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精密やすり自動研削装置の試作
(機械工学科)野原稔
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KeyWords:MicroComputer
，OperationC
ontrol，Simulation，AutomaticMachine
マイクロコンビュータ
~
制御
1 緒言
近年，精密加工用のやすりは， NC
工作機械等で製作さ
シミュレーション，自動機械
~
2 ハードウェア
本システムにおいて，プログラマブルコントローラに
れた製品の最終工程において必要とされており，生産現
よる制御は， LUNA製の PROGRAMABLE PALSE
場から強く要望されている.精密加工用のやすりは，こ
CONTROLER (以降， PCと呼ぶ)を使用した 1) シス
れまで生産現場で使用されていたやすりと比較して小さ
テムの全体写真を図 lに，その構成を図 2に示す.以降，
く，その目立て状態もより細かい.特に，かまぼこ型断
この装置に使用した主要部品の概要について述べる.な
面を有するやすりの形状は，握り手側は太く先端に向
お，左右の往復動作を X軸，被削材の角度調節を Y軸，およ
かつてしだいに細くなっている.従来，かまぼこ型断面
び研削砥石の上下動作を Z軸に対応させている.
を有するやすりは，ならい方式を使用した切削盤により
製造されていた. しかしながら，この方式によるやすり
の加工精度は低く，精密加工用やすりの製造には適さな
い.このため，精密加工用のやすりの製造は，熟練技術
2
.
1 PC
X軸
， Y軸
， Z軸は，それぞれ独立して制御する必要
個の PCを用意した.また，
があるため，各軸に 1
者の研削砥石を使用した手作業によるところが大きい.
高齢化による熟練技術者の減少に伴い，これらの工程の
自動化が急務となっている.
本研究は，マイクロコンビュータを使用した 3軸制御
， Y軸およびZ軸に取付けたモー
の研削盤を想定し， X軸
タを相互に同期させ，精密加工用のやすりを製造するこ
とを目的とする.
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PCに
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4
呉工業高等専門学校研究報告
第6
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7
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は入力および出力ポートがそれぞれ 4ポート設置しで
研削砥石駆動用モータは，フレキシブルシャフトの一
あり，これらのポートを使用して研削装置の動作開
端に直径 50nmlの軸付き研削砥石を，他端に AC100Vハ
始，原点や動作開始点への移動および研削行程の情報
ンドドリル用モータを取付けたものを使用した.
を得た.
2.3 セ ン サ
官司.
， Z軸のそれぞれに
やすりを加工する場合， X軸 .Y軸
2.2 モ ー タ
， Z軸は，精密な制御が必要であるため，入
玄軸， Y軸
原点を設定し，この原点を基準として往復台，回転台およ
力パルス数によって回転量の制御できるステップモータ
び研削砥石を動作させ，やすりを加工する必要がある.こ
を採用した.また，やすりの表面研削には A Cモータを使
のため，各軸に原点確認用のセンサを取り付けた.
用した.
2
.
3
.
1 往復台センサ
往復台の原点確認用センサには， OMRON製 EE-
2
.
2
.
1 往復台および回転台駆動用モータ
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l社製
往復台および、回転台駆動用モータには， O
の 5相ステッピングモータ PK569-Aをそれぞれ使用
SX673490rを使用した.研削開始点および、研削終了点は，
往復台の移動量によって決まる.
した.往復台は，モータの回転軸にアームを取付け，スラ
イダクランク機構を応用して滑り台を往復運動させた.
また，回転台は，モータ軸にフレキシブルカップリングを
2.3.2
回転台センサ
自転台の原点確認用センサには， OMRON製 EE-
介して取付けた.これにより，回転台を左右に滑らかに回
SX673580Mを使用した.やすりの円弧面を回転センサの
転させることができた.
0分割し研削砥石で加工を行う.
原点を基準にして， 1
2.2.2 研 削 台 駆 動 用 モ ー タ
2.3.3
研削砥石上下台センサ
研削台駆動用モータには，ラック・ピニオン機構に直接
研削砥石上下台の原点確認用センサには， OMRON
製
ガイドを組合わせることにより，簡単な構造で軽量化さ
EE-SX673490rを使用した.切削位置の高さは，上下
れ た Oriental社 製 の 5相 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ
台センサの移動量より決定する.
UvL
生4
2W200KE-05を使用した.精密直動ガイドの採用
でラックガタを低減させており，繰返し位置決め精度は
0.05nmlとなっている.また.この駆動モータの使用に
~3
配線
図 3は PCを中心としてモータ，ドライパ，センサ等を
より，研削台は上下方向に滑らかに移動できる.
配置したシステムの配線図を示す.入出力ポート以外の
2.2.3 研 削 砥 石 駆 動 用 モ ー タ
配線は各 PCで共通であり， PCの端子台 lおよび 2に
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往復，回転および上下の動作機構
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1 往復機構
PC3
図 4はやすりを固定したスライダを往復運動させるス
SSR
PC1
PC2
PC1
PC2
PC3
3
5
ライダクランク機構を示す .Aを中心としてクランク rを
回転させると，スライダは ACに沿って左右に往復する.
図 4に示すように，想定したやすり表面の研削には，スラ
PC3
80nmlである.このため，以下の
イダのストローク sは 1
ACI00V，端子台 5に各ドライパの 5V，1
4に CW，1
5
の長さを求めた.
式(1)を使用し，クランク半径 rと連拝 l
J
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、
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，
も
、
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， PCl，PC2および PC3の入出力ポートの接続
表 1は
，
，a
に CCW
，1
1には各セシサーの出力をそれぞれ接続した.
状態を示している.
図 5は，往復台のスライダ部分を示す.重荷重用戸車を片
3.2 ソリッドステートリレー (SSR)
側に 2個ずつ使用し，これで 2本の鋼棒を両側から押さ
研削砥石を回転させるモータの ON/OFF制御は， PC
えつけ，スムーズな往復運動を可能とした.
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PC3 I
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呉工業高等専門学校研究報告
第6
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も左側面を研削する場合を示し回転台を水平軸より 60。
、、
、
B
••
傾けている.また，図 6 (
b
) は，回転台を左方向に回転
させて，やすりの最も右側面を研削する場合を示し，回
転台を水平軸より
50。傾けている.
官匂
4.3 上下機構
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図 7は，研削砥石を上下させる機構を示す.モータの
ラック下端に取付けた台に，フレキシブルシャフトの工
具取付け部を固定し，その先端に研削砥石を取付けること
で，研削砥石の上下移動を可能にした.なお，研削砥石の
上下移動の安定化のため，ラック下端に取付けた台に 2本
のガイドを設定している.
~
5 ソフトウェア
5
.
1 フローチャートとプログラム動作
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.
5S
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図 8はシステムのフローチャートを示す.研削装置の
電源を投入後、 PC1，PC2および、 PC3のプログラムを
スタートさせる.このとき，各 PCのプログラムは待機状
態となるよう設定している.この状態でランスイッチを
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押すと，研削装置は動作を開始する.まず，研削砥石⑨を
上下に移動させるモータ④(以降 M 3とするにやすり⑧
を固定している台⑫を回転させるモータ⑦(以降 M 2と
する)および往復台②をクランク⑩を用いて往復運動さ
せるモータ⑧(以降 M 1とする)の順に原点へ移動し， 2
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)
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秒間待機する.次に， M 1，M 3のj
頓に研削開始点へ移
動する.このとき，研削砥石は，やすりの研削面上 5mm
の位置で-s.停止した後，研削砥石を回転させる.なお，
M 2は原点を研削開始点に設定しているため動作しない.
研削砥石が回転して0
.
5秒経過した後，研削砥石をさらに
降下させて，やすり表面に研削砥石を接触させる.その
後
， M lにより往復台を一定量移動させ，やすりの表面
を研削する.研削後，研削砥石をやすり表面より 3mm
上げた後， M 3，M 1のj
i
J
震に原点に戻す.そして， M 2
により，やすりの国定台を一定角度回転させる.上記の
動作を繰返すため， M ，
l M 3のI
J
頂に研削開始点に移動
する.以上の繰返し研削過程を設定した回数は 1
0であ
る. 1
0回の研削が終わり，研削砥石を上げて研削砥石の
F
i
g
.
7Up&down mechanism
回転を止め，研削を終了する.この後， M 3，M 2，M
1の順に原点に移動し，研削装置の動作を終了する.な
4
.
2 回転機構
図 6は，半円形状の断面を有するやすりを研首I
Jする場
a
) は，やすりの最
合の回転台の動作状態を示す.図 6 (
お
， PC1および、 PC3の，パルス出力モードは絶対値表
示
， PC2のパルス出力モードは加算値表示とした.
表 2は，本システムを動作させるプログラムを示す.
野原:精密やすり自動研削装置の試作
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FUN200 I Output t
l07
g
r
i
n
d
i
n
g motor ON
TIM 0
.
5 Wait 0
.
5s
e
c
1
0
8
o Bank2-00
G 2
.
0
0 Go t
1
0
9
ORG 0 Move t
oo
r
i
g
i
n
1
-IO
FUN500 E
l
i
m
i
n
a
t
ed
i
s
p
l
a
y
1
1
1
FUN201 Output t
o PC1 ON
1
1
2
FUN301 Output t
o PC1 OFF
1
1
3
FUN001 Wait i
n
p
u
t from PC1
1
1
4
o1
.
7
0
1
.70 Move t
1
1
5
L1
.0809 Go t
o Bank1
0
8and
1
1
6
r
e
p
e
a
ta
t9
FUN201 Output t
o PC1 ON
1
1
7
FUN301 Output t
o PC1 OFF
1
1
8
n
p
u
t from PC1
FUN001 Wait i
1
1
9
G 2
.
0
7 Go t
o Bank 2-07
1
2
0
oo
r
i
g
i
n
ORG 0 Move t
1
2
1
FUN202 Output t
o PC2 ON
122
FUN302 Output t
o PC2 OFF
1
2
3
End
1
2
4 END
噌
目
2-00
2
0
1
2-02
2
0
3
2-04
2
0
5
2-06
2-07
2
0
8
2-09
~
I
2
.
1
0
.
1 恥10ve t
o2
.
1
0
ITIM 0
.
51Wait 0
.
5s
e
c
IFUN201 IOutput t
o PC1 ON
IFUN301 IOutput t
o PC1 OFF
IFUN001 IWait i
n
p
u
t from PC1
I 1
.60 IMove t
o1
.60
IG 1
.IO IGo t
o Bank1
1
0
I
1
.60 IMove t
o1
.60
Output t
o
g
r
i
n
d
i
n
g motor OFF
G 1
.2
1 iGo t
o Bank1
2
1
IFUN300
I
6 結言
本研究において， PC制御によりやすり表面を研削する
研削装置を設計し，これを製作した結果を要約すると次
のようになる.
l. プログラマブルコントローラ 3台を連動させること
により， 3軸の機構を制御し，やすりの表面を自動研削で
きる装置を設計製作することができた.
2
. 往復台のスライダ部分には，鋼棒と戸車を用いるこ
とによりスムーズ、な往復動作が可能となった.
参考文献
1) MPC-0 1取扱説明書.
2) 秋月電子通商， SSR取扱説明書.