TWI745455B

TWI745455B - 磨床

Info

Publication number: TWI745455B
Application number: TW106135325A
Authority: TW
Inventors: 篠原智明; 阿南德納姆比亞爾; 山本博昭
Original assignee: 日商喜基雅精機製作所股份有限公司
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2021-11-11
Also published as: JP2018069358A; DE112017004159T5; TW201817537A; JP6912794B2; WO2018079319A1

Abstract

本發明提供一種磨床，其可提升被要求謹慎操作的手動研磨作業的作業性。

磨床1具備：砂輪4，其研磨工件；噴嘴71，其對工件噴出冷卻液；手動進給把手41,42，其藉由操作者旋轉操作；接近感測器53，其檢測工件與砂輪4的接近狀態；控制單元50，其控制伺服馬達61,62，以根據手動進給把手41,42的旋轉速度的速度使工件與砂輪接近/接觸；及通知裝置(21,31,54)，其對操作者進行通知。控制單元50，係回應接近感測器53，使用通知裝置將接近狀態的情況通知操作者，同時在接近狀態之前後將相對於手動進給把手41,42的旋轉速度之使工件W與砂輪4接近的速度減慢、或者於接近狀態時暫停工件W與砂輪4的相對移動。

Description

磨床

本發明係關於一種具有手動進給把手的NC工具機，於該NC工具機中，操作者藉由手動操作而可相對地移動操作砂輪之相對於工件的位置，並且，尤其關於一種可提升在進行把手操作時的作業性之磨床。

在有關具有操作者可藉由手動操作將砂輪的相對於工件的位置進行相對地移動操作之手動進給把手的數值控制(Numerical Control,NC)工具機方面，例如，專利文獻1中記載一種CNC(電腦數值控制)磨床，其具備工作台進給用手動進給把手及砂輪台進給用手動進給把手，且具備手動作業模式，於該模式中，自各手動進給把手以脈衝產生器產生因應旋轉量之脈衝，且將該脈衝輸入控制單元，將與脈衝對應的控制量從該控制單元輸出至伺服馬達，以使工作台或砂輪的位置移動。

此外，以往的油壓式磨床，係對用以使砂輪的相對於工件的相對位置移動的油壓用的作動油直接施加壓力，而使砂輪的相對於工件的相對位置移動，但在有關藉由具有手動進給把手的NC工具機模擬此油壓式磨床之操作感的磨床方面，例如，已知如專利文獻2所示之磨床。於此磨床中，當檢測出砂輪與工件之間隔接近後，則將手動進給把手的轉矩設為可變，讓手動進給把手的操作上感覺有重量感。

同樣地，專利文獻3揭示一種使用制動器而在砂輪與工件接觸之後使把手操作感覺有阻力之操作者可獲得近似於操作油壓式磨床的把手時的感覺的技術。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2006-123138號公報

專利文獻2：日本特開2015-157345號公報

專利文獻3：日本特開2001-38578號公報

於操作手動進給把手使砂輪與工件接近時，操作者一面利用顯示裝置確認預先設定的座標值一面旋轉操作把手，俾使兩者不產生衝撞，但若於因環境溫度的變化等而在座標值與實際的距離上產生差異之情況下使兩者無意間強力地接觸時，則恐有對加工品質帶來不良影響之虞，故而實際上，砂輪與工件之距離資訊的掌握，並不單單是憑藉確認被顯示在顯示裝置上的座標值，且還藉由目視來確認兩者的實際間隙，進而一面確認辨視因兩者的接觸而產生的火星等之視覺資訊而一面進行，以要求謹慎的操作。

依據專利文獻2，經由手動進給把手，可使操作者事先感覺砂輪與工件接近的狀態，且進行了嘗試提供操作者對於觸覺的進一步資訊的。然而，作為用以將轉矩設為可變的手段，採用了藉由活塞將制動墊抵壓在手動進給把手的軸上者，其在反應速度上有限制。此外，用以檢測工件與砂輪之間隔接近的情況之檢測手段的例示方面，示出了聲波感測器、間隙感測器、距離量測感測器等。於間隙感測器或距離量測感測器等中，根據距離量測值的接近狀態係被事先檢測。即便使用此類檢測手段檢測接近的狀態，由於用以使轉矩可變的手段的反應速度較慢，所以在操作者有感受到接觸之時點，已研磨完成。另一方面，於使用聲波感測器的情況，由於是檢測實際的接觸而非檢測工件與砂輪的接近，故而研磨會更進一步。專利文獻3中，因為自判定了接觸之後對把手施加制動，因此研磨會更進一步。作為用以使轉矩可變的手段，雖然還知有磁性粉體制動器等，但其於反應速度上也有限制。

本發明之目的在於提供一種可提升被要求謹慎操作的手動研磨作業的作業性之磨床。

為了解決上述課題，本發明之磨床，其特徵在於具備：砂輪，其研磨工件；噴嘴，其對工件噴出冷卻液；手動進給把手，其藉由操作者旋轉操作；脈衝產生器，以與旋轉速度對應的速度產生與上述手動進給把手的旋轉量對應之數量的脈衝；接近感測器，其檢測工件與砂輪的接近狀態；控制單元，可改變在上述脈衝產生器產生之脈衝的比率；伺服馬達，以與脈衝的供給速度對應的速度旋轉與藉上述控制單元而N倍化之脈衝數對應的角度，使工件與砂輪移動，以變更兩者的相對位置；及通知裝置，其對操作者進行通知，且上述控制單元，係回應上述接近感測器的檢測資訊，使用上述通知裝置將接近狀態的情況通知操作者，同時將在接近狀態之前的N倍之動作變更為M倍(M小於N)，以減慢工件與砂輪接近的速度。

依據本發明，藉由當成為砂輪與工件即將接觸之前的狀態時，將進給速度減慢或暫停，可避免砂輪以維持原速之速度削入工件之產生順勢削入的情況。此外，由於即將接觸之前的狀態已通知操作者，因此操作者可知曉具有速度模式變更的情況、或具有暫停的情況。

1‧‧‧磨床

4‧‧‧砂輪

5‧‧‧工件台

6‧‧‧砂輪台

7‧‧‧主軸裝置

8‧‧‧尾座

10‧‧‧床台

21,22,23‧‧‧顯示裝置

31,32,33‧‧‧輸入鍵

41,42‧‧‧手動進給把手

50‧‧‧控制單元

51,52‧‧‧脈衝產生器

53‧‧‧接近感測器

54‧‧‧振動器

56‧‧‧驅動單元

57‧‧‧計時器

58‧‧‧記憶體

59‧‧‧旗標

61,62‧‧‧伺服馬達

71‧‧‧噴嘴

72‧‧‧冷卻液

W‧‧‧工件

圖1為說明磨床的一實施形態的外觀之立體圖。

圖2為磨床的系統構成圖。

圖3為顯示動作流程的圖。

以下，採用用來實施本發明的形態進行說明。圖1顯示磨床1的外觀。磨床1具備床台10、工件台5、砂輪4、支撐砂輪4的砂輪台6、主軸裝置7、及尾座8。圖式中，X軸的方向顯示砂輪4削入工件W的方向，Z軸的方向顯示工件台5之進給方向。X軸與Z軸相互正交。磨床1具備採用液晶面板的顯示裝置21,22,23、各種輸入鍵31,32,33、X軸方向的手動進給把手41、及Z軸方向的手動進給把手42。也可使用觸控螢幕或觸控面板而兼具顯示裝置21,22,23及輸入鍵31,32,33的功能。顯示裝置21,22,23係顯示操作者對磨床1輸入(設定)的狀態、或磨床1的動作狀態等。各種輸入鍵31,32,33係受理操作者執行自動作業模式與手動作業模式的切換、各種設定等的輸入。其中，於手動進給把手41之近旁配置有顯示裝置21及輸入鍵31，用以進行與X軸方向的進給有關的資訊的輸入輸出。此外，於手動進給把手42之近旁配置有顯示裝置22及輸入鍵32，用以進行與Z軸方向的進給有關的資訊的輸入輸出。71係噴嘴，用以朝工件W與砂輪4之間噴出冷卻液72。

圖2為顯示磨床1之系統構成圖。控制單元50係一電腦，其執行控制程式。並且設置有脈衝產生器51,52，其等分別將手動進給把手41及42的旋轉轉換為脈衝。砂輪台6藉由伺服馬達61(相當於移動裝置)而朝X軸方向移動。工件台5藉由伺服馬達62(相當於移動裝置)而朝Z軸方向移動。藉由該等移動裝置，工件W與砂輪4進行移動，以變更兩者的相對位置。於控制單元50連接有脈衝產生器51,52。此外，控制單元50係經由驅動單元56而控制伺服馬達61,62，且於控制單元50連接有顯示裝置21,22,23及輸入鍵31,32,33。於輸入鍵31,32,33裝入有LED等的發光元件，藉由控制單元50，可將輸入鍵31,32,33之鍵表面點亮。並且，於控制單元50連接有接近感測器53及振動器54。接近感測器53係檢測工件W與砂輪4的接近狀態，且將接近資訊供給至控制單元50。振動器54係被裝入手動進給把手41,42，且可藉由控制單元50對操作者的手賦予振動。

其次，針對磨床1的研磨動作進行說明。再者，於以後的說明中，於稱為「顯示於顯示裝置21,22,23」之情況，只要未特別提及，還包含對任一者的顯示。此外，於稱為「輸入至輸入鍵31,32,33」之情況，只要未特別提及，還包含任一者的輸入。於控制單元50中，以可執行自動研磨作業及手動研磨作業的模式的方式對控制程式進行編程。要選擇任一模式是可輸入至輸入鍵31,32,33。首先，以主軸裝置7與尾座8夾持工件W而加以固定。控制單元50藉由未圖示的觸頭，檢測工件W的X軸方向、Z軸方向的位置(工件位置)，且設定於內部的記憶體58。記憶體58的砂輪位置，係砂輪4之X軸方向、Z軸方向的位置。之後，控制單元50為，砂輪位置(X軸方向、Z軸方向)、工件位置(X軸方向、Z軸方向)被顯示於顯示裝置21,22,23。

在進行自動研磨作業之際，對磨床1中的輸入鍵31,32,33輸入與工件W的研磨有關的資訊等，使控制單元50的控制程式製作用於研磨作業的NC程式。控制單元50根據NC程式，使主軸裝置7旋轉而使工件W旋轉，另一方面，於使砂輪4旋轉之後，藉由控制伺服馬達61或伺服馬達62，砂輪4係自動地研磨工件W。此時，伺服馬達61,62係自控制單元50被供給脈衝而進行旋轉，各個伺服馬達61,62，係以被傳送至此的脈動數來決定其旋轉速度的大小，此外，以每小時傳送的脈動數的量來決定旋轉速度。

其次，在進行手動研磨作業之際，手動進給把手41,42成為能有效地使用的狀態。操作者以右手旋轉操作一手動進給把手42，且以左手旋轉操作另一手動進給進給把手41。當各手動進給把手41,42進行旋轉時，對應的脈衝產生器51,52的輸入部與其連動而進行旋轉，以根據旋轉速度的速度產生與旋轉量對應的數量的脈衝。只要各手動進給把手41,42快速旋轉，即可增加每小時傳送的脈動數。控制單元50產生與該等脈衝對應的脈衝，且傳遞至驅動單元56以驅動伺服馬達61,62。控制單元50，可根據速度模式變更伺服馬達61,62的旋轉速度，且可改變傳遞至驅動單元56的脈衝相對於藉由各手動進給把手41,42產生的脈衝的比率。

藉此，伺服馬達61,62分別以根據脈衝的供給速度的速度朝與被供給的脈衝之正負對應的方向旋轉與脈動數對應的角度，而控制砂輪台6與工件台5的相對位置的移動。其結果，砂輪4與工件W接近/接觸，操作者藉由實際目測兩者而確認砂輪4與工件W的間隙，並辨視因兩者的接觸而產生的火星等而進行研磨作業。

本實施形態中，將接近感測器53安裝於砂輪台6。作為接近感測器53，也可使用間隙感測器或距離量測感測器等。此外，作為對操作者通知處於接近狀態的情況的通知裝置，可使用振動器54、顯示裝置21,22,23及輸入鍵31,32,33。除了振動器54外，係根據視覺的通知，振動器54係根據觸覺的通知。此外，也可採用利用揚聲器的聽覺的通知裝置。

磨床1在手動研磨作業中，當操作者使手動進給把手41,42旋轉時，會使砂輪4相對於工件W的相對位置變化。於磨床1中，如下述，控制單元50根據砂輪與工件的接近狀態，對於在手動進給把手41,42旋轉時脈衝產生器51,52所產生的脈衝間隔，將朝驅動單元56傳遞之際的脈衝間隔設為可變，以進行將伺服馬達61,62的旋轉減慢、或將旋轉暫停1秒~數秒的時間的控制。

其次，使用圖3對根據手動進給把手41的旋轉而使砂輪4相對於工件W朝X軸方向相對地移動時的動作進行說明。圖3顯示控制單元50的動作流程，圖3A為控制程式的一部分，圖3B為通知副程式(subroutine)。於手動研磨作業中，圖3B的通知副程式，係藉由控制程式而被呼叫。

當旋轉手動進給把手41使砂輪4相對於工件W相對地朝X軸方向移動時，控制單元50的控制程式係以相對於脈衝產生器51之一個脈衝成為N個脈衝的方式產生脈衝，且傳送至驅動單元56。於控制單元50內部的記憶體58中，將砂輪4的X軸方向的砂輪位置更新，且反映於顯示裝置21,22,23(圖3A中，步驟S1)。此動作係與通常的磨床相同。本實施例的磨床1中，控制程式係周期性地對通知副程式進行呼叫(圖3A中，步驟S2)。

當砂輪4接近工件W至1mm(第1接近狀態)時，在步驟S11中，控制單元50對此進行檢測，然後轉移至步驟S12。於分開大於1mm時，由於仍不是既定的接近狀態，因此返回控制程式。

於步驟S12中，使振動器54作為通知操作者的通知裝置而作動，通知是1mm之接近狀態(第1接近狀態)。判定是否藉由接近感測器53檢測出接近(步驟S13)。於未被檢測出的情況下，視為不是即將接觸之前的狀態而返回控制程式。在接近至數微~數十微米時，接近感測器53對此進行檢測且將信號輸出。當檢測出此信號時(具體而言，在相當於10微米距離的信號位準)，控制單元50判斷砂輪4是處於即將與工件W接觸之前的狀態(第2接近狀態)，然後將控制轉移至步驟S14。

於步驟S14中，進行將伺服馬達61的旋轉減慢之速度模式的變更。此進給速度的變更，係於控制程式的步驟S1中，將以相對於脈衝產生器51的一個脈衝成為N個脈衝的方式產生脈衝者設為相對於一個脈衝產生M個脈衝者之後，返回控制程式。其中，M係較N小。藉由速度模式變更，在此之後，控制單元50朝驅動單元56傳達的脈衝變成根據新的速度模式的脈動數，砂輪4與工件W的接近速度降低。當執行速度模式的變更時，將顯示裝置21,22,23用作為通知裝置，並將已執行了速度模式的變更的情況通知操作者。或者，也可將輸入鍵31,32,33用作為通知裝置，且使內部安裝的發光元件點亮或閃爍，通知是即將接觸之前的狀態。步驟S14結束後，返回控制程式。

於步驟S14中，如虛線所示，可在速度模式變更前/或亦可取代速度模式變更執行步驟S15。步驟S15係被設定為在接近感測器53檢測出接近10微米之情況時，在以設置於控制單元50的計時器57所設定的期間(1秒~數秒)內，針對脈衝產生器51的脈衝產生不朝驅動單元56傳送新的脈衝。計時器57係藉由控制單元50的動作時脈而被更新的計時器。此外，事先作成在執行控制程式的步驟S1之前會參照旗標59且作成若旗標59已被設定，則針對脈衝產生器51的脈衝產生，不朝驅動單元56傳送新的脈衝而預先結束步驟S1。步驟S15，係在初期動作設定計時器57及旗標59，然後一面檢查計時器57，一面在經過一定時間之前的期間內，維持設定旗標59的狀態不變。其結果，於以計時器57設定的期間內，控制單元50變得在被計時器57設定的期間內不朝驅動單元56傳送脈衝，X軸方向接近動作係暫時停止。

依據本實施形態，當成為砂輪4與工件W即將接觸之前的狀態時，將速度減慢或暫停。藉由在接近狀態之前後將相對於把手41之旋轉速度的工件W與砂輪4接近/接觸的速度減慢、或者在接近狀態時暫停工件W與砂輪4的相對移動，可避免砂輪4以維持原速之速度削入工件W之產生順勢削入的情況。此外，由於即將接觸之前的狀態已藉由顯示裝置通知操作者，因此操作者可知曉具有速度模式變更的情況、或具有暫停的情況。

於上述實施態樣中，也可以與步驟S14中的速度模式的變更處理一同執行步驟S15的暫停處理的方式修正實施形態。該情況下，能防止因操作者的反應遲緩而引起的順勢削入研磨，然後可減慢移動速度。另一方面，即使於取代步驟S14的速度模式的變更處理而執行步驟S15的暫停處理之情況下，由於暫停時藉由顯示裝置21,22,23或輸入鍵31,32,33的發光裝置通知是即將接觸之前的狀態的情況，因此仍舊能防止因操作者的反應遲緩所致之順勢削入研磨。

雖然使用圖3對根據手動進給把手41的旋轉而使砂輪4相對於工件W朝X軸方向相對地移動時的動作進行了說明，但根據手動進給把手42的旋轉而使砂輪4相對於工件W朝Z軸方向相對地移動時的動作，也同樣。

使砂輪相對於工件朝X軸方向移動的構成，不限於本實施形態中說明的構成，只要能使砂輪相對於工件朝X軸方向相對地移動即可。同樣地，使砂輪相對於工件朝Z軸方向移動的構成，不限於本實施形態中說明的構成，只要能使砂輪相對於工件朝Z軸方向相對地移動即可。

此外，依據上述實施例，在接觸前通知操作者是即將接觸之前的狀態，且於進行了速度變更或暫停之後，且砂輪與工件實際接觸時，如專利文獻3所示，為了賦與接觸的真實性，也可使用設置於把手單元內的制動器(例如，磁性粉體制動器)，人工地增加把手操作時的旋轉阻力，以力感將維持砂輪與工件的接觸狀態的情況回饋至操作者。

此外，於上述實施例中，雖然在即將接觸之前的狀態下對操作者進行了即將接觸之前的狀態之通知，但也可使用記憶體58內的砂輪位置及工件位置，於接近達1毫米左右的狀態時藉由顯示裝置21,22,23進行接近狀態之通知，與此同時進行速度模式的變更或暫停。該情況下，接近感測器53係對記憶體58內的砂輪位置與工件位置進行比較，且被以檢測接近狀態的如圖3B的步驟S11的程式實現。依據此形態，因於實際接觸前會在大幅靠前的地點產生速度模式的變更或暫停，因此與10微米的情況比較，作業性變差。再者，現狀為加工精度高的磨床且為數微米。

於上述實施例中，在判斷砂輪4是處於即將接觸工件W之前的狀態(第2接近狀態)時，將顯示裝置21,22,23用作為通知裝置，將已執行了速度模式變更之情況通知操作者。或者，將輸入鍵31,32,33用作為通知裝置，使被安裝於內部的發光元件點亮或閃爍，但也可將與振動器54不同的振動器與其等配合，組合顯示裝置21,22,23、發光元件、振動器中的至少一個或適當的二個、或使用全部三個的組合，將速度模式的變更通知操作者。