特開 2024-178498 加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178498

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23F 23/12 20060101AFI20241218BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20241218BHJP

   B24B 53/00 20060101ALI20241218BHJP

   B24B 53/075 20060101ALI20241218BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

B23F23/12

B23Q17/09 G

B24B53/00 A

B24B53/075

B24B49/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096656

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000125853

【氏名又は名称】株式会社 神崎高級工機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】河田 英典

(72)【発明者】

【氏名】角野 嘉彦

【テーマコード（参考）】

3C025

3C029

3C034

3C047

【Ｆターム（参考）】

3C025HH07

3C029DD16

3C034AA13

3C034BB92

3C034CA14

3C034CA24

3C034CB12

3C034CB14

3C047AA08

3C047AA15

3C047CC08

3C047CC12

(57)【要約】

【課題】工具と工具接触物との接触を検知するセンサの出力レベルに変化が生じた場合であっても、接触誤検知を防止することができる加工装置を提供する。
【解決手段】歯車研削装置１０は、砥石２０を支持する砥石支持ユニット２と、砥石２０に対して離接可能とされる工具接触物（ワークまたはドレスツール）を支持するワーク処理ユニット３と、砥石２０と工具接触物との接触によって出力レベルが変化するＡＥセンサ２１０と、ＡＥセンサ２１０の出力に基づいて砥石２０と工具接触物との接触検知を行う制御部４とを備える。制御部４は、ＡＥセンサ２１０の出力レベルを接触閾値と比較することで接触検知を行うものであり、砥石２０と工具接触物とが非接触の状態におけるＡＥセンサ２１０の出力レベルを複数の判定閾値と比較することで接触閾値の変更を行う。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工具を支持する工具支持ユニットと、
前記工具に対して離接可能とされる工具接触物を支持する工具接触物支持ユニットと、
前記工具と前記工具接触物との接触によって出力レベルが変化するセンサと、
前記センサの出力に基づいて前記工具と前記工具接触物との接触検知を行う制御部とを備え、
前記制御部は、前記センサの出力レベルを接触閾値と比較することで接触検知を行うものであり、前記工具と前記工具接触物とが非接触の状態における前記センサの出力レベルを複数の判定閾値と比較することで前記接触閾値の変更を行うことを特徴とする加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載の加工装置であって、
前記工具接触物は、前記工具によって加工されるワークであることを特徴とする加工装置。

【請求項3】

請求項２に記載の加工装置であって、
前記ワークが歯車であり、
前記工具が、前記歯車の歯面を研削する砥石であることを特徴とする加工装置。

【請求項4】

請求項１に記載の加工装置であって、
前記工具が研削加工を行うための砥石であり、
前記工具接触物は、前記砥石のドレス加工を行うドレスツールであることを特徴とする加工装置。

【請求項5】

請求項１に記載の加工装置であって、
前記工具が研削加工を行うための砥石であり、
前記センサがＡＥセンサであることを特徴とする加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ＮＣ（numerical control）加工を行う加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

機械部品等を加工する加工装置において、ＮＣ加工が一般的に行われている。ＮＣ加工では、加工工具（以下、工具）もしくは工具接触物（ワークもしくはドレスツール）を加工装置に内蔵されたサーボモータによって移動させる。

【0003】

ＮＣ加工においては、その制御においてセンサによる検出処理が必須である。例えば、特許文献１には、ＡＥ（Acoustic Emission）センサを用いて工具とドレスツールとの接触検知を行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２６３４４０号公報

【特許文献2】特開２０２０－１９９６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

センサによる接触検知において、誤検知を防止することは重要である。例えば、ＡＥセンサにおける接触検知は、ＡＥセンサの出力波形を所定の閾値と比較し、波形レベルが閾値を超えた場合に接触を検知する。しかしながら、ＡＥセンサの長期使用時には、センサもしくは装置機構の経年劣化、あるいは周囲環境変化等により、非接触時における波形レベルの変化が想定される。ＡＥセンサの波形レベルの変化量が大きくなると、接触誤検知（未接触での接触反応、接触での未接触反応）の可能性が高くなる。ＡＥセンサによる接触誤検知が発生すると、工具とワーク（もしくはドレスツール）との位相ズレが発生して高精度の加工が行えなくなる。また、位相ズレが大きくなりすぎると、工具や装置機構等に損傷が発生する恐れもある。

【0006】

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、工具と工具接触物との接触を検知するセンサの出力レベルに変化が生じた場合であっても、接触誤検知を防止することができる加工装置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】

【0007】

上記の課題を解決するために、本開示の加工装置は、工具を支持する工具支持ユニットと、前記工具に対して離接可能とされる工具接触物を支持する工具接触物支持ユニットと、前記工具と前記工具接触物との接触によって出力レベルが変化するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記工具と前記工具接触物との接触検知を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記センサの出力レベルを接触閾値と比較することで接触検知を行うものであり、前記工具と前記工具接触物とが非接触の状態における前記センサの出力レベルを複数の判定閾値と比較することで前記接触閾値の変更を行うことを特徴としている。

【0008】

上記の構成によれば、工具と工具接触物とが非接触の状態におけるセンサの出力レベルを複数の判定閾値と比較し、その結果に応じて接触閾値の変更を行うことで、経年劣化等でセンサの出力レベルに変化が生じた場合であっても接触閾値を適切に自動設定することができる。これにより、接触誤検知を防止することができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示の加工装置は、工具と工具接触物との接触検知に使用する接触閾値を自動設定でき、接触誤検知を防止することができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の加工装置の一実施形態である歯車研削装置の斜視図である。

【図2】ワークの研削加工時における砥石とワークとの噛合状態を示す図である。

【図3】砥石のドレス加工時における砥石とドレスツールとの噛合状態を示す図である。

【図4】砥石支持ユニットにおける砥石の回転軸を含む断面図である。

【図5】ＡＥセンサを用いた接触検知および接触閾値の再設定を行うための制御系を示すブロック図である。

【図6】ＡＥセンサによる接触検知を示す波形図である。

【図7】接触検知の際にＡＥセンサの出力信号を表示する画面例を示す図である。

【図8】接触検知の際にＡＥセンサの出力信号を表示する画面の切換え例を示す図である。

【図9】接触検知の際にＡＥセンサの出力信号を表示する画面の切換え例を示す図である。

【図10】接触検知の際にＡＥセンサの出力信号を表示する画面の切換え例を示す図である。

【図11】接触検知の際にＡＥセンサの出力信号を表示する画面の切換え例を示す図である。

【図12】判定閾値の切換え条件を示すテーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施形態では、本開示の加工装置を、ワーク（工作物）となる歯車に対して研削加工を行う歯車研削装置に適用した場合を例示する。

【0012】

図１は、本実施形態に係る歯車研削装置１０の主要部を示す斜視図である。本実施形態では、説明の便宜上、図１に示すように前後方向、左右方向および上下方向を規定する。尚、歯車研削装置１０の機構の具体的構成は、例えば特許文献２において開示があるが、以下に歯車研削装置１０の機構を簡単に説明する。

【0013】

歯車研削装置１０は、工作物であるワークＷを工具である砥石２０と同期回転させながら研削加工するものであり、基台１と、この基台１上に配置される砥石支持ユニット（工具支持ユニット）２およびワーク処理ユニット（工具接触物支持ユニット）３とを備えている。砥石支持ユニット２は、砥石２０を回転可能に支持する。図１では、砥石２０の回転軸方向を前後方向としている。砥石２０の外周面には、ネジ状溝が形成されている。

【0014】

ワーク処理ユニット３は、主軸３０と、支持柱３１とを備えており、支持柱３１においては、心押し具３２およびドレス装置３３が一体でそれぞれ旋回自在に支持されている。ワークＷに対する研削加工を行う場合は、支持柱３１の旋回によって主軸３０の上に心押し具３２を位置させ、主軸３０と心押し具３２とによってワークＷを挟み込むように支持する。支持されたワークＷは、主軸３０の回転駆動によって上下方向を回転軸方向として回転させることが可能である。歯車研削装置１０は、図２に示すように、砥石２０とワークＷとを噛み合わせながら、これらを同期駆動させることでワークＷの歯面を研削することができる。

【0015】

ドレス装置３３は、砥石２０のドレス加工を行う場合に使用される。ドレス加工は、ワークＷを所定個数、連続加工した後で、砥石２０のネジ状溝の切れ味を再生させるために行われるものであり、図３に示すように、ドレス装置３３に保持されるドレスツール３３１を砥石２０に当接させながら砥石２０を回転駆動させることで実施される。

【0016】

砥石支持ユニット２は左右方向への移動が可能であり、この移動によって、研削加工時にはワークＷに対して砥石２０の離接が可能である。また、ドレス加工時には、ドレスツール３３１に対して砥石２０の離接が可能である。そして、研削加工前には砥石２０の移動に伴う砥石２０とワークＷとの接触検知（図２に示す状態の検知）が必要であり、ドレス加工前には砥石２０とドレスツール３３１との接触検知（図３に示す状態の検知）が必要である。すなわち、本実施形態では、ワークＷまたはドレスツール３３１が、接触検知対象の工具接触物となる。

【0017】

図４は、砥石支持ユニット２における砥石２０の回転軸を含む断面図である。図４に示すように、砥石支持ユニット２は、砥石２０のバランスを回転中に自動で修正するオートバランサ２１を備えている。本実施形態では、オートバランサ２１において、砥石２０の接触検知を行うためのＡＥセンサ２１０（図５参照）が含まれている。ＡＥセンサ２１０は、砥石２０がワークＷまたはドレスツール３３１に接触した際に発生する音響（弾性波）を検出して電気信号に変換し、出力する。

【0018】

図５は、ＡＥセンサ２１０を用いた接触検知、および後述する接触閾値ＴＨｃの再設定を行うための制御系を示すブロック図である。図５に示すように、歯車研削装置１０は、制御部４を有しており、制御部４は判定部４０、閾値設定部４１および閾値変更部４２を有している。判定部４０は、ＡＥセンサ２１０の出力信号（後述するＡＥ波形信号Ｓ１）と閾値との比較判定を行う。閾値設定部４１は、設定されている閾値を記憶する。閾値変更部４２は、判定部４０による閾値判定結果を受けて、閾値設定部４１に設定されている閾値の切換えを行う。

【0019】

図６は、接触検知の際にＡＥセンサ２１０の出力信号を表示する画面例を示す図である。図６において、Ｓ１はＡＥセンサ２１０が出力する波形信号（ＡＥ波形信号）であり、ＴＨｃはＡＥ波形信号Ｓ１との比較により接触検知を行うための接触閾値である。基本的には、砥石２０の接触（工具接触物との接触）が生じていない状態で、ＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルは接触閾値ＴＨｃを下回っており、砥石２０の接触が生じるとＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルが急峻に上昇して接触閾値ＴＨｃを上回る。制御部４は、ＡＥ波形信号Ｓ１が接触閾値ＴＨｃを超えた場合に、砥石２０と工具接触物との接触を検出する。

【0020】

尚、ここでの接触検知は、研削加工またはドレス加工の実施前に、砥石２０と工具接触物との位相合わせの際に行われる。歯車研削装置１０では、研削加工またはドレス加工の際、砥石２０のネジ状溝に対してワークＷまたはドレスツール３３１が適切に（図２または図３に示すように）噛合されるように位相合わせが行われる。この位相合わせは、砥石２０と工具接触物との接触を複数回繰り返しながら行われ、その際に接触検知が行われる。このため、接触検知の段階では、砥石２０と工具接触物との接触が検知されると、砥石２０を工具接触物から離間させるような制御が行われる。これにより、砥石２０は再び非接触となり、ＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルも非接触状態のレベルに低下する。

【0021】

このような接触検知が正確に行われるには、ＡＥ波形信号Ｓ１に対して接触閾値ＴＨｃが適切に設定されている必要がある。しかしながら、ＡＥ波形信号Ｓ１においては、ＡＥセンサ２１０の経年劣化や周囲環境変化等により、非接触時の波形レベルに変化が生じる場合がある。例えば、非接触時の波形レベルが低下するような変化が生じると、砥石２０の接触が生じた状態でＡＥ波形信号Ｓ１が接触閾値ＴＨｃを超えず、接触での未接触反応といった誤検知が生じる虞がある。逆に、非接触時の波形レベルが増加するような変化が生じると、砥石２０の接触が生じていない状態でもＡＥ波形信号Ｓ１が接触閾値ＴＨｃを超えてしまい、未接触での接触反応といった誤検知が生じる虞がある。

【0022】

このような誤検知は、ＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルの変化に応じて接触閾値を再設定することで防止できる。本開示の歯車研削装置１０は、接触閾値ＴＨｃの再設定を自動で行えるものである。以下、歯車研削装置１０における接触閾値ＴＨｃの再設定手法を説明する。

【0023】

本実施形態では、砥石２０の接触検知を開始する時点で、図７ないし図１１の左図に示すように、レベルの低い順から４つの判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４（まとめる場合は判定閾値ＴＨと称する）が設定されている。このうち、判定閾値ＴＨ３が上述の接触閾値ＴＨｃに相当する。

【0024】

図７ないし図１１の左図は、接触検知の開始直後からＡＥ波形信号Ｓ１を所定期間測定した場合の波形図である。この所定期間において、砥石２０は工具接触物に対して接近する方向に移動されているが、所定期間中は非接触状態が維持される。すなわち、図７ないし図１１の左図におけるＡＥ波形信号Ｓ１は、砥石２０と工具接触物との接触が生じていない状態の波形（非接触波形）である。

【0025】

ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形は判定閾値ＴＨと比較され、その比較結果に応じて判定閾値ＴＨの切換えが行われる。すなわち、非接触波形のレベルが低い場合には、判定閾値ＴＨを低いレベルに設定するような切換えが行われ、非接触波形のレベルが高い場合には、判定閾値ＴＨを高いレベルに設定するような切り換えが行われる。尚、この判定閾値ＴＨの切換えにおいては、必ず判定閾値ＴＨ３（すなわち接触閾値ＴＨｃ）の切換えが含まれる。

【0026】

図１２は、判定閾値ＴＨの切換え条件を示すテーブルである。尚、図１２のテーブルにおいて、判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４の各数値は、ＡＥ波形信号Ｓ１の最大レベルの数値を１００％、最小レベルの数値を０％として、これらに対するレベル比率にて示している。

【0027】

砥石２０とワークＷの位相合わせ時の接触検知を例にとると、検知開始時における判定閾値ＴＨは図１２の“ワーク基準負荷”に設定されている。すなわち、判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４の数値は、それぞれ３％、２０％、４０％、６０％に設定されている。この設定状況は、図７ないし図１１の左図に相当する。

【0028】

ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形が判定閾値ＴＨ１と判定閾値ＴＨ２との間にある場合、非接触波形のレベルが低い状態であると判定され、判定閾値ＴＨは図１２の“ワーク閾値（低）”に切り換えられる。すなわち、判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４の数値は、それぞれ０％、３５％、４０％、９９％に切り換えられる。この切換えは、図７における左図から右図への切換えに相当する。このときの判定結果は判定部４０から閾値変更部４２に閾値判定結果として出力される。また、閾値変更部４２は、この閾値判定結果を受けて閾値設定部４１に設定されている判定閾値ＴＨを変更する。

【0029】

ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形が判定閾値ＴＨ２と判定閾値ＴＨ３との間にある場合、非接触波形のレベルは中間の状態であると判定され、判定閾値ＴＨは図１２の“ワーク閾値（中）”に切り換えられる。すなわち、判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４の数値は、それぞれ０％、５０％、５５％、９９％に切り換えられる。この切換えは、図８における左図から右図への切換えに相当する。

【0030】

ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形が判定閾値ＴＨ３と判定閾値ＴＨ４との間にある場合、非接触波形のレベルは高い状態であると判定され、判定閾値ＴＨは図１２の“ワーク閾値（高）”に切り換えられる。すなわち、判定閾値ＴＨ１～ＴＨ４の数値は、それぞれ０％、７０％、７５％、９９％に切り換えられる。この切換えは、図９における左図から右図への切換えに相当する。

【0031】

砥石２０とドレスツール３３１の位相合わせ時の接触検知も、基本的には研削位相合わせ時の接触検知と同様に行われる。但し、ドレス位相合わせ時の接触検知と研削位相合わせ時の接触検知とでは、判定閾値ＴＨの数値が同じであってもよいが、異なっていてもよい。図１２の例では、“ワーク閾値（低）”～“ワーク閾値（高）”と“ドレス閾値（低）”～“ドレス閾値（高）”との比較において、判定閾値ＴＨ３の数値が異なるものとされている。これは、ドレス位相合わせ時の接触検知と研削位相合わせ時の接触検知とでは、砥石２０に対する工具接触物が異なるため、接触時のＡＥ波形信号Ｓ１の増加量に違いが生じる可能性があるためである。すなわち、判定閾値ＴＨの切換え後における判定閾値ＴＨ３の値は、接触時のＡＥ波形信号Ｓ１の増加量に応じて設定されることが好ましい。

【0032】

判定閾値ＴＨの切換えが行われると、引き続いて接触検知が行われる。図７～図９の右図では、何れも砥石２０の接触によって波形レベルが急激に上昇したＡＥ波形信号Ｓ１が切換後の判定閾値ＴＨ３（接触閾値ＴＨｃ）を超えている。すなわち、切換後の判定閾値ＴＨ３に基づいて砥石２０の適切な接触判定が実現されている。このときの判定結果は判定部４０から接触判定結果として出力される。

【0033】

このように、本開示の歯車研削装置１０における接触検知では、ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形を複数の判定閾値ＴＨと比較することで非接触波形のレベルを判定し、非接触波形のレベルに応じて接触閾値ＴＨｃを適切に設定することで接触の誤検知を防止することができる。

【0034】

尚、ＡＥ波形信号Ｓ１の非接触波形は、判定閾値ＴＨ４を上回る場合（図１０の左図）や判定閾値ＴＨ１を下回る場合（図１１の左図）もある。これらの場合は、接触誤検知以外の異常（例えば、断線やＡＥセンサ２１０の故障）の可能性があるため、接触検知処理が終了される。尚、この場合の接触検知処理の終了においては、砥石２０を工具接触物から離間させる制御が行われる。

【0035】

また、判定閾値ＴＨの切換え後は、ＡＥ波形信号Ｓ１と判定閾値ＴＨ３との比較によって接触検知が行われるため、判定閾値ＴＨの切換えによる変更されるのは判定閾値ＴＨ３のみであってもよい。但し、図１２の例では、判定閾値ＴＨ３だけでなく、判定閾値ＴＨ２の数値も変更されている。これは、接触検知の際、ＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルが判定閾値ＴＨ２を超えたが、判定閾値ＴＨ３を超えないような状態が所定期間（例えば、２秒程度）生じたような場合に、不完全な接触が生じているとして、接触検知処理を終了できるようにするためである。例えば、ドレス位相合わせ時においてドレスツールが劣化している場合等に、砥石２０とドレスツールとの接触が生じても、ＡＥ波形信号Ｓ１が図６に示すような急峻な立ち上がりとならずに、ＡＥ波形信号Ｓ１の波形レベルが判定閾値ＴＨ２を超え、判定閾値ＴＨ３を超えないといった状況が起こりうる。

【0036】

今回開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

【0037】

例えば、上記実施形態では、本開示の加工装置として歯車研削装置を例示したが、本発明において、加工装置で行われる加工の種類や、ワークの形状等は特に限定されるものではない。すなわち、ＮＣ工作機械では、ワーク加工時の基準位置を確定するために、工具と工具接触物との接触開始点を検知する必要があり、このための接触検知に本発明を適用することができる。また、接触検知に使用するセンサの種類も特に限定されるものではなく、ＡＥセンサ以外のセンサが使用されてもよい（加工の種類によって適切なセンサが選択されればよい）。

【0038】

また、上記実施形態では、工具と工具接触物との離接は、工具の移動によって生じるものとされているが、これとは逆に工具接触物の移動によって生じるものであってもよい。すなわち、工具と工具接触物との離接は、工具接触物に対する工具の相対的な移動によって生じるものであればよい。

【符号の説明】

【0039】

１０ 歯車研削装置（加工装置）
１ 基台
２ 砥石支持ユニット（工具支持ユニット）
２０ 砥石（工具）
２１ オートバランサ
２１０ ＡＥセンサ
３ ワーク処理ユニット（工具接触物支持ユニット）
３０ 主軸
３１ 支持柱
３２ 心押し具
３３ ドレス装置
３３１ ドレスツール（工具接触物）
４ 制御部
４０ 判定部
４１ 閾値設定部
４２ 閾値変更部
Ｗ ワーク（工具接触物）
Ｓ１ ＡＥ波形信号
ＴＨｃ 接触閾値
ＴＨ１～ＴＨ４ 判定閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】