JP2002036001A - Cutting method, cutting device, tool holding device, optical element, and molding die for optical element - Google Patents

Cutting method, cutting device, tool holding device, optical element, and molding die for optical element

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JP2002036001A
JP2002036001A JP2000292931A JP2000292931A JP2002036001A JP 2002036001 A JP2002036001 A JP 2002036001A JP 2000292931 A JP2000292931 A JP 2000292931A JP 2000292931 A JP2000292931 A JP 2000292931A JP 2002036001 A JP2002036001 A JP 2002036001A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting device capable of providing good surface roughness in a short time. SOLUTION: This cutting device comprises exciting parts 5a and 5b for vibrating a cutting tool 2 and a work piece 1 relatively in the main component force direction and the rear component force direction, and a driving device 9 for moving the cutting tool 2 so that an axis in the rear component force direction of ellipse, a trajectory of vibration of the tip of the cutting device, directs in the normal direction of a curved machined surface of the workpiece 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、曲率半径が小さい
被加工物あるいは曲率半径が一定でない自由曲面を持つ
被加工物を切削加工する場合に、良好な加工精度と加工
時間の短縮を図るための切削加工方法及び切削加工装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for cutting a workpiece having a small radius of curvature or a workpiece having a free-form surface having a non-uniform radius of curvature. The present invention relates to a cutting method and a cutting apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、図16に示すように、被加工物1
の長手方向を母線方向(X方向)、短手方向を子線方向
(Y方向)として、母線方向と子線方向の曲率半径が異
なるトーリック形状等の光学部品あるいはその成形用の
金型を切削加工する場合、ダイヤモンドチップ2aとシ
ャンク2bとからなる切削工具2をバイトホルダ3に取
付け、主軸4により切削工具2を回転させる。この際、
ダイヤモンドチップの先端半径は被加工物の子線の曲率
半径より小さく、また切削工具の旋回半径R1は被加工
物の母線の曲率半径R2より小さくする必要がある。こ
の状態で、子線方向に切削工具と被加工物を相対的に移
動させることにより、微小な1ライン分をフライカット
加工した後、母線方向に送りピッチPで移動させ、これ
を繰り返すことにより、全面を切削加工する。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG.
With the longitudinal direction as the generatrix direction (X direction) and the transversal direction as the sagittal direction (Y direction), a toric or other optical component having a different radius of curvature between the generatrix direction and the sagittal direction or a mold for molding the optical component is cut. In the case of machining, a cutting tool 2 composed of a diamond tip 2a and a shank 2b is attached to a tool holder 3, and the cutting tool 2 is rotated by a main shaft 4. On this occasion,
The tip radius of the diamond tip must be smaller than the radius of curvature of the sagittal wire of the workpiece, and the turning radius R1 of the cutting tool must be smaller than the radius of curvature R2 of the generatrix of the workpiece. In this state, the cutting tool and the workpiece are relatively moved in the sagittal direction, so that one minute line is fly-cut, then moved in the generatrix direction at a feed pitch P, and this is repeated. , Cut the entire surface.

【0003】また一方では、加工精度を向上させる場合
に、切削工具を強制的に振動させる振動切削加工法が用
いられる。この方式では、工具刃先の発熱抑制、構成刃
先の形成阻止、切削抵抗の低減ができ、これによりびび
り振動を抑制することも可能である。特に図17に示す
様な、主分力方向(X方向)と背分力方向(Z方向)に
切削工具を2次元的に振動させるとともに、両者の振動
に90°前後の位相差を与える楕円振動切削は、切削抵
抗を低減させる効果が大きい。この様な振動切削方式に
おいても、被加工物と切削工具を上記のフライカット方
式と同様に相対運動させることにより、全面を切削加工
することができる。なお、1aは未加工面、1bは目標
加工面である。
On the other hand, in order to improve machining accuracy, a vibration cutting method for forcibly vibrating a cutting tool is used. In this method, it is possible to suppress the heat generation of the tool edge, prevent the formation of the constituent edge, and reduce the cutting resistance, thereby suppressing chatter vibration. In particular, as shown in FIG. 17, the cutting tool is two-dimensionally vibrated in the main component force direction (X direction) and the back component force direction (Z direction), and an ellipse that gives a phase difference of about 90 ° to both vibrations. Vibration cutting has a great effect of reducing cutting resistance. In such a vibration cutting method as well, the entire surface can be cut by moving the workpiece and the cutting tool relative to each other in the same manner as in the above-described fly cut method. In addition, 1a is an unprocessed surface and 1b is a target processed surface.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年光
学部品の形状に対する様々な要求が出てきており、特に
製品のコンパクト化に伴い、曲率半径の小さな光学部品
が要求されるようになってきた。また、光学部品の形状
に対する様々な要求も出てきており、自由曲面を採用す
ることにより、部品点数の削減や光学性能の向上が可能
であるため、曲率半径が数mmから数十mmまで変化す
るような光学部品が要求されるようになってきた。この
ため、フライカット方式において切削工具の旋回半径を
小さくする必要がでてきたが、曲率半径が10mm以下
になるような加工をするには、切削工具を主軸に固定す
るためのバイトホルダの突き出し部3aの径を被加工物
との干渉を避けるため細くする必要があり、切削抵抗に
よりびびりやすくなり、表面粗さが数十nmレベルの高
精度な加工は実質的にできなくなる。
However, in recent years, various demands have been made on the shape of optical components, and in particular, with the miniaturization of products, optical components having a small radius of curvature have been required. In addition, there are various demands for the shape of optical components, and the adoption of free-form surfaces can reduce the number of components and improve optical performance, so the radius of curvature changes from several mm to several tens of mm. Such optical components are required. For this reason, it has been necessary to reduce the turning radius of the cutting tool in the fly-cut method. However, in order to perform processing such that the radius of curvature is 10 mm or less, the protrusion of the tool holder for fixing the cutting tool to the main spindle is required. It is necessary to reduce the diameter of the portion 3a in order to avoid interference with the workpiece, and the cutting resistance tends to cause chattering, and high-precision processing with a surface roughness of the order of several tens nm cannot be substantially performed.

【0005】一方、切削工具を2次元的に振動させる楕
円振動切削は、振動振幅が数μm〜数十μmであり、曲
率半径に関する限り充分に対応可能である。しかし、振
動切削の今までの適用例は、平面加工や旋削加工に適用
したものだけであり、これらの加工においては、被加工
物と切削工具のなす角を一定のまま加工しており、光学
式の関係を満足する曲面を加工する場合は、被加工物の
加工面の法線方向が変化する。そのため、今までのよう
に被加工物と切削工具のなす角を一定のまま上記の曲面
の加工に適用すると、図17のように、切削工具の先端
を被加工物の目標加工面1bに沿って移動させても、楕
円運動で加工された軌跡を結ぶと1cのような形状にな
り、形状誤差が生じてしまう。この形状誤差は、被加工
物の傾斜角度の変化の度合いと切削工具の楕円軌跡の形
状により決まるが、数μmオーダーとなり高精度な加工
は期待できない。
On the other hand, elliptical vibration cutting in which a cutting tool is vibrated two-dimensionally has a vibration amplitude of several μm to several tens μm, and can sufficiently cope with the radius of curvature. However, the only applications of vibration cutting so far have been applied to plane machining and turning.In these machinings, the angle between the workpiece and the cutting tool is kept constant, and optical cutting is performed. When processing a curved surface that satisfies the relationship of the formula, the normal direction of the processed surface of the workpiece changes. Therefore, when the above-mentioned curved surface is applied while the angle between the workpiece and the cutting tool is kept constant as in the past, as shown in FIG. 17, the tip of the cutting tool moves along the target processing surface 1b of the workpiece. Even if it is moved, the trajectory processed by the elliptical motion becomes a shape like 1c, and a shape error occurs. This shape error is determined by the degree of change in the inclination angle of the workpiece and the shape of the elliptical trajectory of the cutting tool.

【0006】また、楕円振動切削では、実際の量産にあ
たり図10のように、工具刃先を楕円運動させ子線方向
に移動させ、1ライン加工後に母線方向にピッチPだけ
送る方式をとるが、工具の軌跡の曲率半径が非常に小さ
いため、数十nmの表面粗さを得ようとすると、送りピ
ッチPが数μmと小さくなって加工時間が膨大になり、
実質的に量産は不可能である。
In the case of elliptical vibration cutting, in actual mass production, as shown in FIG. 10, a method is employed in which the tool edge is moved elliptically in the sagittal direction, and after one line is processed, the pitch P is fed in the generatrix direction. Since the radius of curvature of the locus is very small, when trying to obtain a surface roughness of several tens of nanometers, the feed pitch P becomes as small as several μm, and the processing time becomes enormous,
Mass production is practically impossible.

【0007】例えば、平面を円運動による振動切削で加
工する場合の理論表面粗さRthは、Rth=f2/8
r(f=送りピッチP、r=工具振動軌跡の半径)とし
て求められ、Rthが20nmで、rが5μmである場
合、fは0.89μmとなり、母線が100mmである
と、100mm/0.89μm=112360回、母線
方向に送る必要があり、1ラインの加工に5秒かかる
と、加工時間は全体で156時間である。
[0007] For example, the theoretical surface roughness Rth when processing the planar vibration cutting with circular motion, Rth = f 2/8
r (f = feed pitch P, r = radius of tool vibration trajectory). When Rth is 20 nm and r is 5 μm, f becomes 0.89 μm, and when the generating line is 100 mm, 100 mm / 0. It is necessary to send 89 μm = 112360 times in the generatrix direction. If it takes 5 seconds to process one line, the total processing time is 156 hours.

【0008】さらに楕円振動切削の例として、特開平7
−68401号公報に開示されているように切削方向で
ある楕円運動の方向に切削工具と被加工物を相対的に送
る方法が知られている。しかしながら、特開平7−68
401号公報に開示されている方法を光学式の関係から
決定される曲面の鏡面加工に適用すると、フライカット
加工方法で加工する場合の2倍以上の時間がかかる。な
ぜならば、この方法では、上記のように、楕円運動の方
向に切削工具と被加工物を相対的に送るため、往復加工
を行おうとすると、往路と復路とでアップカットとダウ
ンカットを用いる必要がある。しかし、アップカットと
ダウンカットでは加工面の状態に違いが発生するので、
高精度な鏡面加工を必要とする場合、往復加工ができな
い。
Further, as an example of elliptical vibration cutting, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in Japanese Patent Application No. 68401, there is known a method of relatively feeding a cutting tool and a workpiece in a direction of an elliptical motion which is a cutting direction. However, JP-A-7-68
When the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 401 is applied to the mirror finishing of a curved surface determined from an optical relationship, it takes twice or more times as long as the case of processing by a fly cut processing method. Because, in this method, as described above, since the cutting tool and the workpiece are relatively sent in the direction of the elliptical motion, when performing reciprocating machining, it is necessary to use up-cut and down-cut in the outward path and the return path. There is. However, there is a difference in the state of the machined surface between up cut and down cut,
When high precision mirror finishing is required, reciprocating processing cannot be performed.

【0009】アップカットとダウンカットによる加工面
の仕上げ状態の違いは、以下のような原理により生ず
る。ダウンカットの場合、背分力方向(切り込み方向)
の速度が切削方向の速度より速く、工具の進入角が直角
に近い。これに対して、アップカットの場合、切削が進
んでいる方向から工具が進入することにより、切削方向
の速度が背分力方向の速度より速くなり、工具の進入角
を寝かせることができる。また、切削が進んでいる方向
と切削が進んでいない方向からの加工になるので、切り
屑の排出状態も異なり、切削仕上げ面の状態が異なる。
このように、往復加工を行うと、切削仕上げ面の状態が
加工ライン毎に交互に違うため、規則性があり、光学特
性に影響を与えることになる。アップカットとダウンカ
ットの工具進入角の違いは、図6に示すA点とB点の違
いであり、それらの点の工具軌跡からわかるように、点
Aの方が進入角が寝ている。
The difference in the finished state of the machined surface between the up cut and the down cut is caused by the following principle. In the case of down cut, back force direction (cutting direction)
Is faster than the speed in the cutting direction, and the approach angle of the tool is close to a right angle. On the other hand, in the case of the up-cut, when the tool enters from the direction in which the cutting is proceeding, the speed in the cutting direction becomes faster than the speed in the back force direction, and the approach angle of the tool can be reduced. In addition, since machining is performed from the direction in which cutting is in progress and the direction in which cutting is not in progress, the state of chip discharge is different, and the state of the finished surface is different.
As described above, when the reciprocating processing is performed, the state of the cut surface is alternately different for each processing line, so that there is regularity, which affects the optical characteristics. The difference between the tool entry angles of the upcut and the downcut is the difference between the points A and B shown in FIG. 6, and as can be seen from the tool trajectories at those points, the entry angle of the point A is lower.

【0010】以上述べたように、曲率半径が10mm以
下の部分ともっと大きな部分が混在するような被加工物
を加工しようとすると、従来のフライカット方式ではび
びり等により良好な表面粗さを得ることができず、また
楕円振動切削方式では加工時間が大幅にかかってしま
い、良好な表面粗さを短時間で得る実用的な加工法がな
かった。
As described above, when processing a workpiece in which a portion having a radius of curvature of 10 mm or less and a larger portion coexist, good surface roughness due to chatter or the like is obtained by the conventional fly cut method. In addition, the elliptical vibration cutting method requires a long processing time, and there is no practical processing method for obtaining good surface roughness in a short time.

【0011】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、良好な表面粗さを短時
間で得ることができる切削加工方法及び装置及び光学素
子及び光学素子の成形用金型を提供することである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a cutting method and apparatus, an optical element, and a molding of an optical element capable of obtaining good surface roughness in a short time. To provide a metal mold.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる切削加工方法
は、切削工具と被加工物を相対的に主分力方向と背分力
方向とに振動させながら曲面からなる加工面の切削を行
う切削加工方法であって、前記切削工具を、該切削工具
の先端の振動の軌跡である楕円の背分力方向の軸が前記
被加工物の加工面の法線方向を向くように運動させるこ
とを特徴としている。
Means for Solving the Problems The above-mentioned problems are solved,
In order to achieve the object, a cutting method according to the present invention is a cutting method for cutting a curved processing surface while vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component direction and a back component direction. A machining method, wherein the cutting tool is moved such that an axis of an elliptical back component direction, which is a locus of vibration of a tip of the cutting tool, is oriented in a direction normal to a machining surface of the workpiece. Features.

【0013】また、この発明に係わる切削加工方法にお
いて、前記切削工具を主分力方向に振動させる駆動源の
振幅を拡大して前記切削工具に伝達させることを特徴と
している。
Further, in the cutting method according to the present invention, the amplitude of a drive source for vibrating the cutting tool in the main component force direction is enlarged and transmitted to the cutting tool.

【0014】また、この発明に係わる切削加工方法にお
いて、前記切削工具と被加工物を相対的に振動させる駆
動源に圧電素子を用いることを特徴としている。
In the cutting method according to the present invention, a piezoelectric element is used as a drive source for relatively vibrating the cutting tool and the workpiece.

【0015】また、本発明に係わる切削加工装置は、切
削工具と被加工物を相対的に主分力方向と背分力方向と
に振動させるための加振手段と、前記切削工具を、該切
削工具の先端の振動の軌跡である楕円の背分力方向の軸
が前記被加工物の曲面からなる加工面の法線方向を向く
ように運動させる駆動手段とを具備することを特徴とし
ている。
Further, the cutting apparatus according to the present invention comprises: a vibrating means for vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component direction and a back component direction; And a drive means for moving the axis of the elliptical back force direction, which is the trajectory of the vibration of the tip of the cutting tool, to be oriented in the normal direction of the processing surface formed of the curved surface of the workpiece. .

【0016】また、この発明に係わる切削加工装置にお
いて、前記切削工具を主分力方向に振動させる駆動源の
振幅を拡大して前記切削工具に伝達する拡大手段をさら
に具備することを特徴としている。
Further, the cutting apparatus according to the present invention is further characterized by further comprising an enlarging means for enlarging an amplitude of a drive source for vibrating the cutting tool in a main component direction and transmitting the amplitude to the cutting tool. .

【0017】また、この発明に係わる切削加工装置にお
いて、前記切削工具と被加工物を相対的に振動させる駆
動源に圧電素子を用いたことを特徴としている。
Further, in the cutting apparatus according to the present invention, a piezoelectric element is used as a drive source for relatively vibrating the cutting tool and the workpiece.

【0018】また、本発明に係わる切削加工方法は、切
削工具と被加工物を相対的に主分力方向と配分力方向に
振動させながら光学式の関係を満足する曲面の切削加工
を行う切削加工方法であって、前記振動により、前記切
削工具の刃先を楕円運動させるための楕円運動工程と、
前記切削工具を、前記楕円の背分力方向の軸が前記被加
工物の加工面の法線方向を向くように、前記楕円の中心
軸と平行な軸周りに回動させる回動工程とを具備するこ
とを特徴としている。
Further, the cutting method according to the present invention is a method of cutting a curved surface satisfying an optical relationship while vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component direction and a distribution direction. A machining method, wherein the vibration causes the cutting edge of the cutting tool to perform an elliptical motion,
Rotating the cutting tool about an axis parallel to the central axis of the ellipse such that the axis of the elliptical component force direction is oriented in the direction normal to the processing surface of the workpiece. It is characterized by having.

【0019】また、本発明に係わる切削加工方法は、切
削工具と被加工物とを相対的に主分力方向と背分力方向
とに振動させながら前記被加工物を切削加工するための
切削加工方法において、前記被加工物の加工面の曲率の
変化に伴って、前記切削工具の先端の振動の軌跡を前記
被加工物の曲率に合わせて変化させることを特徴として
いる。
Further, the cutting method according to the present invention is directed to a cutting method for cutting a workpiece while vibrating a cutting tool and the workpiece relatively in a main component direction and a back component direction. In the machining method, the trajectory of vibration of the tip of the cutting tool is changed in accordance with the curvature of the work surface of the work in accordance with the curvature of the work.

【0020】また、この発明に係わる切削加工方法にお
いて、前記切削工具の主分力方向の振動の振幅と位相、
及び前記切削工具の背分力方向の振動の振幅と位相とを
制御することにより、前記切削工具の先端の振動の軌跡
を制御することを特徴としている。
Further, in the cutting method according to the present invention, the amplitude and phase of the vibration of the cutting tool in the main component force direction;
And controlling the amplitude and phase of the vibration of the cutting tool in the direction of the back force to control the trajectory of the vibration of the tip of the cutting tool.

【0021】また、この発明に係わる切削加工方法にお
いて、前記切削工具の先端を楕円運動させることを特徴
としている。
The cutting method according to the present invention is characterized in that the tip of the cutting tool is moved elliptically.

【0022】また、本発明に係わる切削加工装置は、切
削工具を主分力方向と背分力方向に振動させる駆動手段
と、被加工物の加工面の曲率変化に前記切削工具を追従
させるために、前記切削工具の主分力方向の振動振幅と
背分力方向の振動振幅と振動の位相とを制御する制御手
段とを具備することを特徴としている。
Further, the cutting apparatus according to the present invention comprises a driving means for vibrating the cutting tool in the main component force direction and the back component force direction, and for causing the cutting tool to follow a change in the curvature of the processing surface of the workpiece. And a control means for controlling the vibration amplitude of the cutting tool in the main component direction, the vibration amplitude in the back component direction, and the phase of the vibration.

【0023】また、この発明に係わる切削加工装置にお
いて、前記制御手段は、前記切削工具の先端を楕円運動
させるように制御することを特徴としている。
Further, in the cutting apparatus according to the present invention, the control means controls the tip of the cutting tool to perform an elliptical motion.

【0024】また、本発明に係わる光学素子は、上記の
切削加工方法により加工されたことを特徴とする光学素
子。
Further, an optical element according to the present invention is an optical element processed by the above cutting method.

【0025】また、この発明に係わる光学素子の成形用
金型は、上記の切削加工方法により加工されたことを特
徴としている。
Further, a mold for molding an optical element according to the present invention is characterized in that it is processed by the above-mentioned cutting method.

【0026】また、本発明に係わる光学素子は、上記の
切削加工装置により加工されたことを特徴としている。
Further, an optical element according to the present invention is characterized in that it is processed by the above-mentioned cutting apparatus.

【0027】また、本発明に係わる光学素子の成形用金
型は、上記の切削加工装置により加工されたことを特徴
としている。
Further, a molding die for an optical element according to the present invention is characterized in that it is processed by the above-mentioned cutting apparatus.

【0028】また、本発明に係わる切削加工方法は、被
加工部材の被加工面に母線曲面と子線曲面からなる非球
面形状曲面を創生加工する切削工具刃に主分力方向と背
分力方向の振動による楕円運動を付与して加工する切削
加工方法において、前記創生すべき非球面形状曲面を複
数の区域に区分し、前記切削工具刃の前記区分された区
域における前記楕円運動の最下点P1、加工開始点P
2、加工終了点P3で構成される母線曲面と一致する楕
円の短直径Hを求め、前記区域において母線方向への切
削工具刃の送りピッチが最大となる条件を前記工具刃の
移動軌跡とすることを特徴としている。
Further, the cutting method according to the present invention is directed to a cutting tool blade for generating an aspherical curved surface composed of a generatrix and a sagittal curved surface on a surface to be processed of a member to be processed. In a cutting method for performing processing by imparting an elliptical motion by vibration in a force direction, the aspherical curved surface to be created is divided into a plurality of areas, and the elliptic motion of the cutting tool blade in the divided areas is divided. Lowermost point P1, machining start point P
2. Obtain the short diameter H of the ellipse that coincides with the curved surface of the bus formed by the machining end point P3, and determine the condition under which the feed pitch of the cutting tool blade in the bus direction in the area is the maximum as the movement locus of the tool blade. It is characterized by:

【0029】また、本発明に係わる工具保持装置は、非
球面形状曲面を被加工部材の被加工面に切削加工する工
具刃に振動を作用させて振動切削加工する工具保持装置
であって、前記工具刃に主分力方向の振動を作用させる
第1の振動発生手段と、前記工具刃に背分力方向の振動
を作用させる第2の振動発生手段と、前記工具刃を保持
する保持部材とを具備し、前記保持部材に主分力方向の
変位を拡大する拡大機構部を形成したことを特徴として
いる。
A tool holding device according to the present invention is a tool holding device for performing vibration cutting by applying vibration to a tool blade for cutting an aspherical curved surface on a surface to be processed of a member to be processed. First vibration generating means for applying vibration in the main component force direction to the tool blade, second vibration generating means for applying vibration in the back component force direction to the tool blade, and a holding member for holding the tool blade And an enlargement mechanism for increasing the displacement in the main component force direction is formed on the holding member.

【0030】また、本発明に係わる切削加工装置は、非
球面形状曲面を被加工部材の被加工面に切削加工する工
具刃に主分力方向の振動と背分力方向の振動を作用させ
て加工する切削装置であって、前記工具刃に前記主分力
方向の振動を作用させる第1の振動発生手段と、前記工
具刃に前記配分力方向の振動を作用させる第2の振動発
生手段と、前記第1及び第2の振動発生手段と前記工具
刃とを保持する保持部材と、該保持部材を介して前記工
具刃を前記被加工面の加工位置に割り出し操作する割り
出し操作部材と、前記第1及び第2の振動発生手段を駆
動制御する制御手段と、前記割り出し操作部材を駆動制
御する割り出し制御手段とを具備することを特徴として
いる。
In the cutting apparatus according to the present invention, a vibration in a main component force direction and a vibration in a back component force direction are applied to a tool blade for cutting an aspherical curved surface on a processing surface of a workpiece. A cutting device for processing, wherein first vibration generating means for applying vibration in the main component direction to the tool blade, and second vibration generating means for applying vibration in the distributed force direction to the tool blade. A holding member for holding the first and second vibration generating means and the tool blade, an indexing operation member for indexing the tool blade to a processing position on the surface to be processed via the holding member, It is characterized by comprising control means for controlling the drive of the first and second vibration generating means, and index control means for controlling the drive of the index operation member.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、添付図面を参照して詳細に説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0032】(第1の実施形態)図1は、本発明の振動
切削加工装置の第1の実施形態の構成を示す図である。
図中左側の機構図は切削加工装置の正面図を示してお
り、右側の機構図は左側の機構図を右側から見た側面図
を示している。
(First Embodiment) FIG. 1 is a view showing the configuration of a first embodiment of a vibration cutting apparatus according to the present invention.
The mechanical diagram on the left side in the figure shows a front view of the cutting apparatus, and the mechanical diagram on the right side shows a side view of the mechanical diagram on the left as viewed from the right.

【0033】図1において、2aはダイヤモンドチップ
であり、子線方向(Y方向)は円弧状である。5aは切
削工具2を主分力方向に振動させるための圧電素子であ
り、5bは背分力方向に振動させれるための圧電素子で
ある。圧電素子5a,5bの一端はそれぞれ、ベース部
材6に弾性ヒンジ6a、6bを介して接着固定されてい
る。また、圧電素子5a,5bの他端は弾性ヒンジ6
c、6dを介して振動伝達部材6eに接着固定されてい
る。ベース部材6と振動伝達部材6eはもともと同一部
材であり、平板を放電加工により、ベース部(ベース部
材6)、ヒンジ部(ヒンジ6a,6b,6c,6d)、
圧電素子挿入部(ヒンジ6aと6cの間、及びヒンジ6
bと6dの間)、振動伝達部(振動伝達部材6e)とし
て構成したものである。また、主分力方向の変位を拡大
するための拡大機構を構成するため、弾性ヒンジ6f、
6gが設けられている。
In FIG. 1, reference numeral 2a denotes a diamond tip, and the sagittal direction (Y direction) is arc-shaped. 5a is a piezoelectric element for vibrating the cutting tool 2 in the main component direction, and 5b is a piezoelectric element for vibrating in the back component direction. One ends of the piezoelectric elements 5a and 5b are fixed to the base member 6 with elastic hinges 6a and 6b, respectively. The other ends of the piezoelectric elements 5a and 5b are
It is adhesively fixed to the vibration transmitting member 6e via c and 6d. The base member 6 and the vibration transmitting member 6e are originally the same member, and a flat plate is formed by electric discharge machining to form a base portion (base member 6), hinge portions (hinges 6a, 6b, 6c, 6d),
Piezoelectric element insertion portion (between hinges 6a and 6c, and hinge 6
b and 6d) and a vibration transmitting section (vibration transmitting member 6e). Further, in order to constitute an enlargement mechanism for enlarging the displacement in the main component direction, the elastic hinge 6f,
6 g are provided.

【0034】ここで、主分力方向の変位を拡大するため
の拡大機構の動作について説明する。
Here, the operation of the enlargement mechanism for increasing the displacement in the main component force direction will be described.

【0035】図7(a)は、初期状態を示す図である。
この状態で、駆動制御装置7により圧電素子5aに通電
し変位させると、ヒンジ6a側は変位せず、ヒンジ6c
側が移動し、図7(b)に示す状態となる。即ちヒンジ
6c部が作用点、ヒンジ6f部が支点となるてこが形成
され、切削工具の先端は距離l1とl2の比率で圧電素
子の変位が拡大されてS1で示す量だけ移動する。この
際ヒンジ6a、6c、6f、6gには圧縮力あるいは引
っ張り力と曲げモーメント、ヒンジ6b、6dには主に
曲げモーメントがかかるが、弾性ヒンジは圧縮、引張り
には剛で、回転モーメントに対しては柔であるため、圧
電素子変位方向の変位伝達ロスや、剛性ヒンジを曲げる
ことによる圧電素子の発生力の損失はほとんどなく、変
位量の減少は僅かである。同様に、圧電素子5bに通電
し変位させるとヒンジ6b側は変位せず、ヒンジ6d側
が移動し、図7(c)の状態になる。この際、圧電素子
の変位を減少させる力は主にヒンジ6a、6c、6f、
6gに加わる曲げモーメントであるが、これも変位量減
少に対する影響は微小である。この図7(b)、図7
(c)の状態を重ね合わせることにより、楕円運動(回
転運動)を行う。
FIG. 7A shows the initial state.
When the piezoelectric element 5a is energized and displaced by the drive control device 7 in this state, the hinge 6a is not displaced and the hinge 6c is displaced.
The side moves to the state shown in FIG. That is, a lever is formed in which the hinge 6c is the point of action and the hinge 6f is the fulcrum, and the tip of the cutting tool moves by the amount indicated by S1 with the displacement of the piezoelectric element enlarged by the ratio of the distances l1 and l2. At this time, a compressive force or a tensile force and a bending moment are applied to the hinges 6a, 6c, 6f, and 6g, and a bending moment is mainly applied to the hinges 6b and 6d. Since it is flexible, there is almost no displacement transmission loss in the displacement direction of the piezoelectric element and little loss of the generated force of the piezoelectric element due to bending of the rigid hinge, and the amount of displacement is small. Similarly, when the piezoelectric element 5b is energized and displaced, the hinge 6b is not displaced, the hinge 6d is moved, and the state shown in FIG. At this time, the force for reducing the displacement of the piezoelectric element is mainly generated by the hinges 6a, 6c, 6f,
The bending moment applied to 6 g has only a small effect on the reduction of the displacement. FIG. 7B and FIG.
An elliptical motion (rotational motion) is performed by superimposing the states of (c).

【0036】圧電素子5a,5bは150V通電して3
0μm変位するようなものである。これに駆動制御装置
7により75V±55V程度通電し、約20μmの変位
を得る。定格電圧をフルにかける場合よりも寿命を伸ば
すことができる。2個の圧電素子5a,5bに駆動制御
装置7により、位相差が90°のsin波電圧を加える
と、l1とl2の比率に応じた切削工具2の先端の長楕
円形状の軌跡が得られる。振動の周波数は高い方が、振
動切削としての効果は高く、加工能率も高いが、駆動制
御装置7の許容電流、圧電素子の寿命、振動伝達部材6
eの共振周波数等を考慮して500Hz以下が適当であ
る。
When a voltage of 150 V is applied to the piezoelectric elements 5a and 5b,
The displacement is 0 μm. A current of about 75 V ± 55 V is applied to this by the drive control device 7 to obtain a displacement of about 20 μm. The service life can be extended more than when the rated voltage is fully applied. When a sine-wave voltage having a phase difference of 90 ° is applied to the two piezoelectric elements 5a and 5b by the drive control device 7, a long elliptical trajectory of the tip of the cutting tool 2 according to the ratio between l1 and l2 is obtained. . The higher the frequency of vibration, the higher the effect as vibration cutting and the higher the processing efficiency. However, the allowable current of the drive control device 7, the life of the piezoelectric element, the vibration transmission member 6
500 Hz or less is appropriate in consideration of the resonance frequency of e.

【0037】ベース部材6はスペーサ8に固定され、更
にスペーサは割り出し盤9に固定されている。割り出し
盤9は回転部のロータ9aと、固定部のハウジング9b
とからなり、ロータ9aはDCブラシレス等のモータで
駆動され、回転角はエンコーダで検出される。割り出し
盤9は上下に移動するZスライダ10に搭載されてい
る。被加工物は雇い11により、水平面内を移動するX
Yスライダ12に固定されている。XYスライダ12、
及びZスライダ10は、静圧軸受けで支持され、リニア
モータで駆動され、レーザ測長器で位置検出される高精
度スライダである。
The base member 6 is fixed to a spacer 8, and the spacer is fixed to an indexing board 9. The indexing board 9 includes a rotating part rotor 9a and a fixed part housing 9b.
The rotor 9a is driven by a DC brushless motor or the like, and the rotation angle is detected by an encoder. The indexing board 9 is mounted on a Z slider 10 that moves up and down. The work is moved by the hiring 11 in the horizontal plane X
It is fixed to the Y slider 12. XY slider 12,
The Z slider 10 is a high-precision slider that is supported by a static pressure bearing, driven by a linear motor, and whose position is detected by a laser length measuring device.

【0038】以上のような構成において、NC装置13
内の加工プログラムに、被加工物の母線形状、子線形
状、割り出し盤9の回転中心から切削工具2(ダイヤモ
ンドチップ2a)の先端までの距離、切削工具2(ダイ
ヤモンドチップ2a)の子線方向の曲率半径を入力し
て、被加工物の形状を加工するためのNCデータを作成
する。同期信号作成部からは一定クロック間隔で、加工
プログラムで作成したNCデータが演算制御部に送ら
れ、ここからXYスライダ、Zスライダ、割り出し軸
(ロータ9a)に割り振られた指令値がサーボコントロ
ーラ14に送られる。演算制御部での各軸(X、Y、
Z、およびロータ)への割り振りは、図2に示すよう
に、切削工具2(ダイヤモンドチップ2a)の先端の楕
円軌跡の背分力方向の軸が、母線形状の法線方向と一致
するという条件のもとで計算される。また、子線方向に
おいても、切削工具2と被加工物1の当たり点における
子線形状の法線方向と切削工具2(ダイヤモンドチップ
2a)の円弧の半径方向が一致するという条件も加味さ
れている。サーボコントローラ14から、各リニアモー
タ及び回転モータに指令位置まで移動させるための電流
が与えられ、各軸の位置をレーザ測長器及びエンコーダ
で検出し、位置検出部がこれを演算制御部に伝え、指令
との誤差をゼロにするようなサーボ系が組まれている。
In the above configuration, the NC unit 13
In the machining program in the figure, the generatrix shape and sagittal shape of the workpiece, the distance from the rotation center of the indexing board 9 to the tip of the cutting tool 2 (diamond tip 2a), the sagittal direction of the cutting tool 2 (diamond tip 2a) Is input, and NC data for processing the shape of the workpiece is created. The NC signal created by the machining program is sent to the arithmetic and control unit from the synchronization signal creating unit at a constant clock interval, and the command values assigned to the XY slider, the Z slider, and the index axis (rotor 9a) are sent therefrom. Sent to Each axis (X, Y,
Z and the rotor), as shown in FIG. 2, the condition that the axis of the elliptical locus of the tip of the cutting tool 2 (diamond tip 2a) in the back force direction coincides with the normal direction of the generatrix. Is calculated under Also in the sagittal direction, the condition that the normal direction of the sagittal shape at the point of contact between the cutting tool 2 and the workpiece 1 matches the radial direction of the arc of the cutting tool 2 (diamond tip 2a) is taken into account. I have. A current is supplied from the servo controller 14 to each of the linear motors and the rotary motors to move them to the command position. The position of each axis is detected by the laser length measuring device and the encoder, and the position detection unit transmits this to the arithmetic control unit. , A servo system that makes the error with the command zero.

【0039】実際の加工手順を図4及び図5を参照して
説明すると、切削工具2を常に楕円振動させた状態で、
被加工物1の母線方向(X方向)端部b1に対して光学
式の関係に当てはまる延長線上a1の点に被加工物1と
切削工具2を相対移動させ、子線方向(Y方向)に加工
送りし(切削工具と被加工物とをY方向への移動が主に
なるように相対移動させ)、1ライン分の加工を行う。
実際の工具経路は図4のL1であり、a1→b1→c1
→d1→e1になり、切削工具の背分力方向が加工面の
法線方向に一致するとともにZ方向に変化する面形状で
あるため、形状に追従するような工具軌跡を満足するた
めには、X、Z方向にも移動しながら1ラインの加工を
行う。その後、母線方向に点e1→e2に移動する送り
ピッチ分の移動と切削工具の回転割り出しを行う回転軸
9により法線角の移動を行い、また子線方向に加工送り
を行う(e2→d2→c2→b2→a2)。この動作を
繰り返すことにより被加工物1の全面が加工され、結果
として目標加工面が得られる。このような加工により、
装置移動精度と同等の0.1μmレベルの高い形状精度
を得ることができる。
The actual machining procedure will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In a state where the cutting tool 2 is always subjected to elliptical vibration,
The workpiece 1 and the cutting tool 2 are moved relative to each other at a point a1 on an extended line that applies an optical relationship to the generatrix direction (X direction) end b1 of the workpiece 1 and move in the sagittal direction (Y direction). Processing is performed (the cutting tool and the workpiece are relatively moved so that movement in the Y direction is mainly performed), and processing for one line is performed.
The actual tool path is L1 in FIG. 4, and a1 → b1 → c1
→ d1 → e1, and since the direction of the back force of the cutting tool coincides with the normal direction of the processing surface and changes in the Z direction, in order to satisfy a tool trajectory that follows the shape, , X, and Z are processed while moving in one line. Thereafter, the normal angle is moved by the movement of the feed pitch moving from the point e1 to e2 in the generatrix direction and the rotation axis 9 for performing the rotation index of the cutting tool, and the machining feed is performed in the sagittal direction (e2 → d2). → c2 → b2 → a2). By repeating this operation, the entire surface of the workpiece 1 is processed, and as a result, a target processed surface is obtained. By such processing,
It is possible to obtain a high shape accuracy on the order of 0.1 μm, which is equivalent to the device movement accuracy.

【0040】また、この加工手順を、被加工物の側面図
である図2を参照して説明すると、切削工具2を常に楕
円振動させた状態で、点b1から子線方向(Y方向)に
加工送りし、1ライン分の加工を行う。その後、母線方
向に送りピッチp1分移動させ、また子線方向に加工送
りを行う。この動作を繰り返すことにより被加工物1の
全面が加工され、結果として目標加工面1bが得られ
る。この様な加工により、装置移動精度と同等の0.1
μmレベルの高い形状精度を得ることができる。しかし
ながら、この様な加工法で、光学部品の型として必要な
数十nmレベルの表面粗さを得るには、母線方向送りピ
ッチを非常に細かくする必要があり加工時間が長くなっ
てしまう。例えば、楕円振動の振動振幅が20μmで、
母線形状が平面として理論表面粗さ50nmを得る場
合、送りピッチは6μmと非常に小さい。そこで、図1
に示したように、テコの原理を用いた拡大機構により、
主分力方向変位を拡大すると、工具先端の楕円形状も図
3に示すように主分力方向に拡大される。理論表面粗さ
を同一にするという条件において、P1とP2の比率は
l1とl2の比率にほぼ比例する。
The machining procedure will be described with reference to FIG. 2 which is a side view of the workpiece. In a state where the cutting tool 2 is always oscillated in an elliptical manner, the cutting tool 2 is moved from the point b1 in the sagittal direction (Y direction). Processing is performed, and processing for one line is performed. After that, it is moved by the feed pitch p1 in the generatrix direction, and is machined in the sagittal direction. By repeating this operation, the entire surface of the workpiece 1 is processed, and as a result, the target processed surface 1b is obtained. By such a processing, 0.1 which is equivalent to the movement accuracy of the apparatus can be obtained.
High shape accuracy on the order of μm can be obtained. However, in order to obtain a surface roughness of several tens of nm required as a mold of an optical component by such a processing method, the feed pitch in the generatrix direction must be extremely fine, and the processing time becomes long. For example, when the vibration amplitude of the elliptical vibration is 20 μm,
When the generatrix has a theoretical surface roughness of 50 nm as a flat surface, the feed pitch is as small as 6 μm. Therefore, FIG.
As shown in the above, the enlargement mechanism using the lever principle
When the displacement in the main component force direction is enlarged, the elliptical shape of the tool tip is also enlarged in the main component force direction as shown in FIG. Under the condition that the theoretical surface roughness is the same, the ratio between P1 and P2 is almost proportional to the ratio between l1 and l2.

【0041】したがって、圧電素子5aの変位を拡大機
構により4倍に拡大すると、P2はP1の4倍にでき、
この結果加工時間を1/4にすることができる。ただ
し、拡大率をあまり大きくすると、振動伝達部材6eが
長くなりこの部材の剛性が低下して、楕円振動の振動数
と共振して振動の軌跡が不安定になるため、この問題が
起きない拡大率である必要がある。また、圧電素子5b
の変位を減少させると、楕円がより潰れた形状になり、
切削領域の楕円の曲率半径が大きくなるため、送りピッ
チP2を拡大でき加工時間を短縮できる。背分力方向の
振幅の減少比率の平方根にほぼ反比例して送りピッチを
拡大できる。例えば、圧電素子5bの振幅を20μmか
ら5μmに減少させると、送りを約2倍にできる。
Therefore, when the displacement of the piezoelectric element 5a is enlarged four times by the enlargement mechanism, P2 can be made four times as large as P1.
As a result, the processing time can be reduced to 1/4. However, if the enlargement ratio is too large, the vibration transmission member 6e becomes longer, the rigidity of this member is reduced, and the trajectory of the vibration becomes unstable due to resonance with the frequency of the elliptical vibration. Must be a rate. Also, the piezoelectric element 5b
When the displacement of is reduced, the ellipse becomes more crushed,
Since the radius of curvature of the ellipse in the cutting area is increased, the feed pitch P2 can be increased and the processing time can be reduced. The feed pitch can be increased almost in inverse proportion to the square root of the decreasing ratio of the amplitude in the back force direction. For example, when the amplitude of the piezoelectric element 5b is reduced from 20 μm to 5 μm, the feed can be approximately doubled.

【0042】なお、工具先端の変位拡大機構に関してさ
らに説明する。
The mechanism for expanding the displacement of the tool tip will be further described.

【0043】フライカット加工の理論表面粗さは次式で
決定される。
The theoretical surface roughness of fly cutting is determined by the following equation.

【0044】 理論表面粗さRy=P2/(8×R) P:母線方向の送りピッチ R:工具回転軸から工具刃先までの長さ この式より、 P=√(Ry×8×R) となる。Theoretical surface roughness Ry = P 2 / (8 × R) P: feed pitch in the generatrix direction R: length from the tool rotation axis to the tool edge From this formula, P = √ (Ry × 8 × R) Becomes

【0045】フライカット加工の鏡面加工では、Ry=
50nm、R=10〜50mm程度を使用しており、P
は63.2μm〜141.1μmになる。
In the mirror processing of fly cut processing, Ry =
50 nm and R = about 10 to 50 mm are used.
Is 63.2 μm to 141.1 μm.

【0046】これに対して、振動切削を用いたときの表
面粗さと送りピッチは、図6に示すように、工具軌跡が
加工面に転写されることから、図中のRy1が表面粗さ
で、Lが送りピッチとなる。このため、加工時間を現実
的なもの且つフライカットより優位にするためには、L
を長くする必要がある。また、実際に市販されているP
ZTなどの大きさとストロークを考えると、ストローク
15μm、長さ20mmであり、取り付けを考慮した大
きさから考えると、ストローク45μm程度が限界と考
えられ、変位の拡大機構が必要である。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the surface roughness and the feed pitch when using vibration cutting are such that Ry1 in the figure is the surface roughness because the tool locus is transferred to the processing surface. , L is the feed pitch. Therefore, in order to make the processing time realistic and superior to fly cut, L
Need to be longer. In addition, P
Considering the size and stroke of ZT and the like, the stroke is 15 μm and the length is 20 mm. Considering the size in consideration of mounting, the stroke is considered to be about 45 μm as a limit, and a displacement enlargement mechanism is required.

【0047】なお、上記の実施形態では、切削工具に楕
円振動を与えていたが、相対的に被加工物が振動しても
よく、主分力方向の拡大機構も被加工物側に設置されて
いてもよい。さらに、楕円運動の背分力方向と母線形状
の法線方向を一致させるための回転割り出し機構がXY
スライダ側にあってもよい。また、圧電素子の機能は磁
歪素子によっても果たすことができる。
In the above embodiment, the cutting tool is subjected to the elliptical vibration. However, the workpiece may relatively vibrate, and an enlargement mechanism in the main component force direction is also provided on the workpiece. May be. Further, a rotation indexing mechanism for matching the direction of the back force of the elliptical motion with the direction of the normal to the generatrix is XY.
It may be on the slider side. Further, the function of the piezoelectric element can be performed by the magnetostrictive element.

【0048】以上説明したように、上記の第1の実施形
態によれば、切削工具の先端を楕円形状に振動させなが
ら、切削工具の振動の軌跡である楕円の背分力方向の軸
が、被加工物の加工面の法線方向を常に向くように運動
させるとともに、圧電素子等によって得られる楕円振動
の主分力方向の振動振幅を拡大機構により拡大すること
により、曲率半径の小さな被加工物のフライカット加工
において、非常に高い形状精度を得られるとともに、理
論表面粗さを劣化させることなく送りピッチを増加させ
られるため、加工時間を短縮できる。
As described above, according to the first embodiment, while the tip of the cutting tool is oscillated in an elliptical shape, the axis of the ellipse, which is the trajectory of the vibration of the cutting tool, in the direction of the back force component, By moving the workpiece so that it always faces in the normal direction of the processing surface of the workpiece, and expanding the vibration amplitude in the main component direction of the elliptical vibration obtained by the piezoelectric element, etc., using a magnification mechanism, the workpiece with a small radius of curvature can be processed. In fly cut processing of an object, extremely high shape accuracy can be obtained, and the feed pitch can be increased without deteriorating the theoretical surface roughness, so that the processing time can be reduced.

【0049】(第2の実施形態)図8は、本発明の振動
切削加工装置の第2の実施形態の構成を示すブロック図
である。
(Second Embodiment) FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a vibration cutting apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【0050】被加工物101は、母線方向(X方向)の
曲率半径が最小数百μmから最大無限大すなわち平面ま
で変化するような形状である。102aはダイヤモンド
バイトであり、子線方向(Y方向)は円弧状であり被加
工物全域における子線曲率半径の最小値よりも小さな曲
率半径を持っている。105aは切削工具を主分力方向
(X方向)に振動させるための圧電素子であり、105
bは背分力方向(Z方向)に振動させるための圧電素子
である。圧電素子の一端はそれぞれ、ベース部材106
に弾性ヒンジ106a,106bを介して接着固定され
ている。また、圧電素子の他端は弾性ヒンジ106c,
106dを介して振動伝達部材106eに接着固定され
ている。ベース部材106と振動伝達部材106eはも
ともと同一部材であり、平板を放電加工することによ
り、ベース部、ヒンジ部、圧電素子挿入部、振動伝達部
として構成したものである。また、主分力方向の変位を
拡大するための拡大機構を構成するため弾性ヒンジ10
6f,106gが設けられている。
The workpiece 101 has such a shape that the radius of curvature in the generatrix direction (X direction) varies from a minimum of several hundred μm to a maximum infinity, that is, a plane. Reference numeral 102a denotes a diamond cutting tool, which has an arc shape in the sagittal direction (Y direction) and has a radius of curvature smaller than the minimum value of the sagittal radius of curvature in the entire workpiece. Reference numeral 105a denotes a piezoelectric element for vibrating the cutting tool in the main component force direction (X direction).
b is a piezoelectric element for vibrating in the back force direction (Z direction). One end of each piezoelectric element is connected to a base member 106.
Are bonded and fixed via elastic hinges 106a and 106b. The other end of the piezoelectric element is connected to an elastic hinge 106c,
It is adhesively fixed to the vibration transmitting member 106e via 106d. The base member 106 and the vibration transmission member 106e are originally the same member, and are configured as a base portion, a hinge portion, a piezoelectric element insertion portion, and a vibration transmission portion by subjecting a flat plate to electric discharge machining. Further, the elastic hinge 10 is used to constitute an enlargement mechanism for increasing the displacement in the main component force direction.
6f and 106g are provided.

【0051】この状態で、PZT駆動制御装置107a
により圧電素子105aに通電し変位させると、ヒンジ
106a側は変位せず、ヒンジ106c側が移動する。
これによりヒンジ106c部が作用点、ヒンジ106f
部が支点となるてこが形成され、切削工具102の先端
は距離l1とl2の比率で圧電素子105aの変位が拡
大されて移動する。この際ヒンジ106a,106c,
106f,106gには圧縮力或いは引張り力と曲げモ
ーメント、ヒンジ106b,106dには主に曲げモー
メントがかかるが、弾性ヒンジは圧縮、引張りには剛
で、回転モーメントに対しては柔であるため、圧電素子
105aの変位方向の変位伝達ロスや、剛性ヒンジを曲
げることによる圧電素子105aの発生力の損失はほと
んどなく、変位量の減少は僅かである。同様に、PZT
駆動制御装置107bにより圧電素子105bに通電し
変位させるとヒンジ106b側は変位せず、ヒンジ10
6d側が移動する。この際、圧電素子の変位を減少させ
る力は主にヒンジ106a,106c,106f,10
6gに加わる曲げモーメントであるが、これも変位量減
少に対する影響は微小である。
In this state, the PZT drive control device 107a
When the piezoelectric element 105a is energized and displaced, the hinge 106a side is not displaced, and the hinge 106c side is moved.
As a result, the hinge 106c becomes the point of action, and the hinge 106f
A lever is formed with the portion as a fulcrum, and the tip of the cutting tool 102 moves with the displacement of the piezoelectric element 105a enlarged at a ratio of the distances l1 and l2. At this time, the hinges 106a, 106c,
A compressive or tensile force and a bending moment are applied to 106f and 106g, and a bending moment is mainly applied to the hinges 106b and 106d. However, since the elastic hinge is rigid for compression and tension and flexible for rotational moment, There is almost no displacement transmission loss in the displacement direction of the piezoelectric element 105a and no loss in the generated force of the piezoelectric element 105a due to bending of the rigid hinge, and the amount of displacement is small. Similarly, PZT
When the piezoelectric element 105b is energized and displaced by the drive control device 107b, the hinge 106b is not displaced and the hinge 10b is displaced.
The 6d side moves. At this time, the force for reducing the displacement of the piezoelectric element is mainly generated by the hinges 106a, 106c, 106f, 10
The bending moment applied to 6 g has only a small effect on the reduction of the displacement.

【0052】圧電素子105a,105bは150V通
電して30μm変位するようなものである。これに駆動
制御装置107a,107bにより75V±55V程度
通電し、約20μmの変位を得る。定格電圧をフルにか
けるより寿命を伸ばすことができる。2個の圧電素子1
05a,105bにPZT駆動制御装置107a,10
7bにより、位相差が90度のsin波電圧を加える
と、l1とl2の比率に応じた切削工具先端の楕円形状
の軌跡が得られる。振動伝達部材106eをあまり長く
するとこの部材の剛性が低下して、楕円振動の振動数と
共振して振動の軌跡が不安定になるため、この問題が起
きない拡大率である必要がある。
The piezoelectric elements 105a and 105b are such that they are displaced by 30 μm when 150 V is applied. A current of about 75 V ± 55 V is supplied to the drive control devices 107a and 107b to obtain a displacement of about 20 μm. The service life can be extended as compared to applying the full rated voltage. Two piezoelectric elements 1
PZT drive control devices 107a and 107b
According to 7b, when a sine wave voltage having a phase difference of 90 degrees is applied, an elliptical trajectory at the tip of the cutting tool according to the ratio of l1 and l2 is obtained. If the vibration transmitting member 106e is made too long, the rigidity of the member is reduced, and the vibration resonates with the frequency of the elliptical vibration and the trajectory of the vibration becomes unstable.

【0053】l1が10mmとすると、l2が50mm
程度が適当と考えられるため、主分力方向ストロークは
100μmとなる。振動の周波数は高い方が、振動切削
としての効果は高く加工能率も高いが、PZT駆動制御
装置107a,107bの許容電流、圧電素子105
a,105bの寿命、振動伝達部材106eの共振周波
数等を考慮して500Hz以下が適当である。一般的に
は、超音波振動周波数の10kHZ〜40kHzを使用
するが、これは振動子或いは構造体の共振を利用して振
動振幅を拡大するもので、共振状態のため切削抵抗やバ
イトと被加工物の接触等による共振状態の系変化により
振動振幅が変化しやすく、バイト軌跡が意図したものか
らずれ、形状精度が劣化する可能性があるため、共振状
態を使用しない構成とした。
If l1 is 10 mm, l2 is 50 mm
Since the degree is considered appropriate, the stroke in the main component force direction is 100 μm. The higher the frequency of vibration, the higher the effect as vibration cutting and the higher the processing efficiency. However, the allowable current of the PZT drive control devices 107a and 107b, the piezoelectric element 105
500 Hz or less is appropriate in consideration of the life of the a and 105b, the resonance frequency of the vibration transmitting member 106e, and the like. Generally, an ultrasonic vibration frequency of 10 kHz to 40 kHz is used. This is to increase the vibration amplitude by using the resonance of the vibrator or the structure. Since the vibration amplitude is likely to change due to a system change in the resonance state due to contact of an object or the like, the tool locus may deviate from the intended one, and the shape accuracy may be deteriorated.

【0054】ベース部材106はスペーサ108に固定
され、更にスペーサ108は割り出し盤109に固定さ
れている。割り出し盤109は回転部のロータ109a
と、固定部のハウジング109bとからなり、ロータ1
09aはDCブラシレス等のモータで駆動され、回転角
はエンコーダで検出される。割り出し盤109は上下に
移動するZスライダ110に搭載されている。被加工物
は雇い111により、水平面内を移動するXYスライダ
112に固定されている。XYスライダ112は、静圧
軸受けで支持され、リニアモータで駆動され、レーザ測
長器で位置検出される高精度スライダである。
The base member 106 is fixed to a spacer 108, and the spacer 108 is fixed to an indexing board 109. The indexing board 109 is a rotating part rotor 109a.
And a fixed portion housing 109b.
09a is driven by a motor such as a DC brushless, and the rotation angle is detected by an encoder. The indexing board 109 is mounted on a Z slider 110 that moves up and down. The workpiece is fixed to the XY slider 112 that moves in a horizontal plane by the hiring 111. The XY slider 112 is a high-precision slider that is supported by a static pressure bearing, driven by a linear motor, and whose position is detected by a laser length measuring device.

【0055】以上のような構成において、バイトを主分
力方向と背分力方向に振動させながら子線方向に連続的
に送り、1ライン加工後母線方向に送りピッチP分だけ
送り、以上の動作を繰り返して全域を加工する。
In the above construction, the cutting tool is continuously fed in the sagittal direction while vibrating in the main component force direction and the back component force direction, and is fed by the feed pitch P in the generatrix direction after processing one line. The operation is repeated to process the entire area.

【0056】このような運動をさせるために、NC装置
113内の加工プログラム作成部に、被加工物101の
母線形状、子線形状、割り出し盤109の回転中心から
切削工具102の先端までの距離、切削工具102の子
線方向の曲率半径を入力して、被加工物の形状を加工す
るためのNCデータを作成する。
In order to make such a motion, the machining program creating unit in the NC device 113 informs the generating line shape and the sagittal line shape of the workpiece 101 and the distance from the rotation center of the indexing board 109 to the tip of the cutting tool 102. Then, the radius of curvature in the sagittal direction of the cutting tool 102 is input, and NC data for processing the shape of the workpiece is created.

【0057】同期信号作成部からは一定クロック間隔
で、加工プログラムで作成したNCデータが演算制御部
に送られ、ここから2個の圧電素子105a,105b
及びX、Y、Z、割り出し軸に割り振られた指令値がそ
れぞれのPZT駆動制御装置107a,107bとサー
ボコントローラ114に送られる。
The NC data created by the machining program is sent from the synchronizing signal creating unit to the arithmetic and control unit at a constant clock interval, from which the two piezoelectric elements 105a and 105b are sent.
X, Y, Z, and the command values assigned to the index axes are sent to the respective PZT drive control devices 107a and 107b and the servo controller 114.

【0058】演算制御部でのPZT駆動制御装置107
a,107bへの指令値は、母線の曲率変化に対応させ
るように、主分力方向に振動する圧電素子105aと背
分力方向に振動する圧電素子105bの変位量と両者の
位相を算出している。PZT駆動制御装置107a,1
07bは与えられた指令値をsin波形状の電圧に増幅
し、圧電素子105a,105bに与える。これによ
り、図9のように被加工物の曲率半径が101c,10
1d,101eと変化しても、バイト先端軌跡形状を被
加工物の曲率半径に合わせて102c,102d,10
2eと変化させることができる。
PZT drive control unit 107 in operation control unit
The command values to a and 107b are calculated by calculating the displacement amounts of the piezoelectric element 105a vibrating in the main component direction and the piezoelectric element 105b vibrating in the back component direction, and the phases of both, so as to correspond to the curvature change of the bus. ing. PZT drive control device 107a, 1
Reference numeral 07b amplifies the given command value to a voltage having a sinusoidal shape and supplies the voltage to the piezoelectric elements 105a and 105b. As a result, as shown in FIG.
Even if it changes to 1d and 101e, the tool tip trajectory shape is adjusted to 102c, 102d and 10 according to the radius of curvature of the workpiece.
2e.

【0059】具体的には、母線方向の送りピッチが最大
になることを条件とする軌跡計算をする。図10により
説明すれば、主分力方向のストロークLは変位拡大機構
により最大100μmであり、そのうち80%のストロ
ークを形状創生に使用するものとし、バイト先端の最下
点P1と加工開始点P2、加工終了点P3で母線形状と
一致する楕円の短直径Hを求め、バイト先端軌跡形状1
02fとなるようPZT駆動制御装置107a,107
bに指令する。
Specifically, the trajectory calculation is performed on condition that the feed pitch in the generatrix direction becomes maximum. According to FIG. 10, the stroke L in the main component force direction is 100 μm at the maximum by the displacement enlarging mechanism, and 80% of the stroke is used for shape creation, and the lowest point P1 at the tip of the cutting tool and the machining start point At P2 and the machining end point P3, the short diameter H of the ellipse that matches the generatrix shape is determined, and the cutting tool tip trajectory shape 1
02f so that the PZT drive control devices 107a and 107
b.

【0060】例えば、母線曲率半径が0.4mmではH
=10.00μmである。この場合の圧電素子105
a,105bに与える電圧波形は図11のようになる。
曲率半径が1mmではH=4.00μm、曲率半径10
mmではH=0.40μmとHが減少するが、背分力方
向のストロークが減少すると切り粉の排出性が低下する
などして振動切削の利点が損なわれる。このため母線曲
率半径が0.4mmより大きな場合は、図12のバイト
軌跡102gのようにH=10μmとなるよう加工終了
点P3以降は楕円の軌跡より大きく変位させ、その後圧
電素子105bに一定電圧を与え、侵入動作を開始し加
工開始点P2まで大きく変位させその後は楕円軌道用の
電圧を与えることとする。この際の圧電素子への電圧波
形は図13のようになる。
For example, if the radius of curvature of the bus bar is 0.4 mm, H
= 10.00 μm. Piezoelectric element 105 in this case
The voltage waveforms applied to a and 105b are as shown in FIG.
When the radius of curvature is 1 mm, H = 4.00 μm and the radius of curvature is 10
In mm, H is reduced to 0.40 μm, but when the stroke in the direction of the back force is reduced, the advantage of vibration cutting is impaired, for example, because the dischargeability of chips is reduced. For this reason, when the radius of curvature of the bus bar is larger than 0.4 mm, after the machining end point P3, the displacement after the machining end point P3 is larger than the elliptical locus so that H = 10 μm as shown in the bite locus 102g in FIG. To start the intrusion operation and make a large displacement to the machining start point P2, and then apply the voltage for the elliptical orbit. The voltage waveform to the piezoelectric element at this time is as shown in FIG.

【0061】曲率半径が拡大機構の腕の長さl2の50
mmより大きな場合は、主分力方向のみ最大振動振幅を
与え、背分力方向には加工中振動させず非加工時は同様
にH=10μmとなるような指令を与える。すなわち、
曲率半径が50mmより大きな場合は、バイト旋回半径
は常に50mmとなり、非加工時は10μmだけ背分力
方向に逃げている。また曲率半径が0.2mm以下で
は、主分力方向ストロークを最大にすると、背分力方向
ストロークが20μmでは不足するため、背分力方向ス
トローク20μmを固定し、主分力方向ストロークを減
少させていく。さらに曲率半径が0.01mm以下では
主分力方向ストロークも背分力方向ストロークも曲率半
径の2倍の値を取るものとする。
The radius of curvature is 50, which is the length l2 of the arm of the enlargement mechanism.
If it is larger than mm, the maximum vibration amplitude is given only in the main component force direction, and a command is given so that H = 10 μm in the non-machining direction without vibration during machining in the back component force direction. That is,
When the radius of curvature is larger than 50 mm, the turning radius of the cutting tool is always 50 mm, and escapes by 10 μm in the direction of the back force when not machining. When the radius of curvature is 0.2 mm or less, if the main component direction stroke is maximized, the back component direction stroke is insufficient at 20 μm, so the back component direction stroke is fixed at 20 μm, and the main component direction stroke is reduced. To go. Further, when the radius of curvature is 0.01 mm or less, both the main component force direction stroke and the back component force direction stroke assume a value twice the radius of curvature.

【0062】以上をまとめると、母線曲率半径により、
主分力方向及び背分力方向の圧電素子のストロークを図
14のように指令することになる。
To summarize the above, according to the radius of curvature of the bus,
The strokes of the piezoelectric element in the main component direction and the back component direction are commanded as shown in FIG.

【0063】演算制御部からのX、Y、Z、割り出し軸
への指令値は、母線曲率半径に応じて母線送りピッチP
が主分力方向ストロークの0.8倍になるように計算さ
れる。これによりどの様な母線曲率半径であっても常に
最大の送りピッチが得られ加工時間の短縮が可能にな
る。また演算制御部からの指令値は切削工具の先端の楕
円軌跡の背分力方向の軸が、母線形状の法線方向と一致
するという条件のもとで計算され、更に子線方向におい
ても、切削工具と被加工物の当たり点における子線形状
の法線方向と切削工具の円弧の半径方向が一致するとい
う条件も加味されている。
The command values for the X, Y, Z and index axes from the arithmetic and control unit are based on the bus feed pitch P according to the bus curvature radius.
Is calculated to be 0.8 times the main component direction stroke. Thus, the maximum feed pitch is always obtained regardless of the radius of curvature of the bus bar, and the processing time can be reduced. In addition, the command value from the arithmetic control unit is calculated under the condition that the axis in the back force direction of the elliptical locus of the tip of the cutting tool coincides with the normal direction of the generatrix. The condition that the normal direction of the sagittal shape at the contact point between the cutting tool and the workpiece coincides with the radial direction of the arc of the cutting tool is also taken into consideration.

【0064】各PZT駆動制御装置107a,107b
からは、バイト先端を楕円運動させるため変位指令に見
合った電圧が圧電素子に印加され、サーボコントローラ
からは、各リニアモータ及び回転モータに指令位置まで
移動させるための電流が与えられ、各軸の位置をレーザ
測長器及びエンコーダで検出し、位置検出部がこれを演
算制御部に伝え、指令との誤差をゼロにするようなサー
ボ系が組まれている。
Each PZT drive control device 107a, 107b
From, the voltage corresponding to the displacement command is applied to the piezoelectric element in order to make the tip of the cutting tool move elliptically, and a current for moving each linear motor and the rotary motor to the command position is given from the servo controller. A servo system is provided in which the position is detected by a laser length measuring device and an encoder, and the position detection unit transmits this to an arithmetic and control unit to reduce the error from the command to zero.

【0065】上記のような構成によれば、図9におい
て、例えば101c部分の曲率半径が5mm、101d
部分の曲率半径が100mm、101e部分の曲率半径
が0.1mmで、母線の長さが約100mmであるよう
な母線曲率半径変化が大きくサイズも大きな被加工物に
対し、理論表面粗さを20nmに設定しても、2〜3時
間程度で加工することができる。
According to the above configuration, in FIG. 9, for example, the radius of curvature of the portion 101c is 5 mm,
The radius of curvature of the portion is 100 mm, the radius of curvature of the portion 101e is 0.1 mm and the length of the bus bar is approximately 100 mm. Can be processed in about 2 to 3 hours.

【0066】この方式の加工では、母線形状を楕円で近
似しているので本来の形状からの形状誤差が生じるが、
この量は例えば曲率半径1mmでは50nm、曲率半径
10mmでは5nmと形状誤差としてはほとんど無視で
きるオーダーである。さらに形状誤差を少なくする場合
には、演算制御部で母線曲率半径に応じたsin波形の
歪み率を計算し、PZT駆動制御装置107a,107
bにおいて波形を歪ませる回路を加えればよい。
In the processing of this method, a shape error from the original shape occurs because the bus shape is approximated by an ellipse.
This amount is, for example, 50 nm for a radius of curvature of 1 mm and 5 nm for a radius of curvature of 10 mm, which is an order that can be almost ignored as a shape error. In order to further reduce the shape error, the arithmetic control unit calculates the distortion rate of the sine waveform according to the radius of curvature of the bus, and the PZT drive control units 107a, 107
In b, a circuit for distorting the waveform may be added.

【0067】以上の実施形態では、主に母線形状が凹の
場合について説明したが、平面及び凸形状の場合には、
バイト旋回半径を50mmとした動きをさせ、母線送り
ピッチは旋回半径50mmと母線曲率半径と要求される
理論表面粗さから算出すればよい。
In the above embodiment, the case where the generatrix shape is mainly concave has been described.
The tool is moved with a turning radius of 50 mm, and the bus feed pitch may be calculated from the turning radius of 50 mm, the radius of curvature of the bus, and the required theoretical surface roughness.

【0068】また、子線方向に1ライン分連続約に加工
し、母線方向にあるピッチ分送る方式について説明した
が、母線方向に1ライン分連続的に加工し、子線方向に
ピッチ送りする加工もできる。この場合は、母線加工中
にバイト先端軌跡を連続的に変化するようPZT駆動制
御装置に指令する。
Also, a method has been described in which a line is continuously processed in the sagittal direction by one line and is fed by a certain pitch in the generatrix direction. Processing is also possible. In this case, the PZT drive control device is instructed to continuously change the tool tip trajectory during busbar processing.

【0069】また、図15のような複数の自由曲面が連
続している形状においても、従来は101fの部分で分
割して加工する必要があったが、第2の実施形態によれ
ば1fにおいて0.1mm程度の曲率半径を付けること
により、1個の被加工物として連続的に加工可能であ
り、部品コスト低減、段取り・加工の時間短縮、複数部
品の位置合わせ誤差による形状精度劣化の防止が可能と
なった。
Also, in the case of a shape in which a plurality of free-form surfaces are continuous as shown in FIG. 15, it has conventionally been necessary to divide and process the portion 101f. By adding a radius of curvature of about 0.1 mm, it can be processed continuously as one workpiece, reducing component costs, shortening setup and processing time, and preventing shape accuracy deterioration due to positioning errors of multiple components. Became possible.

【0070】これらの振動切削装置と加工法によって、
レーザービームプリンターのスキャナ光学系に使用され
るトーリックレンズやヘッドマウントディスプレイ用プ
リズム等の自由曲面形状の光学素子を高精度に短時間で
切削加工することができる。光学プラスチック材料であ
れば直接切削することができ、ガラス材料でも切り込み
が数μm以下であれば加工できる。
With these vibration cutting devices and processing methods,
A free-form optical element such as a toric lens or a head-mounted display prism used in a scanner optical system of a laser beam printer can be cut with high precision in a short time. An optical plastic material can be directly cut, and a glass material can be processed if the cut is several μm or less.

【0071】また量産用のリン青銅や真鍮、鋼材や超硬
材にニッケル系切削層を付けた金型を加工できるので、
これらを用いたプラスチック成形やガラス成形により、
自由曲面光学素子の量産が可能である。さらにこれら光
学素子により、光学部品点数削減、光学性能向上がで
き、製品の小型、高性能、コストダウンができる。
Also, since a mold having a nickel-based cutting layer applied to phosphor bronze, brass, steel, or cemented carbide for mass production can be machined,
By plastic molding and glass molding using these,
Mass production of free-form surface optical elements is possible. Further, with these optical elements, the number of optical components can be reduced and the optical performance can be improved, and the product can be reduced in size, performance, and cost.

【0072】以上説明したように、主分力方向の変位が
最大100μm程度とれる振動切削装置と4軸NC装置
を用い、バイト先端の軌跡が被加工物の曲率半径に近く
なるよう、背分力方向の振動振幅と主分力方向の振動振
幅と両者の位相を制御することにより、従来実質的に製
作できなかった数mm以下の曲率半径を持つ自由曲面光
学素子を数十nmの良好な表面粗さと、量産において実
用上問題ない数時間程度の時間で、プラスチックやガラ
スあるいはその金型において製作が可能になり、さらに
曲率半径が数μmから平面まで、そして凹から凸まで変
化するような自由曲面形状の素子も加工可能となる。
As described above, the vibrating cutting device and the 4-axis NC device capable of maximally displacing about 100 μm in the main component force direction are used, and the back force is set so that the locus of the cutting tool tip is close to the radius of curvature of the workpiece. By controlling the vibration amplitude in the direction and the vibration amplitude in the main component force direction and the phase of both, a free-form surface optical element having a radius of curvature of several mm or less, which could not be practically manufactured, can be manufactured with a good surface of several tens nm. In a few hours, there is no problem in terms of roughness and mass production, and plastic or glass or its mold can be manufactured, and the radius of curvature can be changed from a few μm to a flat surface, and from concave to convex. A curved element can also be processed.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良好な表面粗さを短時間で得ることが可能となる。
As described above, according to the present invention,
Good surface roughness can be obtained in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の振動切削加工装置の
構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vibration cutting apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】加工形状の生成状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a generation state of a processing shape.

【図3】加工形状の生成状態及び送り拡大状態を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a generation state of a machining shape and an enlarged feed state.

【図4】被加工物の加工状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a processing state of a workpiece.

【図5】図4の側面図である。FIG. 5 is a side view of FIG.

【図6】切削工具の刃先の軌跡を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a trajectory of a cutting edge of a cutting tool.

【図7】切削工具の主分力方向の変位を拡大する動作を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation of enlarging a displacement of a cutting tool in a main component force direction.

【図8】本発明の振動切削装置の第2の実施形態の構成
を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a vibration cutting device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】バイト先端軌跡の変化を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a change in a tool tip trajectory.

【図10】バイト先端軌跡の詳細を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing details of a tool tip trajectory;

【図11】圧電素子への印加電圧を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a voltage applied to a piezoelectric element.

【図12】母線曲率半径が大きな場合のバイト先端軌跡
の詳細を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing details of a tool tip trajectory when a generatrix radius of curvature is large.

【図13】図12における圧電素子への印加電圧を示す
図である。
13 is a diagram showing a voltage applied to the piezoelectric element in FIG.

【図14】母線曲率半径と圧電素子の変位量の関係を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a radius of curvature of a bus bar and a displacement amount of a piezoelectric element.

【図15】母線曲率半径が不連続に変化する被加工物を
示す図である。
FIG. 15 is a view showing a workpiece whose radius of curvature changes discontinuously.

【図16】従来のフライカット加工方式を示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a conventional fly cut processing method.

【図17】従来の振動切削による加工形状生成状態を示
す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a state in which a processed shape is generated by conventional vibration cutting.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被加工物 2 切削工具 5a,5b 圧電素子 6a,6b,6c,6d,6g,6f 弾性ヒンジ 6e 振動伝達部材 7 駆動制御装置 9 割り出し盤 13 NC装置 14 サーボコントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Workpiece 2 Cutting tool 5a, 5b Piezoelectric element 6a, 6b, 6c, 6d, 6g, 6f Elastic hinge 6e Vibration transmission member 7 Drive control device 9 Indexing board 13 NC device 14 Servo controller

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 切削工具と被加工物を相対的に主分力方
向と背分力方向とに振動させながら曲面からなる加工面
の切削を行う切削加工方法であって、 前記切削工具を、該切削工具の先端の振動の軌跡である
楕円の背分力方向の軸が前記被加工物の加工面の法線方
向を向くように運動させることを特徴とする切削加工方
法。
1. A cutting method for cutting a processing surface formed of a curved surface while vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component direction and a back component direction, wherein the cutting tool comprises: A cutting method, wherein the axis of the elliptical back force direction, which is the trajectory of the vibration of the tip of the cutting tool, is moved so as to point in the direction of the normal to the processing surface of the workpiece.
【請求項2】 前記切削工具を主分力方向に振動させる
駆動源の振幅を拡大して前記切削工具に伝達させること
を特徴とする請求項1に記載の切削加工方法。
2. The cutting method according to claim 1, wherein an amplitude of a drive source for vibrating the cutting tool in a main component direction is enlarged and transmitted to the cutting tool.
【請求項3】 前記切削工具と被加工物を相対的に振動
させる駆動源に圧電素子を用いることを特徴とする請求
項1に記載の切削加工方法。
3. The cutting method according to claim 1, wherein a piezoelectric element is used as a drive source for relatively vibrating the cutting tool and the workpiece.
【請求項4】 切削工具と被加工物を相対的に主分力方
向と背分力方向とに振動させるための加振手段と、 前記切削工具を、該切削工具の先端の振動の軌跡である
楕円の背分力方向の軸が前記被加工物の曲面からなる加
工面の法線方向を向くように運動させる駆動手段とを具
備することを特徴とする切削加工装置。
4. A vibrating means for vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component force direction and a back component force direction, wherein the cutting tool is moved along a locus of vibration of a tip of the cutting tool. A cutting device comprising: driving means for moving an axis of a certain ellipse in the direction of the back force so as to point in a direction normal to a curved surface of the workpiece.
【請求項5】 前記切削工具を主分力方向に振動させる
駆動源の振幅を拡大して前記切削工具に伝達する拡大手
段をさらに具備することを特徴とする請求項4に記載の
切削加工装置。
5. The cutting apparatus according to claim 4, further comprising an enlarging means for enlarging an amplitude of a driving source for vibrating the cutting tool in a main component direction and transmitting the amplitude to the cutting tool. .
【請求項6】 前記切削工具と被加工物を相対的に振動
させる駆動源に圧電素子を用いたことを特徴とする請求
項4に記載の切削加工装置。
6. The cutting apparatus according to claim 4, wherein a piezoelectric element is used as a drive source for relatively vibrating the cutting tool and the workpiece.
【請求項7】 切削工具と被加工物を相対的に主分力方
向と配分力方向に振動させながら光学式の関係を満足す
る曲面の切削加工を行う切削加工方法であって、 前記振動により、前記切削工具の刃先を楕円運動させる
ための楕円運動工程と、 前記切削工具を、前記楕円の背分力方向の軸が前記被加
工物の加工面の法線方向を向くように、前記楕円の中心
軸と平行な軸周りに回動させる回動工程とを具備するこ
とを特徴とする切削加工方法。
7. A cutting method for cutting a curved surface that satisfies an optical relationship while vibrating a cutting tool and a workpiece relatively in a main component force direction and a distribution force direction. An elliptical movement step for causing the cutting edge of the cutting tool to perform an elliptical motion; and the elliptical movement of the cutting tool so that an axis of the elliptical back force direction points in a direction normal to a processing surface of the workpiece. A turning step of turning around an axis parallel to the center axis of the cutting process.
【請求項8】 切削工具と被加工物とを相対的に主分力
方向と背分力方向とに振動させながら前記被加工物を切
削加工するための切削加工方法において、 前記被加工物の加工面の曲率の変化に伴って、前記切削
工具の先端の振動の軌跡を前記被加工物の曲率に合わせ
て変化させることを特徴とする切削加工方法。
8. A cutting method for cutting a workpiece while relatively oscillating a cutting tool and a workpiece in a main component direction and a back component direction, wherein: A cutting method, wherein the trajectory of the vibration of the tip of the cutting tool is changed in accordance with the curvature of the workpiece in accordance with the change in the curvature of the processing surface.
【請求項9】 前記切削工具の主分力方向の振動の振幅
と位相、及び前記切削工具の背分力方向の振動の振幅と
位相とを制御することにより、前記切削工具の先端の振
動の軌跡を制御することを特徴とする請求項8に記載の
切削加工方法。
9. The vibration of the tip of the cutting tool is controlled by controlling the amplitude and phase of the vibration of the cutting tool in the main component direction and the amplitude and phase of the vibration of the cutting tool in the back component direction. The cutting method according to claim 8, wherein the trajectory is controlled.
【請求項10】 前記切削工具の先端を楕円運動させる
ことを特徴とする請求項9に記載の切削加工方法。
10. The cutting method according to claim 9, wherein the tip of the cutting tool is moved in an elliptical manner.
【請求項11】 切削工具を主分力方向と背分力方向に
振動させる駆動手段と、 被加工物の加工面の曲率変化に前記切削工具を追従させ
るために、前記切削工具の主分力方向の振動振幅と背分
力方向の振動振幅と振動の位相とを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする切削加工装置。
11. A driving means for vibrating a cutting tool in a main component force direction and a back component force direction, and a main component force of the cutting tool for causing the cutting tool to follow a change in curvature of a processing surface of a workpiece. A cutting device comprising: a control unit that controls a vibration amplitude in a direction, a vibration amplitude in a back force direction, and a phase of the vibration.
【請求項12】 前記制御手段は、前記切削工具の先端
を楕円運動させるように制御することを特徴とする請求
項11に記載の切削加工装置。
12. The cutting apparatus according to claim 11, wherein the control unit controls the tip of the cutting tool to perform an elliptical motion.
【請求項13】 請求項8乃至10のいずれか1項に記
載された切削加工方法により加工されたことを特徴とす
る光学素子。
13. An optical element processed by the cutting method according to claim 8. Description:
【請求項14】 請求項8乃至10のいずれか1項に記
載された切削加工方法により加工されたことを特徴とす
る光学素子の成形用金型。
14. A molding die for an optical element, which is processed by the cutting method according to claim 8. Description:
【請求項15】 請求項11又は12に記載された切削
加工装置により加工されたことを特徴とする光学素子。
15. An optical element processed by the cutting apparatus according to claim 11. Description:
【請求項16】 請求項11又は12に記載された切削
加工装置により加工されたことを特徴とする光学素子の
成形用金型。
16. A mold for molding an optical element, which is processed by the cutting apparatus according to claim 11. Description:
【請求項17】 被加工部材の被加工面に母線曲面と子
線曲面からなる非球面形状曲面を創生加工する切削工具
刃に主分力方向と背分力方向の振動による楕円運動を付
与して加工する切削加工方法において、 前記創生すべき非球面形状曲面を複数の区域に区分し、
前記切削工具刃の前記区分された区域における前記楕円
運動の最下点P1、加工開始点P2、加工終了点P3で
構成される母線曲面と一致する楕円の短直径Hを求め、
前記区域において母線方向への切削工具刃の送りピッチ
が最大となる条件を前記工具刃の移動軌跡とすることを
特徴とする切削加工方法。
17. An elliptical motion due to vibrations in a main component direction and a back component direction is applied to a cutting tool blade for creating an aspherical curved surface including a bus surface and a sagittal surface on a surface to be processed of a member to be processed. In the cutting method to process, the aspherical curved surface to be created is divided into a plurality of areas,
A short diameter H of an ellipse that coincides with a generatrix formed by a lowermost point P1, a processing start point P2, and a processing end point P3 of the elliptical motion in the sectioned area of the cutting tool blade is obtained,
A cutting method characterized in that a condition in which the feed pitch of the cutting tool blade in the generatrix direction is maximum in the area is a movement locus of the tool blade.
【請求項18】 非球面形状曲面を被加工部材の被加工
面に切削加工する工具刃に振動を作用させて振動切削加
工する工具保持装置であって、 前記工具刃に主分力方向の振動を作用させる第1の振動
発生手段と、 前記工具刃に背分力方向の振動を作用させる第2の振動
発生手段と、 前記工具刃を保持する保持部材とを具備し、 前記保持部材に主分力方向の変位を拡大する拡大機構部
を形成したことを特徴とする工具保持装置。
18. A tool holding device for performing vibration cutting by applying vibration to a tool blade for cutting an aspherical curved surface on a surface to be processed of a member to be processed, wherein the vibration in the main component force direction is applied to the tool blade. A first vibration generating means for applying a vibration, a second vibration generating means for applying a vibration in the direction of a back force to the tool blade, and a holding member for holding the tool blade. A tool holding device having an enlargement mechanism for increasing displacement in a component force direction.
【請求項19】 非球面形状曲面を被加工部材の被加工
面に切削加工する工具刃に主分力方向の振動と背分力方
向の振動を作用させて加工する切削装置であって、 前記工具刃に前記主分力方向の振動を作用させる第1の
振動発生手段と、 前記工具刃に前記配分力方向の振動を作用させる第2の
振動発生手段と、 前記第1及び第2の振動発生手段と前記工具刃とを保持
する保持部材と、 該保持部材を介して前記工具刃を前記被加工面の加工位
置に割り出し操作する割り出し操作部材と、 前記第1及び第2の振動発生手段を駆動制御する制御手
段と、 前記割り出し操作部材を駆動制御する割り出し制御手段
とを具備することを特徴とする切削加工装置。
19. A cutting device for machining a tool blade for machining an aspherical curved surface on a surface to be machined by a main component force direction vibration and a back component force direction vibration. First vibration generating means for applying vibration in the main component direction to the tool blade; second vibration generating means for applying vibration in the distribution force direction to the tool blade; and the first and second vibrations A holding member for holding the generating means and the tool blade, an indexing operation member for indexing the tool blade to a processing position on the work surface via the holding member, and the first and second vibration generating means And a control means for controlling the drive of the indexing operation member.
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