JP6900019B2

JP6900019B2 - 多面体ワークの研削方法

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Publication number: JP6900019B2
Application number: JP2016104637A
Authority: JP
Inventors: 良太新藤
Original assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Current assignee: Nagase Integrex Co Ltd
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP2017209753A

Description

本発明は、六面体ワーク等の多面体ワークの側面部に対して研削（切削，研磨を含む）を実行するようにした多面体ワークの研削方法に関するものである。

特許文献１には、加工具によって生じた表面のうねり形状を低減させるための技術が開示されている。この技術は、ワークの表面を回転砥石で複数回研削するものであって、同じ領域を研削する場合、研削開始位置を変更することにより、ワークの表面にうねりが出現しないようにしたものである。

特開２００２−６６９１６号公報

従って、特許文献１の技術については、ワークの表面のうねりを除去して研削精度を向上できるが、多面体ワークの側面相互の関係、例えば隣接する側面に対する直角度を高精度に出現させて、多面体ワーク全体を所要形状に高精度に加工することには不向きであった。このように、多面体の側面を他の側面との関係において高精度に研削形成することは困難であって、このような研削においては、一般には専用研削盤が用いられたり、汎用研削盤において精密バイスでワークを傾けてチャッキングしたり、あるいはシムを用いてワークの傾き角度を調整したりしている。

専用研削盤は高価で、かつ所定の加工以外の加工をしたりする等の柔軟運用は困難である。一方、汎用研削盤でワークをチャッキングさせることはセッティングが難しく、かつ大きなワークを固定することが困難である。また、シムを用いてワークの傾き角度を調整する場合は、微少単位（例えばミクロンメートル単位）の調整を余儀なくされるため、その作業に手間がかかり、熟練を要するものであった。

本発明の目的は、専用研削盤を用いたりすることなく、多面体ワークを所要形状に高精度に加工できる多面体ワークの研削方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の多面体ワークの研削方法においては、往復移動可能なテーブルの水平な上面に固定された六面体ワークである多面体ワークの上面に位置する側面部を、昇降可能な昇降体に支持された回転砥石により平面研削する研削方法であって、多面体ワークの上面に位置する側面部を、前記回転砥石の外周面である研削面により研削することで第１基準面としての側面を形成し、多面体ワークを倒して横向きになった前記テーブルの水平な上面に対する第１基準面の角度を、前記昇降体に支持された検出装置により測定するとともに、第１基準面に隣接し多面体ワークの上面に位置する側面部の角度を前記検出装置により測定して、第１基準面に対して直角をなす仮想平面を設定し、その仮想平面が実際の側面として出現するように上面に位置する側面部を研削することで第２基準面としての側面を形成し、多面体ワークを倒して横向きになった前記テーブルの水平な上面に対する第１，第２基準面の角度をそれぞれ前記検出装置により測定するとともに、第１，第２基準面に隣接し多面体ワークの上面に位置する側面部の角度を前記検出装置により測定して、第１，第２基準面の双方に対して直角をなす仮想平面を設定し、その仮想平面が実際の側面として出現するように上面に位置する側面部を研削し、仮想平面が実際の側面となるように、互いに隣接する３箇所の側面部を研削した後に、研削済みの各側面の反対側の側面部を研削済みの側面と平行になるように研削することを特徴とする。

本発明によれば、多面体ワークの側面を基準として仮想平面を設定し、その仮想平面が他の側面として出現するように多面体ワークを研削することにより、高精度な多面体を容易に加工できる。

本発明によれば、専用研削盤を用いたりすることなく、多面体ワークを所要形状に容易に加工できるという効果を発揮する。

研削装置の側面図。研削装置の電気的構成を示すブロック図。研削装置の研削部の斜視図。（ａ）は、研削状態を示す斜視図、（ｂ）は、別の研削状態を示す斜視図。多面体ワークの斜視図。ひとつの基準面に対する仮想平面を示す斜視図。仮想平面を示す側面図。ふたつの基準面に対する仮想平面を示す斜視図。多面体ワークの研削手順を示すフローチャート。多面体ワークとドレスされた回転砥石とを示す側面図。多面体ワークと回転砥石とを示す正面図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、研削盤の機台２１上には上面が水平な設置面になっているテーブル２２がモータ２７によりＸ軸方向（左右方向）に往復移動可能に搭載され、その水平な上面には多面体ワーク７０がマグネットチャック等の固定手段を用いて固定される。テーブル２２の隅角部には、ドレッサ２９が設置されている。

本実施形態において取り扱われる多面体ワーク７０は六面体であって、各側面は隣接する他の側面に対して直角をなすように、研削によって形成される。
テーブル２２の上方には、昇降体２５がモータ２６によってＹ軸方向（上下方向）に、かつモータ２８によりＺ軸方向（前後方向）に移動可能に設けられている。この昇降体２５にはモータ２３によって回転される回転砥石２４がＹ軸方向（上下方向）に昇降可能に設けられている。この回転砥石２４はテーブル２２の移動領域の上方に位置している。そして、この回転砥石２４により、テーブル２２上の多面体ワーク７０の上面を研削することができる。この場合、前記Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向の移動の少なくとも２軸方向の移動を合成すれば、多面体ワーク７０に対して任意の傾斜角度の研削面を形成できる。

そして、本実施形態においては、回転砥石２４をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向に移動させるモータ２６，２７，２８として、サーボモータが用いられている。
前記各モータ２３，２６，２７，２８は制御装置３３による制御を受ける。記憶部３４は研削装置全体を動作させるためのプログラムや一時的なデータを記憶する。そして、制御装置３３は、前記各モータ２３，２６，２７，２８の動作を制御することにより、回転砥石２４によるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向における平面研削を実行させる。

前記昇降体２５には検出装置３１が設けられ、その検出装置３１の検出子３２において多面体ワーク７０の面の位置や傾きを検出することができる。検出されたデータは制御装置３３に入力される。研削盤の機台２１の近傍には、入力装置４０としてのタッチパネルを兼用する表示装置が設置されている。

次に、以上のように構成された研削盤における研削方法を図９のフローチャートに従って説明する。このフローチャートは、制御装置３３の記憶部３４に記憶されたプログラムの実行手順を示すものであって、制御装置３３の制御のもとに進行する。本実施形態の研削方法は、図５に示すような六面体ワークである多面体ワーク７０の側面部を他の側面に対して直角または平行に研削するものである。

はじめに、作業者により、入力装置４０上において、多面体ワーク７０の各側面部７０１〜７０６に対する切込み量が設定されるとともに、図３及び図５に示すように、多面体ワーク７０の６箇所の側面部のうち一つの側面部７０１が上向きになるように、多面体ワーク７０が作業者によってテーブル２２の水平な上面の設置面にセットされる。そして、上向きの側面部７０１の位置及び角度が検出子３２によって検出されて、測定される。検出子３２による測定結果は、制御装置３３に転送されて、側面部７０１の位置及び傾きが制御装置３３によって認識される。また、検出子３２による側面部７０１や後述の他の側面部７０２等及び側面７１等の測定の場合、測定される面，すなわち被測定面の少なくとも２箇所のポイントを測定する必要があるが、３箇所以上のポイントを測定することが好ましい。

そして、その多面体ワーク７０の上面の側面部７０１が回転砥石２４により設定された切込み量となるように水平方向に平面研削される（図９のＳ１）。この側面部７０１及び後述の他の側面部７０２，７０３の平面研削においては、側面部７０１，７０２，７０３の測定された最も高い位置を基準にして、前記の設定された切込み量が得られるように研削されるものである。側面部７０１の研削によって形成された側面７１が第１の基準面となる。

次に、図６に示すように、前記側面７１が横向きになって検出子３２と対向するように多面体ワーク７０を倒して、この側面７１の位置と傾きとが測定されるとともに、上面に位置する側面部７０２の位置と傾きとが測定される（図９のＳ２）。この場合、例えば、図４（ａ）に示すように、前記側面部７０１が後ろ側になるように設置される。

次いで、図６及び図７に示すように、第１基準面である側面７１に対して隣接するとともに、直角をなす側面７２を表す仮想平面Ｓ１が演算される（図９のＳ３）。この仮想平面Ｓ１は、側面７１と隣接する側面部７０２を前述した設定切込み量に従って研削した場合において、側面７１の上側の辺Ｈ１を一辺とした平面である。

次いで、前記のように演算された仮想平面Ｓ１のＸ方向及びＺ方向の傾斜角度が判別される（図９のＳ４）。ここで、図１０に示すように、仮想平面Ｓ１がＺ方向において傾斜されている場合は、テーブル２２及び回転砥石２４の移動により、回転砥石２４がドレッサ２９に対向される。そして、その位置で、回転砥石２４がＺ方向とＹ方向との合成方向に移動されて、回転砥石２４の研削面２４１が前記の傾斜角度θに沿って角度θとなるように、ドレスされる（図９のＳ５）。仮想平面Ｓ１がＺ方向において傾斜されていない場合は、前記Ｓ５の処理は実行されない。

そして、テーブル２２がＸ方向に往復移動されるとともに、回転砥石２４が側面部７０２に対してＹ軸方向及びＺ軸方向に送られながら、側面７１を基準にした仮想平面Ｓ１が実際の平面である側面７２となるように、側面部７０２が切込まれる（図９のＳ６）。この場合、仮想平面Ｓ１が、図１１に示すように、Ｘ方向において傾斜している場合は、回転砥石２４がＸ方向とＹ方向との合成方向に移動される。このようにして、側面７１である第１基準面に対して直角な側面７２が出現され、この側面７２が第２基準面になる。

次いで、第１基準面及び第２基準面と隣接する二つの側面部７０３，７０４のうちの一つの側面部７０３を上向きにし、従って、第１，第２基準面である側面７１，７２を横向きにし、側面７１，７２の位置と角度とが測定されるとともに、上向きの側面部７０３の位置と角度とが測定される（図９のＳ７）。この場合、例えば、図４（ｂ）に示すように、前記と同様に、前記側面部７０１が後ろ側になるように設置される。そして、その測定結果に基づき、図８に示すように、第１，第２基準面である側面７１，７２の双方に対して直角をなす仮想平面Ｓ２が演算される（図９のＳ８）。すなわち、この仮想平面Ｓ２は、側面部７０３を前述した設定切込み量に従って研削した場合、側面７１，７２の上側の辺Ｈ２，Ｈ３を各一辺とした平面である。

次いで、前記のように演算された仮想平面Ｓ２のＸ方向及びＺ方向の傾斜角度θ１が判別される（図９のＳ９）。ここで、仮想平面Ｓ２がＺ方向において傾斜されている場合は、回転砥石２４がドレッサ２９に対向され、その状態で、Ｚ方向とＹ方向との合成方向に移動されて、回転砥石２４の研削面２４１が前記の傾斜角度θ１となるように、ドレスされる（図９のＳ１０）。仮想平面Ｓ２がＺ方向において傾斜されていない場合は、前記Ｓ１０の処理は実行されない。

そして、側面７１，７２を基準にした仮想平面Ｓ２が実際の平面である側面７３となるように、テーブル２２がＸ方向に往復移動されるとともに、回転砥石２４がＹ軸方向及びＺ軸方向に送られながら、側面部７０３が切込まれる（図９のＳ１１）。この場合、仮想平面Ｓ２が、図１１に示すように、Ｘ方向において傾斜している場合は、回転砥石２４がＸ方向の移動にともない、Ｙ方向にも移動される。このようにして、側面７１，７２による第１基準面及び第２基準面に対して直角な側面７３が出現される。

以上のように、３つの側面７１，７２，７３が相互に直角をなすように側面部７０１〜７０３が研削される。その後は、回転砥石２４の研削面２４１の傾斜角度θ，θ１がゼロになるように、前記ドレッサ２９によるドレスによって研削面２４１が補正される。

その後、各側面７１，７２，７３が順次下側になるように多面体ワーク７０をテーブル２２の水平な設置面上に設置して、各側面７１，７２，７３の反対側の側面部７０４，７０５，７０６が側面７１，７２，７３と平行に研削される。

このようにすれば、各側面が隣接する他の側面に対して直角をなす六面体が形成される。
従って、前記実施形態においては、以下の効果がある。

（１）仮想平面Ｓ１，Ｓ２を演算し、その仮想平面Ｓ１，Ｓ２が出現するように、回転砥石２４の研削面２４１を必要に応じてドレスし、回転砥石２４を研削送りすればよいため、汎用研削盤を用いて、六面体等の多面体ワーク７０を正確かつ容易に研削することができる。

（２）多面体ワーク７０を高精度加工するための新たな構成の追加が不要であるため、研削盤の構造が複雑化することを回避できる。
（３）多面体ワーク７０をバイスやシムを用いて位置決めする必要がないため、加工開始前の段取りが容易になり、切削加工を効率よく行なうことができる。

（４）側面部７０１，７０２，７０３の研削に先立って、必要に応じて回転砥石２４の研削面２４１が仮想平面に沿うようにドレスされるため、研削面２４１を側面部に対して面接触させることができる。このため、研削面２４１の偏摩耗を回避できるとともに、高精度研削加工が可能になる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化してもよい。
・多面体ワークが六面体であるが、角棒状のような長尺状の場合は、長さ方向の両端面に対する研削加工が不要な場合がある。このような場合は、両端面を除く４箇所の側面部を高精度に研削すればよいため、基準の１箇所の側面に対して仮想平面を設定して研削する作業は１回でよい。残りの２箇所の側面部は、反対側の側面と平行に研削すればよい。

・１２面体等の六面体以外の多面体ワークを研削すること。
・側面部を隣接する他の側面に対して直角に研削する以外の角度で研削すること。
・前記実施形態では、加工開始時に多面体ワーク７０の各側面部の切込み量を設定したが、側面部の研削後であって、次の側面部の加工前に、切込み量を設定すること。

・測定された側面部の切込み量を、最も測定部の高い位置を基準にして得られるようにしたが、最も低い位置を基準にしたり、高い位置と低い位置との間の中間位置を基準にしたりすること。

・前記実施形態の研削盤を六面体の側面の直角度を測定するための測定器として用いること。
・仮想平面を基準面に対して９０度以外の角度、例えば、９０．０１度に設定すること。このようにすれば、側面の角度の微調整を行なうことができる。

・実施形態の研削盤以外の研削盤や他の工作機械で加工された多面体ワーク７０を、実施形態の研削盤において側面を計測して仮想平面を演算すること。
・モータとして、サーボモータに代えて、リニアモータを用いること。

２２…テーブル、２４…回転砥石、３１…検出装置、３３…制御装置、３４…記憶部、７０…多面体ワーク、７１…側面、７２…側面、７３…側面、２４１…研削面、７０１…側面部、７０２…側面部、７０３…側面部、７０４…側面部、７０５…側面部、７０６…側面部、Ｓ１…仮想平面、Ｓ２…仮想平面。

Claims

往復移動可能なテーブルの水平な上面に固定された六面体ワークである多面体ワークの上面に位置する側面部を、昇降可能な昇降体に支持された回転砥石により平面研削する研削方法であって、
多面体ワークの上面に位置する側面部を、前記回転砥石の外周面である研削面により研削することで第１基準面としての側面を形成し、
多面体ワークを倒して横向きになった前記テーブルの水平な上面に対する第１基準面の角度を、前記昇降体に支持された検出装置により測定するとともに、第１基準面に隣接し多面体ワークの上面に位置する側面部の角度を前記検出装置により測定して、第１基準面に対して直角をなす仮想平面を設定し、その仮想平面が実際の側面として出現するように上面に位置する側面部を研削することで第２基準面としての側面を形成し、
多面体ワークを倒して横向きになった前記テーブルの水平な上面に対する第１，第２基準面の角度をそれぞれ前記検出装置により測定するとともに、第１，第２基準面に隣接し多面体ワークの上面に位置する側面部の角度を前記検出装置により測定して、第１，第２基準面の双方に対して直角をなす仮想平面を設定し、その仮想平面が実際の側面として出現するように上面に位置する側面部を研削し、
仮想平面が実際の側面となるように、互いに隣接する３箇所の側面部を研削した後に、研削済みの各側面の反対側の側面部を研削済みの側面と平行になるように研削する多面体ワークの研削方法。
仮想平面が実際の側面として出現するように研削する場合、その研削前に、前記回転砥石の外周面である研削面が仮想平面の角度に沿う角度となるように、前記研削面をドレスする請求項１に記載の多面体ワークの研削方法。