JPS60263662A - 表面研磨方法および装置 - 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】 イ０発明の目的 産１」Ｊ■Ｄ帽た１ 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、倣いフライス盤等の倣い制御装置を有す
る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。

従来夏伎斂 自由曲面を有するワークの加工、例えば金型の製作に際
しては、普通まず倣いフライス盤等の倣い制御装置を有
する工作機械により荒仕上げを施し、この後ハンドグラ
イダ−等の手動研磨工具により平滑化加工、所謂、表面
研磨加工を施す。荒仕上げに際しては高度に自動化され
た工作機械を使用するため、極めて能率の高い自動加工
が可能である。反面、表面研磨加工に於いては作業者の
手仕上げに依存しているのが実情であり、表面研磨加工
工程を自動化し、作業能率と製品の寸法的な精度を向上
させるうえに大きな制約が認められていた。当然、斯か
る表面研磨加工工程の自動化の要請に対して種々の方策
が提案されている。その−例として倣い工作機械の主軸
に研磨砥石軸を装着し、主軸の回転を利用してワーク、
例えば金型の表面に研磨加工を施す方法が知られている
。以下、第４図に基づいて倣いフライス盤による表面研
磨加工の公知例を説明する。第４図は公知の倣いフライ
ス盤によるワーク（３）の表面の荒加工、つまり、切削
加工を模式的に表示するものである。テーブル（１）上
にはワーク（３）と、ワーク（３）に形成すべき荒仕上
げ面に対応した曲面形状を有するモデル（２）が固着さ
れており、これに対して倣いフライス盤の主軸頭（４）
には、先端にトレーサヘッド（６）を装着した片持梁状
のトレーサアーム（５〉が固定されている。倣い切削加
工に際しては、該トレーサヘッド（６）の先端部に装着
されたフィーラ（７）をモデル（２）の表面に接触させ
ながら移動させ、倣い動作を実行する。この倣い動作に
よってトレーサヘッド（６）から発信された変位検出信
号Ｅｘ　、　Ｅｙ　、およびＥｚは、倣いフライス盤に
付設された公知の倣いｔｌｉｌＪ御装置（８）で演算処
理され、倣いフライス盤の主軸ｗｉ（４）およびテーブ
ル（１）を駆動するサーボモータ（９）に移動指令とし
て送出される。該移動指令に基づくサーボモータ（９）
の回転駆動力は、送りねじ（１０）を介して主軸！ｔｉ
　（４）およびテーブル（１）に伝達され、フィーラ（
７）にモデル（２）の表面に沿う移動を生ぜしめる。

主軸＊　（４）には、例えばボールエンドミル等の切削
工具（１２）を装着した主軸（１１）が回転自在に軸支
されているから、切削工具（１２）には前記主軸頭（４
）と同一の倣い動作が伝達され、ワーク（３）は上記倣
い動作によってモデル（２）と同一の表面形状に切削加
工される。

以上、ボールエンドミルによる標準的な倣い切削加工プ
ロセスに関して説明したが、第４図　′に示す倣いフラ
イス盤で表面研磨加工を行なう場合には、以下に記述す
る方法が採用される。

即ち、切削工具（１２）の代わりに研磨砥石を主軸（１
１）に装着し、上記の倣い切削加工と同一の要領に従っ
てモデル（２）の表面の倣い動作を実行させ、研磨砥石
によるワーク表面の研磨加工を行なう。

（°シよ゛と　る　占 上記倣いフライス盤によるワーク表面の１ｉｌＦ磨加工
プロセスに於いて、研磨砥石の中心の移動軌跡はモデル
（２）とフィーラ゛（７）の間の倣い動作によって一義
的に決められるが、この倣い動作のみによっては実用上
満足し得る寸法精度を備えた自由曲面が得られないのが
実情である。この理由としては下記の要因が考えられる
。

■　研磨砥石は一般に切削工具に比較して剛性が低く、
また研磨砥石の摩耗度は切削工具の摩耗度に比較して桁
違いに大きい。このため、研磨砥石に切削工具と同一の
移動軌跡を与えても、摩耗による砥石形状の変化により
空研磨状態になる場合がある。

■　接触圧の付与下に研磨砥石をワークに対し相対変位
させることにより初めて切粉が排出される。この機能を
持続させるためには常に一定の接触圧作用が作用するよ
うに研磨砥石とワークとの相対位置を調整する必要があ
る。しかしながら、研磨砥石そのものが可成りの弾性を
備えており、また、研磨砥石の摩耗が進行するにつれて
該研磨砥石の形状や寸法が不規則に変化するため接触圧
を一定に保持することは実際上極めて困難である。

■　倣い制御装置にフィーラ（７）の変位量即ち、フィ
ーラ（７）がモデル（２）に接触したときの押込量を一
定に維持する機構を組込み、研磨砥石の摩耗量に応じて
フィーラ（７）の変位量を漸次増大させる方法が知られ
ているが、この方法では作業者がその都度フィーラ（７
）の変位量を手動調整する必要があり、しかも調整すべ
き変位量そのものが曖昧なため、接触圧を一定の水準に
維持することが難しく、当然のことながら、研磨工程の
自動化ならびにワークの加工精度の向上が阻害される。

本発明の主要な目的は、在来の倣い工作機械によるワー
ク表面の研磨手段に認められた上記の如き不都合を解消
し得る新規な表面研磨方法および装置を提供することに
ある。

口１発明の構成 を　゛　るための 本発明は、工作機械の主軸に装着された研磨工具（２１
）によるワーク表面の研磨加工に於いて、砥石回転軸（
２２）のＸ軸１、Ｙ軸およびＺ軸方向の弾性変位の検出
信号を、前記工作機械の倣い制御装置（８）で前記砥石
回転軸（２２）の移動指令に変換し、該移動指令に基づ
く倣い動作の実行下にワーク（３）の表面を定圧研磨す
る表面研磨装置を第１の要旨とするものである。

本発明はまた、工作機械の主軸に装着された砥石回転軸
（２２）をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に弾性変位自在に
支持する浮遊支持機構（Ｓ）と、前記砥石回転軸（２２
）の弾性変位量の検出機構（Ｄ）と、前記工作機械の倣
い制御装置（８）によって定圧研磨機構を形成せしめた
表面研磨装置を第２の要旨とするものである。

災五皿　− 第１図は本発明装置を例示する倣いフライス盤の全体構
造を示す正面図であり、第２図は定圧研磨ヘッドの構造
を模式的に表示する部分縦断面図である。これらの図面
に於いて参照番号（２１）は研磨工具の本体を表示し、
図示しないツールシャンク部を工作機械の主軸の形状に
合せて製作することにより、任意の工作機械の主軸に装
着することができる。参照番号・（２２）は砥石回転軸
を表示し、本実施例に於いては空気モータ方式（ベーン
タイプ）のものが使用されている。即ち、砥石回転軸（
２２）の基端部に設けられた空気入口（２３）から高圧
の圧縮空気を導入することにより砥石（２４）には１１
００ＯＯＰＰ以上の高速回転が与えられる。砥石回転軸
（２２）の胴部には、該砥石回転軸の軸線に対し直交す
る方向に延びるフランジ（２５）が設けられており、該
フランジ（２５）の砥石（２４）側表面には円錐状の受
圧面（２６）が形成されている。これらのフランジ（２
５）および受圧面（２６）は、鋼球（２８ａ　）、（２
８ｂ　）ならびに（２９）を介してホルダー（２７）に
対し弾性変位自在に浮遊支持されている。更に詳しく説
明すると、フランジ（２５）は同一円周上に対向配置さ
れた複数個の鋼球（２８ａ　）および（２８ｂ　）によ
って回転自在に支持されており、これによって砥石回転
軸（２２）は、研磨工具の本体（２１）に対しＸＹ平面
内で自由に変位し得るように・浮遊支持されている。ま
た円錐状の受圧面（２６）上には、複数個の鋼球（２９
）が略等間隔を置いて同一円周上に配置されており、こ
れらの鋼球（２９）はリテーナ（３０）内に嵌装された
コイルスプリング（３１）の圧縮反力によりＺ軸のマイ
ナス方向に向って常時受圧面（２６）を押圧している。

斯かる浮遊支持構造（Ｓ）を採用することによって、砥
石回転軸（２２）は力学的に安定なゼロ点に自動的に位
置決めされることになる。

ワーク（３）の研磨時に置いて砥石（２４）にワーク（
３）との接触に起因する反力が発生すると、砥石回転軸
（２２）はＸＹ平面内でホルダー　（２７）に対して相
対変位しようとするが、該相対変位に伴なって鋼球（２
９）およびコイルスプリング（３１）はＺ軸のプラス方
向に圧縮され移動する。従って砥石回転軸（２２）には
、円錐状受圧面（２６）の傾斜角およびコイルスプリン
グ（３１）の圧縮反力に対応する移動抵抗が発生する。

またホルダー（２７）はボールスライド等の直線案内要
素（３２）を介してＺ軸方向に直線移動自在に支持され
、コイルスプリング（３３）によりＺ軸のプラス方向に
常時押圧されている。従って、砥石（２４）にＺ軸のマ
イナス方向の接触反力が発生した場合には、砥石回転軸
（２２）全体が前記直線案内要５（３２）に案内されて
Ｚ軸のマイナス方向に後退する。本発明に係る表面研磨
装置、殊にその定圧研磨ヘッドは以上の如く構成されて
いるので、砥石回転軸（２２）には力学的に安定なゼロ
位置に向って自動復帰する自己復元性が常時作用し、ま
た砥石（２４）に働（研磨抵抗の方向と大きさに応じて
任意の方向へ変・位が許容される。更に、コイルスプリ
ング（３１）、（３３）には砥石回転軸（２２）の撓み
量に比例し九反力が発生しているので、砥石（２４）に
与えられる負荷と砥石回転軸（２２）の変位との間には
比例的な相対関係が成立している。

以上の説明から理解し得る如く、砥石回転軸（２２）に
掛かる負荷は砥石回転軸（２２）の弾性変位として現わ
れるので、ここで弾性変位の検出機構（Ｄ＞について説
明する。参照番号（３４）は、砥石回転軸（２２）の変
位を検出する３個の変位検出器（３５）、（３７）、（
４１）を内側に固定してなる検出器ホルダーであって、
該検出器ホルダーは研磨工具の本体（２１）に適当な固
着手段を介して固定されている。砥石回転軸（２２）の
Ｘ軸方向の変位を検出する第１の検出器（３５）は、Ｘ
Ｙ平面内に於ける砥石回転軸（２２）のＸ軸方向変位を
、該砥石回転軸（２２）の胴部に形成された基準リング
（４０）に接する測定子（３９）および変位変換レバー
（３７）を介してＺ軸方向の変位に変換して検出する検
出機構を形成している。前記変位変換レバー（３７）は
、ピン（３８）を回転中心として揺動自在に支持されて
おり、その揺動運動を介して砥石回転軸（２２）のＸ軸
方向変位、つまり半径方向変位をＺ軸方向の変位、つま
り軸線方向の変位に変換している。ＸＹ平面内に於ける
砥石回転軸（２２ンのＹ軸方向変位も上記同様の構造を
有する第２の検出器（図示せず）によって検出される。

但し、第２の検出器は、その測定子の配設位置を前記第
１の検出器（３５）に於ける測定子（３９）の配設位置
に対し９０°ずらせるようにその固定位置が調整されて
いる。参照番号（４１）は砥石回転軸（２２）のＺ軸方
向に沿う変位を検出するための第３の検出器で、該検出
器に固定された測定子（４２）がホルダー（２７）に接
触してホルダー（２７）のＺ軸方向、つまり砥石（２４
）の２軸方向に沿う変位を検出し得るように構成されて
いる。また研磨工具の本体（２工）には、系外の圧空源
から供給された高圧の圧縮空気を導入するための導入口
（２３）および前記３個の変位検出器からの電気的な変
位検出信号（Ｅｘ）、（Ｅｙ　）および（Ｅｚ　）を工
作機械の倣い制御装置（図示せず）に送出するための電
気コネクタ（４４）が設けられている。

第３図は第２図に例示する定圧研磨ヘッドを倣いフライ
ス盤の主軸（１１）に装着して倣い研磨を行なう方法を
説明する模式図である。以下の記述に於いては理解を容
易にするため研磨工具として円形砥石（２４）を用いる
場合を説明する。第３図に於いて参照符号（Ｓｕ　）は
ボールエンドミル等の切削工具により荒仕上げされたワ
ーク（３）の表面を表示する。表面（Ｓｕ　）に対して
法線方向に砥石（２４）の半径に等しい量（ｒ）だけオ
フセットを与えられた状態で、該砥石（２４）が軌跡（
ＬＯ）上を移動するものと仮定すると、砥石（２４）に
研磨に必要な回転駆動力が伝達されたとしても、砥石（
２４）とワーク（３）との間に働く接触圧は殆んどゼロ
となるから止宿な研磨は実行されない。またこの状態で
は、５２図に例示した研磨ヘッド内に組込まれた３個の
変位検出器による検出信号の出力は当然のことながらゼ
ロとなるため、倣い動作そのものが実行不能になる。本
発明に於いては、公知の倣い制御と同様に、総合変位（
Ｅ）が一定値を保持するように砥石（２４）をワーク（
３）に対して押込み、これと同時に前記総合変位（Ｅ）
の水準が実質上変化しないように砥石（２４）の移動軌
跡を制御する。一般に総合変イ立（Ｅ）は、Ｅ＝　Ｅｘ
　２＋Ｔ３．ｙ　２＋Ｅｚ　２として表示されるが、理
解を容易にするため第３図に示す実施態様に於いてはＸ
Ｚ平面内に於いてのみ変位が発生するものと仮定し、第
２図の定圧研磨ヘッドがバネ定数（ｋｘ　）、（ｋｚ　
）を有する２個のコイルスプリングによって弾性的に浮
遊支持されているものとする。砥石（２４）を”）　９
　（３）　に対してｍ合ｉ位Ｅ＝　Ｅｘ　”　＋Ｅｚ　
”−に相当する長さだけ押込むと、接触反力の太きさと
方向に応じてバネ定数（ｋｘ　）、（ｋｚ　）を有する
コイルスプリングが圧縮される。前記（ｋｘ　）　、（
ｋｚ）はそれぞれコイルスプリングのＸ軸およびＺ軸方
向のバネ定数であり、通常、ｋｘ−ｋｚとなるように調
整されている。

該コイルスプリングのＸ軸方向変位（Ｅｘ）及びＺ軸方
向（ＥＸ　）は変位検出器（３５）および（４１）によ
り電気的な信号として検出され、倣いフライス盤の倣い
制御装置（８）に送出される。倣い制御語Ｎ（８）は、
前記検出信号を砥石回転軸（２２）の移動指令に変換す
る演算機構を内蔵しており、前記変位検出信号（Ｅｘ）
と（Ｅｚ　）の合成変位を常に一定の水準に維持するよ
うに第１図に於いて参照番号（９）で表示するＸ軸サー
ボモータならびにＺ軸サーボモータに回転指令を送出す
る。Ｘ軸サーボモータならびにＺ軸サーボモータの回転
により砥石回転軸（２２）には、前記変位検出信号（Ｅ
ｘ　）およびＣＥｚ　）に対応する倣い動作が伝達され
、砥石（２４）の表面の包絡線は、第３図に於いて二点
鎖線で表示する（Ｓｏ）なる曲面を画く。該曲面（Ｓｏ
　）に沿って砥石（２４）を回転駆動下に移動させるこ
とにより、該砥石はワーク（３）の表面（Ｓｕ　）に対
し一定の接触圧で接触し、該ワークの表面を倣い動作の
実行下に定圧研磨する。

本発明方法に於いては、ワーク加工の進行に伴なって砥
石（２４）が摩耗しても、砥石回転軸の変位は常に一定
になるように制御されているから、砥石（２４）の摩耗
量の如何に拘わらず、ワーク（３）と砥石（２４）の間
の接触圧は実質上殆んど変化しない。従って、ワーク（
３）は定圧研磨に基づく良好な表面精度を取得すること
ができる。

ハ０発明の効果 以上の説明に明らかな如く、本発明によれば、砥石摩耗
量の如何に拘わらず、砥石に常に一定の押し込み量が付
与されるように定圧研磨装置が倣い制御されるため、砥
石の摩耗や形状の変化に関係なくワーク表面と砥石の間
に働く接触圧を常に一定の水準に維持することができる
。従って、在来の研磨方法に圧絞してワーク表面の研磨
精度が著しく向上する。

また本発明装置は、汎用の倣い工作機械に定圧研磨ヘッ
ドを装着するだけで倣い制御機構を形成することができ
るから、倣い研磨の自動化に対しても寄与するところが
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を例示する倣いフライス盤の全体構
造を示す正面図であり、第２図は定圧研磨ヘッドの構造
を模式的に表示する部分縦断面図である。また、第３図
は本発明方法の模式説明図である。第４図は倣いフライ
ス盤による公知の表面研摩加工を例示する説明図である
。 （２２）　−砥石回転軸、（２４）　−砥石、（８）−
倣い制御装置、（３）　−ワーク、（Ｓ）−浮遊支持機
構、＜Ｄ）−弾性変位の抄出機構。 ＃４１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の主軸に装着された研磨工具によるワー
   ク表面の研摩加工に於いて、砥石回転軸のＸ軸、Ｙ軸お
   よびＺ軸方向の弾性変位の検出信号を前記工作機械の倣
   い制御装置で前記砥石回転軸の移動指令に変換し、該移
   動指令に基づく倣い動作の実行下にワーク表面を定圧ｉ
   磨することを特徴とする表面ｇｆ磨磨洗法（２）工作機
   械の主軸に装着された砥石回転軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ
   軸方向に弾性変位自在に支持する浮遊支持機構と、前記
   砥石回転軸の弾性変位量の検出機構と、前記工作機械の
   倣い制御装置によって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。