CN102725104A - 使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

球芯式透镜磨削加工装置(1)将具有包括金刚石磨粒的球状磨石面(8a)的碟形磨石(8)按压于作为磨削对象的透镜原料(7)的被磨削面(7a)，使碟形磨石(8)一边旋转一边摆动，从而将被磨削面(7a)磨削成球面。在初期磨削工序中，在第一加工压力、第一转速的条件下进行磨削，在中期磨削工序中，在第二加工压力、第二转速的条件下进行磨削，在后期磨削工序中，在第三加工压力、第三转速的条件下进行磨削。第二加工压力是球状磨石面(8a)能切入透镜原料(7)的压力，根据透镜原料(7)的硬度及被磨削面(7a)与球状磨石面(8a)的接触面积，求出碟形磨石(8)的切入量，并根据该切入量来求出第二加工压力。能使粗磨削工序与精磨削工序合在一起，仅使用在精磨削中使用的碟形磨石就能将透镜原料的表面磨削加工成球面。

Description

使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法

技术领域

本发明涉及一种使用球芯式透镜磨削加工装置的球面透镜的磨削加工方法。更详细而言，涉及一种将粗磨削工序与精磨削工序合在一起，能仅使用精磨削用的碟形磨石连续进行透镜原料的粗磨削和精磨削的透镜球面的磨削加工方法。

背景技术

在球面透镜的磨削加工中，对由冲压成形品构成的透镜原料或对圆棒状的透镜原料进行切割而形成的圆柱状的透镜原料进行粗磨削(粗磨削工序)，以获得具有普通的球状透镜面的粗磨削透镜。接着，对粗磨削透镜的球状透镜面进行精磨削(精磨削工序)，以获得具有规定的形状精度的球状透镜面的精磨削透镜。对通过磨削加工获得的球状透镜面进行研磨加工，能获得具有作为目标的最终形状精度的透镜球面的透镜。

这样，以往的球面透镜的磨削加工包括粗磨削工序和精磨削工序。在粗磨削工序中，利用使用杯型磨石的磨床进行粗磨削加工，在精磨削工序中，利用使用碟形磨石的磨削装置进行精磨削加工。这种球面透镜的磨削加工方法公开于专利文献1、2、3中。在专利文献1、2中，在同一磨削装置中更换杯型磨石和碟形磨石，藉此，不必使用其它装置，就能进行粗磨削和精磨削。在专利文献3中，公开了使用在粗磨削中使用的杯型磨石进行精磨削的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-297520号公报

专利文献2：日本专利特开2009-66724号公报

专利文献3：日本专利特开2009-90414号公报

发明的公开

发明所要解决的技术问题

在包括粗磨削工序和精磨削工序的球面透镜的磨削加工方法中，存在下述需解决的技术问题。首先，由于维持粗磨削的加工精度较难，因此，在精磨削工序中，因透镜原料的形状偏差会造成碟形磨石的磨损加剧，有时很难维持精磨削的精度。此外，在粗磨削和精磨削中分别需要不同的加工技术，需要对各加工技术精通的技术人员。

本发明的技术问题鉴于上述问题点而作，其目的在于提出一种球面透镜的磨削加工方法，在该方法中，将粗磨削工序与精磨削工序合在一起，仅使用在精磨削中使用的碟形刀具对透镜原料的表面进行磨削加工，能获得可转移到研磨工序的精磨削状态的透镜球面。

解决技术问题所采用的技术方案

为解决上述技术问题，本发明是使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，在该方法中，以规定的加工压力将具有包含金刚石磨粒的球状磨石面的碟形磨石按压到作为磨削对象的透镜原料的被磨削面上，并在该状态下，使上述碟形磨石一边以规定转速旋转一边摆动，从而将上述被磨削面磨削成球面，其特征是，具有：

初期磨削工序，在该工序中，在上述加工压力为第一加工压力、上述转速为第一转速的条件下进行磨削；

中期磨削工序，在该工序中，在上述加工压力为第二加工压力、上述转速为第二转速的条件下进行磨削；以及

后期磨削工序，在该工序中，在上述加工压力为第三加工压力、上述转速为第三转速的条件下进行磨削，

上述第二加工压力是上述球状磨石面能切入上述透镜原料的压力，根据上述透镜原料的硬度及上述透镜原料的上述被磨削面与上述碟形磨石的上述球状磨石面的接触面积，求出上述碟形磨石的切入量，并根据该切入量来求出上述第二加工压力，

上述第二转速设定为当上述加工压力为上述第二加工压力时，上述碟形磨石的上述金刚石磨粒能切入上述透镜原料的转速，

上述第一加工压力设定为比上述第二加工压力低的值，上述第一转速设定为比上述第二转速低的值，

上述第三加工压力设定为比上述第一加工压力低的值，上述第三转速设定为比上述第二转速低、且比上述第一转速高的值。

上述“能切入透镜原料的转速”是指在上述加工压力设定为上述第二加工压力、使碟形磨石的转速变化的情况下，加工时间几乎不变化的最大转速以下的转速。即，在比该最大转速大的转速下，会出现以下情况：加工时间不会缩短，在碟形磨石的球状磨石面与透镜原料的被磨削面之间会产生打滑，磨粒无法切入透镜原料的表面。

在此，最好进行上述初期磨削工序，直至形成上述透镜原料的整个上述被磨削面与上述球状磨石面接触的状态，进行上述中期磨削工序，直至形成上述透镜原料的中心厚度比目标值仅厚预先设定的尺寸的状态。

此外，最好至少在上述中期磨削工序中，使上述碟形磨石的上述球状磨石面的供上述透镜原料的上述被磨削面滑动的区域定期变化。

在本发明中，在上述透镜原料的硬度为努氏硬度630的情况下，能将上述第二加工压力设定为10kg/平方cm、上述第二转速设定为1500rpm、上述第一加工压力设定为2kg/平方cm、上述第一转速设定为400～600rpm、上述第三加工压力设定为1.5kg/平方cm、上述第三转速设定为1000rpm。

此外，本发明的球芯式透镜磨削加工装置的特征是，包括：

透镜保持件，该透镜保持件对上述透镜原料进行保持；

碟形磨石，该碟形磨石具有球状磨石面，将被上述透镜保持件保持的上述透镜原料的上述被磨削面按压在该球状磨石面上；

加压机构，该加压机构能选择性地施加第一加工压力、第二加工压力或第三加工压力，作为用于将上述透镜原料按压于上述球状磨石面的加工压力；

旋转机构，该旋转机构使上述碟形磨石旋转；

摆动机构，该摆动机构使上述碟形磨石摆动；以及

控制器，该控制器对上述加压机构、上述旋转机构和上述摆动机构的驱动进行控制，以执行上述磨削加工方法。

发明效果

根据本发明，通过仅利用透镜的精磨削加工技术进行加工，能实现加工技术的简化、设备的一元化、管理的一元化，从而能提高透镜球面的磨削加工的精度、品质。

附图说明

图1是利用本发明的方法进行透镜球面的磨削加工的球芯式透镜磨削加工装置的机构图。

图2是表示图1的装置的磨削动作的示意流程图。

图3是表示透镜磨削加工时的加工压力与加工时间之间的关系的图表。

图4是表示透镜磨削加工时的磨削工具的转速与加工时间之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对应用本发明的透镜球面的磨削加工方法的实施方式进行说明。

(球芯式透镜磨削加工装置)

图1是利用本发明的方法进行球面透镜的磨削加工的球芯式透镜磨削加工装置的一例的机构图。球芯式透镜磨削加工装置1包括上单元2和下单元3。上单元2包括朝下状态的透镜保持件4，透镜保持件4安装于透镜加压轴5的下端，可被加压汽缸6朝向下方地朝单元中心轴线2a的方向加压。在透镜保持件4的朝下的透镜保持面4a上，可将作为加工对象的透镜原料7保持成能绕单元中心轴线2a旋转。此外，上单元2可相对于下单元3在接近和远离的方向上相对移动。

下单元3包括朝上状态的碟形磨石8，该碟形磨石8具有包括金刚石磨粒的凹状的球状磨石面8a，保持于上单元2侧的透镜原料7的被磨削面7a被按压于该球状磨石面8a上。碟形磨石8以同轴状态固定于主轴9的上端，主轴9被主轴马达10驱动而绕其中心轴线9a旋转。此外，碟形磨石8及其旋转机构(主轴9、主轴马达10)被摆动机构11支承，摆动机构11可使碟形磨石8的球状磨石面8a以位于中心轴线2a上的摆动中心O为中心，以设定的摆动角度θ、设定的加工半径R在设定的摆动方向上摆动。

在此，加压汽缸6所施加的加压力可通过第一调节器12、第二调节器13及第三调节器14切换成三级。通过这些第一调节器12、第二调节器13及第三调节器14设定压力的工作流体分别经由能开闭切换的第一切换阀15、第二切换阀16及第三切换阀17被供给至加压汽缸6。通过对第一切换阀15～第三切换阀17进行切换，来进行上述结构的加压机构(透镜加压轴5、加压汽缸6、第一调节器12～第三调节器14、第一切换阀15～第三切换阀17)所施加的加压力的切换控制。

接着，控制器18进行各部的驱动控制，加压机构的第一切换阀15～第三切换阀17的切换控制由控制器18来进行。此外，控制器18基于长度测量器19的测定结果，对透镜原料7的磨削加工量进行监视，并根据该磨削加工量进行切换阀15～17的切换控制，对用于将透镜原料7的被磨削面7a按压至碟形磨石8的球状磨石面8a的加工压力进行切换。此外，控制器18通过逆变器20对主轴马达10进行驱动控制，以控制碟形磨石8的转速。此外，控制器18通过驱动器21对摆动机构11进行驱动控制，以切换控制碟形磨石8的摆动方向、摆动角度θ，改变其摆动位置等。

(磨削加工动作的例子)

图2是表示球芯式透镜磨削加工装置1进行球面透镜的磨削加工动作的示意流程图。参照图1、图2进行说明，首先，将透镜原料7安装于透镜保持件4的透镜保持面4a，形成将透镜原料7的被磨削面7a按压至碟形磨石8的球状磨石面8a上的状态(透镜原料供给工序ST1)。

在该状态下，使碟形磨石8开始旋转、摆动，开始透镜原料7的被磨削面7a的磨削加工。在从磨削加工的开始时刻起到经过规定时间为止的初始磨削工序ST2中，在将透镜原料7以通过第一调节器12设定好的加工压力按压于碟形磨石8的状态下，进行磨削加工。由于透镜原料7与碟形磨石8接触的面积较小，因此，最好将加工压力控制在使透镜原料7不从透镜保持件4与碟形磨石8之间脱落的最小加工压力的限度内，比下一工序即中期磨削工序中的加工压力小。此外，初始磨削工序中的碟形磨石8的转速为低转速是较为理想的，但考虑到加工时间，最好为400～600rpm。该转速也比下一工序即中期磨削工序中的转速小。

在初始磨削工序ST2中，进行透镜原料7的被磨削面7a的磨削，在形成该被磨削面7a大致与碟形磨石8的球状磨石面8a接触的状态时，将加工压力切换为由第二调节器13设定好的加工压力。藉此，磨削加工转移至中期磨削工序ST3。

中期磨削工序ST3中的加工压力是碟形磨石8的磨粒(金刚石车刀)能切入透镜原料7的压力。最好将加工压力设定为能切入透镜原料7的压力的最小值或是接近该最小值的值。在球面透镜磨削中，通常要求的表面粗糙度为4μm左右。因此，可根据透镜原料7的硬度、透镜原料的被磨削面7a与碟形磨石8的球状磨石面8a的接触面积，求出碟形磨石8的切入量，并基于此求出中期磨削工序中施加于透镜原料7的加工压力。

此外，中期磨削工序中的碟形磨石8的转速设定为碟形磨石8的磨粒(金刚石车刀)能切入透镜原料7的转速。能切入透镜原料7的转速是指在如上所述设定好的加工压力下，在使碟形磨石的转速变化的情况下，加工时间几乎不变化的最大转速以下的转速。即，在比该最大转速大的转速下，会出现以下情况：加工时间不会缩短，在碟形磨石的球状磨石面与透镜原料的被磨削面之间会产生打滑，磨粒无法切入透镜原料的表面。最好将转速设定为能切入透镜原料7的转速的最大值或是接近该最大值的值。

进行中期磨削工序的磨削，并在透镜原料7的中心厚度达到几乎接近目标厚度的值的阶段，将加工压力切换为通过第三调节器14设定好的加工压力。藉此，磨削加工转移至后期磨削工序ST4。

在后期磨削工序中，减慢磨削加工的进行速度(减小碟形磨石8的转速)，在透镜原料7的中心厚度不产生偏差的状态下，将被磨削面7a的表面粗糙度磨削至目标表面粗糙度。在后期磨削工序中，将其加工压力设定为比初始磨削工序中的加工压力更小的压力，将碟形磨石8的转速设定为比中期磨削工序中的转速低、但比初始磨削工序中的转速高的值。

在此，使用碟形磨石的球面磨削是利用具有多个刀刃的金刚石车刀进行的切削加工。因此，能根据透镜原料的硬度来设定作为磨削加工条件的加工压力及碟形磨石的转速。即，只需使加工压力与透镜原料的硬度成正比，使转速与透镜原料的硬度成反比即可。由于能从原料目录表等容易地获取透镜原料的硬度数据，因此，可基于此求出最合适的加工压力、转速。

此外，若碟形磨石8的球状磨石面8a中对透镜原料7的被磨削面7a进行磨削的部分始终是同一个部分，则会在磨石面上产生偏磨损，从而造成磨削形状发生变化。因此，最好定期改变球状磨石面8a的与透镜原料7的被磨削面7a抵接的位置(球状磨石面8a上的被磨削面7a的滑动区域)，以防止球状磨石面8a的偏磨损，使其整体均匀地磨损，从而将磨削精度保持恒定。最好至少在中期磨削工序中，使球状磨石面8a的与透镜原料7的被磨削面7a抵接的位置变化。

如以上说明所述，在本实施方式中，在球面磨削过程中，使加工初期的加工压力为低压、转速为低速，从而能防止作为加工对象的透镜原料的划痕、破裂。在加工中期过程中，与加工初期相比，将加工压力切换为高压、转速切换为高速，从而能缩短加工时间。在加工终期过程中，使加工压力比加工初期的加工压力低，转速为比加工初期的转速快但比加工中期的转速慢的中等程度的速度，从而能确保透镜原料的中心厚度的精度。这样，配合磨削的进行，使磨削条件多级变化，从而能仅使用碟形磨石就可在透镜原料上形成高精度的精磨削面。

(实验例)

本发明者等采用本发明的磨削方法如下所述地进行了加工。

本实施例的加工数据如下所述。

首先，进行用于确定加工压力的试验。试验条件如下所述，试验结果示于图3的表及图表中。

球芯式透镜磨削加工装置     NC研磨机    PM50型

                           (制造商：小岛工程有限公司)

碟形磨石的转速             1000rpm

碟形磨石与透镜的接触面积   4.52平方cm

加工量                    0.1mm

从试验结果可知，当加工压力在10kg/平方cm以上时，透镜原料的磨损量几乎不变化，该压力即是磨削加工效率最高的点。

接着，使用相同的球芯式透镜磨削加工装置，进行用于确定碟形磨石的转速的试验，在加工压力1(15kg/平方cm)及加工压力2(10kg/平方cm)的情况下，研究使转速变化时的加工时间。试验条件除加工压力以外与上述情形相同。试验结果示于图4的图表中。

从试验结果可知，转速从1500rpm附近开始，磨损量几乎不变化，该点是加工效率最高的点。即，在加工压力一定、提高转速的情况下，加工时间几乎不变化时的转速是“能切入的转速”的最大值，若转速进一步提高，则会在透镜原料与碟形磨石之间产生打滑，出现碟形磨石的磨粒不能切入透镜原料的表面的状况。该“能切入的转速”的最大值是加工效率最高的点。该最大值会因透镜原料的硬度、碟形磨石的磨粒的粒度、切削液的性能等发生变动，因此最好通过进行试验来设定。

基于上述试验结果可知，作为中期磨削工序ST3的加工条件，加工压力为10kg/平方cm、碟形磨石的转速为1500rpm是最合适的。以此为基准，分别设定初期磨削工序ST2和后期磨削工序ST4的加工条件。

在本发明者等的试验中，在初期磨削工序中，将加工压力设为2kg/平方cm、转速设为500rpm，进行10秒的磨削加工。接着，转移至中期磨削工序，将加工压力设为10kg/平方cm、转速设为1500rpm，进行磨削加工，直至透镜原料的厚度达到比目标厚度厚0.1mm，然后转移至后期磨削工序，将加工压力设为1.5kg/平方cm、转速设为1000rpm，进行磨削加工，直至透镜原料的厚度达到目标厚度。

其结果是，可以确认厚度精度被控制在±0.005μm以内。此外，在测定磨削加工面的曲率时，若加工150次，则△H变化-0.001μm。若使摆动位置移动10％并继续加工150次，则△H回到基准值，因此摆动位置回到原来位置。通过继续上述动作，可以确认，磨削加工面的曲率通过△H控制在0～0.001μm的范围内。

(符号说明)

1球芯式透镜磨削加工装置

2上单元

2a中心轴线

3下单元

4透镜保持件

4a透镜保持面

5透镜加压轴

6加压汽缸

7透镜原料

7a被磨削面

8碟形磨石

8a球状磨石面

9主轴

9a中心轴线

10主轴马达

11摆动机构

12、13、14调节器

15、16、17切换阀

18控制器

19长度测量器

20逆变器

21驱动器

O摆动中心

θ摆动角度

R加工球面半径

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，在该方法中，以规定的加工压力将具有包含金刚石磨粒的球状磨石面的碟形磨石按压到作为磨削对象的透镜原料的被磨削面上，并在该状态下，使所述碟形磨石一边以规定转速旋转一边摆动，从而将所述被磨削面磨削成球面，其特征在于，包括：

初期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第一加工压力、所述转速为第一转速的条件下进行磨削；

中期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第二加工压力、所述转速为第二转速的条件下进行磨削；以及

后期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第三加工压力、所述转速为第三转速的条件下进行磨削，

所述第二加工压力是所述球状磨石面能切入所述透镜原料的压力，根据所述透镜原料的硬度及所述透镜原料的所述被磨削面与所述碟形磨石的所述球状磨石面的接触面积，求出所述碟形磨石的切入量，并根据该切入量来求出所述第二加工压力，

所述第二转速设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的转速，

所述第一加工压力设定为比所述第二加工压力低的值，所述第一转速设定为比所述第二转速低的值，

所述第三加工压力设定为比所述第一加工压力低的值，所述第三转速设定为比所述第二转速低、且比所述第一转速高的值。

2.如权利要求1所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

所述第二加工压力设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的最小值，

所述第二转速设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的最大值。

3.如权利要求1或2所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

进行所述初期磨削工序，直至形成所述透镜原料的整个所述被磨削面与所述球状磨石面接触的状态，

进行所述中期磨削工序，直至形成所述透镜原料的中心厚度比目标值仅厚预先设定的尺寸的状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

至少在所述中期磨削工序中，使所述碟形磨石的所述球状磨石面的供所述透镜原料的所述被磨削面滑动的区域定期变化。

5.如权利要求1至4中任一项所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

所述透镜原料的硬度为努氏硬度630，

所述第二加工压力为10kg/平方cm，所述第二转速为1500rpm，

所述第一加工压力为2kg/平方cm，所述第一转速为400～600rpm，

所述第三加工压力为1.5kg/平方cm，所述第三转速为1000rpm。

Claims (6)

1.一种使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，在该方法中，以规定的加工压力将具有包含金刚石磨粒的球状磨石面的碟形磨石按压到作为磨削对象的透镜原料的被磨削面上，并在该状态下，使所述碟形磨石一边以规定转速旋转一边摆动，从而将所述被磨削面磨削成球面，其特征在于，包括：

初期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第一加工压力、所述转速为第一转速的条件下进行磨削；

中期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第二加工压力、所述转速为第二转速的条件下进行磨削；以及

后期磨削工序，在该工序中，在所述加工压力为第三加工压力、所述转速为第三转速的条件下进行磨削，

所述第二加工压力是所述球状磨石面能切入所述透镜原料的压力，根据所述透镜原料的硬度及所述透镜原料的所述被磨削面与所述碟形磨石的所述球状磨石面的接触面积，求出所述碟形磨石的切入量，并根据该切入量来求出所述第二加工压力，

所述第二转速设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的转速，

所述第一加工压力设定为比所述第二加工压力低的值，所述第一转速设定为比所述第二转速低的值，

所述第三加工压力设定为比所述第一加工压力低的值，所述第三转速设定为比所述第二转速低、且比所述第一转速高的值。

2.如权利要求1所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

所述第二加工压力设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的最小值，

所述第二转速设定为所述碟形磨石的所述金刚石磨粒能切入所述透镜原料的最大值。

3.如权利要求1或2所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

进行所述初期磨削工序，直至形成所述透镜原料的整个所述被磨削面与所述球状磨石面接触的状态，

进行所述中期磨削工序，直至形成所述透镜原料的中心厚度比目标值仅厚预先设定的尺寸的状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

至少在所述中期磨削工序中，使所述碟形磨石的所述球状磨石面的供所述透镜原料的所述被磨削面滑动的区域定期变化。

5.如权利要求1至4中任一项所述的使用碟形磨石的透镜球面的磨削加工方法，其特征在于，

所述透镜原料的硬度为努氏硬度630，

所述第二加工压力为10kg/平方cm，所述第二转速为1500rpm，

所述第一加工压力为2kg/平方cm，所述第一转速为400～600rpm，

所述第三加工压力为1.5kg/平方cm，所述第三转速为1000rpm。

6.一种球芯式透镜磨削加工装置，其特征在于，包括：透镜保持件，该透镜保持件对所述透镜原料进行保持；

碟形磨石，该碟形磨石具有球状磨石面，将被所述透镜保持件保持的所述透镜原料的所述被磨削面按压在该球状磨石面上；

加压机构，该加压机构能选择性地施加第一加工压力、第二加工压力或第三加工压力，作为用于将所述透镜原料按压于所述球状磨石面的加工压力；

旋转机构，该旋转机构使所述碟形磨石旋转；

摆动机构，该摆动机构使所述碟形磨石摆动；以及

控制器，该控制器对所述加压机构、所述旋转机构和所述摆动机构的驱动进行控制，以执行权利要求1至5中任一项所述的磨削加工方法。

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