(57)【要約】      （修正有）【課題】慎重な操作が要求されていた手動研削作業の作業性を向上させた研削盤を提供する。【解決手段】研削盤は、ワークを研削する砥石と、ワークに冷却液を噴出するノズルと、作業者によって回転操作される手送りハンドル４１、４２と、ワークと砥石４との近接状態を検出する近接センサ５３と、手送りハンドル４１、４２の回転速度に応じた速度で、サーボモータ６１、６２を制御してワークと砥石とを近接／接触させる制御ユニット５０と、作業者に通知する通知装置（２１、３１、５４）とを有している。制御ユニット５０は、近接センサ５３に応答して通知装置を用いて作業者に近接状態であることを通知し、あわせて近接状態の前後で手送りハンドル４１、４２の回転速度に対するワークＷと砥石４とを近接させる速度を遅くする、若しくは近接状態の際にワークＷと砥石４との相対移動を一時停止することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを研削する砥石と、
ワークに冷却液を噴出するノズルと、
作業者によって回転操作される手送りハンドルと、
ワークと砥石との近接状態を検出する近接センサと、
ワークと砥石とを移動し、両者の相対位置を変更する移動装置と、
前記手送りハンドルの回転速度に応じた速度でワークと砥石とを近接／接触させるよう、前記移動装置を制御する制御ユニットと、
作業者に通知する通知装置とを有し、
前記制御ユニットは、前記近接センサの検出情報に応答して前記通知装置を用いて作業者に近接状態であることを通知し、あわせて近接状態の前後で前記手送りハンドルの回転速度に対するワークと砥石とを近接させる速度を遅くする、若しくは近接状態の際にワークと砥石との相対移動を一時停止することを特徴とする研削盤。
【請求項２】
前記制御ユニットは、ワークと砥石とが第１の近接状態に近接したときに前記通知装置を用いて作業者に第１の近接状態であることを通知し、第１の近接状態よりも近い第２の近接状態に近接したときに第２の近接状態であることの通知と、前記手送りハンドルの回転速度に対するワークと砥石とを近接させる速度を遅くする、若しくは近接状態の際にワークと砥石との相対移動を一時停止することを特徴とする請求項１の研削盤。
【請求項３】
前記通知装置は、表示装置、発光素子、バイブレータの中の少なくとも一つ或いは二つ以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１の研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業者が手動によりワークに対する砥石の位置を相対的に移動操作可能な手送りハンドルを有するＮＣ機に関し、特にハンドル操作時の作業性を向上させた研削盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業者が手動によりワークに対する砥石の位置を相対的に移動操作可能な手送りハンドルを有するＮＣ機として、例えば、特許文献１には、テーブル送り用手送りハンドルと砥石台送り用手送りハンドルとを備え、各手送りハンドルからパルス発生器にて回転量に応じたパルスを発生させ、当該パルスを制御ユニットに入力し、当該制御ユニットから、パルスに応じた制御量をサーボモータに出力してテーブルや砥石の位置を移動させる手動運転モードを備えた、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）研削盤が記載されている。
【０００３】
また、従来の油圧式研削盤は、ワークに対する砥石の相対的な位置を移動させるための油圧用の作動油に直接圧力を印加してワークに対する砥石の相対的な位置を移動させていたが、この油圧式研削盤の操作感触を手送りハンドルを有するＮＣ機によって模擬する研削盤として、例えば、特許文献２に示される研削盤が知られている。この研削盤では、ワークと砥石との間隔が近接したことを検出すると、手送りハンドルの回転トルクを可変とし、手送りハンドルの操作に重みを感じさせる。
【０００４】
同様に、特許文献３には、ブレーキを用いて砥石とワークが接触した後にハンドル操作に抵抗を感じるといった、油圧式研削盤のハンドル操作時に近い感覚を作業者が得られるようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２３１３８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５７３４５号公報
【特許文献３】特開２００１−３８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
手送りハンドルを操作して砥石とワークを近づける際、両者が衝突しないよう作業者は予め設定した座標値を表示装置で確認しながらハンドルを回転操作するが、環境温度の変化等によって座標値と実際の距離に差異が生じた場合に意図せず両者が強く接触すると、加工品質に悪影響を与える虞があるため、実際には、砥石とワークの距離情報の把握は表示装置に表示された座標値の確認のみならず、両者の実際の隙間を目視によって確認し、さらに両者の接触により発生する火花を視認するなど、視覚情報を確認しながら行っており、慎重な操作が要求される。
【０００７】
特許文献２によれば、手送りハンドルを介して、砥石とワークとが近接した状態を事前に作業者に体感させることを可能としており、作業者の触覚に対するさらなる情報提供の試みがなされている。しかしながら、回転トルクを可変とするための手段として、ピストンによりブレーキパットを手送りハンドルのシャフトに押しつけるものを用いており、応答速度に関して限界がある。また、ワークと砥石との間隔が近接したことを検出するために、アコーステックセンサや、ギャップセンサや、距離計測センサ等が検出手段の例示として示されている。ギャップセンサや、距離計測センサ等では距離計測値による近接状態が、事前に検出される。このような検出手段を用いて近接を検出しても、回転トルクを可変するための手段の応答速度が遅いので、作業者が接触を体感する時点では、研削が進んでしまっている。一方、アコーステックセンサを用いる場合には、ワークと砥石の近接では無く実際の接触が検出されるので、研削がさらに進む。特許文献３においても、接触を判定してからハンドルにブレーキをかけるので研削がさらに進む。回転トルクを可変するための手段としては、パウダーブレーキ等も知られているが、応答速度には限界がある。
【０００８】
本発明は、慎重な操作が要求されていた手動研削作業の作業性を向上させた研削盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る研削盤はワークを研削する砥石と、
ワークに冷却液を噴出するノズルと、
作業者によって回転操作される手送りハンドルと、
ワークと砥石との近接状態を検出する近接センサと、
ワークと砥石とを移動し、両者の相対位置を変更する移動装置と、
前記手送りハンドルの回転速度に応じた速度でワークと砥石とを近接／接触させるよう、前記移動装置を制御する制御ユニットと、
作業者に通知する通知装置とを有し、
前記制御ユニットは、前記近接センサの検出情報に応答して前記通知装置を用いて作業者に近接状態であることを通知し、あわせて近接状態の前後で前記手送りハンドルの回転速度に対するワークと砥石とを近接させる速度を遅くする、若しくは近接状態の際にワークと砥石との相対移動を一時停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、砥石とワークの接触直前状態になると送り速度を遅く、若しくは一時停止することにより、砥石がワークに対してそのままの速度で切り込んでしまうという、流れ込みが生じることを避けることができる。また、接触直前状態であることは、作業者に通知されているので、速度モード変更があったこと、若しくは一時停止があったことを作業者が認知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】研削盤の一実施の形態の外観を説明する斜視図である。
【図２】研削盤のシステム構成図である。
【図３】動作フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための形態を用いて説明する。図１に研削盤１の外観を示す。研削盤１は、ベッド１０、ワークテーブル５、砥石４、砥石４を支持する砥石台６、主軸装置７、心押台８を有している。図面において、Ｘ軸の方向は砥石４がワークＷに切り込む方向を示し、Ｚ軸の方向はワークテーブル５の送り方向を示している。Ｘ軸とＺ軸は互いに直交している。研削盤１は、液晶パネルによる表示装置２１、２２、２３、種々の入力キー３１、３２、３３、Ｘ軸方向の手送りハンドル４１、Ｚ軸方向の手送りハンドル４２を備えている。タッチスクリーン若しくはタッチパネルを用いて、表示装置２１、２２、２３と入力キー３１、３２、３３の機能を併せ持たせても良い。表示装置２１、２２、２３は、研削盤１への作業者の入力（設定）状態や、研削盤１の動作状態等を表示する。種々の入力キー３１、３２、３３は、作業者による自動運転モードと手動運転モードの切り替えや、種々の設定等の入力を受け付ける。このうち、手送りハンドル４１の近傍には表示装置２１と入力キー３１が配置され、Ｘ軸方向の送りに関する情報の入出力が行われる。また、手送りハンドル４２の近傍には表示装置２２と入力キー３２が配置され、Ｚ軸方向の送りに関する情報の入出力が行われる。７１は、ワークＷと砥石４との間に冷却液７２を噴出するノズルである。
【００１３】
図２は、研削盤１のシステム構成図を示している。制御ユニット５０は、コンピュータであり、制御プログラムを実行する。手送りハンドル４１及び４２の回転を夫々パルスに変換するパルス発生器５１、５２が設けられている。砥石台６は、サーボモータ６１（移動装置に相当）によって、Ｘ軸方向に移動される。ワークテーブル５は、サーボモータ６２（移動装置に相当）によって、Ｚ軸方向に移動される。これら移動装置によって、ワークＷと砥石４とが移動し、両者の相対位置が変更される。制御ユニット５０にはパルス発生器５１、５２が接続されている。また、制御ユニット５０は、ドライブユニット５６を介してサーボモータ６１、６２を制御しており、制御ユニット５０には、表示装置２１、２２、２３及び入力キー３１、３２、３３が接続されている。入力キー３１、３２、３３には、ＬＥＤ等の発光素子が組み込まれており、制御ユニット５０によって、入力キー３１、３２、３３のキートップを点灯可能なようになっている。さらに、制御ユニット５０には、近接センサ５３及びバイブレータ５４が接続されている。近接センサ５３は、ワークＷと砥石４との近接状態を検出し、近接情報を制御ユニット５０に与える。バイブレータ５４は、手送りハンドル４１、４２に組み込まれており、制御ユニット５０によって、作業者の手に振動を与えることが可能である。
【００１４】
次に、研削盤１における研削動作について説明する。なお、以降の説明において、「表示装置２１、２２、２３に表示」と言う場合には、特別な言及の無い限りにいずれか一つへの表示も含む。また、「入力キー３１、３２、３３に入力」と言う場合には、特別な言及の無い限りにいずれか一つの入力も含む。制御ユニット５０には、自動研削運転と、手動研削運転のモードを実行できるように制御プログラムがプログラムされている。いずれかのモードを選択するかは、入力キー３１、３２、３３に入力可能である。まず、主軸装置７と心押台８でワークＷを挟み付けて固定する。制御ユニット５０は、図示しない接触子によりワークＷのＸ軸方向、Ｚ軸方向の位置（ワーク位置）を検出して、内部のメモリ５８に設定する。メモリ５８の砥石位置は、砥石４のＸ軸方向、Ｚ軸方向の位置である。以降、制御ユニット５０は、表示装置２１、２２、２３に砥石位置（Ｘ軸方向、Ｚ軸方向）、ワーク位置（Ｘ軸方向、Ｚ軸方向）が表示される。
【００１５】
自動研削運転をする際には、研削盤１において、入力キー３１、３２、３３にワークＷの研削についての情報を入力するなどして制御ユニット５０の制御プログラムに研削作業のためのＮＣプログラムを作成させる。制御ユニット５０は、ＮＣプログラムに基づき、主軸装置７を回転させてワークＷを回転させ、一方では砥石４を回転させた後、サーボモータ６１やサーボモータ６２を制御させることにより砥石４は自動的にワークＷを研削する。
この際、サーボモータ６１、６２は制御ユニット５０からパルスを供給されて回転するのであり、それぞれのサーボモータ６１、６２はこれに伝送されたパルスの数でその回転速度の大きさを決定され、また時間当たりに伝送されるパルス数の量で回転速度を決定される。
【００１６】
次に、手動研削運転をする際には、手送りハンドル４１、４２が有効に使用し得る状態となる。作業者は右手で一方の手送りハンドル４２を回転操作し、左手で他方の手送りハンドル４１を回転操作する。各手送りハンドル４１、４２が回転されると、これに連動してその対応するパルス発生器５１、５２の入力部が回転され、回転量に応じた数のパルスが回転速度に応じた速度で発生される。各手送りハンドル４１、４２が早く回転されれば、時間当たりに伝送されるパルス数が増加する。制御ユニット５０はこれらのパルスに応じたパルスを発生し、ドライブユニット５６に伝達してサーボモータ６１、６２を駆動する。制御ユニット５０は、サーボモータ６１、６２の回転速度を速度モードによって変更可能で有り、各手送りハンドル４１、４２により発生するパルスに対するドライブユニット５６に伝達するパルスの比率を変えることができる。
【００１７】
これによりサーボモータ６１、６２のそれぞれは供給されたパルスの正負に応じた方向へパルスの数に応じた角度だけパルスの供給速度に応じた速度で回転し、砥石台６とワークテーブル５との相対的位置の移動が制御される。この結果、砥石４とワークＷとが近接／接触し、作業者は砥石４とワークＷの隙間を両者の実際の目視によって確認し、さらに両者の接触により発生する火花を視認するなどして研削作業を行う。
【００１８】
本実施の形態では、近接センサ５３を砥石台６に取り付けている。近接センサ５３としてギャップセンサや、距離計測センサ等を用いてもよい。また、近接状態にあることの作業者への通知装置として、バイブレータ５４、表示装置２１、２２、２３及び入力キー３１、３２、３３が用いられる。バイブレータ５４以外は視覚による通知であり、バイブレータ５４は触覚による通知である。このほかに、スピーカーを使った聴覚による通知装置を用いても良い。
【００１９】
研削盤１は、手動研削運転において、作業者が手送りハンドル４１、４２を回転させると、ワークＷに対する砥石４の相対的な位置が変化する。研削盤１では、以下のように、砥石とワークの近接状態に応じて、手送りハンドル４１、４２が回転されるときにパルス発生器５１、５２が発生するパルス間隔に対して、制御ユニット５０は、ドライブユニット５６へ伝達する際のパルス間隔を可変して、サーボモータ６１、６２の回転を遅くする若しくは回転を１秒〜数秒の間一時停止する制御を行う。
【００２０】
次に図３を用いて、手送りハンドル４１の回転に応じてワークＷに対して砥石４を相対的にＸ軸方向に移動させる際の動作を説明する。図３は制御ユニット５０の動作フローを示しており、図３Ａは制御プログラムの一部であり、図３Ｂは通知サブルーチンである。手動研削運転において、図３Ｂの通知サブルーチンは、制御プログラムにより呼び出される。
【００２１】
手送りハンドル４１を回転してワークＷに対して砥石４を相対的にＸ軸方向に移動させると、制御ユニット５０の制御プログラムは、パルス発生器５１の１個のパルスに対してＮ個のパルスとなるようにパルスを発生させて、ドライブユニット５６に送る。制御ユニット５０内部のメモリ５８において、砥石４のＸ軸方向の砥石位置を更新して、表示装置２１、２２、２３に反映させる（図３Ａ、ステップＳ１）。この動作は、通常の研削盤と同じである。本実施例の研削盤１は、制御プログラムは、周期的に通知サブルーチンを呼び出す（図３Ａ、ステップＳ２）。
【００２２】
砥石４がワークＷに対して１ｍｍ（第１の近接状態）に近づくと、制御ユニット５０は、ステップＳ１１において、これを検出してステップＳ１２に移行する。１ｍｍよりも離れているときには、未だ所定の近接した状態で無いので制御プログラムへ戻る。
【００２３】
ステップＳ１２では、バイブレータ５４を作業者への通知装置として作動させ、１ｍｍの接近状態(第１の近接状態)を通知させる。近接センサ５３により近接が検知されたかを判定する（ステップＳ１３）。検知されなかった場合には、接触直前の状態では無いとして制御プログラムへ戻る。数マイクロ〜数十マイクロメータに近づいたには、近接センサ５３がこれを検知して信号を出力する。制御ユニット５０は、この信号が検出されたときに（具体的には、距離１０マイクロメータに相当する信号レベルにおいて）、砥石４がワークＷに接触直前の状態（第２近接状態）にあると判断し、制御をステップＳ１４に移す。
【００２４】
ステップＳ１４では、サーボモータ６１の回転を遅くする速度モードの変更を行う。この送り速度の変更は、制御プログラムのステップＳ１において、パルス発生器５１の１個のパルスに対してＮ個のパルスとなるようにパルスを発生させていたのを、１個のパルスに対してＭ個のパルスを発生させるようにして、制御プログラムに戻る。ここで、ＭはＮよりも小さい。速度モード変更により、以降、制御ユニット５０がドライブユニット５６へ伝達されるパルスは新たな速度モードによるパルス数となり、砥石４とワークＷとの接近速度が低下する。速度モードの変更が実行されると、表示装置２１、２２、２３を通知装置として利用して速度モードの変更が実行されたことを作業者に通知する。若しくは、入力キー３１、３２、３３を通知装置として利用し内部実装された発光素子を点灯或いは点滅させて、接触直前状態であることを知らせても良い。ステップＳ１４が終了すると、制御プログラムに戻る。
【００２５】
ステップＳ１４において、破線で示したようにステップＳ１５を速度モード変更の前に／若しくは速度モード変更に代えて実行しても良い。ステップＳ１５は、１０マイクロメータに近づいたことを近接センサ５３が検出したときに、制御ユニット５０に設けられたタイマ５７で設定した期間（１秒〜数秒）の間、パルス発生器５１のパルス発生に対して新たなパルスをドライブユニット５６へ送らないようにする。タイマ５７は、制御ユニット５０の動作クロックにより更新されるタイマである。また、制御プログラムのステップＳ１の実行前にフラグ５９を参照するようにして、フラグ５９がセットされていれば、パルス発生器５１のパルス発生に対して新たなパルスをドライブユニット５６へ送らずにステップＳ１を終了するようにしておく。ステップＳ１５は、タイマ５７とフラグ５９を初期動作でセットし、その後はタイマ５７を検査しながら、一定時間経過するまでの間、フラグ５９をセットしたままにする。この結果、タイマ５７で設定された期間の間、制御ユニット５０は、ドライブユニット５６にタイマ５７に設定された期間の間、パルスを送らなくなり、Ｘ軸方向近接動作は一時停止する。
【００２６】
本実施の形態によれば、砥石４とワークＷの接触直前状態になると送り速度を遅く、若しくは一時停止する。近接状態の前後でハンドル４１の回転速度に対するワークＷと砥石４とを近接／接触させる速度を遅くする若しくは近接状態の際にワークＷと砥石４との相対移動を一時停止することにより、砥石４がワークＷに対してそのままの速度で切り込んでしまうという、流れ込みが生じることを避けることができる。また、接触直前状態であるということは、表示装置により作業者に通知するので、速度モード変更があったこと、若しくは一時停止があったことを作業者が認知できる。
【００２７】
上記実施の態様において、ステップＳ１５による一時停止の処理を、ステップＳ１４による速度モードの変更の処理と合わせて実行するように実施の形態を修正しても良い。この場合、作業者の反応遅れによる流れ込み研削を防止でき、その後は移動速度を遅くすることができる。一方、ステップＳ１５による一時停止の処理を、ステップＳ１４による速度モードの変更の処理に代えて実行する場合であっても、一時停止した際に表示装置２１、２２、２３又は若しくは、入力キー３１、３２、３３の発光装置により接触直前状態であることを通知しているので、作業者の反応遅れによる流れ込み研削を防止することができる。
【００２８】
図３を用いて、手送りハンドル４１の回転に応じてワークＷに対して砥石４を相対的にＸ軸方向に移動させる際の動作を説明したが、手送りハンドル４２の回転に応じてワークＷに対して砥石４を相対的にＺ軸方向に移動させる際の動作も同様である。
【００２９】
ワークに対して砥石をＸ軸方向に移動させる構成は、本実施の形態にて説明した構成に限定されず、ワークに対して砥石を相対的にＸ軸方向に移動できればよい。同様に、ワークに対して砥石をＺ軸方向に移動させる構成は、本実施の形態にて説明した構成に限定されず、ワークに対して砥石を相対的にＺ軸方向に移動できればよい。
【００３０】
また、上記実施例に従い、接触前に作業者に対する接触直前状態の通知をし、速度変更若しくは一時停止をした後であって、その後砥石とワークが実際に接触したときには、特許文献３に示されるように、接触のリアリティを出すためにハンドルユニット内に設置したブレーキ(例えばパウダーブレーキ)を用いて人工的にハンドル操作時の回転抵抗を増加させ、砥石とワークの接触状態が維持されていることを力覚で作業者にフィードバックしても良い。
【００３１】
また、上記実施例においては、接触直前状態において作業者に対する接触直前状態の通知をしたが、メモリ５８内の砥石位置とワーク位置を用いて、１ミリメートル程度に近接した状態となった時点で表示装置２１、２２、２３による近接状態の通知をし、これとともに速度モードの変更或いは一時停止をしても良い。この場合、近接センサ５３は、メモリ５８内の砥石位置とワーク位置を比較して、近接状態を検出する図３ＢのステップＳ１１のようなプログラムで実現されることになる。この形態によれば、実際の接触まで大幅に手前の地点で、速度モードの変更或いは一時停止が起こるため、１０マイクロメートルの場合と比べて作業性は劣ることになる。なお、現状、加工精度の高い研削盤で数マイクロメートルとなっている。
【００３２】
上記実施例においては、砥石４がワークＷに接触直前の状態（第２の近接状態）にあると判断したときには、表示装置２１、２２、２３を通知装置として利用して速度モードの変更が実行されたことを作業者に通知する。若しくは、入力キー３１、３２，３３を通知装置として利用し内部実装された発光素子を点灯或いは点滅させていたが、これにバイブレータ５４とは別のバイブレータを合わせて、表示装置２１、２２、２３、発光素子、バイブレータの中の少なくとも一つ或いは適当な二つを組み合わせ、もしくは三つ全ての組み合わせを用いて、作業者に速度モードの変更を通知しても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１ 研削盤
４ 砥石
５ ワークテーブル
６ 砥石台
７ 主軸装置
８ 心押台
１０ ベッド
２１、２２、２３ 表示装置
３１、３２、３３ 入力キー
４１、４２ 手送りハンドル
５０ 制御ユニット
５１、５２ パルス発生器
５３ 近接センサ
５４ バイブレータ
５６ ドライブユニット
５７ タイマ
５８ メモリ
５９ フラグ
６１、６２ サーボモータ
７１ ノズル
７２ 冷却液
Ｗ  ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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