KR20150032827A

KR20150032827A - 연삭 가공 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20150032827A
Application number: KR20147031232A
Authority: KR
Inventors: 데츠오 샤쿠시
Original assignee: 코마츠 엔티씨 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-03-30
Also published as: TW201416176A; WO2014002624A1; JP2014004672A; CN104271315A; JP5930871B2

Abstract

기구 내에 탄성 변형이 생기는 가공력을 필요로 하는 경우에도 워크 피스를 고정밀도로 연삭하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공한다.
이송 수단은, 지석과 워크 피스의 어느 일방 또는 양방을 이송 방향으로 움직일 수 있도록 지지하고, 연삭 가공시에 워크 피스와 지석을 접근, 접촉 및 이간시킨다. 가공력 검출 수단은, 이송 수단에 의해 지석이 워크 피스에 가압되는 힘인 가공력을 검출한다. 위치 검출 수단은, 워크 피스의 장착 위치에 대한 지석의 이송 방향에 있어서의 위치인 지석 위치를 검출한다. 제어 수단은, 위치 검출 수단으로 검출되는 지석 위치를 원하는 위치로 제어하는 위치 결정 제어의 제어량과, 가공력 검출 수단으로 검출되는 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 가공력 제어의 제어량을 소정의 비율로 합성하여 실행한다.

Description

연삭 가공 장치 및 그 제어 방법{GRINDING PROCESSING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING SAME}

본 발명은 지석에 의해 워크를 연삭하는 연삭 가공 장치의 제어에 관한 것이다.

워크 피스 (피가공물) 의 표면을 지석에 의해 평면으로 연삭하는 연삭 가공 장치가 있다. 이런 종류의 연삭 가공 장치는, 워크 피스의 피연삭면과 지석의 연삭면이 평행하도록 워크 피스의 회전 중심선과 지석의 회전 중심선을 평행으로 하고, 각각 회전시키면서 이송 기구에 의해 워크 피스와 지석을 접촉시킴으로써, 워크 피스의 피연삭면을 평면으로 연삭한다.

예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 연삭 가공 장치에서는, 워크 피스의 회전 중심축을 조정하기 위한 기구와, 지석의 회전 중심축을 조정하기 위한 기구를 형성하고, 워크 피스의 피연삭면과 지석의 연삭면의 평행도를 고정밀도로 조정할 수 있도록 하여, 고정밀도의 연삭을 가능하게 한다.

일본 특허공보 제3978002호

그러나, 사파이어와 같이 큰 가공력으로 지석을 가압하지 않으면 연삭할 수 없는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 지석을 워크 피스에 가압하면, 워크 가동 (可動) 기구나 지석 가동 기구 등 연삭 가공 장치의 기구가 탄성 변형됨으로써, 충분한 가공력을 얻을 수 없는 상태가 된다. 그 때문에, 위치 제어에 의해 워크 피스의 두께를 원하는 두께까지 연삭하고자 할 때, 이송은 진행되고 있지만, 그 이송 거리의 대부분은 탄성 변형에 소비되어, 가공력이 불충분하여, 연삭이 진행되지 않게 될 가능성이 있었다.

또, 탄성 변형에 의해, 워크 피스의 피연삭면과 지석의 연삭면이 평행해지지 않게 되거나, 지석의 연삭면과 워크 피스의 피연삭면이 접촉면 내 방향으로 서로 어긋나거나 하면 워크 피스의 중심부와 외측 가장자리에서 불균형이 생겨, GBIR (Global Back Ideal Range) 등으로 평가되는 워크 피스의 표면 형상의 평탄성이 저해된다. 이와 같은 탄성 변형까지 상정하여, 워크 가동 기구나 지석 가동 기구를 가져 조정할 수 있게 하고 있지만, 가공력이 변화됨에 따른 탄성 변형량의 변화는, 가공마다 GBIR 값을 변화시키는 요인이 된다.

본 발명의 목적은, 연삭 가공 장치의 기구 내에 탄성 변형이 생기는 가공력을 필요로 하는 경우에도 워크 피스를 고정밀도로 연삭하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 의한 연삭 가공 장치는, 지석과 워크 피스를 상대적으로 회전시키면서 접촉시킴으로써 상기 워크 피스의 피연삭면을 평면으로 연삭하는 연삭 가공 장치로서, 상기 지석과 상기 워크 피스의 어느 일방 또는 양방을 이송 방향으로 움직일 수 있도록 지지하고, 상기 워크 피스와 상기 지석을 접근, 접촉 및 이간시키는 이송 수단과, 상기 이송 수단에 의해 상기 지석이 상기 워크 피스에 가압되는 힘인 가공력을 검출하는 가공력 검출 수단과, 상기 워크 피스의 장착 위치에 대한 상기 지석의 상기 이송 방향에 있어서의 위치인 지석 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 상기 위치 검출 수단으로 검출되는 상기 지석 위치를 원하는 위치로 제어하는 위치 결정 제어의 제어량과, 상기 가공력 검출 수단으로 검출되는 상기 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 가공력 제어의 제어량을 소정의 비율로 합성하여 실행하는 제어 수단을 가지고 있다.

본 발명에 의하면, 기구 내에 탄성 변형이 생기는 가공력을 필요로 하는 경우에도, 위치 결정 제어와 가공력 제어를 적절히 제어함으로써, 워크를 고정밀도로 연삭하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 실시형태에 의한 연삭 가공 장치의 개략적인 연삭 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은, 연삭 가공 장치의 제어에 관한 구성을 나타내는 블록 도면이다.
도 4 는, 본 실시형태에 있어서의 연삭 가공의 가공 패턴에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 연삭 가공시의 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 상대 위치 관계에 대해 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태에 의한 연삭 가공 장치의 개략적인 연삭 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 연삭 가공 장치는, 일례로서, 워크 피스를 고정시켜 두고, 지석을 그 워크 피스의 방향으로 이동시키고, 접촉시킴으로써, 워크 피스의 피가공면을 연삭하는 장치이다.

도 1 을 참조하면, 연삭 가공 장치는, 연삭 가공 장치의 연삭 구성의 공통적인 토대를 이루는 베드 (18) 상에 지석 이송 기구 (14) 와 워크 지지 기구 (17) 가 배치 형성되어 있다.

지석 이송 기구 (14) 는, 베드 (18) 에 고정된 고정부 (14a) 와, 고정부 (14a) 에 대해 이송 방향 (100) 으로 왕복 이동이 가능한 가동부 (14b) 를 포함하고 있다. 이송 방향은 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 를 접근, 접촉, 이간시키는 방향이며, 도면 중에서는 횡 방향 (수평 방향) 이다.

지석 이송 기구 (14) 의 가동부 (14b) 에는 지석 회전 기구 (15) 가 장착되어 있다. 가동부 (14b) 가 이송 방향 (100) 으로 이동하면, 그것과 함께 지석 회전 기구 (15) 도 이송 방향 (100) 으로 이동한다. 이로써, 연삭 가공시에 워크 피스 (12) 와 지석 (11) 이 접근, 접촉 및 이간한다. 지석 회전 기구 (15) 는 모터 구동에 의해 회전하는 회전축의 선단에 지석 (11) 이 장착되어 있고, 모터의 회전에 의해 지석 (11) 을 회전시킨다.

워크 지지 기구 (17) 는 베드 (18) 에 대해 고정되고, 워크 지지 기구 (17) 에는 워크 회전 기구 (16) 가 장착되어 있다. 워크 회전 기구 (16) 는 모터 구동에 의해 회전하는 회전축의 선단에 척 (13) 을 가지고 있다. 워크 피스 (12) 는 그 척 (13) 의 워크 장착면에 장착하고 또 떼어낼 수 있다. 즉, 척 (13) 은 진공 펌프에 의한 부압으로 워크 장착면에 워크 피스 (12) 를 흡착하고, 또 그 흡착을 해제할 수 있다.

상기 서술한 구성에 의한 연삭 가공 장치에 있어서, 지석 회전 기구 (15) 가 지석 (11) 을 회전시키고, 워크 회전 기구 (16) 가 워크 피스 (12) 를 회전시키고 있는 상태에서, 지석 이송 기구 (14) 가 지석 (11) 을 이송 방향 (100) 에 있어서 워크 피스 (12) 에 접근하도록 이동시키고, 접촉시킴으로써, 워크 피스 (12) 가 지석 (11) 로 연삭된다.

도 2 는, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

지석 회전 기구 (15) 에 장착된 지석 (11) 과, 척 (13) 에 장착된 워크 피스 (12) 는 서로의 회전축이 어긋난 상태에서 평행으로 마주보고 있다. 지석 (11) 의 외측 가장자리가 워크 피스 (12) 의 중심 (회전축) (21) 과 대략 일치하도록 위치 결정되어 있다. 연삭 가공시에는, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 는 서로 역방향으로 회전하면서, 원하는 가공력으로 가압되도록 접촉한다. 여기서 말하는 가공력은, 지석 (11) 이 워크 피스 (12) 에 가압되는 힘이다.

도 3 은, 연삭 가공 장치의 제어에 관한 구성을 나타내는 블록 도면이다. 도 3 을 참조하면, 연삭 가공 장치는 전류 센서 (36), 위치 센서 (37) 및 제어부 (31) 를 가지고 있다.

전류 센서 (36) 는 지석 이송 기구 (14) 내에 있고, 지석 이송 기구 (14) 의 모터 (35) 에 흐르는 전류를 검지하여, 그 값을 제어부 (31) 에 통지한다. 모터 (35) 를 흐르는 전류값은, 워크 피스 (12) 에 지석 (11) 이 가압되는 가공력과 등가이다. 본 실시형태에서는, 일례로서 워크 피스 (12) 에 지석 (11) 이 가압되는 가공력으로서 모터 (35) 를 흐르는 전류값을 사용하고 있다.

위치 센서 (37) 는 복수의 위치 센서군으로 이루어지고, 예를 들어 지석 (11) 의 연삭면의 위치 (지석 위치) 와 척 (13) 의 워크 장착면의 위치를 검지하여, 그것들을 제어부 (31) 에 통지한다. 혹은, 위치 센서 (37) 는, 지석 (11) 의 연삭면의 위치와 척 (13) 의 워크 장착면의 위치의 차분을 워크 피스 (12) 의 두께로서 제어부 (31) 에 통지한다. 즉, 워크 피스 (12) 의 장착 위치에 대한 지석 (11) 의 연삭면의 위치 정보가 제어부 (31) 에 통지된다. 연삭 가공 중이면 워크 피스 (12) 의 피연삭면의 위치와 지석 (11) 의 연삭면의 위치는 대략 일치하고 있고, 등가이다. 워크 피스 (12) 의 장착 위치는, 워크 피스 (12) 가 연삭됨으로써 변화하지 않는 워크 피스 (12) 의 소정의 위치, 또는 워크 피스 (12) 를 유지하는 척 (13) 의 소정의 위치이다. 예를 들어, 척 (13) 의 워크 장착면의 위치를 워크 피스 (12) 의 장착 위치로 할 수 있다.

제어부 (31) 는, 위치 센서 (37) 로부터 통지된 지석 (11) 의 연삭면의 위치를 원하는 위치로 제어하는 위치 결정 제어의 제어량과, 전류 센서 (36) 에서 검출되는 전류값으로 나타낸 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 가공력 제어의 제어량을 소정의 비율 (이하 「제어비」라고 한다) 로 합성하여 실행한다. 구체적으로는, 전류 센서 (36) 에서 검출되는 전류 (가공력에 상당) 와 원하는 가공력의 차와, 위치 센서 (37) 에서 검출되는 위치와 원하는 위치의 차를 합성하고 피드백하는 피드백 제어를 실시하는 것이다. 전류 센서 (36) 에서 검출되는 전류와 원하는 가공력의 차, 및 위치 센서 (37) 에서 검출되는 위치와 원하는 위치의 차가 여기서 말하는 제어량이다. 게인 설정부 (33) 에 있어서의 위치 결정 제어의 피드백 게인과, 게인 설정부 (34) 에 있어서의 가공력 제어의 피드백 게인의 양방 또는 일방을 변화시켜, 적절히 설정함으로써, 제어비를 설정할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 워크 피스 (12) 가 사파이어와 같은 재료인 경우, 큰 가공력으로 지석 (11) 을 가압하지 않으면 연삭할 수 없다. 큰 가공력으로 지석 (11) 을 워크 피스 (12) 에 가압하면, 워크 지지 기구 (17) 나 지석 이송 기구 (14) 등 연삭 가공 장치의 기구가 탄성 변형된다. 그러나, 본 실시형태에서는, 위치 결정 제어와 가공력 제어를 병용하고, 또한 그것들의 제어비를 적절한 값으로 설정할 수 있다. 그 때문에, 기구에 탄성 변형이 생기는 가공력을 필요로 하는 경우에도, 위치 결정 제어와 가공력 제어를 적절히 제어함으로써, 연삭이 진행되지 않게 되거나, 지나치게 연삭되거나 하는 것을 억제하고, 워크 피스 (12) 를 고정밀도로 연삭하는 것이 가능하다.

도 4 는, 본 실시형태에 있어서의 연삭 가공의 가공 패턴에 대해 설명하기 위한 도면이다. 가공 패턴은 지석 (11) 의 위치와 가공 속도의 관계를 나타내는 정보이며, 미리 설정되어 있다. 도 4 를 참조하면, 시간의 경과와 함께 진행되는 워크 피스 (12) 의 두께 (파선) 와, 지석 이송 기구 (14) 에 있어서의 기계 위치 (실선) 가 나타나 있다. 기계 위치는 지석 (11) 의 이동분에 더하여, 기구의 탄성 변형분도 이동이 생기는 부위의 위치이다. 예를 들어, 지석 이송 기구 (14) 의 고정부 (14a) 에 가동부 (14b) 를 구동시키는 구동 기구가 있다고 하면, 그 구동 기구의 이동량에는 가동부 (14b), 지석 회전 기구 (15), 지석 (11) 등의 탄성 변형분이 포함되어 있다.

도 4 의 가공 패턴에서는, 연삭 가공의 전반에서는 황 가공 (제 1 공정) 으로서 단위 시간당 진행 거리 즉 가공 속도가 빠른 가공으로 효율적으로 연삭을 진행시키고, 후반에서는 마무리 가공 (제 2 공정) 으로서, 가공 속도를 느리게 하여 위치 결정의 정밀도 및 연삭면의 평면의 정밀도를 높인다.

본 실시형태에서는 제어부 (31) 는, 연삭 가공시에 있어서의 워크 피스 (12)에 대한 지석 (11) 의 위치와 가공 속도의 관계를 나타내는 예를 들어 도 4 와 같은 가공 패턴을 미리 설정해 두어도 된다. 그 경우, 제어부 (31) 는, 가공 패턴에 따라 지석 이송 기구 (14) 를 제어할 때, 그 가공 패턴에 따른 연삭 가공 공정의 진행에 맞추어 위치 결정 제어와 가공력 제어의 비율을 변화시켜도 된다. 가공 패턴에 따라, 연삭 가공의 각 단계에 따라 가공 속도를 변화시키는 경우에도, 각 공정에 있어서의 가공을 원하는 정밀도로 실시하는 것이 가능해진다.

예를 들어, 가공 패턴이 주어진 처리부 (32) 가 시간의 경과에 따라 원하는 위치와 원하는 가공력 (도 3 에서는 일례로서 토크) 을 설정함과 함께, 그 가공 패턴의 진행에 수반하여, 게인 설정부 (33, 34) 에 적절한 피드백 게인을 설정하는 것으로 하면 된다.

예를 들어, 황 가공시에는 웨이퍼의 기본적인 형상의 가공 (GBIR 에 영향을 미치는 가공) 이 실시되기 때문에, 가공력 제어를 실시하여, 가능한 한 가공력을 일정하게 유지하도록 한다. 마무리 가공시에는, 표면의 성상 (조도) 을 저감하기 위해서 이송 속도를 우선하고, 느린 이송 속도로 가공을 실시하도록 한다. 이와 같이, 연삭 가공의 각 단계에 적절한 가공을 실시하여, 효율이나 정밀도를 높일 수 있다.

도 5 는, 연삭 가공시의 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 상대 위치 관계에 대해 설명하기 위한 도면이다. 워크 피스 (12) 의 피연삭면의 평면도, 특히 GBIR 은 연삭 가공시의 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 상대적인 위치 관계에 영향을 받는다.

지석 (11) 의 연삭면과 워크 피스 (12) 의 피연삭면이 평행하지 않으면, 워크 피스 (12) 의 피연삭면에 있어서 중앙 부근과 외측 가장자리 부근에서 두께에 차이가 생겨 버린다. 특히, 소정의 가공력을 가하여 워크 피스 (12) 를 연삭하고 있을 때에는 연삭 가공 장치의 기구에 탄성 변형이 생기기 때문에, 가공력이 가해지지 않을 때와는, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 상대 위치 관계, 특히 상대적인 각도가 상이한 경우가 있을 수 있다.

그래서, 본 실시형태에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연삭 가공시의 소정의 가공력이 가해진 상태에서, 지석 (11) 의 연삭면과 워크 피스 (12) 의 피연삭면이 평행해지도록, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 상대적인 각도 관계를 미리 조정해 두기로 한다. 조정된 가공력에 있어서, 지석 (11) 을 워크 피스 (12) 에 적절한 상대적인 각도 관계로 접촉시킬 수 있어, 고정밀도의 가공이 가능해진다. 실제의 장치는 조정 기구로서는 여러 지점에서의 조정이 가능하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 베드 (18) 상에 배치된 지석 이송 기구 (14) 에 있는 조정 기구에 의해, 지석 회전 기구 (15) 의 회전축 각도를 조정해도 되고, 지석 회전 기구 (15) 에 있는 조정 기구에 의해 그 회전축의 각도를 조정해도 된다. 또, 워크 지지 기구 (17) 에 있는 조정 기구에 의해 워크 회전 기구 (16) 의 회전축 각도를 조정해도 되고, 워크 회전 기구 (16) 에 있는 조정 기구에 의해, 그 회전축의 각도를 조정해도 된다. 나아가서는, 지석 회전 기구 (15) 의 회전축의 각도와, 워크 회전 기구 (16) 의 회전축의 각도의 양방을 조정해도 된다.

또, 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 의 접촉면에 있어서의 상대적인 위치도 미리 조정해 두는 것으로 해도 된다. 구체적으로는, 소정의 가공력이 가해졌을 때 지석 (11) 의 가장자리가 워크 피스 (12) 의 피연삭면의 중심 (21) 과 일치하도록 조정해 두면 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 가공력을 검출하는 수단으로서 모터에 흐르는 전류를 계측하는 전류 센서 (36) 를 사용하고 있다. 그러나, 본 발명이 그것에 한정되지는 않고, 여러 지점으로부터 직접적 혹은 간접적으로 가공력을 검출할 수 있다.

예를 들어, 워크 피스 (12) 를 회전시키는 워크 회전 기구 (16) 의 회전축 부재 또는 지석 (11) 을 회전시키는 지석 회전 기구 (15) 의 회전축 부재에 작용하는 힘을 가공력으로서 계측하는 것으로 해도 된다. 워크 피스 (12) 와 지석 (11) 이 접촉하고 있지 않을 때와, 접촉하고 있을 때에서는, 워크 회전 기구 (16) 나 지석 회전 기구 (15) 의 회전축을 이루는 부재에 작용하는 힘이 변화된다. 또, 그 회전축의 부재에 작용하는 힘은 가공력에 따라 변화된다. 그 때문에, 회전축의 부재에 작용하는 힘과 가공력의 관계를 기지의 정보로서 미리 설정해 둠으로써, 회전축의 부재에 작용하는 힘으로부터 간접적으로 가공력을 구할 수 있다. 회전축의 부재에 작용하는 힘과 가공력의 관계는 수식 혹은 테이블에 의해 설정하면 된다.

또, 워크 피스 (12) 를 회전시키는 회전축의 부재를 지지하는 구조물, 또는 지석 (11) 을 회전시키는 지석축의 부재를 지지하는 구조물에 가해지는 힘을 계측하고, 계측치에 기초하여 가공력을 판단해도 된다. 워크 피스 (12) 를 회전시키는 회전축을 지지하는 구조물로는, 회전축을 회전 가능하도록 지지하는, 워크 회전 기구 (16) 에 있어서의 회전하지 않는 측의 구성 부품이 있다. 또, 지석 (11) 을 회전시키는 회전축을 지지하는 구조물로는, 회전축을 회전 가능하도록 지지하는, 지석 회전 기구 (15) 에 있어서의 회전하지 않는 측의 구성 부품이 있다. 구조물에 가해지는 힘과 가공력의 관계를 기지의 정보로서 미리 설정해 둠으로써, 구조물에 가해지는 힘으로부터 간접적으로 가공력을 구할 수 있다. 또 마찬가지로, 워크 피스 (12) 를 회전시키는 회전축을 지지하는 구조물의 소정 부위의 베드 (18) 를 기준으로 한 변위, 혹은 지석 (11) 을 회전시키는 회전축의 베드 (18) 를 기준으로 한 변위를 계측하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 가공력을 판단하는 것으로 해도 된다. 또 마찬가지로, 스트레인 게이지에 의해 상기 구조물이나 회전축의 변형을 측정하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 가공력을 판단하는 것으로 해도 된다.

또, 지석 이송 기구 (14) 는, 지석 (11) 을 볼나사에 의해 이송 방향으로 이동시키는 이송 기구를 갖는 구성이어도 된다. 그 경우, 이송 기구의 볼나사를 구동시키는 토크를 계측하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 가공력을 판단하는 것으로 해도 된다. 토크와 가공력의 관계를 기지의 정보로서 미리 설정해 둠으로써, 토크로부터 간접적으로 가공력을 구할 수 있다.

또, 지석 회전 기구 (15) 로 지석 (11) 을 회전시키고, 워크 회전 기구 (16) 로 워크 피스 (12) 를 회전시키고 있는 상태에서 지석 (11) 과 워크 피스 (12) 를 접촉시키면, 워크 피스 (12) 와 지석 (11) 이 서로 미는 가공력에 따라 생기는 회전 방향의 힘에 의해, 각각의 회전수가 저하된다. 즉, 가공력이 커지면, 지석 회전 기구 (15) 나 워크 회전 기구 (16) 의 모터에 흐르고 있는 전류에 대한, 지석 (11) 이나 워크 피스 (12) 의 회전수의 비율이 저하된다. 따라서, 전류에 대한 회전수의 비율과 가공력의 관계를 이미 기지의 정보로서 미리 설정해 둠으로써, 전류에 대한 회전수의 비율로부터 간접적으로 가공력을 구할 수 있다.

예를 들어, 지석 회전 기구 (15) 는 인가된 전압으로 구동된 모터에 의해 지석 (11) 을 회전시키는 기구이고, 워크 회전 기구 (16) 는 인가된 전압으로 구동된 모터에 의해 워크 피스 (12) 를 회전시키는 기구여도 된다. 그 경우, 지석 회전 기구 (15) 와 워크 회전 기구 (16) 의 양방 또는 일방에 있어서의 모터에 흐르는 전류와 회전수에 기초하여 가공력을 산출하는 것으로 해도 된다. 지석 회전 기구 (15) 와 워크 회전 기구 (16) 의 양방을 사용하는 것은 오차를 저감시키는 목적이며, 어느 일방만을 사용해도 가공력의 산출은 가능하다. 요컨대, 지석 회전 기구 (15) 에 있어서의 모터에 흐르는 전류와 지석 (11) 의 회전수로부터 가공력을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 워크 회전 기구 (16) 에 있어서의 모터에 흐르는 전류와, 워크 피스 (12) 의 회전수로부터 가공력을 산출할 수 있다. 나아가서는, 지석 회전 기구 (15) 에 있어서의 모터에 흐르는 전류와 지석 (11) 의 회전수와 워크 회전 기구 (16) 를 구동하기 위한 모터 전류와 워크 피스 (12) 의 회전수를 파라미터로서, 보다 높은 정밀도로 가공력을 산출할 수 있다. 구체적인 연산의 예로는, 지석 회전 기구 (15) 측의 데이터로부터 산출한 가공력과, 워크 회전 기구 (16) 측의 데이터로부터 산출한 가공력의 평균치를 사용하는 것으로 해도 된다.

일반화하면, 지석 회전 기구 (15) 의 모터 전류를 IG 로 하고, 워크 회전 기구 (16) 의 모터 전류를 IW 로 하고, 지석 (11) 의 회전수를 NG 로 하고, 워크 피스 (12) 의 회전수를 NW 로 하면, 가공력 (FWB) 은 파라미터 IG, IW, NG 및 NW 의 함수 f(IG, IW, NG, NW) 로 나타낼 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 위치 결정 제어와 가공력 제어를 1 개의 피드백 제어 기구로 합성하고, 그 피드백 게인에 의해 제어비를 조정하는 구성을 나타냈지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서 위치 결정 기구와 가공력 제어 기구를 별개로 형성하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 원하는 위치와 피가공면의 위치의 차분을 피드백하고 위치 결정 제어를 실시하는 위치 결정 기구에, 전압을 힘으로 변환하는 압전 소자 (피에조 소자) 등에 의해 구성한 가공력 제어 기구를 직렬로 부가한 제어 구성을 채용해도 된다. 그 경우, 위치 결정 기구의 피드백 게인과, 압전 소자로의 입력 전압을 조정함으로써, 위치 결정 제어와 가공력 제어의 제어비를 조정할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 워크 피스 (12) 를 연삭하고 있는 동안에는 항상 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 예를 나타냈지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 제어부 (31) 는, 복수의 공정으로 이루어지는 가공 패턴의 특정 공정 동안만, 위치 결정 제어와 가공력 제어의 제어비를 소정의 비율로 제어하도록 해도 된다. 그 경우, 제어부 (31) 는, 그 이외의 공정에서는 위치 결정 제어만, 또는 가공력 제어만을 실시하도록 해도 되고, 혹은 위치 결정 제어와 가공력 제어를 병용하지만, 그 제어비를 특정 비율로 조정하는 제어를 실시하지 않는 것으로 해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 가공 패턴에 기초하여 가공 속도를 변화시키고, 또 가공 패턴의 진행에 따라 가공력을 변화시키는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 위치 결정 제어와 가공력 제어를 소정의 제어비로 조정하기만 하면 된다. 예를 들어, 제어부 (31) 는, 가공력에 대해서는 일정한 원하는 가공력으로 제어하고, 위치 결정 제어에 의해 제어비를 조정하도록 해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 워크 피스 (12) 를 고정시켜 두고, 지석 (11) 을 이동시키는 구성을 채용한 예를 나타냈지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 베드 (13) 에 대한 지석 (11) 의 위치를 고정시키고, 워크 피스 (12) 를 이송 기구에 의해 지석 (11) 을 향하여 이동시키는 것이어도 된다. 나아가서는, 워크 피스 (12) 와 지석 (11) 의 양방에 이송 기구를 형성하고, 그것들 이송 기구에 의해, 워크 피스 (12) 와 지석 (11) 을 상대적으로 이동시키는 것이어도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 지석 (11) 을 이동시키는 이송 방향이 횡 방향 (수평 방향) 으로 연장되는 장치 구성을 예시했지만, 본 발명은 그것과는 달리, 이송 방향은 종 방향 (수직 방향) 으로 뻗어있어도 된다. 예를 들어, 하측에 지석 (11) 을 고정시키는 기구를 구비하고, 상측에 상하로 이동하는 것이 가능한 기구를 구비한 구성에도 본 발명을 적용할 수 있고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

11 : 지석
12 : 워크 피스
13 : 척
13 : 베드
14 : 지석 이송 기구
14a : 고정부
14b : 가동부
15 : 지석 회전 기구
16 : 워크 회전 기구
17 : 워크 지지 기구
18 : 베드
31 : 제어부
32 : 처리부
33 : 게인 설정부
34 : 게인 설정부
35 : 모터
36 : 전류 센서
37 : 위치 센서

Claims

지석과 워크 피스를 상대적으로 회전시키면서 접촉시킴으로써 상기 워크 피스의 피연삭면을 평면으로 연삭하는 연삭 가공 장치로서,
상기 지석과 상기 워크 피스의 어느 일방 또는 양방을 이송 방향으로 움직일 수 있도록 지지하고, 상기 워크 피스와 상기 지석을 접근, 접촉 및 이간시키는 이송 수단과,
상기 이송 수단에 의해 상기 지석이 상기 워크 피스에 가압되는 힘인 가공력을 검출하는 가공력 검출 수단과,
상기 워크 피스의 장착 위치에 대한 상기 지석의 상기 이송 방향에 있어서의 위치인 지석 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,
상기 위치 검출 수단으로 검출되는 상기 지석 위치를 원하는 위치로 제어하는 위치 결정 제어의 제어량과, 상기 가공력 검출 수단으로 검출되는 상기 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 가공력 제어의 제어량을 소정의 비율로 합성하여 실행하는 제어 수단을 갖는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 연삭 가공시에 있어서의 지석 위치와 가공 속도의 관계를 나타내는 가공 패턴을 미리 설정해 두고, 상기 가공 패턴에 따라 상기 이송 수단을 제어할 때, 상기 가공 패턴에 따른 연삭 가공의 진행에 맞추어 상기 위치 결정 제어의 제어량과 상기 가공력 제어의 제어량의 비율을 변화시키는 연삭 가공 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 가공 패턴은, 소정의 제 1 가공 속도로 연삭을 실시하는 제 1 공정과, 상기 제 1 가공 속도보다 느린 제 2 가공 속도로 연삭을 실시하는 제 2 공정을 포함하고,
상기 제어 수단은, 상기 제 2 공정에서는, 상기 제 1 공정과 비교하여, 상기 위치 결정 제어의 비율을 높게, 상기 가공력 제어의 비율을 낮게 설정하는 연삭 가공 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 가공력 검출 수단으로 검출되는 상기 가공력과 상기 원하는 가공력의 차와, 상기 위치 검출 수단으로 검출되는 상기 지석 위치와 상기 원하는 위치의 차를 합성하여 피드백하는 피드백 제어를 실시하는 것으로서, 상기 가공력의 피드백 게인과 상기 지석 위치의 피드백 게인의 양방 또는 일방을 변화 시킴으로써, 상기 위치 결정 제어와 상기 가공력 제어의 비율을 변화시키는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 가공력을 일정한 상기 원하는 가공력으로 제어하는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가공력이 상기 원하는 가공력일 때, 상기 지석의 연삭면과 상기 워크 피스의 피연삭면이 평행해지도록, 상기 지석과 상기 워크 피스의 상대적인 각도 관계를 조정하는 조정 수단을 추가로 갖는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가공력 검출 수단은, 상기 워크 피스를 회전시키는 회전축의 부재 또는 상기 지석을 회전시키는 회전축의 부재에 작용하는 힘을 상기 가공력으로서 계측 하는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가공력 검출 수단은, 상기 워크 피스를 회전시키는 회전축의 부재를 지지하는 구조물 또는 상기 지석을 회전시키는 회전축의 부재를 지지하는 구조물에 가해지는 힘을 계측하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 상기 가공력을 판단하는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가공력 검출 수단은, 상기 워크 피스를 회전시키는 회전축의 부재를 지지하는 구조물 또는 상기 지석을 회전시키는 회전축의 부재의 소정 부분의 변위를 계측하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 상기 가공력을 판단하는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 이송 수단은, 상기 워크 피스 또는 상기 지석을 볼나사로 상기 이송 방향으로 이동시키는 이송 기구를 가지고,
상기 가공력 검출 수단은, 상기 이송 기구의 볼나사를 구동시키는 토크를 계측하고, 계측치에 기초하여 간접적으로 상기 가공력을 판단하는 연삭 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
입력된 전류로 구동되어 상기 지석을 회전시키는 지석 회전 기구와, 입력된 전류로 구동되어 상기 워크 피스를 회전시키는 워크 회전 기구를 추가로 가지고,
상기 가공력 검출 수단은, 상기 지석 회전 기구와 상기 워크 회전 기구의 양방 또는 일방에 있어서의 상기 전류와 회전수에 기초하여 상기 가공력을 산출하는 연삭 가공 장치.
지석과 워크 피스의 어느 일방 또는 양방을 이송 방향으로 움직일 수 있도록 지지하고, 상기 워크 피스와 상기 지석을 접근, 접촉 및 이간시키는 이송 수단을 가지고, 상기 지석과 상기 워크 피스를 상대적으로 회전시키면서 접촉시킴으로써 상기 워크 피스의 피연삭면을 평면으로 연삭하는 연삭 가공 장치의 제어 방법으로서,
상기 이송 수단에 의해 상기 지석이 상기 워크 피스에 가압되는 힘인 가공력을 검출하고,
상기 워크 피스의 장착 위치에 대한 상기 지석의 상기 이송 방향에 있어서의 위치인 지석 위치를 검출하고,
검출되는 상기 지석 위치를 원하는 위치로 제어하는 위치 결정 제어의 제어량과, 검출되는 상기 가공력을 원하는 가공력으로 제어하는 가공력 제어의 제어량을 소정의 비율로 합성하여 실행하는 연삭 가공 장치의 제어 방법.