本研究では,湿式研削における砥石摩耗量のイ
ンプロセス測定を目的とし,研削液により発生する
動圧を利用した測定法を提案した.本手法では測
定のための媒体として研削液を利用するため,(1)砥
石,被加工物および研削液の電気磁気的な特性の
影響を受けない,(2)研削液を積極的に利用するた
め,光学的手法のような光のじょう乱の問題がない,
(3)付加する装置が少なくてすむという利点を持つ.
砥石の周りに狭い間隔を置いて圧力センサを配
置すると,研削液がその間隙に入り込み動圧が発
生する.この動圧は,間隙長が増加すると単調減少
する.したがって,ギャップと動圧の関係を校正する
ことで本手法を砥石の摩耗量測定に適用することが
可能であると考えられる.
砥石の周速が大きいほど動圧は大きく,間隙長を
変化させた場合の変化率も大きかった.間隙長が
100mm以下の範囲では,実際の砥石を用いた場合
のばらつきは変位換算で約1mmであった.
3種類の砥石を使用し,提案した方法でギャップと
動圧の変化を測定した.その結果,動圧の大きさは
砥石の粒度や気孔の影響を受けることが明かに
なった.しかし,いずれの場合でもギャップの増加に
対し動圧は単調減少した.
円板を摩耗させながら測定すると,初期状態の分
布上を摩耗量分移動させた分布が観察された.
動圧を周波数解析することで砥石作業面の目づ
まり、目こぼれ、目つぶれを検出することもできる。
Grinding
wheel
Initial gap
Wear
Workpiece
Principle of measurement by using
hydrodynamic pressure
圧力センサ
Pressure
sensors
10
3rd cut
15
3rd cut
2nd cut
10
2nd cut
1st cut
5
渦電流式変位センサ
Eddy
current sensor
Experimental apparatus
0
0
50
100
150
200
Gap 50 m m/div
Hydrodynamic pressure
50 kPa/div
Gap
20
40
60
80
Time ms
x=+1.5 mm
Peripheral speed
28.7 m/s
103
2
Pressure
10
0
101
10-2
Gap
10-4
WA#800
10
1
10-1
10
100
1000
Frequency Hz
WA#46
Examples of outputs of sensors
250
0
Minmum gap mm
0 50 100 150 200 250
Gap mm
Trajectory of pressure to gap
20
40
60
80
Minimum gap mm
100
Influence of grain size
60
1.5
1st cut
6
2nd cut
3rd cut
0.5
Measured pressure
0
100
110
120
Gap mm
130
Average pressure vs. gap
140
1
20
0
5
Pmax-Pmin
40
20
40
60
Pmax-Pmin kPa
Pressure kPa
Pressure kPa
7
Initial
Gap m m
10
0
Initial
Pressure
0
5
Initial
軸
Shaft
円盤
Disk
20
1st cut
0
タコジェネレータ
Tachometer
カップリング
Coupling
Pressure kPa
30
DCモータ
motor
0
80
100
Minimum gap mm
Dispersion of measured pressure
(C)2001 豊田工業大学・生産
工学研究室
Detection of loading of
grinding wheel
12-1, Hisakata 2-chome, Tempaku-ku, Nagoya 468-8511 JAPAN
Pressure kPa
15
Pressure kPa
D#400
Working
fluid
Pressure
sensor
Rotation
40
Pressure kPa
URL: http://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Kikai/5k60/
動圧を利用した湿式研削における
砥石径のインプロセス測定
Main axis of
Quill of electrical
electrical
discharge
discharge machine
machine
近年,加工の形態が多品種少量生産に変移す
るにつれてフレキシブルな高精度加工機械への
要求が高まっている.本研究では,放電加工など
において,一列または複数列に配置された多数
のピン状電極の長さを制御しながらxy方向に走
査することで,三次元の微細形状を迅速に創成
する方式を開発することを目的とする.
ドットマトリクス方式の加工ユニットは,超小型電
極送り機構,電極ホルダ,ワイヤ電極より構成さ
れる.電極送り機構により駆動される複数のワイ
ヤ電極の先端は,ホルダにより拘束され束ねられ
ている.この加工ユニットはNC工作機械のような
主軸およびテーブルを持つ機構に取り付けられ
ている.この一連の動作はインパクトプリンタで印
字する場合に似ている.異なる点は,プリンタは
ピンの突き出し量が一定であり,紙面に二次元の
形状を印字するが,本方式の場合は突き出し量
を連続的に制御するため,三次元の形状を創成
することが可能となる.
電極消耗を補償しながら複数回同じ場所を加
工することで高精度な加工が可能となった.各電
極を絶縁することで放電を強制的に分散させるこ
とができるため,クラックが少ない加工表面を得る
ことができる.
Electrode
feeding
device
12-1, Hisakata 2-chome, Tempaku-ku, Nagoya 468-8511 JAPAN
Wire
electrode
Machining
unit
Electrode guide
Workpiece
NC table
Concept of dot-matrix electrical
discharge machining
Appearance of machining unit
System configuration
-0.5mm
0
Positioning sequence of electrodes
0
5.1mm
Designed shape
Machining sequence
Equi-potential power
0
Depth mm
-250
-300
0
2000
4000
x mm
6000
-300
0
2000
4000
x mm
Improvement of waviness
6000
Discharge current
-0.5mm
-250
EL1
0-
5.1mm
Result of machining
Example of machining
EL2
EL3
EL4
EL5
EL6
0.5 A
-200
Types of power supply for dot-matrix
EDM
EL1
Discharge current
-200
Divided power
0.5 A
-150
0
-150
Depth m m
URL: http://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Kikai/5k60/
ドットマトリクス方式放電加工法
EL2
EL3
EL4
EL5
EL6
0
(C)2001 豊田工業大学・生産
工学研究室
10
20
30
0
10
20
Time ms
Time ms
Equii-potential power
Divided power
Discharge dispersion
30
0
Inverse
kinematics
LPF
Piezo
L1
Sensor
R2
Link
length
for given
posture,
Ri
KP
LPF
KP
Piezo
L2
Sensor
R6
LPF
KP
Piezo
L6
Sensor
0.2
0.1
⑦
-1.0
Output of P.D. V
④
⑤
⑥
-0.5
0.0
Displacement of table mm
(a) Open loop control
0.2
0.5
③
0.1
①
②
④
0.0
⑦
-0.1
-1.0
Cross-talk ratio
②
①
0.0
Block diagram of control system
Cross talk ratio % Pitching error
Feedback
x/y
z/y
mrad
None
19.6
8.2
12
Displacement
11.7
3.9
17
Induced charge
3.5
4.7
17
③
-0.1
Output of P.D. V
Given
posture
of table
R1
Specifications
Size: 16016085 mm
Mass of table: 24 g
Movable range:
100 mm in xy, 20 mm in z
Resonance frequency:
100 Hz in xy, 75 Hz in z
Degrees of freedom: 6
Actuators: Piezoelectric actuators
Magnification: 12.5
Output of P.D. V
Setup for atomic force microscope
⑤
⑥
-0.5
0.0
0.5
Displacement of table mm
(b) Displacement feedback control
0.2
③
0.1
②
①
0.0
⑦
-0.1
④
⑥
⑤
-1.0
-0.5
0.0
0.5
Displacement of table mm
(c) Induced charge feedback control
AFM image of diffraction gratings
(C)2001 豊田工業大学・生産
工学研究室
Force curve on Silicon
12-1, Hisakata 2-chome, Tempaku-ku, Nagoya 468-8511 JAPAN
75
Base plate
ナノメータオーダの加工を目的とした加工機の
Table
Z
Y
重要な要素の一つに微動テーブルがある.市販
の走査型プローブ顕微鏡は、チューブ型圧電素
X
子を用いているため、自由度が低い。本研究では,
Flexure joints
スチュワート型パラレル機構を用いて6自由度微
Electrode
for detection
動ステージを試作し,誘導電荷フィードバック法に
Eddy current Lever mechanism Stacked piezo
より変位を制御した.
displacement with flexure hinges
可動範囲は10010020mm,固有振動数はz軸 sensors
Appearance of device
方向で75Hzであった.走査速度が高く取れるよう
Table
にxy方向の剛性を高め,高いz軸方向の分解能が
Eddy current
6°
sensor
得られるように,xy平面とリンクのなす角度を6に
Flexure
joints
Base
した.
plate
Electrodes for
detection
各リンク長を制御することでテーブル変位を制
Stacked
piezo
御するセミクローズドループ方式とした.テーブル
160
の目標位置および姿勢は,逆運動学を解くことで
Lever machanism
各軸の長さに分解される.
with flexure hinges
Sectional view
誘導電荷フィードバックによりテーブルの運動を
制御した結果,変位フィードバックと同等の運動
Semiconductor laser
(5mW,635nm)
Quadrant
精度が得られた.
photo detector
試作したステージを用いて原子間力顕微鏡を構
成し,フォースカーブを測定した.これを用いて運
Specimen
Cantilever
動精度を測定した結果,z軸方向で16nm(s)の繰
Probe
返し精度を持つことが明らかになった.また,
Table
Link
Parallel
20×20mmの範囲で直線性のよい回折格子像が
link
Base platform
観察された.しゅう動部がないため、真空中でも使
Vibration isolating table
用可能である。
11
URL: http://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Kikai/5k60/
パラレル機構を用いた走査型
プローブ顕微鏡用微動ステージ
ダウンロード

スライド タイトルなし