(57)【要約】【課題】砥石の目詰まりを低減し、研削効率を向上させることができる研削工具、研削方法および工作機械を提供する。【解決手段】工作機械の主軸１８に装着されて回転される工具ホルダ軸３２およびこの工具ホルダ軸３２の周囲にこれと一体的に形成されたフランジ３３を有する工具ホルダ本体３１と、前記フランジ３３に工具ホルダ軸３２と平行にかつ回転可能に配置された複数の砥石軸３５Ａ，３５Ｂと、各砥石軸３５Ａ，３５Ｂを回転させる回転駆動機構３６と、各砥石軸３５Ａ，３５Ｂの先端に取り付けられワークの表面を研削する砥石３９Ａ，３９Ｂとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの表面を研削する研削工具において、
工作機械の主軸に装着されて回転される工具ホルダ軸およびこの工具ホルダ軸の周囲にこれと一体的に形成されたフランジを有する工具ホルダ本体と、
前記フランジに前記工具ホルダ軸と平行にかつ回転可能に配置された複数の砥石軸と、
前記各砥石軸を回転させる回転駆動機構と、
前記各砥石軸の先端に取り付けられ前記ワークの表面を研削する砥石と、を備えたことを特徴とする研削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の研削工具において、
前記複数の砥石軸に取り付けられた砥石は、粒度が異なっている、ことを特徴とする研削工具。
【請求項３】
請求項２に記載の研削工具において、
前記複数の砥石軸に取り付けられた砥石は、前記砥石軸を中心とする直径が異なり、かつ、該直径が小さくなるに従って粒度が細かな砥粒から形成されている、ことを特徴とする研削工具。
【請求項４】
請求項３に記載の研削工具において、
前記回転駆動機構は、前記砥石軸に接続されエアーによって回転されるタービンを備えたエアータービンモータによって構成され、
前記工具ホルダ軸の中心には、前記エアータービンモータのエアー導入口にエアーを供給するエアー流路が形成されている、ことを特徴とする研削工具。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の研削工具を用いて、ワークの表面を研削する研削方法において、
前記工具ホルダ本体の工具ホルダ軸を工作機械の主軸に装着し、
前記工作機械の主軸を回転させるとともに、前記回転駆動機構の駆動によって前記砥石軸を回転させながら、前記複数の砥石によって、ワークの表面を研削する、ことを特徴とする研削方法。
【請求項６】
ワークを載置するテーブルと、回転可能な主軸と、前記主軸を回転させる回転駆動源と、前記テーブルと前記主軸とを相対移動させる相対移動機構と、前記回転駆動源および前記相対移動機構の駆動を制御する制御装置とを備えた工作機械において、
前記主軸には、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の研削工具が取り付けられ、
前記制御装置は、回転駆動源を駆動させるとともに、前記相対移動機構を駆動させながら、前記複数の砥石によって、ワークの表面を研削する、ことを特徴とする工作機械。
【請求項７】
請求項６に記載の工作機械において、
前記回転駆動源の回転負荷データおよび前記相対移動機構の移動負荷データを検出する負荷データ検出手段と、
表示手段とを備え、
前記制御装置は、前記砥石によってワークの表面を研削中において、前記負荷データ検出手段によって検出された負荷データを前記表示手段に表示する、ことを特徴とする工作機械。
【請求項８】
請求項７に記載の工作機械において、
前記制御装置は、前記負荷データ検出手段によって検出された負荷データ予め設定された許容範囲内になるように、前記相対移動機構を制御する、ことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削工具、研削方法および工作機械に関する。詳しくは、セラミックスなどの窯業製品の研削に適した研削工具、これを用いた研削方法および工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、セラミックス等の硬い材料を研削するには、砥石が用いられる。しかし、砥石による研削の場合、砥石に目詰まりが生じやすいという問題がある。
このような問題に対して、回転する砥石ホルダの外周に、複数の砥石片を砥石ホルダの回転方向に沿って間隔を離して配置するとともに、各砥石片の間に隙間を設け、この隙間により砥粒を含む研削液を外に排出して、砥石の目詰まりを防止した構造の研削砥石が種々提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０１６４５号公報
【特許文献２】特開２０００−１９８０７７号公報
【特許文献３】特開平９−１４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した構造では、砥石ホルダが略定位置で回転しながら研削を行うと、各砥石片を構成する砥粒がワークに対して同じ軌跡をなぞる結果、目詰まりを十分に防止することが困難である。そのため、研削効率の向上が望めない。
【０００５】
本発明の目的は、砥石の目詰まりを低減し、研削効率を向上させることができる研削工具、研削方法および工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の研削工具は、ワークの表面を研削する研削工具において、工作機械の主軸に装着されて回転される工具ホルダ軸およびこの工具ホルダ軸の周囲にこれと一体的に形成されたフランジを有する工具ホルダ本体と、前記フランジに前記工具ホルダ軸と平行にかつ回転可能に配置された複数の砥石軸と、前記各砥石軸を回転させる回転駆動機構と、前記各砥石軸の先端に取り付けられ前記ワークの表面を研削する砥石と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、研削作業にあたって、各砥石をワーク表面に接触させた状態において、回転駆動機構によって各砥石軸を回転させながら、工作機械の主軸の回転によって工具ホルダ軸を回転させる。すると、各砥石は、砥石軸を中心に自転するとともに、工具ホルダ軸を中心に公転するため、ワーク表面に対して複雑な接触環境が得られる。そのため、砥石の目詰まりが低減される結果、研削効率も向上させることができる。
【０００８】
本発明の研削工具において、前記複数の砥石軸に取り付けられた砥石は、粒度が異なっている、ことが好ましい。
この構成によれば、砥石の自転、公転に加え、粒度の異なる砥粒がワーク表面に接触するため、砥石の目詰まりをより低減できる。
【０００９】
本発明の研削工具において、前記複数の砥石軸に取り付けられた砥石は、前記砥石軸を中心とする直径が異なり、かつ、該直径が小さくなるに従って粒度が細かな砥粒から形成されている、ことが好ましい。
この構成によれば、砥石の自転、公転に加え、各砥石の自転半径が異なるため、つまり、砥石を構成する各砥粒の自転半径が異なるため、砥石の目詰まりをより低減できる。
【００１０】
本発明の研削工具において、前記回転駆動機構は、前記砥石軸に接続されエアーによって回転されるタービンを備えたエアータービンモータによって構成され、前記工具ホルダ軸の中心には、前記エアータービンモータのエアー導入口にエアーを供給するエアー流路が形成されている、ことが好ましい。
通常、工作機械の主軸の中心には、エアー等を流す流路が形成されているものが多い。
本発明では、工具ホルダ軸を主軸に装着すると、工具ホルダ軸の中心に形成されたエアー流路が、主軸に形成された流路に連通されるため、この流路を流れるエアーを回転駆動機構のエアータービンモータの動力として利用することができる。そのため、工具交換に際して、工具ホルダ軸を主軸に装着するだけでよいから、例えば、電気的モータを利用した回転駆動機構に比べ、工具交換も簡易かつ迅速に行うことができる。
【００１１】
本発明の研削方法は、上述したいずれかに記載の研削工具を用いて、ワークの表面を研削する研削方法において、前記工具ホルダ本体の工具ホルダ軸を工作機械の主軸に装着し、前記工作機械の主軸を回転させるとともに、前記回転駆動機構の駆動によって前記砥石軸を回転させながら、前記複数の砥石によって、ワークの表面を研削する、ことを特徴とする。
この構成によれば、各砥石は、砥石軸を中心に自転するとともに、工具ホルダ軸を中心に公転するため、上述した研削工具で述べた効果と同様な効果が期待できる。
【００１２】
本発明の工作機械は、ワークを載置するテーブルと、回転可能な主軸と、前記主軸を回転させる回転駆動源と、前記テーブルと前記主軸とを相対移動させる相対移動機構と、前記回転駆動源および前記相対移動機構の駆動を制御する制御装置とを備えた工作機械において、前記主軸には、上述したいずれかに記載の研削工具が取り付けられ、前記制御装置は、回転駆動源を駆動させるとともに、前記相対移動機構を駆動させながら、前記複数の砥石によって、ワークの表面を研削する、ことを特徴とする。
この構成によれば、各砥石は、砥石軸を中心に自転するとともに、工具ホルダ軸を中心に公転するため、上述した研削工具で述べた効果と同様な効果が期待できる。
【００１３】
本発明の工作機械において、前記回転駆動源の回転負荷データおよび前記相対移動機構の移動負荷データを検出する負荷データ検出手段と、表示手段とを備え、前記制御装置は、前記砥石によってワークの表面を研削中において、前記負荷データ検出手段によって検出された負荷データを前記表示手段に表示する、ことが好ましい。
この構成によれば、砥石によってワークの表面を研削中において、負荷データ検出手段によって検出された負荷データ、つまり、主軸を回転させる回転駆動源の回転負荷データや、テーブルと主軸とを相対移動させる相対移動機構の移動負荷データが表示手段に表示されるから、この表示手段に表示された負荷データから砥石の研削状況、例えば、砥石の劣化、摩損、目詰まりなどの度合いを判定することができる。
【００１４】
本発明の工作機械において、前記制御装置は、前記負荷データ検出手段によって検出された負荷データが予め設定された許容範囲内になるように、前記相対移動機構を制御する、ことが好ましい。
この構成によれば、制御装置によって、負荷データ検出手段によって検出された負荷データが予め設定された許容範囲内になるように、相対移動機構が制御されるから、常に安定して加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す工作機械の正面図。
【図２】同上実施形態で用いる研削工具を示す図。
【図３】同上研削工具を下から見た斜視図。
【図４】同上実施形態の制御システムを示すブロック図。
【図５】同上実施形態の工作機械で研削加工したときの負荷データを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜工作機械本体の構成＞
図１は、本発明の工作機械の実施形態を示す正面図である。
同工作機械は、工作機械本体１０と、この工作機械本体１０を加工プログラムに従って駆動制御する制御装置としてのＮＣ装置４０とを備える。
【００１７】
工作機械本体１０は、ベース１１と、このベース１１上に前後方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられ上面にワークＷを載置するテーブル１２と、ベース１１の両側に立設された一対のコラム１３Ａ，１３Ｂと、この両コラム１３Ａ，１３Ｂの上部間に掛け渡されたクロスレール１４と、このクロスレール１４に沿って左右方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられたサドル１６と、このサドル１６に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたラム１７と、このラム１７内に回転可能に収納された主軸１８と、この主軸１８を回転駆動させる回転駆動源としての駆動モータ１９と、図示省略の自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって主軸１８に装着された研削工具３０とを備える。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交している。    
【００１８】
ベース１１には、テーブル１２をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構２１が設けられ、クロスレール１４には、サドル１６をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構２２が設けられ、サドル１６には、ラム１７をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構２３が設けられている。これらのＸ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２およびＺ軸移動機構２３は、制御軸を構成するもので、例えば、モータと、このモータによって駆動させる送りボールねじ機構とによって構成されている。なお、これら３つの制御軸から、テーブル１２（ワークＷ）と主軸１８とを三次元方向へ相対移動させる三次元相対移動機構が構成されている。
【００１９】
研削工具３０は、図２および図３に示すように、主軸１８に装着されて回転される工具ホルダ本体３１と、この工具ホルダ本体３１に回転可能に配置された複数の砥石軸３５Ａ〜３５Ｄと、各砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを回転させる回転駆動機構３６と、各砥石軸３５Ａ〜３５Ｄの先端に取り付けられた砥石３９Ａ〜３９Ｄとを備える。
工具ホルダ本体３１は、主軸１８に装着され主軸１８と一緒に回転される工具ホルダ軸３２と、この工具ホルダ軸３２の下端部外周にこれと一体的にかつ円盤状に形成されたフランジ３３とを有する。工具ホルダ軸３２には、主軸１８に装着されたとき、上端面から中心を通って下部外周面の４箇所に開口するエアー流路３４が形成されている。エアー流路３４は、工具ホルダ軸３２が主軸１８に装着されたとき、主軸１８の中心に形成された流路１８Ａと連通される。
【００２０】
砥石軸３５Ａ〜３５Ｄは、フランジ３３の工具ホルダ軸３２を中心とする円周上において、９０度間隔位置に工具ホルダ軸３２と平行に設けられている。
回転駆動機構３６は、砥石軸３５Ａ〜３５Ｄの上端に接続され、エアー流路３４を通じて供給されるエアーを駆動源として回転されるタービンを有するエアータービンモータによって構成されている。具体的には、フランジ３３の上面に取り付けられ内部に砥石軸３５Ａ〜３５Ｄと接続されたタービンを有するモータ本体３７と、このモータ本体３７の外周面からエアー流路３４内に配管されたエアー導入管３８とを備えて構成されている。
砥石３９Ａ〜３９Ｄは、砥石軸３５Ａ〜３５Ｄの下端に取り付けられている。こられ複数の砥石３９Ａ〜３９Ｄは、砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを中心とする直径（外径寸法）が異なるカップ形状または円柱状に形成されている。また、直径が大きいものから小さいものになるに従って、砥粒の粒度が小さくなるものが選ばれている。つまり、本実施形態では、砥粒の粒度および直径が異なる砥石３９Ａ〜３９Ｄが用いられている。
【００２１】
＜ＮＣ装置およびその周辺装置の説明＞
ＮＣ装置４０には、図４に示すように、Ｘ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３、Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９、駆動モータ１９、駆動モータ負荷検出器２６のほか、入力装置４１、表示手段としてのディスプレイ４２、プリンタ４３、メモリ４４などが接続されている。
駆動モータ負荷検出器２６は、主軸１８を回転させる駆動モータ１９の負荷電流（主軸トルク）を検出する。Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９は、それぞれＸ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３を構成する駆動源（モータなど）の負荷電流（負荷トルク）を検出する。本実施形態では、これらによって負荷データ検出手段が構成されている。
メモリ４４には、Ｘ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３、駆動モータ１９などを駆動させる加工プログラムのほかに、各種演算用の記憶エリアが設けられている。
【００２２】
ＮＣ装置４０は、加工プログラムに従って、Ｘ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３、駆動モータ１９等を駆動させる機能のほかに、砥石３９Ａ〜３９ＤによってワークＷの表面を研削中において、負荷データ検出手段、つまり、Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９、駆動モータ負荷検出器２６によって検出された負荷データを表示手段としてのディスプレイ４２に表示する機能を含んで構成されている。
【００２３】
＜研削加工の作用効果＞
ワークＷの研削加工では、加工プログラムに従って、駆動モータ１９が駆動されるとともに、エアーが主軸１８の流路１８Ａを通って各回転駆動機構３６に供給される。
これにより、研削工具３０の各砥石３９Ａ〜３９Ｄは、回転駆動機構３６の回転により回転されるとともに、駆動モータ１９の回転により主軸１８と一緒に回転される。つまり、研削工具３０の各砥石３９Ａ〜３９Ｄは、砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを中心に自転するとともに、工具ホルダ軸３２を中心に公転する。そのため、ワークＷの表面に対して複雑な接触環境が得られるから、砥石３９Ａ〜３９Ｄの目詰まりを低減できる。
【００２４】
また、これらの砥石３９Ａ〜３９Ｄは、砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを中心とする直径が異なり、かつ、該直径が小さくなるに従って粒度が細かな砥粒から形成されているから、つまり、直径が異なり、かつ、粒度が異なるから、砥石３９Ａ〜３９Ｄの自転、公転に加え、粒度の異なる砥粒が異なる自転半径でワーク表面に接触する。そのため、ワークＷの表面に対してより複雑な接触環境が得られるから、砥石３９Ａ〜３９Ｄの目詰まりをより低減できる。
【００２５】
各砥石３９Ａ〜３９Ｄを自転、公転させた状態において、Ｘ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３により、テーブル１２と主軸１８とを相対移動させると、これらの砥石３９Ａ〜３９ＤによってワークＷの表面が研削加工される。従って、ワークＷの表面に対して砥石３９Ａ〜３９Ｄを構成する砥粒が複雑な軌跡で接触することになるため、砥石３９Ａ〜３９Ｄの目詰まりを低減させることができる結果、研削効率も向上させることができる。
【００２６】
このとき、砥石３９Ａ〜３９ＤによってワークＷの表面を研削中において、負荷データ検出手段である駆動モータ負荷検出器２６、Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９によって検出された負荷データ、つまり、主軸１８を回転させる駆動モータ１９の主軸トルクや、テーブル１２と主軸１８とを相対移動させるＸ軸移動機構２１のＸ軸トルク、Ｘ軸移動機構２２のＹ軸トルク、Ｚ軸移動機構２３のＺ軸トルクが、所定サンプリング間隔毎に取り込まれた後、ディスプレイ４２に表示される。
【００２７】
例えば、負荷データ検出手段である駆動モータ負荷検出器２６、Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９によって検出される負荷データが、図５に示すように表示される。ここで、図５において、実線は駆動モータ１９の主軸トルク、破線はＸ軸移動機構２１のＸ軸トルク、一点鎖線はＹ軸移動機構２２のＹ軸トルク、二点鎖線はＺ軸移動機構２３のＺ軸トルクを示している。なお、研削対象が丸孔や丸軸の場合、これらの内周面や外周面の角度位置（０〜３６０°）に関連して負荷データを表示するようにしてもよい。
従って、ディスプレイ４２に表示された負荷データから砥石３９Ａ〜３９Ｄの研削状況、つまり、砥石３９Ａ〜３９Ｄの劣化、摩損、目詰まりなどの度合いを判定することができる。
【００２８】
また、各砥石３９Ａ〜３９Ｄを回転させる回転駆動機構３６は、エアーによって回転されるタービンを備えたエアータービンモータによって構成されているから、工具交換も簡易かつ迅速に行うことができる。
つまり、工具ホルダ軸３２を主軸１８に装着すると、工具ホルダ軸３２の中心に形成されたエアー流路３４が、主軸１８に形成された流路１８Ａに連通されるため、この流路１８Ａを流れるエアーを回転駆動機構３６のエアータービンモータの動力として利用することができる。そのため、工具交換に際して、工具ホルダ軸３２を主軸１８に装着するだけでよいから、例えば、電気的モータを利用した回転駆動機構に比べ、工具交換も簡易かつ迅速に行うことができる。
【００２９】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
【００３０】
上記実施形態では、工具ホルダ本体３１のフランジ３３に４本の砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを回転可能に配置し、これらに粒度、直径の異なる砥石３９Ａ〜３９Ｄを取り付けた構造の研削工具３０を例に説明したが、これに限られない。
例えば、砥石軸および砥石の数は、４に限られず、２以上であればよい。また、砥石の粒度についても、全てが異なる粒度でなくてもよく、同じ粒度であってもよい。更に、砥石の直径についても、全てが異なる直径でなくてもよく、同じ直径であってもよい。
【００３１】
上記実施形態では、各砥石軸３５Ａ〜３５Ｄを回転させる回転駆動機構をエアータービンモータによって構成したが、これに限らず、電気モータを用いてもよい。
【００３２】
上記実施形態では、砥石３９Ａ〜３９ＤによってワークＷの表面を研削中において、ＮＣ装置４０は、負荷データ検出手段である駆動モータ負荷検出器２６、Ｘ軸負荷検出器２７、Ｙ軸負荷検出器２８、Ｚ軸負荷検出器２９によって検出された負荷データをディスプレイ４２に表示させるようにしたが、更に、ＮＣ装置４０によって、負荷データ検出手段によって検出された負荷データが予め設定された許容範囲内になるように、Ｘ軸移動機構２１、Ｘ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３の送りを制御するようにすれば、より安定した加工を実現できる。
【００３３】
また、前記実施形態では、テーブル１２がＸ軸方向へ、また、主軸１８がＹ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能な工作機械を例に説明したが、これに限らず、テーブル１２と主軸１８とが相対移動する構造の工作機械であれば、どのような構造の工作機械であってもよい。
また、これら移動機構を構成するＸ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２およびＺ軸移動機構２３についても、上記実施形態のように、モータと、このモータによって駆動させる送りボールねじ機構の構成に限らず、他の構成であってもよい。例えば、リニアモータなどであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、特に、セラミックスなどの窯業製品の研削に適した研削工具、これを用いた研削方法および工作機械に利用できる。
に利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１２…テーブル、
１８…主軸、
２１…Ｘ軸移動機構（相対移動機構）、
２２…Ｙ軸移動機構（相対移動機構）、
２３…Ｚ軸移動機構（相対移動機構）、
２６…駆動モータ負荷検出器（負荷データ検出手段）、
２７…Ｘ軸負荷検出器（負荷データ検出手段）、
２８…Ｙ軸負荷検出器（負荷データ検出手段）、
２９…Ｚ軸負荷検出器（負荷データ検出手段）、
３０…研削工具、
３１…工具ホルダ本体、
３２…工具ホルダ軸、
３３…フランジ、
３５Ａ〜３５Ｄ…砥石軸、
３６…回転駆動機構、
３９Ａ〜３９Ｄ…砥石、
４０…ＮＣ装置（制御装置）、
４２…ディスプレイ（表示手段）、
Ｗ…ワーク。
【図１】
2014124702.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014124702.tif 000005
【図４】
2014124702.tif 000006
【図５】
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