專利名稱：電解整修研削方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電解整修研削方法及裝置，更詳細地說，與利用金屬結合磨輪加工中計測之電解修研削方法及裝置有關。
以往，利用金屬結合磨輪，例如鑄鐵纖維結合金剛石磨輪等導電性磨輪，將電壓外加在該磨輪，藉由電解進行磨輪之整修之導電性磨輪的電解整修方法及裝置，業(yè)已在與本專利申請人同一申請人之特開平1-188266號(特愿昭63-12305號)公開，將作為電子材料的硅等半導體加以鏡面研削的技術開發(fā)成功。再者，進一步發(fā)展該方法及裝置的電解加工過程中整修研削法(ElectrolyticInprocessDressing以下稱為ELID研削法)之方法及裝置亦由本專利申請人研發(fā)成功并發(fā)表(理研專題討論會「鏡面研削之最新技術動向」、平成3年3月5日召開)。
該ELID研削法系使用由具有接觸面與工件接觸之磨輪、與磨輪隔開一間隔相對向之電極、在磨輪與電極間流通導電性液體之噴嘴、以及，將電壓外加在磨輪與電極間之外加裝置(電源及供電體)構成之裝置，在磨輪與電極間流通導電性液體，同時將電壓外加在磨輪與電極間，藉由電解進行磨輪之整修。
茲將這種應用ELID研削法之整修機構表示于圖7。當磨輪之顆粒磨銳程序開始時(A)，磨輪與電極間之電阻小，可流通較大電流(5～10A)。于是，藉由電解效應，磨輪表面之金屬部(結合劑)即溶解，促使非導電性之金剛石顆粒突露。進一步，繼續(xù)通電，則氧化鐵(Fe2O3)為主之絕緣被膜(非導電被膜)即形成在磨輪表面，磨輪之電阻即變大。因此，電流降低，結合劑之溶解現(xiàn)象減少，磨輪顆粒(以下簡稱為顆粒)之突出(磨輪之顆粒磨銳)在實質上已結束(B)。在此狀態(tài)下，開始研削時(C)，被膜使研削屑游離，而隨工件之研削進行，金剛石顆粒漸漸磨耗。更進一步繼續(xù)進行研削(D)時，磨輪表面的非導電被膜即因磨耗而消失，磨輪之電阻再降低，磨輪與電極間的電流又增大，結合劑之溶解亦增加，顆粒的突出(磨輪之顆粒磨銳)又再開始。因此，在應用ELID研削法之研削中，由于如(B)～(D)之過程中被膜形成又消失，結合劑之溶出過度現(xiàn)象即被抑制，顆粒之突出(磨輪之顆粒磨銳)程序亦自動地調整。以下，將(B)～(D)所示的循環(huán)稱為ELID循環(huán)。
在上述ELID研削法中，即使采用較細的顆粒，亦由于ELID循環(huán)所進行之磨輪之顆粒磨銳動作，磨輪顆粒填平的現(xiàn)象不致出現(xiàn)，因此，采用較細的顆粒時，藉由研削加工即可獲得如鏡面般極優(yōu)秀之加工面。于是，應用ELID研削法，實施高效率研削乃至鏡面研削均可維持磨輪銳利度，適用于各種研削加工。
然而，在上述的現(xiàn)有ELID研削中，由于磨輪的表面形成有非導電被膜，故該非導電被膜的存在使得正確把握(計測)磨輪尺寸一事不易實現(xiàn)，必須由具有經驗的熟練工方能把握磨輪尺寸之經時性變化，對提高形狀、尺寸精度方面，尚有問題待解決。
亦即，于以往的ELID研削中，由于上述ELID循環(huán)被膜的形成、去除、以及結合劑的溶出均予以自動調整，故磨輪尺寸即產生經時性變化，且該磨輪尺寸之變化未必依一定速度進行。對于此問題，在以往，例如研削精度高之光學鏡片時，采取中斷研削加工多次，藉以利用測微計等儀器計測磨輪尺寸，對照經驗估計磨輪尺寸變化的辨法進行研削加工，不僅費工時、工序亦不易安排，且衍生需要高度熟練工等問題。因此，期望可在研削加工中進行磨輪尺寸計測之中間機構的技術由來已久。
為滿足上述的需求，自以往即提出各種手段，例如利用激光或靜電容量式傳感器的磨輪尺寸非接觸計測，且在一部分適用。然而，上述的手段由于ELID研削中所使用的研削液將附著在磨輪，而受該研削液之影響，不能正確計測磨輪之尺寸，而成為問題。另外，于ELID研削中，磨輪之表面形成有不導電的被膜，因該不導電的被膜存在，實際進行研削的結合部的尺寸的計測亦不能正確執(zhí)行，而成問題。
本發(fā)明系為解決上述問題而開發(fā)的。亦即，本發(fā)明之目的在于提供不受研削液或非導電被膜的影響，能在研削加工中進行磨輪尺寸的計測，可藉此以有效率實施高精度的研削加工，且不必熟練也可執(zhí)行加工的電解整修研削方法及裝置。
根據本發(fā)明，可提供一種電解整修研削方法，在導電性磨輪與電極間流通導電性液體，將電壓外加在磨輪與電極間，針對磨輪進行電解整修，同時也進行工件的研削之電解整修研削加工;其特征是利用在接近磨輪的加工面設置之渦流傳感器，以非接觸的方式計測磨輪的加工面位置，依該計測值控制磨輪的位置。
另外，根據本發(fā)明時，可提供一種電解整修研削裝置，即由具有接觸面與工件接觸之導電性磨輪、與該磨輪隔開一間隔相對向之電極、在磨輪與電極之間流通導電性液體之噴嘴、以及，將電壓外加在磨輪與電極間之印加裝置而成，通過電解一面對磨輪進行電解整修，一面進行工件的研削之電解整修研削加工;其特征是備有在接近磨輪之加工面設置以非接觸之方式計測該加工面位置的渦流傳感器、以及，根據該渦流傳感器測得的計測值控制磨輪的位置之磨輪控制裝置。
本發(fā)明人對于自以往即期望甚殷切然而由于研削液及非導電被膜之存在而被認為實質上不可能實現(xiàn)之研削加工中磨輪尺寸之計測(以下稱為加工中計測)方面，著眼于渦流傳感器之適用可能性，經過各種試驗，終于證明其可行。
圖8為表示渦流傳感器的原理圖，圖中，將交流電流33通于線圈31，以產生貫穿線圈之交變磁通32，并在該線圈31之軸線方向配置導體板35，則導體板35即截切交變磁通32，因此，渦流34即流通于其中。當線圈31與導體板35間之間隙d愈小，渦流34即愈大。另外，渦流34的磁通32向打消線圈31的磁束32的方向發(fā)生，因此，渦流34使得線圈31的磁通32減少，線圈31的電感值L亦變小。從而，藉由計測線圈之電感值L的減少量，即可測知渦流的大小，以非接觸方式亦能測知線圈31與導體板35間之距離d。此即為渦流感測器的原理。
上述渦流傳感器在原理上不怕水，可適用電解液撥濺下的ELID研削的環(huán)境。另外，由于僅能適用在可產生渦動電流之導電體(導體)，因此，在ELID研削中，并不受形成在結合部表面之非導電被膜的影響。于是，將渦流傳感器適用在ELID研削加工時，可不受磨輪表面之非導電被膜之影響，而進行實際執(zhí)行研削工作之結合部之尺寸計測。另外，研削液雖具導電性，然經試驗結果，亦表明其對渦流傳感器所執(zhí)行尺寸計測全無影響。本發(fā)明是基于上述嶄新之觀點及知識而開發(fā)的。
亦即，根據本發(fā)明的方法及裝置，藉由在接近磨輪的加工面設置的渦流傳感器，以非接觸方式計測磨輪之加工面位置，因此，可以不受研削液及非導電被膜的影響，在研削加工中計測磨輪尺寸。另外，亦利用磨輪控制裝置，根據渦流傳感器之計測值控制磨輪之位置，因此，可以有效率地實施高精度之研削加工，且不需熟練之技術。


圖1是本發(fā)明的電解整修研削裝置的全體構成圖;
圖2是鑄鐵結合鉆石磨輪之初期擺動的計測結果;
圖3是磨輪切削加工磨輪直徑之變化的加工中計測結果;
圖4是進行電解整修時的磨輪直徑變化(結果材料后退情形)的加工中計測結果;
圖5是進行ELID研削中磨輪直徑變化的加工中間計測結果及此時的法線研削阻力;
圖6是藉由令傳感器向寬方向移動所進行磨輪結合部斷面形狀的計測例;
圖7是示ELID研削法中之ELID循環(huán)的說明圖;
圖8是渦流傳感器的原理圖。
以下，參照圖面說明本發(fā)明之較佳實施例。圖1是本發(fā)明的電解整修研削裝置之全體構成圖。圖中，電解整修裝置由具有接觸面與工件1接觸之磨輪2(工具)、與磨輪2隔開一間隔相對向之電極3、在磨輪2與電極3之間流通導電性液體之噴嘴4、以及，將電壓外加在磨輪2與電極3間之印加裝置5而成;在磨輪2與電極3間流通導電性液體，同時。亦將電壓外加在磨輪2與電極3間，藉由電解整修磨輪2，同時進行工件1之研削。印加裝置5由通常之電源及供電體構成。上述之構成，均與以往的ELID研削裝置的構成相同。
至于，本發(fā)明的電解整修研削裝置則更具備有在接近磨輪2之加工面設置可計測該加工面位置之渦流傳感器10及依據該渦流傳感器10之計測值控制磨輪2之位置的磨輪控制裝置20。
磨輪2系導電性磨輪，其結合部以使用鑄鐵、鈷、青銅及其他金屬材料之金屬結合磨輪為佳。另外，顆?？墒褂媒饎偸BN(立方晶氮化硼)及其他顆粒。
渦流傳感器10系依據圖8所示原理設計的渦流傳感器，最理想則以具有0.4μm以上高分辨率者為佳。另外，渦流傳感器10系接近磨輪2之加工面，安裝在定位裝置12，設計成可針對其檢測端(傳感器頭)之位置進行微調整的構成。再者，表1則提示使用在本實施例之傳感器頭定位裝置的使用情形。
表1傳感器頭定位裝置形狀尺寸:φ5.4mm形狀尺寸:對應平研測試范圍:0～1mm移動距離:10mm輸出電壓:0～1V移動方向:2(R:半徑方向,響應性:3.3KHZW:寬方向)渦流傳感器10的輸出(例如電壓)，視磨輪之結合材料種類、顆粒之種類、以及，顆粒之填充率等而變化。因此，必須預先將磨輪2之加工面與渦流感測器10的檢測端間之間隙d，與渦流感測器10之輸出兩者間的關系加以校準(calibration)好，利用適當之機構存儲下來。
磨輪控制裝置20可使用例如NC(數值控制)加工機械，內裝模擬軟件，可依據渦流傳感器10的計測值，預測形狀誤差之發(fā)生量，向減少該加工誤差之方向修正磨輪之途徑，設計成可在加工中修正磨輪2之位置，不受磨輪形狀變化之影響之構成以進行控制為佳。另外，將使用于本實施例中研削機械、研削磨輪、ELID電源、以及被研削材料等的規(guī)格顯示于表2。
表2ELID研削實驗系統(tǒng)規(guī)格①研削往復式平面車床:GS-CHF[黑田精工]機械旋轉式平面車床:SS-501[天田野]②研削鑄鐵結合鉆磨輪(#4000CIB-D,富士模具)磨輪鈷結合鉆石磨輪(#325CB-D,新東鋼板)
形狀均為φ150W10mm直式③ELIDELID脈沖源:EPD-10A[新東鋼板]電源④被研削材超硬合金(D60塊料)[富士模具]料⑤其他研削液AFG-M(NORITAKE)、自來水50倍稀釋液測試機小型動力計XL-100汛用數據處理系統(tǒng)[COSMO設計]利用上述之電解整修研削裝置實施本發(fā)明之方法時，可藉由接近磨輪2加工面設置的渦流傳感器10，以非接觸方式計測磨輪2之加工面的位置，利用磨輪控制裝置20，依渦流傳感器10的計測值，控制磨輪2的位置。
根據上述本發(fā)明的方法及裝置，由于利用接近磨輪加工面設置的渦流傳感器，以非接觸方式計測磨輪加工面位置，因此，在研削加工中即可不受研削液及非導電被膜的影響，進行磨輪尺寸的計測。另外，亦利用磨輪控制裝置根據渦流傳感器計測值，控制磨輪的位置，因此蚵有效率地實施高精度的研削加工，且毋需熟練工。
圖2系表示藉本發(fā)明的裝置實施鑄鐵結合金剛石磨輪初期擺動的計測結果圖。圖中，當磨輪回轉速度在900rpm以上時，出現(xiàn)因偏心帶來之約78μm之磨輪擺動，進一步使回轉速度升至2550rpm，而磨輪擺動并無任何變化。再者，在計測途中噴撒研削液，但對于磨輪擺動之計測值亦全無影響。因此，研削液之供應雖為ELID研削加工不可或缺之條件，然而，加工中得實施加工中計測的事實已獲得確認。
圖3系應用本發(fā)明的裝置，針對磨輪研削時的磨輪徑之變化，進行加工中計測的結果，實施加工中計測，結果測得開始時約78μm的初期擺動，隨研削加工進行而減低至約11μm之變化過程。亦即，應用本發(fā)明時，實施研削加工精度之加工中計測可行性一事，已獲確認。
圖4系針對研削后，實施電解整修時之磨輪直徑變化(結合材料后退之情形)進行計測之結果。實施中間計測，結果測得經過約30分鐘電解整修而出現(xiàn)約10μm的磨輪徑變化(半徑單位)之現(xiàn)象。
圖5系表示進行ELID研削時的磨輪徑變化之加工中計測結果(上圖)及此際之法線研削阻力(下圖)之圖。而設定電壓為90V。于該項試驗，經約30分鐘加工后，磨輪之磨耗約為12μm。因此，可知如未實施本發(fā)明之加工中計測，即使僅30分鐘程度之研削加工，其所受磨輪磨耗帶來之影響如何重大。另外，該磨輪消耗，較僅電解造成的消耗為稍大。至于圖5的下圖中，結合部與工件間之接觸開始前，在上圖中，消耗現(xiàn)象早已開始，此表示由于非導電被膜與工件間之接觸(時間0時開始)，非導電被膜變薄，且因上述ELID循環(huán)，結合部之消耗早已出現(xiàn)的事實。
圖6系利用感測器向寬度方向的移動所進行的磨輪結合部斷面形狀之計測例，由該圖可確認傳感器能將磨輪表面形狀正確加以檢出之事實。
另外，在上述試驗使用的磨輪系鑄鐵結合鉆石磨輪，但也使用鈷結合磨輪嘗試中間計測，獲得證實同樣可進行加工計測。
再者，本發(fā)明非限定于上述之實施例，在申請專利范圍記載之范圍內，可與眾所周知之技術搭配適用之。例如，渦流傳感器的分辨率，現(xiàn)時點雖僅0.4μm程度，然可與精度更高之加工機械組合，以內插渦流傳感器之計測值，而執(zhí)行全體的高精度ELIO研削加工?；蚺c控制ELID研削中磨輪之電解適當機構配合亦可，再者，將兩個渦流傳感器呈例如直交狀，或稍微錯開位置的狀態(tài)配置，利用兩傳感器之計測值，則進行高精度位置檢測亦有實現(xiàn)可能。再者，也可以將本發(fā)明適用在例如動壓軸承那樣在停止時與回轉時，磨輪中心均變動的磨輪。而加工機械因ELID研削中的加工阻力等，發(fā)生彈性變形時，亦可利用本發(fā)明計測該彈性變形量，再返饋至研削加工程序。至于，磨輪形狀亦不必限定在圓筒形磨輪，即采用杯狀磨輪拋光用磨輪及其他種類的磨輪均可。
如上述，本發(fā)明之發(fā)明人對于自以往即期甚殷，然由于研削液及非導電被膜之存在而被認為實質上不可能實現(xiàn)之研削加工中磨輪尺寸之計測(以下，稱為加工中計測)方面，著眼在渦流傳感器之適用性此點，經過各種試驗，終于證實其可行。上述之渦流傳感器，在原理上可抵抗水份，可適用于電解液撥濺下進行ELID研削的環(huán)境。另外，因只能檢可產生渦動電流之導電體(導體)，因此，不受ELID研削中形成在結合部表面之非導電被膜之影響。于是，將渦流傳感測器適用在ELID研削加工時，可不受形成在磨輪表面之非導電被膜之影響，針對在ELID中實際執(zhí)行研削工作之結合部進行尺寸計測。另外，研削液雖具導電性，然經試驗結果，亦證明其對渦流傳感器所執(zhí)行之尺寸計測全無影響。本發(fā)明即基于上述嶄新之觀點及知識而開發(fā)的。
如上述，本發(fā)明的方法及裝置具有不受研削液及非導電被膜之影響，在研削加工中進行磨輪尺寸的計測，且能有效地實施精度高的研削加工，并且不需熟練工等優(yōu)秀的效果。
權利要求
1.一種電解整修研削方法，一面在導電性磨輪與電極之間流通導電性液體，一面將電壓外加在磨輪與電極之間，同時，一面利用電解進行磨輪之整修，一面進行工件之研削的電解整修研削加工，其特征在于，利用在接近磨輪加工面設置之渦流傳感器，以非接觸方式計測磨輪加工面之位置，依據該計測值，進行磨輪的位置的控制。
2.一種電解整修研削裝置，具有接觸面與工件接觸之導電性磨輪;隔開一間隔與該磨輪相對向之電極;在磨輪與電極間流通導電性液體之噴嘴;以及，將電壓外加在磨輪與電極間的印加裝置;以構成一面由電解進行磨輪之整修，一面進行工件之研削的電解整修研削加工的裝置;其特征在于具備有在接近磨輪加工面設置的以非接觸方式計測該加工面之位置的渦流傳感器，以及，依據該渦流傳感器之計測值，控制磨輪位置的磨輪控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明具有接觸面與工件1接觸之導電性磨輪2；隔開一間隔與磨輪相對向之電極3；在磨輪與電極間流通導電性液體之噴嘴4；將電壓外加在磨輪與電極間之印加裝置5；而構成一種一面利用電解整修磨輪，一面進行工件之研削的電解整修研削加工裝置；亦具備有在接近磨輪加工面設置、以非接觸方式計測加工面之位置的渦流傳感器10，以及，依據渦流感測器之計測值控制磨輪的位置的磨輪控制裝置20。
文檔編號B24B49/00GK1103021SQ9410865
公開日1995年5月31日 申請日期1994年8月30日 優(yōu)先權日1993年8月30日
發(fā)明者大森整 申請人:理化學研究所