業界初、NC平面研削盤の自動化を徹底解説

NC研削盤メーカー、ユーザの皆様　
以下のような課題でお悩みではありませんか？

手動で砥石をワークに当てて、火花を見て／音を聞いて加工開始点を割り出しているので時間がかかる
熟練度によって砥石の当て込み作業の品質にバラつきがあるが標準化できない
AEセンサを使っているが条件が変わると精度が安定しない

NC平面研削盤は、工作機械の中でも工作物の寸法を確定させる高精度な加工が求められます。
そのため、NC化されても自動化の難易度が高く、人手不足の現場で多くのユーザが課題を抱えています。

本記事ではメトロールのエアマイクロセンサを使ってNC平面研削盤を完全自動化へつなげる、業界初の取組みを徹底解説します。

●本記事をまとめると・・・
・人手による「砥石の当て込み作業」のリスクがわかる
・NC研削盤を自動化するエアマイクロセンサの使用方法がわかる
・エアマイクロセンサを使った「砥石の当て込み作業」の自動化方法がわかる
・NC研削盤の自動化事例がわかる

NC平面研削盤の「砥石の当て込み作業」とは？

研削盤ユーザの方は以下のイラストのような「砥石の当て込み作業」は馴染み深いのではないでしょうか？

通常、NC研削盤でワークを加工する際、「砥石の加工開始点の割り出し」と「ワークの原点出し」は欠かせません。

一般的に、砥石の加工開始点（＝砥石の径）を割り出す作業は「砥石の当て込み作業」と呼ばれます。
「砥石の当て込み作業」は回転中の砥石を手動でゆっくりとワーク表面に接触させ、その時に生じる火花を見たり音を聞いてを「加工開始点」を割り出す方法を指します。

砥石の位置は、熱変位や摩耗で変化するため「当て込み作業」で加工開始点を確認し、定期的に径を補正する必要があります。

次に、この「砥石の当て込み作業」が抱えるリスクを解説します。

マメ知識:「砥石の当て込み作業」ってどの会社でもやってるの？
2021年に開催された展示会メカトロテック2021でNC研削盤ユーザにヒアリングを行ったところ、30社のうち23社がこの「当て込み作業」を行っており、残り7社はAEセンサを使用していました。
会社によっては、ワークにペンでマーカーを引き、削ってマーカーが消えた位置をゼロ点にする、という方法もあるようです。

NC平面研削盤における「砥石の当て込み作業」のリスクとは？

一般的に行われている「砥石の当て込み作業」には次のような課題やリスクを抱えています。

当て込み作業のたびに人手がはいり、全自動化ができず工数がかかる
技能に左右されるため、人によって加工精度や工数が安定しない
直接砥石をワークに当てるため、ドレス直後の砥石やワークが傷つく
砥石をワークにぶつけて事故に繋がるリスクがある

特に、属人的な課題に伴う人材採用、技能習得は一朝一夕では解決が困難です。
長期にわたって持続的で安全な生産体制を築くうえで、技能の標準化・自動化による解決が必要ではないでしょうか？

NC平面研削盤の「砥石の当て込み作業」の自動化とは？

メトロールでは、属人化している「砥石の当て込み作業」の自動化を長年研究し、当社のエアマイクロセンサを用いた方法で実現しました。^※　まずはじめに「エアマイクロセンサとは？」という方向けにセンサの測定原理を解説します。

※「砥石の当て込み作業の自動化」の研究について
2020年にNEDOの採択を受け国家プロジェクトとしてスタート。
平面研削盤最大手の岡本工作機械製作所に採用された技術として2021年に開催されたメカトロテックで初めて発表されました。

NC平面研削盤の「砥石の当て込み作業」の自動化を解説 — ▲NC平面研削盤に搭載されたエアマイクロセンサ

NC平面研削盤を自動化する「エアマイクロセンサ」とは？

エアマイクロセンサは一言で説明すると、「空気（エアノズル）を使って対象物との距離をOK／NGで検出する高精度位置決めセンサ」です。
センサにはあらかじめOK／NGの基準となる「距離のしきい値」を登録しておき、対象物とエアノズルの距離がしきい値よりも近いか離れているかを高精度に判定します。

しきい値とは？
一般に，ある現象を起こさせるために，系に加えなければならない物理量の最小値
引用：化学辞典第2版「しきい値」の解説

エアマイクロセンサの解説　-使用事例-

エアマイクロセンサの使い方を「ワークの有り無し確認」を事例に解説します。

例）センサのしきい値＝10μmで設定した場合
あらかじめ「距離のしきい値を10μｍ」とセンサに登録し、あとはノズルにワークを近づけるだけです。（イラスト参照）

NC平面研削盤を自動化する「エアマイクロセンサ」とは？ — ▲エアマイクロセンサの用途説明

ワークとノズルの間の距離がしきい値（＝10µｍ）以上離れているときはＮＧ信号を出力します。
10μｍ以下になるまでワークがノズルに近づくとOK信号に切り替わります。

マメ知識：なぜエアで距離が検出できるのか、センサの検出原理とは？
エアノズルから供給されるエアの流量・背圧の変化をセンサが検出しOK／NGの判定を行っています。
ノズルにワークが近づくと、ノズル（穴）がふさがれ、供給されるエアが制限されます。その結果、センサ内の圧力が変化します。微小な背圧の変化を利用して対象物との距離を検出しています。

センサを用いたNC平面研削盤の自動化方法を解説

ここからが本題である、エアマイクロセンサを用いたNC平面研削盤の自動化方法を解説します。

今回の検出対象はワークではなく「回転砥石の加工開始点」です。
まずNC研削盤にエアノズルを設置します。加工開始点の検出方法は、センサの信号が切り替わる位置まで回転中の砥石をエアノズルに近づけていくだけです。（イラスト参照）