JP2002160103A

JP2002160103A - 曲面加工方法及び曲面加工装置

Info

Publication number: JP2002160103A
Application number: JP2000354085A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakagawa; 寛紀中川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-06-04

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工物への研削加工によって工具が摩耗し
て振動が大きくなった場合でも、被加工面の粗さや形状
崩れを防止する。【解決手段】工具８を回転させる回転手段９と、工具
８が被加工物１に接触した状態で工具８及び被加工物１
を相対的に移動させる移動手段３と、切削時における被
加工物１又は工具８の振動を検出する振動検出手段１５
と、振動検出手段１５から入力された振動を所定値と比
較し、振動が所定値を超えたとき、振動が所定値以下と
なるように回転手段９及び移動手段３を制御する制御手
段１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切削によって被加工
物に曲面を形成する曲面加工方法及び曲面加工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子や光学素子を成形する成形型等
は、工具によって切削することにより、軸非対称の光学
面や成形面を成形している。このような被加工物に対し
て、軸非対称の曲面を加工する場合には、設計式及び設
計データに基づいた座標形（Ｘ、Ｙ、Ｚ等）を用いて加
工を行っており、このため被加工物をＮＣ加工機に取り
付けて加工している。特開平８−３３６７０１号公報に
は、このような加工を行う従来の方法が記載されてい
る。

【０００３】上記公報の方法は、ＮＣ工作機械のＸＹテ
ーブル上に加工物を保持させる一方、ＮＣ工作機械の回
転主軸を上述したＸＹ方向と直交するＺ軸方向に往復運
動可能としている。、そして、ダイヤモンド工具などの
工具を回転主軸に取り付け、回転主軸の回転駆動によっ
て工具を旋回させると共に回転主軸をＺ方向に往動さ
せ、ＸＹテーブルをＸ軸方向に上動させる。これにより
被加工物表面に対して帯状の切削部分を加工する。その
後、ＸＹテーブルをＹ方向に１ピッチ水平移動させた
後、バイトをＺ軸方向に復動させながら同様に切削す
る。このような切削の繰り返しによって、トーリックレ
ンズなどを切削加工する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにして加工
を行っていくと、使用している工具の切削刃の稜線部が
摩耗し、この摩耗によって切れ味が低下するばかりでな
く、摩耗した工具の切削刃で加工した部分の被切削面の
粗さが大きくなる。この場合には、加工の途中で工具の
交換を行うことにより、切れ味が元に戻り、被切削面の
粗さも切削開始と同じレベルを維持することができる。
しかしながら、このような工具の交換を行う場合には、
工具交換による形状誤差が生じるため好ましくない。こ
のため、１つの工具で粗削りから仕上げ削りまで行って
いるのが現状である。

【０００５】また、単刃の工具で加工を行うため、加工
前にバランス取りを行うが、加工が進行するのにつれて
バランスが崩れ、振れが大きくなる。そして、この状態
で加工を行うと、上述と同様に被切削面の粗さが悪くな
ったり、形状が崩れたりする問題を有している。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点を考慮し
てなされたものであり、１つの工具を用いた切削加工で
あっても、被切削面の粗さの低下や形状崩れを起こすこ
とのない曲面加工方法及び曲面加工装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の曲面加工方法は、回転する工具を
被加工物に接触させて被加工物に曲面を切削加工する方
法において、切削時における被加工物又は工具の振動を
検出し、振動が所定値を超えたとき、振動が所定値以下
となるように切削条件を設定して切削を続行することを
特徴とする。

【０００８】切れ難くなった工具で切削を行ったり、回
転バランスの崩れた工具で加工を行うと、被加工物やス
ピンドルの振動が大きくなる。この発明では、この振動
を検出し、振動（振幅）が小さくなるように加工条件の
スピンドルの回転数、工具の送り量、工具の切り込み量
などを変えて加工することにより、振動を所定値以下と
する。これにより、被切削面の粗さの低下や形状崩れを
防ぐことができる。

【０００９】請求項２の発明は、工具を回転させる回転
手段と、工具が被加工物に接触した状態で工具及び被加
工物を相対的に移動させる移動手段と、切削時における
被加工物又は工具の振動を検出する振動検出手段と、振
動検出手段から入力された振動を所定値と比較し、振動
が所定値を超えたとき、振動が所定値以下となるように
前記回転手段及び移動手段を制御する制御手段とを備え
ていることを特徴とする。

【００１０】この発明では、制御手段が回転手段及び移
動手段を制御して被加工物又は工具振動を所定値以下と
するため、被切削面の粗さの低下や形状崩れを防ぐこと
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態により具体的に説明する。なお、各実施の形態におい
て、同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。

【００１２】（実施の形態１）図１は本発明に用いる曲
面加工装置の全体を示す。この曲面加工装置は、被軸対
称レンズを形成する金型（成形型）に対して曲面を切削
加工するものであり、超精密ＣＮＣ加工機が用いられて
いる。

【００１３】加工装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向
にそれぞれスライド可能なＸ軸テーブル２、Ｙ軸テーブ
ル３、Ｚ軸テーブル４を有しており、直交した３軸方向
へ移動制御されながら運転可能となっている。Ｘ軸テー
ブル２及びＺ軸テーブル４はベース５上に離隔されて設
置されており、Ｙ軸テーブル３はＸ軸テーブル２上に設
置された本体ブロック１２の側面に取り付けられてい
る。

【００１４】Ｚ軸テーブル４には主軸６が水平方向に取
り付けられており、主軸６の先端に金型保持具７が取り
付けられている。金型１は軸非対称曲面を有したレンズ
を成形するものであり、金型保持具７に着脱自在に固定
される。この実施形態において、Ｚ軸は主軸６の中心軸
６ａと平行な軸となっており、Ｘ軸は主軸６の中心軸６
ａに対して垂直な軸、Ｙ軸はＺ軸とＸ軸とによって形成
される面に対して垂直な軸となっている。

【００１５】曲面を切削加工する工具としては、ダイヤ
モンド工具８が使用される。このダイヤモンド工具８は
Ｙ軸テーブル３に取り付けられたスピンドルモータ９
（切削スピンドル）に保持されることにより、軸非対称
曲面レンズの金型１と対向している。スピンドルモータ
９はダイヤモンド工具８を回転させる回転手段となるも
のであり、正確に回転する回転中心軸を有し、この回転
中心軸にダイヤモンド工具８の回転中心軸８ａが同軸的
に連結される。

【００１６】図２はダイヤモンド工具８を示し、全体が
略Ｔ字形に成形されており、その回転中心軸８ａがスピ
ンドルモータ９側に延びてスピンドルモータ９に取り付
けられる。又、ダイヤモンドからなる切削刃８ｂがＴ字
形の先端部分に取り付けられている。

【００１７】以上に加えて、振動検出手段としての振動
センサ１５が設けられる。振動センサ１５は図１及び図
３に示すように、加工される金型１の側面に取り付けら
れている。この振動センサ１５は１軸方向の振動を検出
するものであり、金型１の側面に取り付けられることに
より、Ｘ軸方向の振動を検出するようになっている。
又、振動センサ１５は、振動を増幅させるチャージアン
プ（図示省略）を介して制御手段としての制御部１６に
接続されている。

【００１８】制御部１６はコンピュータからなり、振動
センサ１５が検出した振動がチャージアンプを介して入
力される。又、制御部１６はスピンドルモータ９及びＸ
軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、Ｚ軸テーブル４の作動
を制御する。この実施の形態において、制御部９は曲面
を加工する際に、破線で示すようにスピンドルモータ９
及びＹ軸テーブル３に対して制御信号を出力してこれら
を制御する。

【００１９】かかる制御部１６は、Ｘ軸方向の振動にお
ける所定値が予め記憶しており、振動センサ１５からＸ
軸方向の振動が入力されることにより、入力されたＸ軸
方向の振動を記憶している所定値と比較する。この比較
の結果、入力された振動が所定値を超えたとき、振動が
所定値以下となるようにスピンドルモータ９及びＹ軸テ
ーブル３を制御する。この制御は、例えば、スピンドル
モータ９の回転数及びＹ軸テーブル３の送り速度に対し
て行う。

【００２０】次に、作動を説明する。この実施の形態に
おいて、金型１はＳＫＤ材やＳＵＳ材に無電解Ｎｉ−Ｐ
メッキを施したものが使用され、その被切削面１ａはＸ
方向及びＹ方向が共に４０ｍｍの長さの矩形状となって
いる。又、Ｘ軸方向の近似の曲率半径Ｒは１００ｍｍで
ある。この被切削面１ａをダイヤモンド工具８を旋回さ
せて切削加工する。この場合、ダイヤモンド工具８は図
５に示すように、切削刃８ｂは、曲率半径Ｒが３ｍｍで
あり、回転中心軸８ａを中心として工具半径Ｒ１５ｍｍ
で回転する（図５参照）。

【００２１】金型１への切削加工は、ダイヤモンド工具
８を取り付けたスピンドルモータを６０００ｒｐｍで回
転させた状態で、Ｚ軸テーブル４を金型１の設計値に基
づいて前後進させながら、Ｙ軸をプラス方向へ移動させ
ることによりダイヤモンド工具８が加工軌跡１０に沿っ
て移動する。これにより、ダイヤモンド工具８の切削刃
８ｂによって、金型１の被加工面１ａの一端から他端に
向かった軸非対称曲面の一つの加工ラインＬ１が切削さ
れる（図６参照）。

【００２２】次に、Ｘ軸のマイナス方向に任意ピッチ移
動して次の加工ラインＬ２をＬ１同様に加工し、以下同
様にして加工ラインＬ３を加工する。このように加工ラ
インＬ１、Ｌ２、Ｌ３、……とＸ軸方向に細分化したラ
インを順次加工して、全ての加工ラインを加工する。こ
れにより、軸非対称曲面レンズの金型１の被加工面１ａ
を形成することができる。

【００２３】以上の加工において、加工初期の加工ライ
ンは所望の面精度が得られるように設定された３０ｍｍ
／ｍｉｎの送り速度でＹ軸方向に移動させる。加工開始
時における被加工面１ａの振動を、金型１の側面に取り
付けた振動センサ１５によって検出し、検出した振動を
初期値として制御部１６が記憶する。

【００２４】切削加工が進行するのにつれて、ダイヤモ
ンド工具８の切削刃８ｂが摩耗し、これにより、切削時
の振動が大きくなる。振動センサ１５はこの振動の変化
を検出しており、検出した振動を制御部１６に出力す
る。そして、検出した振動が初期値の値よりもある程度
大きくなると、制御部１６はスピンドルモータ９の回転
数を下げて、ある規定の範囲内に振動が収まるよう制御
する。

【００２５】又、制御部１６はスピンドルモータ９の回
転数を下げると同時に比例してＹ軸方向の送り速度も下
げるようにＹ軸テーブル３に指令を出力する。例えばス
ピンドルモータ９の回転数を５０００ｒｐｍから４００
０ｒｐｍに下げた場合、Ｙ軸方向への送り速度が３０ｍ
ｍ／ｍｉｎから２４ｍｍ／ｍｉｎとなるように指令を行
う。この制御によって、ダイヤモンド工具８の切削刃８
ｂの摩耗の進行による振動の増大を抑えることができ、
金型１への切削加工を続行する。

【００２６】このように、この実施の形態では、ダイヤ
モンド工具８の切削刃８ｂの摩耗の進行による振動の増
大を抑えながら、加工を行うため、振動に起因した被加
工面の粗さや形状の崩れを少なくすることができる。

【００２７】（実施の形態２）図７及び図８は、本発明
の実施の形態２を示す。この実施の形態においても、図
７に示すように、被加工物である金型１の側面に振動セ
ンサ１７が取り付けられている。この場合、振動センサ
１７はＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の振動成分を同時に検出可
能なセンサが使用されている。又、この実施の形態で
は、金型１の被切削面１ａは、Ｘ方向及びＹ方向の長さ
が３５ｍｍであり、Ｘ軸方向の近似の曲率半径Ｒが２０
ｍｍの寸法となっている。ダイヤモンド工具８は実施の
形態１と同様の１５ｍｍの回転半径のものが使用されて
いる。

【００２８】この実施の形態では、スピンドルモータ９
の回転数を５０００ｒｐｍ、ダイヤモンド工具８のＹ軸
方向の送り速度を３０ｍｍ／ｍｉｎとして加工を行う。
加工開始時点では、被加工物の振動を加工開始の初期値
として制御部１６が記憶している。

【００２９】加工が進むにつれてダイヤモンド工具８の
切削刃８ｂが摩耗して振動が大きくなる。振動センサ１
７はこの振動の変化を検出しており、検出した振動を制
御部１６に出力する。そして、検出した振動が初期値の
値よりもある程度大きくなると、制御部１６はスピンド
ルモータ９の回転数を下げて、ある規定の範囲内に振動
が収まるよう制御する。

【００３０】又、制御部１６はスピンドルモータ９の回
転数を下げると同時に比例してＹ軸方向の送り速度も下
げるようにＹ軸テーブル３に指令を出力する。例えばス
ピンドルモータ９の回転数を５０００ｒｐｍから４００
０ｒｐｍに下げた場合、Ｙ軸方向への送り速度が３０ｍ
ｍ／ｍｉｎから２４ｍｍ／ｍｉｎとなるように指令を行
う。この制御によって、ダイヤモンド工具８の切削刃８
ｂの摩耗の進行による振動の増大を抑えることができ、
金型１への切削加工を続行する。これにより、振動に起
因した被加工面の粗さや形状の崩れを少なくすることが
できる。

【００３１】この実施の形態では、振動センサ１７が３
軸方向の振動成分を検出している。このような３軸方向
の振動の検出を行う場合には、曲率が小さく振動方向が
加工する部位によって変化するような形状の被加工物で
あっても、その振動方向の成分を合成することにより被
加工物の振動を加工部位に関係なく測定でき、それに基
づいて加工条件を設定することができる。このため、凹
凸量が大きな被加工面であっても、ダイヤモンド工具８
の切削刃８ｂの摩耗による被加工面の粗さや形状精度の
悪化を抑えることが可能となる。

【００３２】（実施の形態３）図９は実施の形態３を示
す。この実施の形態では、回転手段であるスピンドルモ
ータ９に振動センサ１８が取り付けられている。振動セ
ンサ１８はスピンドルモータ９下部のスピンドル軸近傍
に取り付けられており、加工時におけるダイヤモンド工
具８の振動を検出する。そして、検出した振動を制御部
１６に出力し、制御部１６は実施の形態１及び２と同様
に、スピンドルモータ９及びＹ軸テーブル３を制御す
る。なお、振動センサ１８としては、１軸方向や３軸方
向の振動を検出するものを適宜選択することができる。

【００３３】この実施の形態では、実施の形態１及び２
と同様な効果を有しているのに加えて、振動センサ１８
がスピンドルモータ９に取り付けられているため、被加
工物１に振動センサを取り付ける必要がなくなる。この
ため、被加工物が変わるたびに振動センサを取り付ける
必要がなく、作業性が向上する。

【００３４】本発明は以上の実施の形態に限定されるこ
となく種々変形が可能である。例えば、振動センサを金
型保持具７に取り付けても良い。又、振動センサとして
は、接触式、非接触式のいずれであっても用いることが
できる。さらに、工具としてはダイヤモンド工具以外の
ものを使用することができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、切削加工時に
おける振動を検出し、振動が小さくなるように加工条件
を変えて加工するため、振動を所定値以下とすることが
でき、これにより、被切削面の粗さの低下や形状崩れを
防ぐことができる。

【００３６】請求項２の発明によれば、制御手段が回転
手段及び移動手段を制御して被加工物又は工具振動を所
定値以下とするため、被切削面の粗さの低下や形状崩れ
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に用いる加工装置の正面図
である。

【図２】ダイヤモンド工具の正面図である。

【図３】実施の形態１によって加工される金型の斜視図
である。

【図４】（ａ）は実施の形態１によって加工される金型
の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】加工状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正
面図である。

【図６】加工条件を説明する金型の正面図である。

【図７】実施の形態２によって加工される金型の斜視図
である。

【図８】（ａ）は実施の形態２によって加工される金型
の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】実施の形態３の正面図である。

【符号の説明】

１金型２Ｘ軸テーブル３Ｙ軸テーブル４Ｚ軸テーブル８ダイヤモンド工具９スピンドルモータ１５振動センサ１６制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｑ 17/12 Ｂ２３Ｑ 17/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する工具を被加工物に接触させて被
加工物に曲面を切削加工する方法において、切削時にお
ける被加工物又は工具の振動を検出し、振動が所定値を
超えたとき、振動が所定値以下となるように切削条件を
設定して切削を続行することを特徴とする曲面加工方
法。
【請求項２】工具を回転させる回転手段と、工具が被
加工物に接触した状態で工具及び被加工物を相対的に移
動させる移動手段と、切削時における被加工物又は工具
の振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段から入
力された振動を所定値と比較し、振動が所定値を超えた
とき、振動が所定値以下となるように前記回転手段及び
移動手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴
とする曲面加工装置。