(57)【要約】【課題】ＮＣ研削装置を用いてワ−クに溝加工する際の研削時間を短縮できる高速ストロ−ク研削方法の提供【解決手段】左右移動可能なテ−ブル４の左右送り、砥石軸の上下送りおよび前後送りが数値制御される研削装置を用い、左右移動可能なテ−ブル上にワ−ク２を固定し、該左右移動可能なテ−ブルをストロ−ク幅Ｌ　８〜３００ｍｍで反転させつつ、前記砥石軸に備えられた砥石車を回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク面に対し直角方向に連続的に等速度で下降させながら切り込みを行ってワ−ク表面に溝を研削する高速ストロ−ク研削方法において、前記左右移動可能なテ−ブル４の移動をストロ−ク幅Ｌの中央で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度一定条件で移動させ、ストロ−ク幅Ｌの中央通過後は加速度一定条件で減速させることを特徴とする、ワ−クの溝切り方法。【選択図】　　　　　図４
2004017195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右移動可能なテ−ブルの左右送り、砥石軸の上下送りおよび前後送りが数値制御される研削装置を用い、左右移動可能なテ−ブル上にワ−クを固定し、該左右移動可能なテ−ブルをストロ−ク幅８〜３００ｍｍで反転させつつ、前記砥石軸に備えられた砥石車を回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク面に対し直角方向に連続的に等速度で下降させながら切り込みを行ってワ−ク表面を加工する方法において、前記左右移動可能なテ−ブルの移動をストロ−ク幅の中央で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度一定条件で移動させ、ストロ−ク幅の中央通過後は加速度一定条件で減速させることを特徴とする、ワ−クの連続切り込み加工方法。
【請求項２】
テ−ブルの加速度は０．５Ｇ〜４．０Ｇで、反転する右端および左端では、テ−ブル速度０ｍ／分であり、左右移動可能なテ−ブルの反転は１８０〜４００ストロ−ク／分、砥石車の直径は８０〜３００ｍｍで、砥石車のワ−ク面の周速度は１５〜４５ｍ／秒であり、砥石車を２５００〜４０００ｍｉｎ−１で回転させつつ切り込み速度０．０１〜１ｍｍ／秒で前記ワ−ク面に対し直角方向に切り込みを行うことを特徴とする、請求項１に記載のワ−クの連続切り込み加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線デ−タ通信、衛星通信などの移動体通信やＧＰＳ等のナビゲ−ション用方向性アンテナに用いられる部材あるいは電子機器部材、例えば光コネクタや光シャッタアレイをメチルメタクリレ−ト樹脂、カ−ボン含有熱可塑性樹脂を金型のキャビティ内に射出成形して製造する際に使用される金型部品素材の超硬合金、理容用梳き鋏素材の超硬合金、電子機器部品部材のシリコンバ−、人工骨素材のステンレス、チタン合金などを素材とするワ−クに砥石車を用いて連続切り込みを行ってワ−ク表面に溝を設ける方法、あるいはワ−クを切断する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワ−クに溝を加工するのに、円盤状砥石車（ブレ−ド）を備えた研削装置またはダイサ−を用いて溝研削することは公知である（特許第３１３２１１４号、特開平３−２３８４０５号、同４−１３５５２号、同１１−５８４０７号、同１０−６４８５３号、特開２００２−６６９３３号）。
【０００３】
例として、円盤状の回転砥石車によりテ−ブル上に設けられたワ−クを研削する成形研削装置を図６と図７に示す。
これら図において、１はＮＣ成形研削装置、２はワ−ク、３は砥石車、４は左右方向（Ｘ軸方向）に往復移動可能なテ−ブル、５は作業台、６は電磁チャック、７はサ−ボモ−タ駆動により前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能なサドル、８は操作盤、８ｂは砥石上下切り込み手動パルス発生器ボタン、９はコラム、１０は砥石軸頭、１１は砥石軸、１２は砥石軸頭をサ−ボモ−タ駆動により垂直方向（Ｙ軸方向）に移動する昇降機構、１３はモ−タ−、１４は螺合体、１５はボ−ルスクリュ−ネジ、１６は軸受、１７は安全保護カバ−、１８は研削液供給ノズル、１９はベッド、２０はタンク、２１はフィルタ−、２２はポンプ、２３は砥石軸モ−タ−、２４は制御ユニットである。
【０００４】
テ−ブル４は、ベッド１９上に設けられた一対の案内面を滑べるサドル７に設けられたＶ字型軌道部により位置決めされ、テ−ブル４はその係合部（スライダ）により案内面（ガイドレ−ル）に摺動自在に支えられる。
ワ−ク２は、テ−ブル４上の電磁チャック６上に固定され、テ−ブルを左右方向に往復反転移動し、回転する砥石車でワ−ク２表面は溝研削される。テ−ブルを左右方向送りは、ベルト駆動（ＵＳＰ４９２１４７１号）、サ−ボバルブ油圧シリンダ送り（特許第３０２３０１８号）、サ−ボモ−タ駆動ボ−ルネジ送り、リニアモ−タ駆動送り（特開２００１−９７１８号）のいずれかが利用されている。
【０００５】
従来、ワ−クに溝を研削する方法としては、図５ａに示すようにテ−ブルの左右ストロ−ク幅（移動幅）Ｌに対し、砥石車が右端位置または左端位置にくる度毎に砥石車をｔの高さ下降させ、テ−ブル左右送り速度を一定速度（図４のａ）にして左右送りしながらプランジ溝研削する方法が一般的である（「昭和６２年度精密工学会秋季大会講演論文集」、『成形研削におけるショ−トストロ−ク研削の特性』１９８７，４１９−４２０頁）。
【０００６】
これに対し、三澤　喬らは、図５ｂに示すようにテ−ブルが送り速度一定の条件下で左右移動の１ストロ−ク（移動幅は２Ｌ）をする間に、砥石車を連続的に等速度λで下降させてワ−クに切り込みをかけながらワ−クに溝を設ける高速ストロ−ク研削方法を提案した（「ＡＢＴＥＣ」８９論文集『ハイスピ−ドストロ−ク研削加工例と特徴について』、（１９８９），１−２．）。このハイスピ−ドストロ−ク研削加工は、自動車の部品金型、電子部品のコネクタ金型、人工骨等、金属素材ワ−クに溝を加工する研削手法として用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、テ−ブルの左右送り手段が油圧シリンダまたはベルト送りではテ−ブル送り速度が一定（テ−ブル左端および右端では速度は０ｍ／分）であるが、リニアモ−タ駆動やサ−ボモ−タによるボ−ルネジ送り手段ではテ−ブル送りを一定の速度で行なうことも、又、テ−ブル移動中に速度を変えることもできることに着目し、１ストロ−ク間のテ−ブルの速度を種々変更し、溝研削時の１ストロ−ク幅の研削抵抗を測定したところ、ストロ−ク幅（３０ｍｍ）間のテ−ブルの速度が一定３５０ｍｍ／秒）のときは、図３のａに示すように研削抵抗はストロ−ク幅が暫時端に向かって増加していくが、図４のｂに示すようにストロ−ク幅の中央（ワ−クの中央）でテ−ブル速度が最大となるよう加速度（α）一定（２Ｇ）でテ−ブルの左右送りを行うと、図３のｂに示すように研削抵抗はストロ−ク幅の中央（１５ｍ）で最大で、中央から端に向かってしばらく研削抵抗をコンスタントに保ったのちに暫時研削抵抗は低下し、反転する端（３０ｍｍ）で０となることを見出した。このストロ−ク幅（横軸）と研削抵抗（縦軸）とで囲まれる面積が加工量に比例する。
よって、加工量が一定の場合では、テ−ブル速度一定の方がテ−ブル加速度一定の方よりも研削抵抗が高く、ワ−クの寸法制度のバラツキが大きくなるし、砥石の磨耗も早くなることを示唆する。また、研削抵抗の最大値を一定とした加工条件の場合では、テ−ブル加速度一定の方が、テ−ブル速度一定の方よりも多くの量研削できることとなる。
【０００８】
面積はワ−クの加工量に比例するので、面積が大きいことは、砥石車の研削加工がより効率よく行われることを意味する。
本発明者らは、ストロ−ク幅と、ストロ−ク回数と加速度を適宜選択すれば、ストロ−ク幅の中央（ワ−クの中央）でテ−ブル速度が最大となるよう加速度（α）が選出できることを見出し、より効率よく溝研削加工できる方法に至った。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、左右移動可能なテ−ブルの左右送り、砥石軸の上下送りおよび前後送りが数値制御される研削装置を用い、左右移動可能なテ−ブル上にワ−クを固定し、該左右移動可能なテ−ブルをストロ−ク幅８〜３００ｍｍで反転させつつ、前記砥石軸に備えられた砥石車を回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク面に対し直角方向に連続的に等速度で下降させながら切り込みを行ってワ−ク表面を加工する方法において、前記左右移動可能なテ−ブルの移動をストロ−ク幅の中央で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度一定条件で移動させ、ストロ−ク幅の中央通過後は加速度一定条件で減速させることを特徴とする、ワ−クの連続切り込み加工方法を提供するものである。
【００１０】
左右移動可能なテ−ブルの移動をストロ−ク幅の中央（ワ−クの中央部）で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度一定条件で移動させることにより、従来のテ−ブル速度一定の条件下での溝切り方法よりも加工時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明の請求項２は、前記ワ−クの連続切り込み加工方法において、左右移動可能なテ−ブルの送りの加速度を０．５Ｇ〜４．０Ｇで、反転するテ−ブル右端およびテ−ブル左端では、テ−ブル速度は０ｍ／分であり、左右移動可能なテ−ブルの反転を１８０〜４００ストロ−ク／分、砥石車の直径は８０〜３００ｍｍで、砥石車のワ−ク面の周速度は１５〜４５ｍ／秒であり、砥石車を２５００〜４０００ｍｉｎ−１で回転させつつ切り込み速度０．０１〜１ｍｍ／秒で前記ワ−ク面に対し直角方向に切り込みを行うことを特徴とする。
【００１２】
テ−ブルの加速度を０．５〜４．０Ｇと油圧シリンダ駆動では不可能な高速とすることによりストロ−ク回数を１８０〜４００ストロ−ク／分と高速化することができ、溝研削加工時間が短縮される。砥石車の回転数を２５００〜４０００ｍｉｎ−１とすることにより、高速で砥石車が回転されるので砥石車の横振れがなく、砥石車の厚みが０．１ｍｍであっても破損することがない。砥石車の回転数が４０００ｍｉｎ−１より大き過ぎるとワ−クへの切り込み抵抗が大きくなり、厚みが０．０１〜０．１ｍｍと小さい砥石車では破損が生じやすい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１はワ−クを溝研削する状態を示す部分正面図である。図２は加速度α一定のときの条件でテ−ブルを左右送りする際のテ−ブルストロ−ク幅（ｍｍ）とストロ−ク回数（回／分）の相関図である。
【００１４】
図１において、２はワ−ク、３は砥石車、４は左右往復移動テ−ブル、６は電磁チャック、１８は研削液供給ノズル、３０はワ−ク固定治具、３１は緩衝材である。
Ｌはテ−ブルのストロ−ク幅、Ｖ１は砥石車のワ−ク面に対し直角方向に切り込む速度、Ｖ２は砥石車の周速度、Ｖ３はテ−ブル移動速度を示す。本発明方法においては、テ−ブル移動速度Ｖ３は一定ではなく、加速度が一定であるので、本発明のテ−ブル加速度一定制御では、テ−ブルスタ−ト位置からストロ−ク幅Ｌ移動する間におけるＶ３の変化は経過時間をτとすると次式で表される。
Ｖ３＝ατ　　……（１）
但し、０＜τ≦（Ｌ／α）１／２の場合
Ｖ３＝２（α／Ｌ）１／２−ατ　　……（２）
但し、（Ｌ／α）１／２＜τ≦２（Ｌ／α）１／２の場合
【００１５】
ワ−ク２の素材としては、超硬合金、サ−メット、ハステロイ、ニッケルクロム鋼、ステンレス、シリコン基板（バ−）、等が挙げられる。溝の深さは、０．１５〜２０ｍｍ、好ましくは０．２〜１０ｍｍである。ストロ−ク幅Ｌは、ワ−ク幅より右端、および左端１〜５ｍｍ幅大きく取る。
【００１６】
テ−ブル上の電磁チャック６表面とワ−ク２の下面間に存在する緩衝材３１の素材としては、鉄板、スチ−ル、銅板、アルミニウム板等の金属板、樹脂板等が挙げられる。電磁チャックを用いるときは金属板が使用される。緩衝材の厚みは、０．５〜５ｍｍで充分である。ワ−クの溝切りのときは緩衝材を使用しても、しなくてもよい。ワ−クは固定枠で固定してもよいし、ワ−クと緩衝材をワックスまたは水溶性接着剤で接着してもよい。
【００１７】
本発明の加速度一定制御で、単位時間（分）当たりのテ−ブル往復回数（ストロ−ク回数）Ｓは、次式で表される。
Ｓ（ｓｐｍ）＝１５ｘ（α／Ｌ）１／２　　　　……（３）
【００１８】
図２は加速度α一定のときの条件でテ−ブルを左右送りする際のテ−ブルストロ−ク幅とストロ−ク回数（回／分）の相関図である。この図より、サイクルタイムを実現するに必要な加速度αの値を、ワ−ク寸法に応じて計算できる。例えばストロ−ク幅Ｌが５０ｍｍでテ−ブルストロ−ク回数Ｓ＝２９６ｓｐｍの性能を満たす研削装置を設計するには、２．０Ｇ（１９．６ｍ／ｓ２）以上の加速度が必要とされる。
【００１９】
本発明のテ−ブル左右送りが加速度一定条件では、左右移動可能なテ−ブルの移動をストロ−ク幅の中央で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度一定条件で移動させ、ストロ−ク幅の中央通過後は加速度一定条件で減速させ、左右のテ−ブル反転位置では加速度は０ｍ／ｓ２でテ−ブル移動速度は０ｍ／ｓである。加速度αにおける最大幅Ｌｍａｘ取りうるストロ−ク幅が決まるので、ワ−クの幅に応じてストロ−ク幅を前記最大幅Ｌｍａｘ以下の値で、ワ−ク幅より大きい幅Ｌと決める。
ストロ−ク幅Ｌと加速度αとからストロ−ク回数が図２より求まる。
【００２０】
加速度αと、設定されたテ−ブル最大速度と、加速度αにおける最大幅取りうるストロ−ク幅Ｌｍａｘは、次表の通りである。
【表１】
2004017195.tif 000003
【００２１】
本発明のテ−ブル送り加速度一定制御において、テ−ブルスタ−ト位置から距離ｌにおけるテ−ブル速度Ｖ３の変化は次式で示される。
Ｖ３＝（２αｌ）１／２　　……（４）　　　　但し、０＜ｌ≦Ｌ／２の場合
Ｖ３＝｛２α（Ｌ−ｌ）｝１／２　……（５）　但し、Ｌ／２＜ｌ≦Ｌの場合
【００２２】
本発明のテ−ブル送り加速度一定制御においては、図５ｂに示すように、テ−ブル４が移動中に砥石車３が連続的に等速度λで下降してワ−ク２を切り込む。
即ち、砥石車の切り込み量ｔは、経過時間τに比例し、次式で示される。
ｔ＝λτ　　　……（６）
テ−ブル速度Ｖ３は式（４）および（５）に従って変化するので、砥石車の切り込み量ｔはｌに対して次式で示される指数関数的に変化する。
ｔ＝λ（２ｌ／α）１／２　……（７）　　　　但し、０＜ｌ≦Ｌ／２の場合
ｔ＝２λ（Ｌ／α）１／２−λ｛（２Ｌ−ｌ）／α｝１／２　……（８）
但し、Ｌ／２＜ｌ≦Ｌの場合なお、２パス目以降については、図５ｂに示すように砥石車の切り込み量ｔの値は２ｔと２倍となる。
【００２３】
ワ−ク２への溝切り、またはワ−クの切断は、研削装置の往復移動テ−ブル４上にワ−ク２を固定し、該左右移動可能なテ−ブルをストロ−ク幅８〜３００ｍｍで反転させつつ、かつ、この左右移動可能なテ−ブルの移動をストロ−ク幅の中央（ワ−ク中央部）で左右移動可能なテ−ブルの移動速度が最大となる加速度（加速度を０．５Ｇ〜４．０Ｇから選択）一定条件で移動させ（反転するテ−ブル右端およびテ−ブル左端では、テ−ブル速度Ｖ３は０ｍ／分）、前記砥石軸に備えられた砥石車３を周速度１５〜４５ｍ／秒で回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク２面に対し直角方向に連続的に等速度λ０．０１〜１ｍｍ／秒で下降させながら切り込みを行ってワ−ク表面に溝を研削する。
【００２４】
テ−ブル４のストロ−ク数は、１８０〜４００ストロ−ク／分、砥石車の直径は８０〜３００ｍｍが好ましく、砥石車の回転数は２５００〜４０００ｍｉｎ−１が好ましい。
【００２５】
テ−ブル４の高速反転は、サ−ボモ−タを用いて駆動されるボ−ルネジでもよいし、リニアモ−タ−駆動でもよい。リニアモ−タ−駆動テ−ブル４はパ−ソナルコンピュ−タからのパルス指令によって制御されており、最高速度、平均加減速度、加減速カ−ブを自由に変えることができる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
研削に用いるＣＮＣ成形面研削装置として、株式会社　岡本工作機械製作所のセラミック製テ−ブルの左右送りがリニアモ−タ駆動、砥石軸の上下送りおよびテ−ブルの前後送りがサ−ボモ−タ駆動ボ−ルネジ送りの軸ＮＣ研削盤ＵＰＺ３１５Ｌｉ（商品名）を用い、直径２００ｍｍ、厚み１０ｍｍのＷＡ４６ＨｍＶ砥石車（ω＝０．５ｍｍ）を該装置の砥石軸に装着し、加速度一定制御条件下で、ワ−ク幅２６．０００ｍｍ、長さ３００ｍｍのワ−クＳＳ４００に２ｍｍの深さの溝を研削した。
【００２７】
すなわち、ワ−クをテ−ブル上の電磁チャック４上に固定させた。
ついで、制御盤より溝研削加工プログラミングを選択し、同制御盤のＣＲＴ画面に表示された加工条件を入力指示に従って加工開始点、ストロ−ク幅３０ｍｍ、加速度２．０Ｇ、加速度一定テ−ブル送り、砥石車３の周速度２３ｍ／秒と入力し、スタ−トボタンを押してワ−ク中央部の１３ｍｍの位置でテ−ブル移動速度が最大となる条件下で砥石車を周速度２３ｍ／秒で回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク面に対し直角方向に連続的に等速度λ０．１ｍｍ／秒で下降させながら切り込みを行ってワ−ク表面に溝を研削した。
この高速ストロ−ク研削方法によりワ−クに深さ２ｍｍの１本の溝を加工するに要した時間は、２０秒であった。
【００２８】
比較例１
研削に用いるＣＮＣ成形面研削装置として、テ−ブルの左右送りがサ−ボ油圧シリンダ駆動、砥石軸の上下送りおよびテ−ブルの前後送りがサ−ボモ−タ駆動ボ−ルネジ送りの株式会社　岡本工作機械製作所のハイスピ−ドストロ−ク研削盤　ＰＦＧ５００ＤＸＮＣＳ（商品名）を用い、直径２００ｍｍ、厚み１０ｍｍのＷＡ４６ＨｍＶ砥石車（ω＝０．５ｍｍ）を該装置の砥石軸に装着し、テ−ブル速度Ｖ３一定制御条件下で、ワ−ク幅２６．０００ｍｍ、長さ３００ｍｍのワ−クＳＳ４００に２ｍｍの深さの溝を研削した。
【００２９】
すなわち、ワ−クをテ−ブル上の電磁チャック４上に固定させた。
ついで、制御盤より溝研削加工プログラミングを選択し、同制御盤のＣＲＴ画面に表示された加工条件を入力指示に従って加工開始点、ストロ−ク幅３０ｍｍ、テ−ブル速度３５０ｍｍ／秒、速度一定テ−ブル送り、砥石車３の周速度２３ｍ／秒と入力し、スタ−トボタンを押して砥石車を周速度２３ｍ／秒で回転させつつ前記テ−ブル上のワ−ク表面に溝をプランジ研削した。なお、砥石軸は、テ−ブル反転される左端および右端の位置に到る毎に図５のａに示されるように１０μｍずつ下降させた。
この高速ストロ−ク研削方法によりワ−クに深さ２ｍｍの１本の溝を加工するに要した時間は、２７秒であった（テ−ブル反転のロス時間は０．０５秒／ストロ−ク）。
【００３０】
比較例２
実施例１において、テ−ブル加速度（２．０Ｇ）一定制御の代わりに、テ−ブル速度一定（３５０ｍｍ／秒）に変更する他は同様にしてワ−クの自動溝切り加工を行った。このテ−ブル速度一定・高速ストロ−ク研削方法によりワ−クに深さ２ｍｍの１本の溝を加工するに要した時間は、２０秒であった。
但し、研削抵抗の最大値が実施例１の場合の１．３倍あり、溝の平坦性は実施例１の仕上がりより少し粗であった。研削抵抗が大きいことは、砥石車の磨耗が大きいことであり、砥石車の寿命が実施例１の場合よりもより短くなることを示唆する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のワ−クの高速ストロ−ク研削方法は、テ−ブルの左右送りをワ−クの中央部で最大速度となるように加速度一定制御しながら砥石車を連続的に等速度λで下降させてワ−クに切り込み、ワ−クに溝形成を行うので、溝研削時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワ−クの溝研削状態を示す部分正面図である。
【図２】ストロ−ク幅とストロ−ク回数の相関図である。
【図３】ストロ−ク幅と砥石車の研削抵抗の相関図である。ａはテ−ブル速度一定時を、ｂはテ−ブル加速度一定時を示す。
【図４】ストロ−ク幅とテ−ブル速度の相関図である。ａはテ−ブル速度一定時を、ｂはテ−ブル加速度一定時を示す。
【図５】砥石車によりワ−クに溝を加工する際の砥石車の下降軌跡の説明図である。ａはプランジ研削による溝加工、ｂは、高速ストロ−ク研削による溝加工である。
【図６】ＮＣ成形研削装置の斜視図である。
【図７】ＮＣ成形研削装置の側面図である。
【符号の説明】
１　　　ＮＣ成形研削装置
２　　　ワ−ク
３　　　砥石車
４　　　テ−ブル
６　　　電磁チャック
１８　　　研削液供給ノズル
Ｖ１　　　　砥石切り込み速度
Ｖ２　　　　ワ−ク面での砥石周速度
Ｖ３　　　　左右移動テ−ブルのテ−ブル送り速度
【図１】
2004017195.tif 000004
【図２】
2004017195.tif 000005
【図３】
2004017195.tif 000006
【図４】
2004017195.tif 000007
【図５】
2004017195.tif 000008
【図６】
2004017195.tif 000009
【図７】
2004017195.tif 000010