、この案内面１２
に沿ってワークＷとの接離方向であるＺ軸方向に案内摺
動される第２サドル１３、この第２サドル１３に装着さ
れた後述する研削加工ヘッド１４、および上記スライド
テーブル９、第１サドル１１、第２サドル１３をそれぞ
れ送り駆動する各サーボモータ１５．１６．１７よりな
り、ＮＣ装置によりこれらの各サーボモータ１５．１６
、ＩＴを同時制御することによりワーク面Ｗａ形状に倣
った一定の合成送り速度で送り制御される。

第２サドル１３は、上端に上記サーボモータ１７を有し
、このサーボモータ１７のモータ軸に連結した送りねじ
１８が上記第１サドル１１に固定されたナツト部１９と
螺合し、上記サーボモータ１７を介して送りねじ１８を
回転させることによりＺ軸方向すなわち上下方向に送り
駆動される。

研削加工ヘッド１４は、例えばエアータービン等で回転
駆動され、かつ圧力センサ等によりＺ軸制御を伴って常
に軸方向に一定圧で弾性的に保持された図示しない回転
主軸を内装し、この回転主軸を介して先端に上記研削用
砥石１の砥石軸Ｃを回転自在に支持した砥石ホルダー２
０と、この砥石ホルダー２０を第１の円弧運動および第
２の円弧運動を可能に支持する第１の支持機構２１およ
び第２の支持機構２２と、それらの支持機構２１．２２
に設けられ、それぞれの円弧運動を駆動する第１の円弧
駆動モータ２８および第２の円弧駆動モータ２４とで構
成されている。

上記砥石１は、先端を略球面状の砥石面を有する回転体
に形成され、自由曲面状の加工面Ｗａに対し倣い研削が
可能な形状となっている。

上記第１の支持機構２１は上記砥石ホルダー２０を例え
ばＹ軸とＹ軸とでなる第１の平面上を砥石先端側を略中
心とする第１の円弧連動を可能に支持するものである。

一方、上記第２の支持機構２２は上記砥石ホルダー２０
ｔ−例えば砥石軸ＣとＸ軸とでなる第２の平面上を砥石
先端側を略中心とする第２の円弧運動を可能に支持する
ものである。

次に、第１の支持機構２１について、第１図により詳述
する。

第２サドル１３の下端部には、上記円弧運動案内支持部
２５が一体に設けられている。この案内支持部２５の案
内面２５ａは、砥石１上の成る１点Ｅを略中心とした円
弧を形成しており、この案内面２５ａに円弧形状のラッ
ク部材２６が円弧方向に摺動自在に案内支持されている
。

このラック部材２６の上面円弧面には第２図で示すよう
にラック２７が形成され、円弧案内支持部２５側に設け
られた第１の円弧駆動モータとしてのサーボモータ２３
のモータ軸に取付けたビニオン２８が上記ラック２７と
噛合し、サーボモータ２８の回転なビニオン２８、ラッ
ク２７１Ｍ：介して上記第２の支持機構２２側に第１の
円弧運動として伝達するようになっている。

このラック部材２６に、上記第２の支持機構２２および
砥石ホルダー２０が支持されており、ラック部材２６と
ともに、第２の支持機構２２と砥石ホルダー２０とが、
第３図のように、第１の平面上を先端側の点Ｅを略中心
として左右に円弧運動されるようになっている。

なお、この円弧運動の中心となる点Ｅは、砥石面上の或
は砥石１の内外のどの点を設定してもよいが、なるべく
砥石１表面の球面形状に沿って円弧運動でき、しかも円
弧運動によるワーク加工面Ｗａ上の加工点の位置ずれが
少ないような１点を定めれば最適である。

次に、第２の支持機構２２について、第２図により詳述
する。

上記ラック部材２６の中間部より後方へ向かって戻り方
向案内支持部２９が一体に突設されている。この案内支
持部２９に、門形ブラケット８０が前後方向すなわちＸ
軸方向に摺動自在に案内支持されている。そして、この
ブラケット３０の下端部で、上記砥石ホルダー２０が支
持ビン３１を介して上記第２の平面に沿って回動自在に
枢支され、またこのブラケット８０の中間部で、その内
部において、ギヤ３２．３３を一体に有するアイドルギ
ヤが軸８４を介して上記第２の平面に沿って回動自在に
枢支されている。

この一方のギヤ３３の下方において、上記砥石ホルダー
２０の上部に円周部のみ歯部を形成した上記支持ビン３
１を中心とする扇状ギヤ８５が一体に取り付けられ、そ
の歯部が上記ギヤ３８に噛合されている。

また、上記ギヤ３３の上方において、上記戻り方向案内
支持部２９の下面にはＸ軸方向に長いラック８６が一体
に突出形成され、上記ギヤ８８に噛合されている。

さらに、上記ブラケット８０の一側上部には上記第２の
円弧駆動モータとしてのサーボモータ２４が取付けられ
、このサーボモータ２４のモータ軸に取付けたビニオン
３７が上記ギヤ８２と噛合し、サーボモータ２４の回転
をビニオン８７、ギヤ８２、ギヤ８３、ギヤ３５ｔ−介
して砥石ホルダー２０に同一方向の回転を伝達するよう
になっている。これと同時に第４図に示すようにギヤ８
３が固定側の上記ラック８６を伝って転動し、砥石ホル
ダー２０を保持したままブラケット３０が前後方向にシ
フト移動されるようになっている。

すなわち、第４図のように、砥石ホルダー２０が支持ビ
ン３１１Ｎ：中心に揺動することによって、砥石軸Ｃの
傾き角が調整される。これとともに、この揺動により砥
石１先端がもとの位置からずれるため、この移動分をブ
ラケット８０のＸ軸方向の移動によりもどしている。一
方、Ｚ軸方向のずれは、上記圧力センサによるＺ軸方向
制御により補正可能に構成されている。従って、砥石先
端の位置を維持したまま、砥石軸Ｃの角度に変化を今え
、砥石ホルダー２０を第２の平面上を点Ｅを略中心とし
て円弧運動させる第２の円弧運動を行わせている。

また、上記砥石ホルダー２０の外周壁には、２個の距離
センサ３８．３９がたがいに異なる角度位置に設けられ
ている。この第１の距離センサ８８は、第５図および第
６図で示すように砥石軸Ｃから例えばＹ軸方向へ所定距
離ｍｐ離れた所定位置Ｐに取付けられ、Ｐ点とワーク加
工面Ｗａとの距離１ｐを測定するもので、第２の距離セ
ンサ８９は、砥石軸Ｃから例えばＸ軸方向へ所定距離ｍ
ｑ離れた所定位置Ｑに取付けられ、Ｑ点とワーク加工面
Ｗａとの距離１ｑを測定するものである。

この距離センサ３８．３９は、例えばリニアポテンショ
や電動トランス等の接触式センサを用いてもよく、或は
光学式距離センサや静電容量式距離センサ等の非接触式
センサを用いてもよい。

この２つの距離センサ３８，３９によってそれぞれのワ
ーク加工面Ｗａとの距離１ｐ％ＩＱが測定されると、砥
石１と加工面Ｗａとの接触点Ｅの座標データとともに、
ワーク加工面Ｗａ上の８点の座標が解かり、これにより
、ワーク加工面Ｗａの傾きを容易に知ることができる。

例えば、第６図に示すように、砥石１のＣ軸とワーク加
工面Ｗａの接触点での法線とからなる接触角θは最適な
加工゛条件に基づいてθ１と設定する。このとき固定し
たセンサ位置Ｐからのワーク加工面Ｗａとの距離１ｐｔ
は幾何的に定まり、同様に固定したセンサ位置Ｑからの
ワーク加工面Ｗａとの距離ＩＱ１が決定される。

そして、第７図の制御回路図で示すように、上記１１）
ｔを第１の設定値として設定器４０に予め設定しておく
とともに、上記１ｑｔｔ！：第２の設定値として設定器
４１に予め設定しておく。加工中は各センサ３８．３９
によりワーク加工面Ｗａとセンサとの距離ｉｐとＩＱが
測定される。このときそれぞれ１ｐ＝ｌｐ１．１ｑ＝Ｉ
ｑｔ　となるように、それぞれの比較器４２．４３を介
して測定値と設定値との差、すなわちｌｐ　　１１）ｔ
、１ｑ−ＩＱｔの値が、第１および第２のサーボモータ
２８．２４の各サーボアンプ４４．４５に送られる。

なお、４６．４７は各サーボモータ２８．２４の・タコ
ジェネレータである。

このようにして、１ｐｌｐ１の信号をもって第１のサー
ボモータ２３が回転駆動されると、第２の支持機構２２
および砥石ホルダー　２０ｔ’保持したラック部材２６
が、第１の平面上を点Ｅを略中心とした第１の円弧運動
を行ない、第１の平面上における砥石１のワーク加工面
Ｗａとの接触角θが常にθ１と一定になるように制御さ
れる。これと同時に、ｌｑ　　ｌｑｔの信号をもって第
２のサーボモータ２４が回転駆動されると、第２の支持
機構２２を介して砥石ホルダー２０が第２の平面上を点
Ｅ１Ｍ：略中心略中心第２の円弧運動を行ない、第２の
平面上における砥石１のワーク加工面Ｗａとの接触角θ
が常にθ１と一定になるように制御される。

このように、２個の距離センサ３８．３９によって互い
に直交する２方向での接触角制御を行っているので、ワ
ークＷ面に沿った砥石１の研削送り方向がどの方向に向
いていても、或はワーク加工面Ｗａが不定方向によじれ
た曲面をもっていても、加工するワーク加工面Ｗａの傾
きは２個の距離センサ８８．３９によって確実に検知で
き、その測定値をもとに砥石軸Ｃの２方向の角度制御を
同時に行うことによって、ワーク加工面Ｗａに対し、常
に一定の接触角θ１が保たれる。なお、センサーの取付
位置の２方向は本実施例のようにＸおよびＹ方向と一致
させたものに限らずＸ％Ｙ方向と一致しないいずれの方
向や角度に設定してもよい。

また、第１の支持機構２１も第２の支持機構２２のよう
に、アイドルギヤを介して砥石ホルダー２０に回転を与
えるとともに、基部側ｅＹ力方向直線戻しするような機
構とすることもでき、また、第２の支持機構２２も第１
の支持機構２１のように、円弧案内支持部に対し、第２
の円弧運動の軌跡に沿った円弧状のラック部材を駆動側
のピニオンに噛合させた機構とすることも可能である。

さらに、各ギヤのかわりにウオームギヤやベルト伝動や
或はリンク機構など他の伝動構造を用いることもできる
。

（発明の効果） 本発明によれば、倣い研削時、Ｘ、Ｙ％Ｚの３軸送り制
御の他、サドルに対し、研削加工ヘッドの砥石ホルダー
が先端側の定めた１点を略中心とする互に直交する２方
向の円弧運動を可能とし、砥石ホルダーに取り付けた２
個の距離センサによって常にワーク加工面との距離を測
定し、その測定値をそれぞれ予め設定した設定値と一致
させるように各円弧運動を駆動制御するようにしたので
、砥石軸は上記２方向に傾き制御されるため、加工する
ワーク表面と砥石の接触角が常に一定に保たれる。　す
なわち、ワーク面に沿った砥石の研削送り方向がどの方
向に向いていても、或はワーク加工面が不定方向によじ
れた曲面をもっていても、砥石に対するワーク加工面の
傾きは上記２個の距離センサによって確実に検知でき、
その測定値をもとに砥石軸の２方向の角度制御を同時に
行うことによって、ワーク加工面に対し、常に一定の接
触角が保たれる。

このように、複雑な自由曲面形状のワーク加工面に対し
ても容易に、砥石の常に定まった部位でワーク加工面を
研削することができるため、その砥石固有の最適な研削
速度を保つことができる。

このため、非常に仕上げ面が均一で安定した倣い研削が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の倣い研削装置を示す正面図、第２図は
その側面図、第３図は第１の支持機構における第１の円
弧運動を示す図、第４図は第２の支持機構における第２
の円弧運動を示す図、第５図は２個の距離センサとワー
ク面との関係を示す斜視図、第６図は第１の平面上での
距離センサとワーク面との関係を示す図、第７図は第１
および第２の円弧運動の制御回路図、第８図は従来の装
置を示す正面図、第９図（ａ）（ｂ）は従来の研削状態
を説明するための図である。 １・・・研削用砥石、１８・・・サドルとしての第２サ
ドル、１４・・・研削加工ヘッド、２０・・・砥石ホル
ダー、２１・・・第１の支持機構、２２・・・第２の支
持機構、２８・・・第１の円弧駆動モータとしてのサー
ボモータ、２４・・・第２の円弧駆動モータとしてのサ
ーボモータ、３８・・・第１の距離センサ、８９・・・
第２の距離センサ、４０・・・第１の設定値を設定する
設定器、４１・・・第２の設定器を設定する設定器、Ｃ
・・・砥石軸、Ｐ％Ｑ・・・所定位置、Ｗ・・・ワーク
。 特許出願人　　　株式会社　日子トヤマ第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端に研削用砥石を回転自在に保持した研削加工
   ヘッドを、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に送り制御してワーク
   の加工面に倣つて研削加工する倣い研削装置において、
   上記研削加工ヘッドを、上記研削用砥石の砥石軸を回転
   自在に支持した砥石ホルダーと、この砥石ホルダーを砥
   石先端側を中心とする第１の円弧運動を可能に支持する
   第１の支持機構と、この第１の円弧運動を駆動する第１
   の円弧駆動モータと、上記砥石ホルダーを上記第１の円
   弧運動と直交する方向の砥石先端側を中心とする第２の
   円弧運動を可能に支持する第２の支持機構と、この第２
   の円弧運動を駆動する第２の円弧駆動モータとで構成し
   、かつ、上記砥石ホルダーに、ワークとの距離を測定す
   る第１の距離センサとこの第１の距離センサとは異なる
   角度位置に第２の距離センサをそれぞれ所定位置に固定
   するとともに、上記第１の距離センサからの測定値が予
   め設定された第１の設定値と一致するように上記第１の
   円弧駆動モータを駆動制御すると同時に上記第２の距離
   センサからの測定値が予め設定された第２の設定値と一
   致するように上記第２の円弧駆動モータを駆動制御し、
   加工するワーク面に対し上記研削用砥石を常に所定角度
   に保持しながら倣い研削することを特徴とする倣い研削
   装置。