JP2002172551A - 曲面研磨装置及び曲面研磨方法 - Google Patents

曲面研磨装置及び曲面研磨方法

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JP2002172551A
JP2002172551A JP2000370344A JP2000370344A JP2002172551A JP 2002172551 A JP2002172551 A JP 2002172551A JP 2000370344 A JP2000370344 A JP 2000370344A JP 2000370344 A JP2000370344 A JP 2000370344A JP 2002172551 A JP2002172551 A JP 2002172551A
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polishing
workpiece
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curved surface
curvature
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English (en)
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Shigeru Yamada
茂 山田
Masaharu Mori
正春 森
Akihiro Fuchigami
明弘 渕上
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の曲面の曲率に応じ、研磨工具と被
加工物との接触面積が変化したとしても研磨条件を一定
とし、加工精度を向上する。 【構成】 被加工物Wに対して1軸の加重を行ないつ
つ、被加工物Wとの間に研磨砥粒を介して研磨工具15
を回転させる。加重手段として空気圧シリンダを有し、
その加重軸は静圧軸受によって案内される。研磨条件、
H=K・P・V・t(ただし、H:研磨量、K:比例定
数、P:研磨圧、V:研磨速度、t:研磨時間、P=F
/A、F:工具押付け力、A:工具接触面積)(F.
W.PRESTONの経験則)に従い、研磨量を一定と
するため、原則的にP,V,tを一定となるように、研
磨工具15の回転速度、送り速度、送りピッチを制御す
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、曲面研磨装置及び
曲面研磨方法に関し、さらに詳しくは、自由曲面を有す
る光学素子等のプラスチック成型金型の研磨加工等に用
いられ、研磨加工中の研磨条件を均一にし精度向上を図
ることができる曲面研磨装置及び曲面研磨方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】自由曲面を有する光学素子等を成形する
プラスチック成型金型等を研磨する曲面研磨装置におい
て、加工精度の向上を目的として、研磨工具の押付け方
向と被加工物の加工面の法線とを一致させ、研磨砥粒の
介在下で研磨工具を所定の押付け力で加工面に押付ける
ことによって研磨条件を一定に保つ曲面研磨方法及び曲
面研磨装置が、例えば特開平9−323252号公報に
おいて提案されている。
【0003】図4は、従来の曲面研磨装置及び曲面研磨
方法における、被加工物の曲面の曲率と工具圧力の関係
を示す図である。図4に示すように、被加工物の表面形
状が凹面、平面、凸面いずれであるかに応じて、すなわ
ち被加工物の曲面の曲率κの大小に応じて、研磨工具と
被加工物の接触状態、接触面積が異なり、それに伴い被
加工物の表面に生じる加工痕が異なることとなる。つま
り、従来の研磨方法の欠点は、被加工物の加工面の曲率
により研磨工具と被加工物の接触面積Aが変化するた
め、研磨圧Pが一定とならず、研磨量Hが被加工物の部
位により偏りが生じることである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の曲面研磨装
置及び曲面研磨方法においては、被加工物の曲面の曲率
に応じて研磨工具と被加工物との接触面積が変化したと
しても、研磨工具の被加工物に対する押付け力を所定の
大きさに制御するため、押付け圧力は一定とはならな
い。そのため、被加工物の曲面の曲率による研磨力の偏
りが生じる。
【0005】したがって、本発明は、研磨工具と被加工
物の曲面との接触面積に応じて、研磨加工中の研磨工具
の回転速度、送り速度、送りピッチを変化させることに
より、精密な研磨を行なうことができる曲面研磨装置及
び曲面研磨方法を提供することである。
【0006】また、本発明は、研磨加工中の研磨工具の
回転速度、送り速度、送りピッチを変化させることによ
り、研磨条件を均一化し、加工精度を向上することがで
きる曲面研磨方法を提供することである。
【0007】また、本発明は、研磨加工中の研磨工具の
回転速度、送り速度、送りピッチを被加工物の表面の曲
率に応じて制御することにより、研磨条件を均一化し、
加工精度を向上することができる曲面研磨方法を提供す
ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになされたものであって、そのための第1の
技術手段は、少なくとも2自由度の直線移動機構を備え
たテーブルと、被加工物に対して1軸の加重を行いつつ
研磨工具を回転させる研磨ヘッドを備え、該研磨ヘッド
は前記研磨工具と前記被加工物の間に研磨砥粒を介して
研磨加工し、前記加重を行う手段は少なくとも1つの空
気圧シリンダを有し、加重軸は静圧軸受によって案内さ
れる曲面研磨装置において、前記研磨工具と前記被加工
物との接触面積に応じて、研磨加工中の前記研磨工具の
回転速度、送り速度、送りピッチの少なくとも1つを変
化させることを特徴とする。
【0009】第2の技術手段は、少なくとも2自由度の
直線移動機構を備えたテーブルと、被加工物に対して1
軸の加重を行いつつ研磨工具を回転させる研磨ヘッドを
備え、該研磨ヘッドは前記研磨工具と前記被加工物の間
に研磨砥粒を介して研磨加工し、前記加重を行う手段は
少なくとも1つの空気圧シリンダを有し、加重軸は静圧
軸受によって案内される曲面研磨装置を用いた曲面研磨
方法において、研磨加工中の前記研磨工具と前記被加工
物との接触面積に応じて、前記研磨工具の回転速度、送
り速度、送りピッチの少なくとも1つを変化させて研磨
を行うことを特徴とする。
【0010】第3の技術手段は、第2の技術手段の曲面
研磨方法において、前記被加工物の表面における曲率
を、曲面形状の設計式より算出し、該算出した曲率に応
じて、前記研磨工具の回転速度、送り速度、送りピッチ
の少なくとも1つを変化させることを特徴とする。
【0011】第4の技術手段は、第2の技術手段の曲面
研磨方法において、前記被加工物の表面における曲率
を、前記被加工物の表面形状を測定することにより求
め、該求められた曲率に応じて、研磨工具の回転速度、
送り速度、送りピッチの少なくとも1つを変化させるこ
とを特徴とする。
【0012】第5の技術手段は、第3または第4の技術
手段の曲面研磨方法において、前記研磨工具の回転速度
を、前記被加工物の表面の曲率に比例して大きくするよ
う制御することを特徴とする。
【0013】第6の技術手段は、第3または第4の技術
手段の曲面研磨方法において、前記研磨工具の送り速度
を、前記被加工物の表面の曲率に比例して小さくするよ
う制御することを特徴とする。
【0014】第7の技術手段は、第3または第4の技術
手段の曲面研磨装置において、前記研磨工具の送りピッ
チを、前記被加工物の表面の曲率に比例して小さくする
よう制御することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図3に示す実施例に基づいて説明する。図1は、本発
明の実施例による曲面研磨装置を示す全体斜視図であ
る。曲面研磨装置1の装置本体は直線運動機構2,3に
よりX,Y方向に水平移動可能なテーブル4を有し、テ
ーブル4上に被加工物Wが取り付けられる。装置本体に
設けられた垂直フレーム5には、研磨ヘッド13を駆動
する駆動ユニット6が設けられており、駆動ユニット6
を駆動することにより研磨ヘッド13に設けられた研磨
工具15を被加工物Wに押しつけることができる。研磨
ヘッド13は、駆動ユニット6に取り付けられており、
弾性体からなる研磨工具15がスピンドル14によって
回転自在に支持されている。したがって、研磨工具15
は駆動ユニット6により被加工物Wに対し所定力で押し
付けつつ、回転駆動することができるように構成されて
いる。
【0016】図2は、空気圧シリンダ機構及び静圧案内
機構からなる駆動ユニット6の詳細を示す断面図であ
る。駆動ユニット6は、垂直フレーム5に固定された固
定部7に対し、研磨ヘッド13が取り付けられた可動部
8が摺動自在に嵌合している。固定部7と可動部8との
間には圧縮空気が導入されるA室9及びB室10が形成
され、また可動部8は静圧軸受け部11,12により、
固定部7と非接触で支持されている。このため、固定部
7と可動部8間の摩擦の影響をなくし、可動部8を低圧
によって制御することが可能となる。そこで、A室9と
B室10との空気圧差に応じて可動部8は上下動を行な
い、研磨工具15を被加工物Wに対して精密に制御され
た状態で押し付けることができる。駆動ユニット6のA
室9とB室10との空気圧差の制御に関しては、図示し
ない電子式空気圧力弁を用いて行なう。また、テーブル
4、駆動ユニット6、研磨工具15等は制御装置16に
より制御される。
【0017】次に、本実施例の曲面研磨装置を用いた研
磨加工方法について説明する。一般に研磨加工について
は、F.W.PRESTONの経験則(1927)にし
たがって、研磨条件が決められている。 H=K・P・V・t …(1) ただし、H:研磨量 K:比例定数 P:研磨圧 V:研磨速度 t:研磨時間 ここで、P=F/A F:工具押付け力 A:工具接触面積 本発明の実施例でも(1)式に従い、研磨量を一定とす
るため、原則的にP,V,tを一定となるよう制御す
る。ただし、研磨圧Pを直接測定することは困難なた
め、工具押付け力Fを代理値として制御する。
【0018】図4に関し先に説明したように、従来の曲
面研削装置で用いられている曲面研削方法の欠点は、被
加工物Wの曲率により、工具と被加工物の接触面積Aが
変化するため、研磨圧Pが必ずしも一定とならず、研磨
量Hが被加工物の部位により偏りが生じることであっ
た。そこで、本発明においては、前もって被加工物の曲
率データを、設計データ(請求項3)や、測定データ
(請求項4)により求めておき、その曲率κに応じて、
研磨工具の回転速度Vを V=V+Kv・κ …(2) ただし、V:平面での基準工具回転速度 Kv:研磨工具の回転速度に関与する比例定数 に従って制御する。これにより、研磨圧力Pの変化分を
吸収することができる(請求項5)。
【0019】同様に、研磨工具の送り速度を、被加工物
の曲面の曲率κに応じて、 f=f−K・κ …(3) ただし、f:平面での基準工具送り速度 K:研磨工具の送り速度に関与する比例定数 に従って制御することで同様の効果が得られる。図3
は、被加工物Wが研磨される際の研磨工具15の軌跡を
示す斜視図及び平面図であって、研磨工具15の送り速
度は図3に示すVで表され、このように制御することに
より、(1)式の研磨時間tが制御されることになる
(請求項6)。
【0020】更に、研磨工具の送りピッチを、被加工物
の曲面の曲率κに応じて、 δ=δ−Kδ・κ …(4) ただし、δ:平面での基準工具送りピッチ Kδ:研磨工具の送りピッチに関与する比例定数 に従って制御する。研磨工具15の送りピッチは、図3
に示すδで表され、このように制御することにより、
(1)式の研磨時間tが制御されることになる(請求項
7)。
【0021】
【発明の効果】請求項1,2の発明によれば、研磨工具
と被加工物との接触面積に応じて研磨加工中の工具回転
速度、工具送り速度、工具送りピッチを変化させること
により、研磨条件を均一化し、加工精度を向上すること
ができる曲面研磨装置及び曲面研磨方法を提供すること
ができる。
【0022】請求項3の発明によれば、被加工物の表面
の曲率を曲面形状の設計式より算出することにより、簡
便に曲率を得ることができる。
【0023】請求項4の発明によれば、被加工物の表面
の曲率を被加工物の表面形状を測定することにより求め
ることにより、実際の被加工物の状態に促した加工条件
を与えることができる。
【0024】請求項5の発明によれば、工具回転速度を
曲率に比例して大きくするよう制御することにより、研
磨条件を均一化し、加工精度の向上を図ることができ
る。
【0025】請求項6の発明によれば、工具送り速度を
曲率に比例して小さくするよう制御することにより、研
磨条件を均一化し、加工精度の向上を図ることができ
る。
【0026】請求項7の発明によれば、工具送りピッチ
を曲率に比例して小さくするよう制御することにより、
研磨条件を均一化し、加工精度の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例による曲面研磨装置を示す全
体斜視図である。
【図2】 工具駆動装置の詳細を示す断面図である。
【図3】 被加工物が研磨される際の軌跡を示す斜視図
及び平面図である。
【図4】 従来の曲面研磨装置における被加工物の曲面
の曲率と工具圧力の関係を示す図である。
【符号の説明】
1…曲面研磨装置、2…X方向直線運動機構、3…Y方
向直線運動機構、4…テーブル、5…垂直フレーム、6
…駆動ユニット、7…固定部、8…可動部、9…A室、
10…B室、11,12…静圧軸受け部、13…研磨ヘ
ッド、14…スピンドル、15…研磨工具、16…制御
装置、W…被加工物。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2自由度の直線移動機構を備
    えたテーブルと、被加工物に対して1軸の加重を行いつ
    つ研磨工具を回転させる研磨ヘッドを備え、該研磨ヘッ
    ドは前記研磨工具と前記被加工物の間に研磨砥粒を介し
    て研磨加工し、前記加重を行う手段は少なくとも1つの
    空気圧シリンダを有し、加重軸は静圧軸受によって案内
    される曲面研磨装置において、 前記研磨工具と前記被加工物との接触面積に応じて、研
    磨加工中の前記研磨工具の回転速度、送り速度、送りピ
    ッチの少なくとも1つを変化させることを特徴とする曲
    面研磨装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも2自由度の直線移動機構を備
    えたテーブルと、被加工物に対して1軸の加重を行いつ
    つ研磨工具を回転させる研磨ヘッドを備え、該研磨ヘッ
    ドは前記研磨工具と前記被加工物の間に研磨砥粒を介し
    て研磨加工し、前記加重を行う手段は少なくとも1つの
    空気圧シリンダを有し、加重軸は静圧軸受によって案内
    される曲面研磨装置を用いた曲面研磨方法において、 前記研磨工具と前記被加工物との接触面積に応じて、研
    磨加工中の前記研磨工具の回転速度、送り速度、送りピ
    ッチの少なくとも1つを変化させて研磨を行うことを特
    徴とする曲面研磨方法。
  3. 【請求項3】 前記被加工物の表面における曲率を、曲
    面形状の設計式より算出し、該算出した曲率に応じて、
    前記研磨工具の回転速度、送り速度、送りピッチの少な
    くとも1つを変化させることを特徴とする請求項2記載
    の曲面研磨方法。
  4. 【請求項4】 前記被加工物の表面における曲率を、前
    記被加工物の表面形状を測定することにより求め、該求
    められた曲率に応じて、研磨工具の回転速度、送り速
    度、送りピッチの少なくとも1つを変化させることを特
    徴とする請求項2記載の曲面研磨方法。
  5. 【請求項5】 前記研磨工具の回転速度を、前記被加工
    物の表面の曲率に比例して大きくするよう制御すること
    を特徴とする請求項3または4記載の曲面研磨方法。
  6. 【請求項6】 前記研磨工具の送り速度を、前記被加工
    物の表面の曲率に比例して小さくするよう制御すること
    を特徴とする請求項3または4記載の曲面研磨方法。
  7. 【請求項7】 前記研磨工具の送りピッチを、前記被加
    工物の表面の曲率に比例して小さくするよう制御するこ
    とを特徴とする請求項3または4記載の曲面研磨方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011051057A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Matsuura Machinery Corp Camシステム
JP2014012338A (ja) * 2013-09-17 2014-01-23 Nikon Corp 研磨装置
CN107791123A (zh) * 2017-09-25 2018-03-13 杭州杭机股份有限公司 一种高转速闭式静压回转工作台

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