JPH05253827A - 揺動研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 研磨圧を常に一定で、しかも、適正値化し、
かつ、研磨工具の偏心運動の駆動手段を高速・小動力化
し、さらに、自由曲面などの複雑な形状をもつワークの
表面を自動的かつ高精度に、しかも、均一に研磨し得る
揺動研磨装置を提供すること。 【構成】 外筒体（１）に浮遊支持機構（２）を介して
変位可能に支持された主軸支持体（３）に主軸（４）を
高速回転可能に設け、この主軸（４）と研磨工具（２
３）を把持する工具ホルダ（１１）との中心軸を偏心ハ
ウジング（１０）及び外側ホルダ（９）を介して偏心さ
せて取り付け、主軸（４）の回転により工具ホルダ（１
１）を偏心運動させると共に、主軸（４）に対し、工具
ホルダ（１１）が回転自在になるように取り付けた偏心
ハウジング（１０）及び外側ホルダ（９）を、自己倣い
制御装置（８）で自己倣い制御される主軸支持体（３）
に固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金型等の仕上げ加工に
使用される揺動研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に複雑な形状を持った金型等は、倣
いフライス盤、マシングセンター、放電加工機などで加
工後、仕上げ加工により鏡面仕上げされる。この仕上げ
加工は、複雑な形状であるため、従来、研磨工具による
手作業により行われており、きわめて非能率的であると
共に、均一性に欠けるものであった。

【０００３】従来から、金型等を研磨する場合、砥石を
揺動させると良好な仕上げ面が得られることが知られて
いる。そこで、研磨工具を上下に強制的に揺動させて研
磨する方法が行なわれているが、この場合、矩形状の溝
を持つワークを研磨するのに正方形の研磨工具を使用す
ることができず、また、底面の研磨もできなかった。

【０００４】そのため、特開昭59−1139号公報に示され
たような研磨装置が提案されている。この装置は、ワー
クを載せるテーブルを水平面内で自由に移動及び回転を
可能とすると共に、加工ヘッドには、主軸と研磨工具軸
との中心の偏心量を微小量だけ調整することができるホ
ルダを取り付け、さらに、加工ヘッドをワークに押しつ
けるためのレバーを設けた構成としている。この構成に
よって、研磨工具とワークの加工部（例えば、溝）との
方向性が多少ずれているような場合であっても自動的に
修正させ、正確に整合させて研磨を行わせるようにして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記研磨装置は、研磨
工具とワークとの整合を、研磨工具の偏心運動を駆動源
とするテーブルの自由運動により実現させているため、
つぎのような問題点がある。

【０００６】良好な自動整合が行われるためには、研
磨工具の偏心運動付与手段に大きな駆動力が要求される
と共に、ワークを含めたテーブルの慣性を極力小さくし
なければならない。しかも、良好な研磨結果を得るため
には揺動速度は高速であることが望ましく、そのために
は、研磨工具の偏心運動の駆動源に、高速・大トルクの
ものが必要となり、あまり現実的でなく、合理的でな
い。さらに、ワークを含めたテーブルの慣性を小さくせ
ねばならず、用途が限定され、一般的な研磨加工に向か
ない。

【０００７】研磨工具の偏心運動により、テーブルを
移動させるため、研磨工具とワークとの間には、必要以
上の研磨圧が作用し、工具の摩耗が著しく、安定した揺
動運動が得られない。

【０００８】偏心量は加工条件に合わせてその都度調
整し、かつ、偏心運動によりテーブルを移動させるため
強固にロックしなければならず作業性が悪い。

【０００９】底付きワークの場合、研磨圧は作業者が
レバーにより調整するため、その値が一定せず、良好な
研磨面を得るのが困難であり、また、研磨工程の自動化
ができない。

【００１０】本発明は、従来の装置の上記問題点に鑑み
て提案されたもので、その目的とするところは、研磨圧
を常に一定で、しかも、適正値化し、かつ、研磨工具の
偏心運動の駆動手段を高速・小動力化し、さらに、自由
曲面などの複雑な形状をもったワークの表面を自動的か
つ高精度に、しかも、均一に研磨し得る揺動研磨装置を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、外筒体に浮遊支持機構を介して三次元方
向に弾性変位可能で、かつ、調心的に支持された主軸支
持体と、主軸支持体に回転駆動可能に設置された主軸
と、主軸支持体と外筒体との間に設置され、主軸の三次
元方向の弾性変位を各方向毎に検出する検出器と、検出
器の検出信号により、研磨工具のワークに対する法線方
向の合成変位量が常に一定となるように外筒体を倣い動
作させる自己倣い制御装置と、主軸支持体に固着された
外側ホルダと、外側ホルダに主軸と同心状態で回転可能
にしかも軸方向・半径方向とも不動に支持され、前記主
軸に回転のみ一体的に行うように連結された偏心ハウジ
ングと、偏心ハウジングに前記主軸と所定の偏心量をも
って回転可能にしかも軸方向・半径方向とも不動に支持
された工具ホルダとを具備したものである。

【００１２】また、上記外側ホルダには、工具ホルダの
自由回転を拘束・解除操作可能な回転拘束手段を設置し
たものである。

【００１３】

【作用】外側ホルダは、自己倣い制御装置で倣い制御さ
れる外筒体内の主軸支持体に取付けてあり、この外側ホ
ルダは偏心ハウジングを介して工具ホルダを回転自在
で、かつ、主軸に対して偏心させて取付けてあるため、
工具ホルダに取付けた研磨工具のワークに対する研磨圧
が一定で、かつ、高速で揺動させることができるため良
好な研磨面が得られる。

【００１４】工具ホルダが、主軸に対して自由に回転で
きるため、長方形の形状の研磨工具で矩形の溝研磨をす
る場合でも、研磨残しがなく、均一な揺動研磨が行え
る。

【００１５】外側ホルダは、主軸支持体に確実に固定さ
れ、偏心ハウジング、工具ホルダ等の主要構成部品も外
側ホルダ内に軸方向・半径方向とも不動に支持されてい
るため剛性が高く、かつ、主軸の回転力のみが偏心ハウ
ジングに伝達されるため、良好な研磨面が得られる。

【００１６】また、回転拘束手段により工具ホルダの自
由回転を拘束することにより、研磨工具に確実な揺動動
作をさせることができ、かつ、拘束を解除することもで
き、ワークの表面形状等に応じて自由に選択できる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明に係る揺動研磨装置の主要部
の縦断側面図であって、（１）は外筒体、（２）は浮遊
支持機構、（３）は主軸支持体、（４）は主軸、（５）
（６）（７）は検出器、（８）は自己倣い制御装置、
（９）は外側ホルダ、（１０）は偏心ハウジング、（１
１）は工具ホルダ、（１２）は回転拘束手段を示してい
る。

【００１８】外筒体（１）は、例えば、図２に示すよう
に、自己倣い加工機械の主軸筒（１３）に装着され、ワ
ーク（１４）を装着するテーブル（１５）（１６）と共
に自己倣い制御装置（８）により、サーボモータ（１
７）（１８）（１９）を制御駆動してボールねじ（２
０）（２１）（２２）により主軸筒（１３）及びテーブ
ル（１５）（１６）が自己倣い制御され、ワーク（１
４）を仕上げ研磨加工するものである。

【００１９】浮遊支持機構（２）は、主軸支持体（３）
を外筒体（１）内に三次元方向へ弾性変位可能で、か
つ、調心的に支持するためのものである。具体的な構成
として、外筒体（１）内に直線案内軸受（２ａ）を介し
て外筒体（１）の軸線方向に摺動可能に嵌合され、常
時、スプリング（２ｂ）により外筒体（１）の一端（下
端）の係止フランジ部（１ａ）に圧接される摺動体（２
ｃ）を有し、この摺動体（２ｃ）に主軸支持体（３）の
フランジ部（３ａ）を鋼球（２ｄ）（２ｅ）を介して外
筒体（１）の軸線に直交する平面内で自由に移動できる
ように支持し、さらに、摺動体（２ｃ）の一部にスプリ
ング（２ｆ）を介して外筒体（１）の軸線方向へ押圧さ
れる保持器（２ｇ）を配置し、この保持器（２ｇ）に鋼
球（２ｈ）を配置し、この鋼球（２ｈ）を主軸支持体
（３）の円錐部（３ｂ）に圧接させ、これによって、主
軸支持体（３）を常時、調心作動させるようにしてい
る。

【００２０】主軸支持体（３）は、その中心軸線上に主
軸（４）を回転駆動可能に支持しており、かつ、主軸
（４）の駆動手段（３ｃ）を設置している。この駆動手
段（３ｃ）は、例えば、空気モータ方式（ベーンタイ
プ）のものが使用され、その一部の空気入口（３ｄ）に
外部の圧縮空気供給源（図示せず）から外筒体（１）の
接続口（１ｂ）を経由して高圧の圧縮空気を供給するこ
とにより、主軸（４）を10000ＲＰＭ以上の高速で回転
させるものが使用される。

【００２１】主軸（４）は、主軸支持体（３）に回転駆
動可能に支持されているが、軸方向及び半径方向には主
軸支持体（３）と一体的に変位するように構成されてい
る。

【００２２】検出器（５）（６）（７）は、外筒体
（１）内での主軸支持体（３）の三次元方向の弾性変位
を各方向毎に検出するように構成されている。例えば、
Ｘ方向の検出器（５）は、外筒体（１）内の保持ブロッ
ク（１ｃ）に回転可能に支持された変位変換レバー（５
ａ）を介して主軸支持体（３）の基準外周面（３ｅ）の
Ｘ方向変位量を軸方向変位量に変換して測定子（５ｂ）
で検出するように設置している。Ｙ方向の検出器（６）
は、外筒体（１）内の保持ブロック（１ｃ）に回動可能
に支持された変位変換レバー（６ａ）を介して主軸支持
体（３）の基準外周面（３ｅ）のＹ方向変位量を軸方向
変位量に変換して測定子（６ｂ）で検出するように設置
している。Ｘ方向検出器（５）とＹ方向検出器（６）と
は主軸（４）の中心軸線と直交する平面内で９０゜直交
させて配置している。Ｚ方向の検出器（７）は、主軸支
持体（３）のＺ方向変位量を摺動体（２ｃ）を介して測
定子（７ａ）で検出するように外筒体（１）内の保持ブ
ロック（１ｃ）に設置している。各方向の検出器（５）
（６）（７）は、例えば、差動変圧器で構成され、夫々
電気的な変位検出信号（ａ）（ｂ）（ｃ）として、外筒
体（１）のコネクタ（１ｄ）から自己倣い制御装置
（８）へ送信される。

【００２３】自己倣い制御装置（８）は、検出器（５）
（６）（７）の検出信号（ａ）（ｂ）（ｃ）により、研
磨工具（２３）のワーク（１４）に対する法線方向の合
成変位量が常に一定となるように、図２のサーボモータ
（１７）（１８）（１９）を制御駆動してボールねじ
（２０）（２１）（２２）を介して主軸筒（１３）及び
テーブル（１５）（１６）を自己倣い制御させ、ワーク
（１４）を均等に仕上研磨加工するものである。

【００２４】前記主軸支持体（３）の一端（下端）に
は、外側ホルダ（９）が固着されている。外側ホルダ
（９）は、図３に示すように、複合形軸受（２４）（２
５）を介して偏心ハウジング（１０）を主軸（４）と同
心状態で回転可能に、しかも、軸方向・半径方向とも不
動に支持している。偏心ハウジング（１０）は、内径と
外径とを一定量（ｅ）だけ偏心させてあり、その内径部
に複合形軸受（２６）（２７）を介して工具ホルダ（１
１）を回転可能に、しかも、軸方向・半径方向とも不動
に支持している。偏心ハウジング（１０）の一端（上
端）は、主軸（４）の一端（下端）と対向して配置さ
れ、主軸（４）側に取付けたカップリング継手（２８）
の係合溝（28ａ）に、偏心ハウジング（１０）側の係合
ピン（２９）を係合させて回転のみが伝達されるように
構成している。これによって、主軸（４）には、工具ホ
ルダ（１１）からの軸方向の衝撃等の悪影響が及ばない
ようにしている。工具ホルダ（１１）には、研磨工具
（２３）が装着されるものである。

【００２５】工具ホルダ（１１）は、偏心ハウジング
（１０）内で自由に回転することができるが、所定時、
自由回転を拘束するための遠隔操作可能な回転拘束手段
（１２）が外側ホルダ（９）に設置されている。この回
転拘束手段（１２）は、図３にその一例を示すように、
外側ホルダ（９）の一端（下端）にピストン（12ａ）を
組み込み、シリンダ（９ａ）を構成し、ピストン（12
ａ）の内周一部に溝（12ｂ）を設け、供給口（９ｂ）か
ら圧縮空気または圧油が遠隔操作によって供給されてピ
ストン（12ａ）が上昇したときに工具ホルダ（１１）に
取り付けたピン（11ａ）が溝（12ｂ）に入り込み、工具
ホルダ（１１）が主軸（４）と連れ回りしないようにし
ている。このピストン（12ａ）は、通常、スプリング
（12ｃ）により下方に押しつけられており、工具ホルダ
（１１）は自由に回転できる。

【００２６】本発明は以上の構成からなり、次に動作を
説明する。自己倣い制御装置（８）は、ワーク（１４）
に対する研磨工具（２３）の法線方向の変位が常に一定
となるように各方向のサーボモータ（１７）（１８）
（１９）を制御駆動するもので、研磨工具（２３）の各
方向の変位量は、検出器（５）（６）（７）によって検
出され、自己倣い制御装置（８）へフィードバックされ
ている。ワーク（１４）は、予め倣いフライス盤、マシ
ニングセンター、放電加工機などで最終形状に近い形状
まで加工されているものが対象であり、仕上げ加工を自
己倣い方式で研磨させるものである。

【００２７】図４に、輪郭倣い研磨を行ったときの研磨
工具（２３）の動きを示す。は研磨工具（２３）がワ
ーク（１４）に接触している状態を示しており、主軸
（４）は自己倣い制御装置（８）により定まる一定の合
成変位量εだけ法線方向に変位し、研磨工具（２３）の
中心（Ｏ₁）と主軸（４）の中心（Ｏ₂）とは偏心ハウジ
ング（１０）で定まる偏心量（ｅ）だけ離れている。時
間の経過とともに主軸（４）の回転により、主軸（４）
の中心（Ｏ₂）と研磨工具（２３）の中心（Ｏ₁）との関
係位置は、図４の〜のように変化する。これを主軸
（４）の中心（Ｏ ₂）から見ると、研磨工具（２３）
は、主軸（４）を中心として、半径（ｅ）の円運動をし
ていることになる。このとき、研磨工具（２３）は前記
の自己倣い制御装置（８）により定まる一定の研磨圧で
常にワーク（１４）に接触しているため、研磨工具（２
３）は、ワーク（１４）に一定の研磨圧で接触している
ため、研磨工具（２３）は、ワーク（１４）に一定の研
磨圧で接触しながら倣い方向に沿って揺動研磨を行なう
ことになる。

【００２８】上記主軸（４）の合成変位量εには、揺動
運動による変位成分が含まれることになるが、主軸
（４）の回転数は、通常、毎分4000回転以上であり、倣
い動作の応答速度に比べ遥かに高く、倣い精度に与える
影響は少ない。また、揺動速度は既知であるため、揺動
運動による変位成分は、フィルタ等により除去できる性
質のものである。

【００２９】また、工具ホルダ（１１）は、主軸（４）
に対し、自由に回転できるため、図５に示すようにワー
ク（１４）のコーナー部を通過する際も研磨工具（２
３）はワーク（１４）に対し、回転する必要はなく、そ
の接触面を変えるだけで揺動研磨を続行する。そのた
め、研磨残しまたは研磨工具（２３）による研磨面のダ
レを生じることがない。

【００３０】次に、図６に表面倣い研磨を行なったとき
の研磨工具（２３）の動きを示す。この場合、主軸
（４）は進行方向に一定の合成変位量εだけ変位し、研
磨工具（２３）は主軸（４）の回りを半径（ｅ）で円運
動することにより、ワーク（１４）の表面の揺動研磨を
行なう。

【００３１】なお、ワーク（１４）の表面の形状によっ
ては、主軸（４）と研磨工具（２３）とがつれ回りし、
揺動の不完全な状態を生じることがあり、これを防止す
るため、外側ホルダ（９）の下端のシリンダ（９ａ）に
圧縮空気等を供給し、回転拘束手段（１２）のピストン
（12ａ）を移動させ、ピストン（12ａ）の内周に設けた
溝（12ｂ）に工具ホリダ（１１）のピン（11ａ）を入
れ、工具ホルダ（１１）の回転を拘束規制することがき
る。

【００３２】さらに、主軸（４）に固定したカップリン
グ継手（２８）の係合溝（28ａ）と偏心ハウジング（１
０）の係合ピン（２９）との構成により、主軸（４）の
回転のみが偏心ハウジング（１０）に伝えられるため、
主軸（４）には軸方向荷重や芯ずれによる偏荷重がかか
らない。

【００３３】上記した実施例は、本発明の一例であっ
て、本発明は、これに制約されるものではなく、同様な
作用効果を奏する他の手段を採用して実施することがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、自己倣い制御装置で自
己倣い制御される主軸に、外側ホルダ、偏心ハウジング
及び工具ホルダからなる揺動装置を取り付けており、研
磨圧が一定で、かつ、高速で揺動するため、良好な研磨
面が得られる。また、工具ホルダは、主軸に対して自由
回転できるため、長方形の形状の研磨工具で矩形の溝研
磨をする場合でも、研磨残しがなく、均一な揺動研磨を
行なうことができる。そして、外側ホルダは、自己倣い
制御装置で自己倣い制御される主軸支持体に確実に固定
され、偏心ハウジング、工具ホルダ等の主要構成部品は
２点支持で外側ホルダ内に組み込まれているため、剛性
が高く、かつ、主軸の回転力のみがカップリグ継手によ
り伝達されるため、良好な研磨面が得られる。さらに、
表面形状等に応じて、圧縮空気等をシリンダに供給し、
ピストンを移動させ、工具ホルダの自由回転を遠隔操作
で規制することにより、確実な揺動動作をさせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る揺動研磨装置の主要部の縦断側面
図。

【図２】自己倣い加工機械の一例を示す概略構成図。

【図３】（Ａ）本発明に係る揺動研磨装置の拡大縦断側
面図。 （Ｂ）は図３におけるカップリング継手部の横断平面
図。 （Ｃ）は図３における回転拘束手段の横断平面図。

【図４】本発明による輪郭倣い研磨時の研磨工具の動作
順序説明図。

【図５】本発明による研磨工具のワークコーナー部の動
作を示す説明図。

【図６】本発明による表面倣い研磨時の研磨工具の動作
順序説明図。

【符号の説明】

１ 外筒体 ２ 浮遊支持機構 ３ 主軸支持体 ４ 主軸 ５、６、７ 検出器 ８ 自己倣い制御装置 ９ 外側ホルダ １０ 偏心ハウジング １１ 工具ホルダ １２ 回転拘束手段 １４ ワーク ２３ 研磨工具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒体に浮遊支持機構を介して三次元方
   向に弾性変位可能で、かつ、調心的に支持された主軸支
   持体と、 主軸支持体に回転駆動可能に設置された主軸と、 主軸支持体と外筒体との間に設置され、主軸の三次元方
   向の弾性変位を各方向毎に検出する検出器と、 検出器の検出信号により、研磨工具のワークに対する法
   線方向の合成変位量が常に一定となるように外筒体を倣
   い動作させる自己倣い制御装置と、 主軸支持体に固着された外側ホルダと、 外側ホルダに主軸と同心状態で回転可能にしかも軸方向
   ・半径方向とも不動に支持され、前記主軸に回転のみ一
   体的に行うように連結された偏心ハウジングと、 偏心
   ハウジングに前記主軸と所定の偏心量をもって回転可能
   にしかも軸方向・半径方向とも不動に支持された工具ホ
   ルダとを具備したことを特徴とする揺動研磨装置。
2. 【請求項２】 外側ホルダには、工具ホルダの自由回転
   を拘束・解除操作可能な回転拘束手段を設置したことを
   特徴とする請求項１に記載の揺動研磨装置。