CN1895844A - 加工装置 - Google Patents

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CN1895844A CNA2006101017999A CN200610101799A CN1895844A CN 1895844 A CN1895844 A CN 1895844A CN A2006101017999 A CNA2006101017999 A CN A2006101017999A CN 200610101799 A CN200610101799 A CN 200610101799A CN 1895844 A CN1895844 A CN 1895844A
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Abstract

本发明涉及进行精密加工的机床等的加工装置。用直线驱动单元使可动部直线移动。可动部上设置有扫描明暗图形部件的明暗图形的传感器。还有，传感器输出与明暗图形的明暗灰度相应的大小的输出信号。通过该传感器的输出信号的大小，切入单元控制刀具对工件的切入量而加工工件。如此，与明暗图形相应的加工实施于工件上。

Description

加工装置
技术领域
本发明涉及进行精密加工的机床等的加工装置。
背景技术
用于液晶显示器等的导光板，有必要在其表面形成数万个到数十万个的多个凹痕或凸部。为了加工用于成型这种导光板的金属模，以往的方法是，在使进给工件(金属模原料)的加工机的直线进给轴定位并停止的状态下，在工件上一个一个地形成凸部或凹痕。由于在工件上形成一个凸部或凹痕需要一秒左右的时间，因此，为了加工整个工件面甚至需要数目。
如此，使工件停止在规定的位置上，并在工件上一个一个地形成凸部或凹痕，所花费的时间过多而加工效率不理想。如果能够做到不停止进给工件的进给轴而按一定速度边进给边加工工件，则无需定位时间，行之有效，但尚未提出使之实现的具体的方法。
提高加工机的直线进给轴的速度，则凸部或凹痕的加工速度也提高，而对该相应提高的部分，需要进行更加准确的速度控制及位置控制。假设进给速度为1m/秒且以0.1mm的间距一个一个地加工凹痕，则1秒钟加工1万个凹痕。在这种高速加工中，如果在进给速度上发生微小的变化则所加工的凹痕的位置微小地偏移。尤其在用于制作导光板的金属模中，目测的均匀性非常受重视，1μm的位置偏移有时看起来像扭曲或模糊不清。在进给速度为1m/秒的情况下，1μm的位置偏移相当于1μ秒的时间的偏移。一般的数值控制机床的控制周期为数10μ秒，因此，连1μ秒的偏移也不发生的高速控制一般来说很难，而且以该速度在准确的位置上加工凹痕也很困难。
还有，有时在导光板上有目的地设置凹痕的疏密以调节来自光源的光的扩散。为了加工该凹痕，要由加工程序指示凹痕的一个一个的位置，因此，为了加工数十万个的凹痕，其相应程序变得庞大。
发明内容
根据本发明的加工装置具备：使可动部直线移动的直线驱动单元、具有使加工信息以明暗图形化的明暗图形的明暗图形部件和与上述可动部的移动同步相对上述明暗图形相对移动并输出上述明暗图形的读取信息的传感器。上述可动部具备刀具和进一步根据来自上述传感器的信号变化刀具的切入量的切入单元。并且，在上述可动部及上述传感器的移动过程中，通过上述传感器读取上述明暗图形，并通过从该传感器接收的信号，上述切入单元使刀具的切入量变化而进行加工。
再有，该加工装置可采用如下的方式。
将上述传感器配置在上述可动部上，并将上述明暗图形部件固定在与上述传感器面对的位置上。
将上述明暗图形作为规定间距的明暗图形，并上述切入单元间隔剔除从上述传感器接收的信号，并与上述明暗图形的整数倍的间距同步进行加工。
上述切入单元做成为：根据上述传感器接收的信号的大小变化刀具切入量。
上述切入单元做成为：根据上述传感器接收的信号的大小使刀具切入的频率变化。
上述可动部作往返运动，而且上述切入单元做成为：当上述可动部移动在前行通道上时，使得刀具对工件进行加工地调节刀具的切入量；一方面，当上述可动部移动在回行通道上时，使得刀具避开工件地调节刀具的切入量。
除了具备上述直线驱动单元以外，还具备在与上述直线驱动单元的移动方向和上述刀具的切入方向的双方正交的方向上能够使上述直线驱动单元移动的第2直线驱动单元。再有，在上述图形部件上具备有二维描绘的明暗图形，上述可动部及传感器通过上述直线驱动单元及上述第2直线驱动单元而沿正交的两个方向移动，上述传感器扫描上述图形部件的二维图形，而且上述切入单元基于从上述传感器输出的信号，控制该刀具对工件的切入量，并用上述刀具二维加工工件。
上述图形部件安装于与上述可动部同步转动的转动部件上，上述传感器与上述图形部件的图形面对地被固定。
根据本发明的加工装置，具有上述的结构，因此，如在用于制作导光板的金属模上进行凹痕加工的精细加工，根据明暗图形就能简单而高效地加工。
附图说明
本发明的上述的及其他目的及特征，通过参照附图说明下述实施例将会更加明确。在这些图中：
图1是用于说明根据本发明的加工装置的概要的图；
图2是图1的加工装置中的切入单元的一个例子的说明图；
图3是表示图1的加工装置中所使用的明暗图形的一个例子(a)和使用其明暗图形而进行加工的例子(b)的图；
图4是表示在图1的加工装置中所使用的明暗图形的一个例子(a)和间隔剔除该明暗图形的间距而进行加工的例子(b)的图；
图5是表示图1的加工装置中所使用的明暗图形的一个例子(a)和根据该明暗图形的明暗灰度而进行加工的例子(b)的图；
图6是表示图1的加工装置中所使用的明暗图形的一个例子(a)和根据该明暗图形的灰度，改变驱动刀具的驱动频率而进行加工的例子(b)的图；
图7是表示图1的加工装置中所使用的明暗图形的一个例子(a)和根据该明暗图形的灰度，改变驱动刀具的驱动频率而进行加工的例子(b)的图；
图8是说明图1的加工装置中的刀具的动作的图；
图9是通过除了图1所示的直线驱动单元以外，进一步设置另一直线驱动单元，可使可动部二维移动的加工装置的简图；
图10是在图1及图9所示的加工装置中的驱动切入单元的压电元件的驱动控制部的方框图；
图11是表示在图9所示的加工装置中所使用的二维明暗图形的一个例子的图。
具体实施方式
图1是用于说明根据本发明的加工装置的概要的图。在图1中，符号1为直线驱动单元，通过未图示的电动机、滚珠螺杆/螺母机构等使可动部2沿图中左右方向(X方向)直线移动。与可动部2的移动方向(X方向)平行地配置有明暗图形部件3。在该明暗图形部件3上形成有沿可动部2的移动方向明暗变化的明暗图形。还有，沿可动部2的移动方向配置有加工对象物(工件)4。
刀具5和传感器6及切入单元7设置于可动部2上。传感器6扫描读取明暗图形部件3的明暗图形，并输出与该明暗相应的信号。切入单元7根据来自传感器6的信号使刀具5沿与可动部2的移动方向正交的方向(Z轴方向)即向工件移动，并控制刀具对工件的切入量。
图2的(a)及(b)是该切入单元7的详细说明图。在可动部2与工件4相对的面上，借助于板簧9安装有刀具5。还有，在该板黄9和可动部2之间使板簧9伸缩地安装有压电元件8。
在该压电元件8上施加电压，则随其电压，压电元件8从图2的(a)状态如图2的(b)所示地延伸，其结果，推压板簧9使刀具5沿切入方向(Z轴方向)移动而对工件4实施切入。其间，安装有刀具5的可动部2沿X轴方向移动，由此，加工工件4。
工件5安装于板簧9上，而未直接安装于压电元件8上，因而施加到刀具5上的作用力不直接传到压电元件8上。因此，由该板簧9保护对承受伸缩方向以外的外力较弱的压电元件8。
图3是表示通过明暗图形加工的例子的图，表示设置于明暗图形部件3的明暗图形为如图3的(a)所示那样，明和暗的区域按一定间距a排列的图形的例子。
通过驱动直线驱动单元1使可动部2移动，并由传感器6的输出驱动切入单元7的压电元件8。这样在明暗图形的暗的部分压电元件8延伸，而一方面，在明暗图形的明的部分压电元件8的延伸复位(压缩)。其间，由于可动部2沿X轴方向移动，因而传感器6及刀具5也移动，其结果，对工件4如图3的(b)所示那样，形成梯形的凹部(凹痕)P，而且在凹部P之间形成梯形的凸部Q。将如此加工成的工件4作为成型导光板的金属模而使用时，该凸部Q形成导光板的凹痕。即使驱动刀具5的信号十分快，由于压电元件8的响应速度为数10kHz，因此，加工形状不会成为矩形形状，而成为图3的(b)所示的梯形。加工位置与可动部2的速度不相关而与明暗图形必定一致。
如上述那样，如用明和暗的区域按一定间距排列的图形加工工件4时，作为该图形可使用一般的直线尺。此时，传感器6成为直线尺的读取头。一般的直线驱动装置使用直线尺的反馈信号控制可动部2的位置或速度，而在本发明中，来自直线尺的信号用于使刀具5的切入量变化。在这一点上，本发明具有其特征。为了根据来自直线尺的信号控制位置或速度，需要复杂的控制循环和高速运算电路，而在本发明中，无需速度一定，可简化控制本身。
图4～图7表示设置于明暗图形部件3上的明暗图形和用该明暗图形进行加工时的加工形状的例子。
图4表示通过使明和暗的区域按一定间距排列而成的明暗图形(参照图4的(a))进行加工的例子。通过每隔一个剔除从该明暗图形得到的、来自传感器6的信号，如图4的(b)所示的那样，能够以2倍的间距加工凹部P。该凹部P之间的间距，通过每隔一个、两个、三个……剔除从图4的(a)所示的明暗图形得到的、来自传感器的信号，能够以任意间隔进行加工。还有，将该剔除后的信号通过反向电路反向，能够进行使图4的(b)的凹部P和凸部Q相互反向的加工。
图5表示通过使灰度连续变化的明暗图形(参照图5的(a))进行加工的例子。图3及图4所示的明暗图形是明和暗的2灰度的图形，而在该图5的(a)中所示的明暗图形中，一定间隔的明暗图形反复，而且，该一定间隔之间的明暗的灰度连续变化。并且，按照通过读取该明暗图形得到的、来自传感器6的信号的大小驱动切入单元7的压电元件8，按如图5的(b)所示那样的一定间隔加工规定形状。
图6是按照明暗图形(参照图6的(a))的灰度使驱动刀具5的频率变化而加工的例子。通过做成灰度逐级变化的明暗图形，并使通过扫描该明暗图形得到的、来自传感器6的信号(模拟电压)按照其大小用VF转换器(VFコンバ一タ)等变化成频率而得到脉冲。于是，用该既已得到的脉冲驱动刀具5。如此简便地将与明暗图形相应的输出电压转换成驱动频率而驱动压电元件8。由此，通过代替加工程序而用明暗图形的灰度，能够简易地表现凹痕的疏密。
图7是通过改变明暗图形的间隔及灰度，改变形成于工件上的凹部(凹痕)P的深度及间隔宽度的加工的例子。
如上述那样，由设置于明暗图形部件3上的明暗图形决定加工于工件4上的形状图形，因此，无需编制加工程序，只设置明暗图形就能加工成所希望的形状。即使是在成型具有大量的凹痕的导光板的金属模的加工中，也通过该明暗图形能够简易地进行加工。
在上述的各个加工图形的加工中，使可动部2往返移动，在前行通道(或回行通道)上进行加工而在回行通道(或前行通道)上不进行加工。这种加工中的刀具5的移动情况如图8所示。
在图8中，可动部2在图8中左右移动，刀具5通过驱动单元7的驱动在图8中沿上下方向移动。当可动部2在前行通道上移动时，根据通过读取明暗图形得到的、来自传感器6的信号，切入单元7的压电元件8工作而刀具5对工件进行切入。再有，图8表示由图5所示的明暗图形进行加工的情况。而一方面，在可动部2的回行通道上，来自传感器6的信号被忽略，因而切入单元7不工作，刀具5在离开工件的状态下，直线移动到原来的位置上。
图9是表示根据本发明的加工装置的一个实施方式的简图。
在该实施方式中，加工装置除了具备将可动部2沿X方向驱动的直线驱动单元1(以下简称第1直线驱动单元)以外，还具备将可动部2也沿与X轴正交的Y方向驱动的第2直线驱动单元，通过将可动部2沿X轴及Y轴方向驱动，加工工件的平面(X-Y平面)。该图9所示的加工装置相当于用第2直线驱动单元，使图1所示的、沿X轴方向驱动可动部2的第1的直线驱动单元1，沿垂直于X轴及Z轴(刀具5的切入移动方向)双方的Y轴方向可直线移动。
在基座10上放置有工件4，与放置的工件4面对地配置有可动部2，用第1直线驱动单元1沿X方向移动该可动部2。再有，第1直线驱动单元1由第2直线驱动单元11沿与X轴方向正交且与工件4的放置面平行的方向(Y轴方向)驱动。伴随由该第2直线驱动单元11的驱动引起的第1的直线驱动单元1的沿X轴方向的移动，可动部2也沿Y轴方向移动。
再有，在基座10上，与工件4的放置面面对地设置有配置明暗图形部件3的、倒U型的明暗图形配置部件12，在该明暗图形部件3上实施有用于设置在可动部2上的传感器6扫描的明暗图形。
在可动部2与工件4面对的面上，如图1所示那样，借助于切入单元7配置有刀具5。一方面，在可动部2与工件4面对的面的相反一侧的面上设置有传感器6。该传感器6扫描并读取安装于明暗图形配置部件12上的明暗图形部件3的明暗图形，输出与该图形相应的信号。
第1直线驱动单元1及第2直线驱动单元11与以往的机床的工作台进给机构相同，均通过电动机、滚珠螺杆/螺母机构等，沿X、Y轴方向驱动可动部2。
在明暗图案部件3上，设置有如图11所示那样的二维明暗图形。
用第1直线驱动单元1以规定的速度沿X轴的正方向驱动可动部2，则设置于该可动部2上的传感器6扫描并读取明暗图形部件3的明暗图形，发出与图形相应的输出信号。根据来自该传感器6的输出信号，边控制刀具的切入量边加工工件4。接着，沿X轴的负方向驱动可动部2使之复位。而后，驱动第2直线驱动部11使第1直线驱动单元1及可动部2按规定的间隔沿Y方向移动。其后，再用第1直线驱动单元1，沿X轴的正方向驱动可动部2，同时边控制切入量边加工工件4。通过反复进行该工序加工工件4，并在工件4上形成三维加工面。
图10是驱动切入机单元7的压电部件8的驱动控制部的方框图。
该驱动控制部由运算部20和压电驱动部21构成。运算部20用于输入来自传感器6的信号和可动部2的驱动方向信号，并向压电驱动部21输出驱动信号，具备选择部22、比较器23、线性放大器24、计数电路25、VF转换器26及AND运算电路27。压电驱动部21驱动压电元件8。
选择部22选择加工动作。即选择部22根据操作员的选择，将来自传感器6的信号引导到比较器23、线性放大器24、计数电路25、VF转换器26中的任意一个而转换。
在选择比较器23的情况下，来自传感器6的信号一旦超过设定在比较器23中的阈值，规定电平的输出从比较器23输出到AND运算电路27上。
在选择线性放大器24的情况下，来自传感器6的信号由线性放大并输出到AND运算电路27上。
在选择计数电路25的情况下，来自传感器6的信号被计数，按每设定的计数，将输出信号输出到AND运算电路27上。
在选择VF转换器26的情况下，传感器6的输出电压转换为相应于其大小的频率的脉冲列并输出到AND运算电路27上。
来自由选择部22选择的比较器23、线性放大器24、计数电路25或VF转换器26中的任意一个的信号和实际进行加工工作的方向即可动部2的驱动方向信号(在本实施方式中为X轴正方向)输入到AND运算电路27上。并且，该AND运算电路27只在可动部2沿X轴正方向移动时(即只在加工工件4时)将选择的比较器23、线性放大器24、计数电路25或VF转换器26的输出信号输出到压电驱动部21上，并驱动压电元件8。
选择部22选择比较器23时，加工成如图3所示的图形。
选择部22选择线性放大器24时，由于按照明暗图形的灰度变化刀具5的切入量，因此，进行如图5及图7所示的加工。
选择部22选择线性放大器24，且使用图3的(a)所示的明暗图形进行加工，则线性放大器24的输出缓慢上升而且缓慢地下降，因此，其加工形状不同于图3的(b)呈倾斜平缓。与此相反，如果选择比较器23并使用图3的(a)所示的明暗图形进行加工，则比较器的输出瞬时上升而且瞬时下降，因此，其加工形状如图3的(a)所示那样，倾斜急剧几乎成直线。
选择部22选择计数电路25时，来自传感器6的输出，每达到设定于计数电路25中的数值就输出输出信号，其结果进行如图4所示的加工。图4所示的例子是将计数电路的设定值设为2，并在来自传感器6的输出为两个时输出并加工的例子。再有，也可以在该计数电路25上设置反向电路使计数电路的输出反向并输出。
选择器22选择VF转换器时，输出与传感器6的输出电压的大小相应的频率的脉冲列，进行如图6的(b)所示那样的加工。
如上所述，根据本发明由明暗图形可在工件上进行微细的加工，因此，本发明适合于制造在导光板的表面形成数万个到数十万个的多个凹痕的金属模时等。再有，如图7所示的那样，可变化切入深度进行加工，因此，连微细的精密加工也能高效而简易地实施。
在上述的实施方式中，将明暗图形部件3与可动部2面对地配置，并用设置于可动部2的传感器6扫描并读取该明暗图形部件3的明暗图形。即，将明暗图形配置在直线上。
一方面，在本发明中，要求按照可动部2的移动变化明暗图形，可使明暗图形为在一圆周上变化的圆盘状图形，将具有该圆盘状的明暗图形安装在驱动可动部2的电动机轴上或在转动的进给轴(直线驱动单元1的电动机轴或进给轴)上。并且，也可以通过将传感器与配置有该转动的明暗图形部件的明暗图形的位置面对地固定，使来自该传感器的信号输入到运算部20中。在使用图1及图9所示的直线上变化的明暗图形的例子中，传感器6移动而明暗图形部件3被固定，但在使用一圆周上变化的明暗图形的例子中，传感器被固定而明暗图形转动。在按一定间距加工的情况下，可用一般的转动式编码器代替该明暗图形和传感器而使用。

Claims (12)

1.一种加工装置，其特征在于，
具备：控制刀具对工件的切入量的切入单元；安装有上述刀具及上述切入单元的可动部；使上述可动部直线移动的直线驱动单元；具有表示加工信息的图形的图形部件；以及与上述可动部的移动同步，扫描上述图形部件的图形并输出与已读取的图形相应的信号的传感器，
在用直线驱动单元使上述可动部移动并用上述刀具加工工件期间，上述切入单元基于从上述传感器输出的信号控制该刀具对工件的切入量。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述传感器配置于上述可动部上，上述图形部件固定于与上述传感器面对的位置上。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述图形为明和暗以规定间距交互排列的明暗图形。
4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述图形为明和暗的区域以规定间距交互排列的明暗图形，上述切入单元间隔剔除从上述传感器接收的信号，并与上述明暗图形的整数倍的间隔同步进行加工。
5.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述图形为明和暗的区域以灰度阶梯或连续变化而排列的明暗图形。
6.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述切入单元根据从上述传感器接收的信号的大小，控制刀具对工件的切入量。
7.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述切入单元根据从上述传感器接收的信号的大小，使刀具切入的频率变化。
8.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述可动部往复运动，
将上述切入单元做成为：当上述可动部移动在前行通道上时，使得刀具对工件进行加工地调节刀具的切入量，一方面，当上述可动部移动在回行通道上时，使刀具避开工件地调节刀具的切入量。
9.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
除了具备上述直线驱动单元以外，还具备在与上述直线驱动单元的驱动方向和上述刀具的切入方向的双方正交的方向上能够使上述直线驱动单元移动的第2直线驱动单元。
10.根据权利要求9所述的加工装置，其特征在于，
在上述图形部件上具备二维描绘的明暗图形，
上述可动部及传感器通过上述直线驱动单元及上述第2直线驱动单元而沿正交的两个方向移动，从而上述传感器扫描上述图形部件的二维图形，
上述切入单元基于从上述传感器输出的信号，控制该刀具对工件的切入量，用上述刀具二维加工工件。
11.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述图形部件安装于与上述可动部同步转动的转动部件上，上述传感器与上述图形部件的图形面对地被固定。
12.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，
上述直线驱动单元使用来自直线尺的信号控制上述可动部的位置，并且
将该直线尺作为上述图形部件使用。
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