JPH057144B2 - - Google Patents

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JPH057144B2
JPH057144B2 JP59118744A JP11874484A JPH057144B2 JP H057144 B2 JPH057144 B2 JP H057144B2 JP 59118744 A JP59118744 A JP 59118744A JP 11874484 A JP11874484 A JP 11874484A JP H057144 B2 JPH057144 B2 JP H057144B2
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JP
Japan
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grinding wheel
displacement
polishing
workpiece
grindstone
Prior art date
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JP59118744A
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Japanese (ja)
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JPS60263663A (en
Inventor
Seido Koda
Koji Ishibashi
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Osaka Kiko Co Ltd
Original Assignee
Osaka Kiko Co Ltd
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Publication date
Application filed by Osaka Kiko Co Ltd filed Critical Osaka Kiko Co Ltd
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Publication of JPH057144B2 publication Critical patent/JPH057144B2/ja
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は表面研磨方法および装置に関するもの
であり、更に詳しくは、コンピユータを接続した
数値制御工作機械に於けるワーク表面の定圧研磨
方法および装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] A. Object of the Invention Industrial Application Field The present invention relates to a surface polishing method and apparatus, and more specifically, a constant pressure polishing method for a workpiece surface in a numerically controlled machine tool connected to a computer. and equipment.

従来の技術 自由曲面を有するワーク、例えば金型の製作に
際しては、まず倣いフライス盤もしくはマシニン
グセンタ等の工作機械により荒仕上げを施し、こ
の後ハンドグラインダ等の手動工具により平滑化
加工、所謂、仕上げ研磨加工を施すのが普通であ
る。荒仕上げについては高度に自動化された数値
制御工作機械や倣い工作機械を使用しているた
め、極めて高能率な自動加工が可能である。しか
しながら、仕上げ研磨加工に於いては手動工具に
よる手仕上げに依存しているのが実情であり、研
磨工程の自動化ならびにワークの寸法精度の向上
を図る上に看過することのできない障害が認めら
れた。
Conventional technology When manufacturing a workpiece with a free-form surface, such as a mold, first rough finishing is performed using a machine tool such as a copy milling machine or machining center, and then smoothing is performed using a hand tool such as a hand grinder, so-called final polishing. It is common to apply For rough finishing, highly automated numerically controlled machine tools and copying machine tools are used, allowing extremely highly efficient automatic machining. However, the reality is that final polishing relies on manual finishing using hand tools, and it has been recognized that this is an obstacle that cannot be overlooked when trying to automate the polishing process and improve the dimensional accuracy of the workpiece. .

斯かる研磨工程の自動化を達成するため、これ
迄に種々の方策が提案されている。その一例とし
て、マシニングセンタの主軸に研磨砥石を装着
し、主軸の回転によりワーク表面を研磨する方法
が知られている。しかしながら、この方法では砥
石回転軸の移動軌跡がコンピユータに予めインプ
ツトされているワークの加工プログラムに規定さ
れており、該加工プログラムに従つて砥石を移動
するだけでは充分な寸法精度を備えた研磨加工面
が得られないのが実情である。
In order to achieve automation of such a polishing process, various measures have been proposed so far. As an example, a method is known in which a grindstone is attached to the main shaft of a machining center and the surface of the workpiece is polished by rotation of the main shaft. However, in this method, the locus of movement of the grinding wheel rotation axis is defined in the workpiece machining program that is input into the computer in advance, and simply moving the grinding wheel according to the machining program is insufficient for polishing with sufficient dimensional accuracy. The reality is that you cannot get a face.

発明が解決しようとする問題点 上記数値制御工作機械によるワーク表面の研磨
加工に於いて実用上充分な寸法精度が得られない
理由として下記の要因が挙げられる。
Problems to be Solved by the Invention The following factors can be cited as reasons why practically sufficient dimensional accuracy cannot be obtained in polishing the surface of a workpiece using the above-mentioned numerically controlled machine tool.

砥石は一般に切削工具に比較して剛性が低
く、しかも砥石の研磨量は桁違いに大きい。こ
のため、研磨工具に切削工具と同一の移動軌跡
を与えても、砥石の研磨および形状の変化によ
り空研磨状態になる場合が少なくない。
Grinding wheels generally have lower rigidity than cutting tools, and moreover, the amount of grinding that a grinding wheel can do is an order of magnitude greater. For this reason, even if the polishing tool is given the same movement locus as the cutting tool, it often ends up in an empty polishing state due to polishing of the grindstone and changes in shape.

砥石表面とワークの間に所定の接触圧を与え
ながら両者を相対移動させることによつて研磨
表面から切粉が排出される。この切粉排出機能
を持続するためには、砥石の表面とワークの間
に働く接触圧を常に一定の水準に維持する必要
がある。しかるに砥石そのものが弾性体であ
り、且つ、砥石摩耗の進行に伴つて砥石の形状
が不規則に変化する。仕上げ研磨加工の目的
は、荒仕上げ工程で得られたワークの寸法精度
をでき得る限り維持しながら表面あらさを改善
することであり、このためには上記接触圧を常
に一定の水準に維持し得ることが必要条件とな
る。しかるに、在来の数値制御工作機械による
ワークの自由曲面の研磨に於いては、砥石摩耗
の進行に伴つてワークと砥石の間の接触圧が経
時的に変化し、このため、ワークの寸法精度が
著しく損なわれていた。
Chips are discharged from the polishing surface by moving the grindstone surface and the workpiece relative to each other while applying a predetermined contact pressure between the two. In order to maintain this chip evacuation function, it is necessary to maintain the contact pressure between the surface of the grindstone and the workpiece at a constant level. However, the grindstone itself is an elastic body, and the shape of the grindstone changes irregularly as the grindstone wears. The purpose of the final polishing process is to improve the surface roughness while maintaining as much as possible the dimensional accuracy of the workpiece obtained in the rough finishing process, and for this purpose, the above contact pressure must always be maintained at a constant level. This is a necessary condition. However, when polishing a free-form surface of a workpiece using a conventional numerically controlled machine tool, the contact pressure between the workpiece and the grinding wheel changes over time as the grinding wheel wears, and as a result, the dimensional accuracy of the workpiece changes over time. was severely impaired.

本発明の主要な目的は、公知の数値制御工作機
械によるワーク表面の研磨方法に認められた上記
の如き問題点を解消し得る表面研磨方法および装
置を提供することにある。
A main object of the present invention is to provide a surface polishing method and apparatus which can solve the above-mentioned problems observed in the known methods of polishing the surface of a workpiece using a numerically controlled machine tool.

本発明の他の主要な目的は、定圧研磨ヘツドか
ら発信される砥石回転軸の変位検出信号により砥
石の移動軌跡を自動修正し得るようにした、数値
制御装置に付加的な倣い機能を具備せしめた表面
研磨装置を提供することにある。
Another main object of the present invention is to provide a numerical control device with an additional tracing function that can automatically correct the movement trajectory of the grindstone based on the displacement detection signal of the grindstone rotation axis transmitted from the constant pressure polishing head. The object of the present invention is to provide a surface polishing device with improved surface polishing properties.

ロ 発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は、数値制御工作機械の主軸に装着され
た定圧研磨ヘツドの工具によるワーク表面の研磨
加工に於て、砥石回転軸を定圧研磨ヘツドに対し
て弾性変位自在に支持し、ワークとの接触による
砥石回転軸のX軸、Y軸およびZ軸方向の弾性変
位を砥石回転軸の軸線方向の変位量として検出
し、該検出変位量をコンピユータに予めインプツ
トされているワーク加工プログラムの指令値に加
算或いは減算して砥石回転軸の移動軌跡を修正し
つつ砥石を移動してワーク表面を定圧研磨する表
面研磨方法を第1の要旨とするものである。
(b) Means for Solving the Problems in the Structure of the Invention The present invention provides a method for polishing the surface of a workpiece using a constant pressure polishing head tool attached to the main shaft of a numerically controlled machine tool. The elastic displacement of the grinding wheel rotation shaft in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions due to contact with the workpiece is detected as the amount of displacement in the axial direction of the grinding wheel rotation shaft, and the detected displacement amount is sent to a computer. The first gist is a surface polishing method in which the workpiece surface is polished at a constant pressure by moving the grindstone while correcting the movement locus of the grindstone rotation axis by adding or subtracting command values from a workpiece machining program input in advance. be.

本発明はまた、数値制御工作機械の主軸に装着
された定圧研磨ヘツドの砥石回転軸を、定圧研磨
ヘツドに対して弾性変位自在に支持する浮遊支持
機構と、前記砥石回転軸のX軸、Y軸、およびZ
軸方向に対する各弾性変位を砥石回転軸の軸線方
向の変位量の電気的な信号として検出する検出機
構と、上記数値制御工作機械に接続され、前記検
出信号による変位量を予めインプツトされたワー
ク加工プログラムの指令値に加算或いは減算して
修正されるコンピユータとにより定圧研磨機構を
形成してなる表面研磨装置を第2の要旨とするも
のである。
The present invention also provides a floating support mechanism that supports a grinding wheel rotation shaft of a constant pressure polishing head mounted on the main shaft of a numerically controlled machine tool so as to be elastically displaceable with respect to the constant pressure polishing head, and axis, and Z
a detection mechanism that detects each elastic displacement in the axial direction as an electrical signal representing the amount of displacement in the axial direction of the grinding wheel rotating shaft; and a workpiece machining device connected to the numerically controlled machine tool and into which the amount of displacement according to the detection signal is input in advance. The second aspect is a surface polishing apparatus in which a constant pressure polishing mechanism is formed by a computer that corrects the command value of a program by adding or subtracting it.

実施例 本発明の立脚点は、汎用の数値制御工作機械、
例えばマシニングセンタの主軸26に、砥石回転
軸2に作用する研磨抵抗の検出装置を内蔵した定
圧研磨ヘツド1を装着し、ワーク加工プログラム
として予め設定された数値制御プログラムに於い
て前記定圧研磨ヘツド1の移動軌跡を上記検出装
置からの弾性変位検出信号に応じて自動修正しな
がらワーク表面を研磨するようにされている。
Embodiment The basis of the present invention is a general-purpose numerically controlled machine tool,
For example, a constant pressure polishing head 1 equipped with a built-in device for detecting the polishing resistance acting on the grinding wheel rotating shaft 2 is attached to the main shaft 26 of a machining center, and the constant pressure polishing head 1 is adjusted in accordance with a numerical control program preset as a workpiece machining program. The surface of the workpiece is polished while automatically correcting the movement trajectory according to the elastic displacement detection signal from the detection device.

第1図は本発明に係る表面研磨装置の要部構造
を例示する部分縦断面図であり、第2図は本発明
方法の模式的説明図である。
FIG. 1 is a partial longitudinal cross-sectional view illustrating the main structure of a surface polishing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the method of the present invention.

第1図に於いて、参照番号1は定圧研磨ヘツド
を表示する。該定圧研磨ヘツド1は、図示しない
ツールシヤンク部を数値制御工作機械の主軸26
の形状に合わせて製作することにより、同一の主
軸構造を有する任意の数値制御工作機械に装着す
ることができる。定圧研磨ヘツド1内には、例え
ば、空気モータ方式(ベーンタイプ)の砥石回転
軸2がX軸、Y軸ならびにZ軸方向に弾性変位自
在に浮遊支持されている。砥石回転軸の基端部に
は、系外の圧空源から供給された高圧の圧縮空気
を該砥石回転軸の内部に導入し砥石4を高速回転
させるための空気導入口3が設けられている。砥
石回転軸2の側胴部には、該砥石回転軸の軸線に
対して直交方向に延びるフランジ5が設けられて
おり、該フランジの砥石4側基端部にはその全周
に亘つて円錐状の受圧面6が形成されている。ホ
ルダー7内で同一円周上に位置し得るように配置
された複数個の鋼球8aは、前記フランジ5を挟
んで該鋼球8aに対向配置された複数個の鋼球8
bと一対を為してフランジ5を挾持し、砥石回転
軸2の浮遊支持機構Sの一部分を形成している。
即ち、対向配置された鋼球8aおよび8bによつ
てフランジ5を浮遊支持することによつて、砥石
回転軸2にはXY平面内での自由な弾性変位が許
容される。一方、前記ホルダー7には、コイルス
プリング11によつて付勢された鋼球9の保持部
材としてリテーナ10が取付けられている。コイ
ルスプリング11によつてバネ付勢された鋼球9
は、前記円錐状の受圧面6に対してZ軸のマイナ
ス方向押圧力を作用させるように後記第2のコイ
ルスプリング13ならびにホルダー7と共働して
砥石回転軸2の浮遊支持機構Sの残余の部分を形
成している。従つて、砥石回転軸2は、コイルス
プリング11および鋼球9の圧縮反力により常時
Z軸のマイナス方向に押圧され、力学的に安定な
ゼロ点に自動的に復帰し得る自己復元機能を与え
られている。研磨加工時に砥石4がワークWに接
触し、研磨荷重の反力が掛かると、受圧面6は
XY平面内で弾性変位し、該弾性変位に伴なつて
鋼球9およびコイルスプリング11は圧縮されて
Z軸のプラス方向に移動する。斯くして砥石回転
軸2には、円錐状受圧面6の傾斜角およびコイル
スプリング11の圧縮反力によつて一義的に規定
される移動抵抗が発生する。
In FIG. 1, reference numeral 1 designates a constant pressure polishing head. The constant pressure polishing head 1 has a tool shank (not shown) connected to a main shaft 26 of a numerically controlled machine tool.
By manufacturing it in accordance with the shape of the machine, it can be installed in any numerically controlled machine tool that has the same spindle structure. Inside the constant pressure polishing head 1, a grindstone rotating shaft 2 of, for example, an air motor type (vane type) is floatingly supported so as to be elastically displaceable in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. An air introduction port 3 is provided at the base end of the grinding wheel rotation shaft for introducing high-pressure compressed air supplied from a compressed air source outside the system into the inside of the grinding wheel rotation shaft and rotating the grinding wheel 4 at high speed. . A flange 5 extending perpendicularly to the axis of the whetstone rotation shaft 2 is provided on the side body of the whetstone rotation shaft 2, and a conical shape is formed at the base end of the flange on the whetstone 4 side over its entire circumference. A pressure receiving surface 6 having a shape is formed. A plurality of steel balls 8a arranged so as to be positioned on the same circumference within the holder 7 are arranged opposite to the steel balls 8a with the flange 5 in between.
b, and the flange 5 is sandwiched therebetween, forming a part of the floating support mechanism S of the grindstone rotating shaft 2.
That is, by floatingly supporting the flange 5 by the opposed steel balls 8a and 8b, the grindstone rotating shaft 2 is allowed to freely elastically displace within the XY plane. On the other hand, a retainer 10 is attached to the holder 7 as a holding member for the steel balls 9 urged by a coil spring 11. Steel ball 9 biased by coil spring 11
The rest of the floating support mechanism S of the grindstone rotation shaft 2 works together with the second coil spring 13 described later and the holder 7 so as to apply a pressing force in the negative direction of the Z axis to the conical pressure receiving surface 6. It forms part of the Therefore, the grindstone rotating shaft 2 is constantly pressed in the negative direction of the Z-axis by the compression reaction force of the coil spring 11 and the steel ball 9, and has a self-restoring function that allows it to automatically return to a mechanically stable zero point. It is being When the grindstone 4 contacts the workpiece W during polishing and a reaction force of the polishing load is applied, the pressure receiving surface 6
The steel ball 9 and the coil spring 11 are elastically displaced within the XY plane, and as a result of the elastic displacement, the steel ball 9 and the coil spring 11 are compressed and moved in the positive direction of the Z axis. In this way, a movement resistance uniquely defined by the inclination angle of the conical pressure receiving surface 6 and the compression reaction force of the coil spring 11 is generated on the grindstone rotating shaft 2 .

またホルダー7はボールスライド等の直線案内
要素12によりZ軸方向に直線移動自在に支持さ
れた状態で、コイルスプリング13によりZ軸の
プラス方向に常時押圧されている。従つて砥石4
にZ軸のマイナス方向の接触反力が生じた場合に
は、砥石回転軸2全体が前記直線案内要素12に
案内されてZ軸のマイナス方向に後退する。以上
の説明から理解し得る如く、砥石回転軸2は、研
磨負荷の作用時に力学的に安定なゼロ位置へ自動
的に復帰する自己復元性を備えており、しかも砥
石4に掛かる抵抗の方向と大きさに対応して任意
の方向に弾性変位し得るように構成されている。
また前記コイルスプリング11および13には撓
み量に比例した反力が発生するので、砥石4に掛
かる研磨負荷と砥石回転軸2に発生する弾性変位
との間には比例的な相対関係が成立している。
Further, the holder 7 is supported by a linear guide element 12 such as a ball slide so as to be linearly movable in the Z-axis direction, and is constantly pressed in the positive direction of the Z-axis by a coil spring 13. Therefore, grindstone 4
When a contact reaction force occurs in the negative direction of the Z-axis, the entire grindstone rotating shaft 2 is guided by the linear guide element 12 and retreats in the negative direction of the Z-axis. As can be understood from the above explanation, the grinding wheel rotating shaft 2 has a self-restoring property that automatically returns to a mechanically stable zero position when a polishing load is applied, and moreover, It is configured so that it can be elastically displaced in any direction depending on the size.
Furthermore, since a reaction force proportional to the amount of deflection is generated in the coil springs 11 and 13, a proportional relative relationship is established between the polishing load applied to the grindstone 4 and the elastic displacement generated in the grindstone rotating shaft 2. ing.

このように砥石回転軸2に掛かる研磨抵抗は、
該砥石回転軸の弾性変位として検出されるから、
該弾性変位をコンピユータに予めインプツトされ
ているワーク加工プログラムに砥石回転軸の移動
軌跡の修正パラメータとして伝達することによ
り、砥石4の摩耗量の如何に拘らず常時一定の接
触圧を維持し得る定圧研磨機構を形成することが
できる。以下、砥石回転軸2の弾性変位の検出機
構Dについて説明する。参照番号14は弾性変位
の検出器のホルダーで定圧研磨ヘツド1に適当な
方法で固定されている。検出器ホルダー14の内
部には、X軸、Y軸およびZ軸方向に沿う砥石回
転軸2の弾性変位を検出する3個の変位検出器、
例えば差動トランスが固着されている。第1の検
出器15は、砥石回転軸2のX軸方向の弾性変位
を検出する検出手段であつて、砥石回転軸2の
XY平面内に於ける弾性変位を、該砥石回転軸の
側胴部に形成された基準リング20に接する第1
の測定子19と変位変換レバー17を介してZ軸
方向の変位に変換して検出するように構成されて
いる。変位変換レバー17は、ピン18を回転中
心として揺動自在に支承されており、該揺動運動
を利用して砥石回転軸2の半径方向変位をZ軸方
向の変位に変換する。参照番号16で表示する測
定子は、上記第1の検出器15の先端部に固着さ
れた第2の測定素子である。砥石回転軸2のY軸
方向に沿う弾性変位も、上記第1の検出器15と
同様の構造を有する第2の検出器(図示せず)に
よつて検出される。しかしながら、該第2の検出
器は、その角度位置が第1の検出器15に対して
略90゜ずれるように配置されている。参照番号2
1で表示する第3の検出器は、砥石回転軸2のZ
軸方向に沿う弾性変位を検出する目的で設けられ
たものであり、該検出器に固定された第3の測定
子22をホルダー7に接触させ、該ホルダーのZ
軸方向変位、つまり砥石4のZ軸方向に沿う弾性
変位を検出し得るように構成されている。
In this way, the polishing resistance applied to the whetstone rotating shaft 2 is
Since it is detected as the elastic displacement of the grinding wheel rotation axis,
By transmitting the elastic displacement to the workpiece machining program that has been input into the computer in advance as a parameter for modifying the movement trajectory of the grinding wheel rotation axis, a constant pressure that can always maintain a constant contact pressure regardless of the amount of wear on the grinding wheel 4 is created. A polishing mechanism can be formed. Hereinafter, the detection mechanism D for detecting the elastic displacement of the grindstone rotating shaft 2 will be explained. Reference numeral 14 denotes a holder for an elastic displacement detector, which is fixed to the constant pressure polishing head 1 in a suitable manner. Inside the detector holder 14, there are three displacement detectors that detect the elastic displacement of the grindstone rotating shaft 2 along the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions;
For example, a differential transformer is fixed. The first detector 15 is a detection means for detecting elastic displacement of the grindstone rotation shaft 2 in the X-axis direction, and is a detection means for detecting elastic displacement of the grindstone rotation shaft 2 in the X-axis direction.
The elastic displacement in the XY plane is measured by the first
The displacement is converted into a displacement in the Z-axis direction via a measuring element 19 and a displacement conversion lever 17 for detection. The displacement conversion lever 17 is swingably supported around a pin 18 as a center of rotation, and uses the swinging motion to convert a radial displacement of the grindstone rotating shaft 2 into a displacement in the Z-axis direction. A measuring element designated by reference number 16 is a second measuring element fixed to the tip of the first detector 15. The elastic displacement of the grindstone rotating shaft 2 along the Y-axis direction is also detected by a second detector (not shown) having the same structure as the first detector 15 described above. However, the second detector is arranged such that its angular position is offset by approximately 90 degrees with respect to the first detector 15. Reference number 2
The third detector indicated by 1 is the Z of the grinding wheel rotation axis 2.
It is provided for the purpose of detecting elastic displacement along the axial direction, and when the third probe 22 fixed to the detector is brought into contact with the holder 7, the Z of the holder is
It is configured to be able to detect axial displacement, that is, elastic displacement of the grindstone 4 along the Z-axis direction.

一方、定圧研磨ヘツド1には、砥石回転軸2の
X軸、Y軸およびZ軸方向に沿う弾性変位を検出
するための3個の変位検出器から発信された電気
信号をコンピユータに向けて送出するための信号
取出し装置が付設されている。更に詳しく説明す
ると、第1図は、上記定圧研磨ヘツド1をマシニ
ングセンタの主軸26に接続した状態を示すもの
であつて、参照番号23は、定圧研磨ヘツド1に
突設されたアームを示し、また参照番号24は、
前記アーム23の軸線に対して略直交する方向に
延びる信号送出ロツドを示す。変位検出器15,
21等から発信された電気信号は、アーム23、
信号送出ロツド24に付設された電気コネクタ2
5に伝達される。一方、主軸26の周囲には、主
軸ヘツド(図示せず)の前面に固着された主軸キ
ヤツプ27が配設されており、該主軸キヤツプに
は信号取出しブロツク28および電気コネクタ2
9が位置決めされた状態で取付けられている。従
つて、公知の自動工具交換装置により工具マガジ
ンから主軸26に上記定圧研磨ヘツド1が装着さ
れるのと同時に、3個の変位検出器から延びる電
気信号ケーブルが、マシニングセンタに接続され
たコンピユータ(図示せず)の接続端子に対して
自動的に接続されることになる。空気モータ駆動
型式の砥石回転軸2への圧縮空気の供給経路も、
上記電気信号系と同様に、主軸26への定圧研磨
ヘツド1の装着と同時に連通状態となる。
On the other hand, the constant-pressure polishing head 1 has three displacement detectors for detecting the elastic displacement of the grinding wheel rotating shaft 2 along the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and sends electric signals to the computer. A signal extraction device is attached for this purpose. More specifically, FIG. 1 shows the constant pressure polishing head 1 connected to the main shaft 26 of a machining center, and reference numeral 23 indicates an arm protruding from the constant pressure polishing head 1. Reference number 24 is
A signal sending rod is shown extending in a direction substantially perpendicular to the axis of the arm 23. displacement detector 15,
The electrical signal transmitted from 21 etc. is transmitted to arm 23,
Electrical connector 2 attached to signal sending rod 24
5. On the other hand, a spindle cap 27 fixed to the front surface of a spindle head (not shown) is disposed around the spindle 26, and a signal take-out block 28 and an electrical connector 2 are attached to the spindle cap.
9 is installed in a positioned state. Therefore, at the same time that the constant-pressure polishing head 1 is mounted on the spindle 26 from the tool magazine by a known automatic tool changer, the electric signal cables extending from the three displacement detectors are connected to the computer connected to the machining center (Fig. (not shown) will be automatically connected to the connection terminal. The compressed air supply route to the air motor-driven grinding wheel rotating shaft 2 is also
Similar to the electrical signal system described above, the constant pressure polishing head 1 is put into communication with the main shaft 26 at the same time.

以下、第2図に基づいて本発明装置によるワー
クの表面研磨方法を説明する。尚、以下の記述に
於いては理解を容易にするため円形砥石を用いた
場合について説明を進める。第2図は単純化して
考えるために第1図に示す定圧研磨ヘツド1に、
XZ平面内に於いてのみ弾性変位が発生している
場合を模式的に表示するものである。定圧研磨ヘ
ツド1はバネ定数KxおよびKzを有する2個のコ
イルスプリングで弾性支持されているが、通常、
X軸方向のバネ定数KxとZ軸方向のバネ定数Kz
更にY軸方向のバネ定数Kyは、互いに等しくな
るように調整されている。第2図に於ける参照番
号Suは、前工程に於いてボールエンドミル等の切
削工具によつて荒仕上げされたワークWの表面を
表示する。該表面Suに対して法線方向に砥石4の
半径rに等しい量だけオフセツトを与えた軌跡Lp
上を、砥石4が回転しながら移動したとしても、
該砥石とワークの間に働らく接触圧は殆んどゼロ
であるから、実質上研磨は実行されない。従つ
て、この状態では変位検出器15および21の出
力信号は殆んどゼロになる。
Hereinafter, a method for polishing the surface of a workpiece using the apparatus of the present invention will be explained based on FIG. In the following description, in order to facilitate understanding, the case where a circular grindstone is used will be explained. For simplification, Figure 2 shows the constant pressure polishing head 1 shown in Figure 1.
This diagram schematically shows a case where elastic displacement occurs only within the XZ plane. The constant pressure polishing head 1 is elastically supported by two coil springs with spring constants K x and K z .
Spring constant K x in the X-axis direction and spring constant K z in the Z-axis direction,
Further, the spring constants K y in the Y-axis direction are adjusted to be equal to each other. Reference number S u in FIG. 2 indicates the surface of the workpiece W that has been roughly finished by a cutting tool such as a ball end mill in the previous process. A locus L p that is offset by an amount equal to the radius r of the grindstone 4 in the normal direction to the surface S u
Even if the grindstone 4 moves while rotating on the top,
Since the contact pressure acting between the grindstone and the workpiece is almost zero, substantially no polishing is performed. Therefore, in this state, the output signals of the displacement detectors 15 and 21 become almost zero.

ここで、砥石4とワークWの間に研磨の実行に
必要な接触圧を付加するため、ワークの荒仕上げ
表面Suに対して合成変位E=√x 2z 2なる押し
込み量を与え(但し、Exは砥石回転軸2のX軸
方向に沿う弾性変位であり、またEzは砥石回転軸
2のZ軸方向に沿う弾性変位である)、砥石4の
表面の包絡線がSpとなるように該砥石4を移動さ
せる。斯くして、合成変位Eに対応した接触圧の
維持下にワークの表面研磨が実行される。
Here, in order to apply the contact pressure necessary for polishing between the grinding wheel 4 and the workpiece W, a combined displacement E = √ x 2 + z 2 is applied to the roughly finished surface S u of the workpiece ( However, E x is the elastic displacement along the X-axis direction of the grinding wheel rotation axis 2, and E z is the elastic displacement along the Z-axis direction of the grinding wheel rotation axis 2), and the envelope of the surface of the grinding wheel 4 is S p The grindstone 4 is moved so that In this way, the surface of the workpiece is polished while maintaining the contact pressure corresponding to the resultant displacement E.

この際考慮すべき技術的問題点として下記の3
項目が挙げられる。
The following three technical issues should be considered at this time:
Items are listed.

一定の接触圧を作用せしめるための押し込み
量、つまり合成変位Eの設定精度、 砥石半径rの測定精度、ならびに 使用時間の経過に伴う砥石摩耗量の増大。
The amount of pushing required to apply a constant contact pressure, that is, the setting accuracy of the resultant displacement E, the measurement accuracy of the grindstone radius r, and the increase in the amount of grindstone wear over time.

上記3項目は何れも、接触圧の設定に際し無視
することのできない要因であるが、それらの定量
的な把握が困難なため、在来の研磨工程に於いて
は作業者の経験に頼り試行錯誤によりその都度接
触圧を修正する必要があつた。即ち、砥石4その
ものが弾性体であるため、砥石4の直径2rの測定
精度が必ずしも高くなく、また摩耗による砥石の
直径および形状の変化が一様でなく、その定量的
な把握が不可能であることに起因して、在来の研
磨工程に於いては接触圧を一定の水準に維持する
上に大きな障害が認められていた。
All of the above three items are factors that cannot be ignored when setting the contact pressure, but since it is difficult to understand them quantitatively, conventional polishing processes rely on the operator's experience and rely on trial and error. Therefore, it was necessary to correct the contact pressure each time. That is, since the grinding wheel 4 itself is an elastic body, the measurement accuracy of the diameter 2r of the grinding wheel 4 is not necessarily high, and the change in the diameter and shape of the grinding wheel due to wear is not uniform, making it impossible to quantitatively understand it. Due to certain factors, conventional polishing processes have experienced significant difficulties in maintaining contact pressure at a constant level.

本発明方法を採用することにより、上記の問題
点は一挙に解消され、砥石の弾性変位や摩耗量に
影響されることなく、砥石4とワーク表面Suの間
に常に一定の接触圧を保持せしめることができ
る。
By adopting the method of the present invention, the above problems are solved all at once, and a constant contact pressure is always maintained between the grinding wheel 4 and the work surface S u without being affected by the elastic displacement or amount of wear of the grinding wheel. You can force it.

以下、第2図に於ける砥石表面の包絡線の移動
軌跡SpをX軸方向に沿う微小区間△xで細分化し
て表示した直交座標線図を第3図として、また、
そのときの砥石回転軸2の合成変位Eと接触圧P
(=k・E)との関係を模式的に表示したグラフ
を第4図として、本発明の特色を詳述する。在来
の表面研磨方法ではコンピユータに前以てインプ
ツトされたワークWの加工プログラムにより砥石
4の移動軌跡が規定されているために、ワーク形
状の急激な変化や砥石の摩耗状態とは無関係に砥
石4が第3図に於いて参照番号Spで表示するよう
に移動する。砥石4がX4乃至X7の位置に移動す
るにつれてその摩耗量が漸次増大するものと仮定
すると、砥石表面の実際の移動軌跡はS1のように
変化する。この結果、摩耗量に対応して合成変位
Eならびに接触圧Pが第4図のa,bのように変
化することになり正常な研磨が実行されない。
Hereinafter, a rectangular coordinate diagram in which the movement trajectory S p of the envelope of the grinding wheel surface in FIG. 2 is subdivided into minute sections Δx along the X-axis direction is shown as FIG. 3, and
At that time, the resultant displacement E of the grindstone rotating shaft 2 and the contact pressure P
(=k·E) The features of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4, which is a graph schematically showing the relationship between In conventional surface polishing methods, the movement trajectory of the grinding wheel 4 is defined by the machining program for the workpiece W that is input into the computer in advance, so the grinding wheel 4 is 4 is designated by the reference number S p in FIG. Assuming that the wear amount of the grindstone 4 gradually increases as it moves from position X 4 to X 7 , the actual movement locus of the grindstone surface changes as shown in S 1 . As a result, the combined displacement E and the contact pressure P change as shown in a and b in FIG. 4 in response to the amount of wear, and normal polishing is not performed.

これに対して本発明方法に於いては、第3図に
見られる如く前記X4乃至X7の状態で、定圧研磨
ヘツド1に、合成変位設定値Epに対応する変化
(偏差信号)が変位検出信号として検出されてお
り、該変位検出信号を分配器(図示省略)によつ
て各軸成分に分配し各軸のコマンドレジスタと比
較することによつて、コンピユータに予めインプ
ツトされているワーク加工プログラムの指令値が
修正される。即ち、本発明においては、砥石4の
表面は、第3図に示すように軌跡移動S1に修正分
△E1乃至△E4を加算もしくは減算された移動軌
跡S2を画き、この結果、接触圧Pは、第4図に於
いて参照番号b′で示すように一定の水準に保持さ
れることになる。
On the other hand , in the method of the present invention, as shown in FIG . The displacement detection signal is detected as a displacement detection signal, and by distributing the displacement detection signal into each axis component by a distributor (not shown) and comparing it with the command register of each axis, the workpiece that has been input into the computer in advance can be detected. The command value of the machining program is corrected. That is, in the present invention, as shown in FIG. 3, the surface of the grindstone 4 draws a movement trajectory S 2 that is obtained by adding or subtracting corrections ΔE 1 to ΔE 4 to the trajectory movement S 1 , and as a result, The contact pressure P will be maintained at a constant level, as indicated by reference numeral b' in FIG.

第5図は、第4図に於ける修正動作の信号の流
れを説明するフローチヤートであつて、細線矢印
で表示する信号の流れが標準の加工プログラムに
よつて与えられる砥石回転軸2の移動指令の送出
経路であり、また、太線矢印で表示する信号の流
れが本発明方法により修正された砥石回転軸2の
移動指令の送出経路である。
FIG. 5 is a flowchart illustrating the signal flow of the correction operation in FIG. This is the sending route of the command, and the signal flow indicated by the bold line arrow is the sending route of the movement command of the grindstone rotating shaft 2 corrected by the method of the present invention.

ハ 発明の効果 以上の説明から理解し得る如く、数値制御工作
機械に接続されたコンピユータに定圧研磨ヘツド
から発信される砥石回転軸の弾性変位の検出信号
を入力することにより、砥石とワークの間の接触
圧を常に一定の大きさに維持せしめた表面研磨条
件が取得される。本発明によれば、砥石の摩耗や
形状の変化に対してワークの加工プログラム、殊
に砥石回転軸の移動軌跡が自動的に修正されるか
ら、安定した一定の接触圧の作用下に研磨プロセ
スが遂行される。従つて、在来の研磨方法に比較
してワーク表面の寸法精度が大幅に向上する。更
に、上記弾性変位の検出信号をモニタリングする
ことにより、砥石とワークとの間に働く接触圧を
検出し、砥石の摩耗量を定量的に管理することが
可能になる。また、公知の数値制御装置の外部ワ
ークオフセツト機構、工具径オフセツト機構を用
いれば、汎用の数値制御工作機械に定圧研磨ヘツ
ドを装着するだけで数値制御倣い研磨を実行する
ことができる。
C. Effects of the Invention As can be understood from the above explanation, by inputting the detection signal of the elastic displacement of the grinding wheel rotating shaft transmitted from the constant pressure polishing head to the computer connected to the numerically controlled machine tool, the distance between the grinding wheel and the workpiece can be Surface polishing conditions are obtained in which the contact pressure is always maintained at a constant level. According to the present invention, the machining program of the workpiece, especially the movement trajectory of the grinding wheel rotation axis, is automatically corrected in response to wear and changes in the shape of the grinding wheel, so that the polishing process can be performed under the action of a stable and constant contact pressure. is carried out. Therefore, the dimensional accuracy of the workpiece surface is significantly improved compared to conventional polishing methods. Furthermore, by monitoring the detection signal of the elastic displacement, it is possible to detect the contact pressure acting between the grindstone and the workpiece, and to quantitatively manage the amount of wear of the grindstone. Further, by using an external work offset mechanism and a tool radius offset mechanism of a known numerical control device, numerically controlled profile polishing can be performed simply by attaching a constant pressure polishing head to a general-purpose numerically controlled machine tool.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係る表面研磨装置の要部構
造を例示する部分縦断面図であり、第2図は、本
発明方法の模式的説明図である。また第3図は、
上記第2図に於ける砥石表面の包絡線の移動軌跡
をX軸方向に沿う微小区間△xで細分化して表示
する直交座標線図であり、第4図は、砥石回転軸
の合成変位と接触圧との関係を模式的に表示する
グラフである。更に第5図は、第4図に於ける修
正動作の信号の流れを説明するフローチヤートで
ある。 1……研磨工具、2……砥石回転軸、3……砥
石回転軸の浮遊支持機構、D……弾性変位量検出
機構、26……数値制御工作機械の主軸。
FIG. 1 is a partial longitudinal cross-sectional view illustrating the main structure of a surface polishing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the method of the present invention. Also, Figure 3 shows
This is an orthogonal coordinate diagram that subdivides and displays the movement locus of the envelope of the grinding wheel surface in Fig. 2 above in minute sections Δx along the X-axis direction, and Fig. 4 shows the resultant displacement of the grinding wheel rotation axis. It is a graph schematically displaying the relationship with contact pressure. Furthermore, FIG. 5 is a flowchart illustrating the signal flow of the correction operation in FIG. 4. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Polishing tool, 2... Grindstone rotating shaft, 3... Floating support mechanism for grinding wheel rotating shaft, D... Elastic displacement detection mechanism, 26... Main shaft of numerically controlled machine tool.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 数値制御工作機械の主軸に装着された定圧研
磨ヘツドの工具によるワーク表面の研磨加工に於
て、 砥石回転軸を定圧研磨ヘツドに対して弾性変位
自在に支持し、 ワークとの接触による砥石回転軸のX軸、Y軸
およびZ軸方向の弾性変位を砥石回転軸の軸線方
向の変位量として検出し、 該検出変位量をコンピユータに予めインプツト
されているワーク加工プログラムの指令値に加算
或いは減算して砥石回転軸の移動軌跡を修正しつ
つ砥石を移動して ワーク表面を定圧研磨することを特徴とする表
面研磨方法。 2 数値制御工作機械の主軸に装着された定圧研
磨ヘツドの砥石回転軸を、定圧研磨ヘツドに対し
て弾性変位自在に支持する浮遊支持機構と、 前記砥石回転軸のX軸、Y軸、およびZ軸方向
に対する各弾性変位を砥石回転軸の軸線方向の変
位量の電気的な信号として検出する検出機構と、 上記数値制御工作機械に接続され、前記検出信
号による変位量を予めインプツトされたワーク加
工プログラムの指令値に加算或いは減算して修正
されるコンピユータと により定圧研磨機構を形成したことを特徴とする
表面研磨装置。
[Scope of Claims] 1. In polishing the surface of a workpiece using a tool of a constant-pressure polishing head mounted on the main shaft of a numerically controlled machine tool, a grindstone rotating shaft is supported elastically with respect to the constant-pressure polishing head, and the workpiece is polished. The elastic displacement of the grinding wheel rotation axis in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions due to contact with the grinding wheel is detected as the amount of displacement in the axial direction of the grinding wheel rotation axis, and the detected displacement amount is input into the workpiece machining program that has been input into the computer in advance. A surface polishing method characterized in that a workpiece surface is polished at a constant pressure by moving a grindstone while correcting the locus of movement of a grindstone rotation axis by adding or subtracting from a command value. 2. A floating support mechanism that supports the grinding wheel rotation shaft of a constant pressure polishing head mounted on the main shaft of a numerically controlled machine tool so as to be elastically displaceable with respect to the constant pressure polishing head; a detection mechanism that detects each elastic displacement in the axial direction as an electrical signal representing the amount of displacement in the axial direction of the grinding wheel rotating shaft; and a workpiece machining device connected to the numerically controlled machine tool and into which the amount of displacement according to the detection signal is input in advance. A surface polishing apparatus characterized in that a constant pressure polishing mechanism is formed by a computer that corrects a command value of a program by adding or subtracting it.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS563173A (en) * 1979-06-25 1981-01-13 Hitachi Ltd Automatic grinding device
JPS57201162A (en) * 1981-05-29 1982-12-09 Toshiba Corp Curved surface profiling automatic grinding device
JPS5976761A (en) * 1982-10-22 1984-05-01 Sugino Mach:Kk Teaching playback automatic grinder

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