JP2004114172A - Method and apparatus of electric discharge truing - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子等の超精密加工部品を研削加工するための導電性砥石の放電ツルーイングに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、加工機上で行う機上放電ツルーイングは、特開昭63−283861号に記載されたものが良く知られている。図10に従来の機上放電ツルーイング方法を示す。機上に設けた回転軸2に回転電極6を取り付けてある。電極6の円筒外周部は、機上に設けた工具による加工か、又は機外における加工によりあらかじめ創成してある。
【0003】
被加工物となる導電性のメタルボンド砥石9を回軸させて、かつ加工液11を供給しながら電極9に接近させる。図10では省略されているが、砥石9と電極6の間には放電加工する上で必要となる直流電圧が印荷されており、所定の距離まで近づくと、パルス状に制御された放電電流が流れて加工がすすむ。その結果、砥石9の断面形状は、電極6の断面形状の反転した形が転写されるようになる。
【0004】
また電極6の消耗に伴い、正確な形状が転写できなくなることについては、粗放電ツルーイングの後、電極6を再生し、仕上げ条件での放電ツルーイングを行うことを提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この機上放電ツルーイング法については、一般の機械部品を加工する上では充分な精度を得ることも可能と思われる。しかしながら上記記載の総形回転電極を用いた機上放電ツルーイング法では、放電加工が始まると同時に電極の消耗がすすむので放電ツルーイング完了時には消耗した電極形状が砥石に転写されることになる。また放電ツルーイングを粗加工と仕上げ加工に分けたとしても、電極を再加工した時に、以前と全く同じ形状で創成される保証がない。
【0006】
そもそも、電極については機上で創成するとあるが、高精度に電極をつくる方法の記述がない。
【0007】
一般にレンズやミラー等の光学素子やそれらを成形する金型加工の分野においては、サブミクロンオーダの形状精度が要求されている。
【0008】
本発明は、このような光学素子等の超精密加工部品を研削加工するための導電性砥石の機上放電ツルーイング方法及び装置において、精度を高めることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の放電ツルーイング方法は、加工機に取り付けた電極をバイトにより所定の形状に創成し、前記導電性砥石を回転させながら、所定の形状に創成され、前記加工機に取り付けられた状態の前記電極面に沿って走査することで前記電極面の所定の形状を砥石面に転写することにより導電性砥石を所定の形状に高精度に加工することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、導電性砥石を放電ツルーイングする方法において、加工機に取り付けた電極をバイトにより所定の形状に創成し、前記導電性砥石を回転させながら、所定の形状に創成され、前記加工機に取り付けられた状態の前記電極面に沿って走査することで前記電極面の所定の形状を砥石面に転写することを特徴とする導電性砥石の放電ツルーイング方法であり、一つの機上で電極形成から放電ツルーイングまで実施することで、取付に伴う誤差等が生じることなく高精度なツルーイングが可能となる。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、少なくとも3軸以上が数値制御可能な加工機を用いることを特徴とするものであり、数値制御することで位置決めの人為的な誤差がなくなり、数学的に定義される複雑な形状がプログラムにより自動動作できることで高精度なツルーイングが可能となる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発明において、電極を形成するバイトが、単結晶又は多結晶のダイヤモンドバイトであり、かつ刃先が円弧形状で、高い輪郭精度を有することを特徴とするものであり、バイトの輪郭精度と同等の精度で電極の輪郭形状を成形できる作用を有する。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1記載の発明において、バイトによる切削形状が円弧、非円弧、V形、多角形状などとなるように数値制御することを特徴とするものであり、複雑な断面形状を有する電極も成生することが可能となる。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項1記載の発明において、円筒、非円筒、角形の先端形状を有する前記電極先端部の母線方向と直交する方向に前記電極面に沿って、この電極面をたどるがごとく数値制御しながら導電性砥石を走査させることで、所定の断面形状を有する砥石を成形するものであり、導電性砥石と電極は主に1点でのみ放電加工される故に、電極が1度で全て形くずれすることなく効率良く使用できる。
【0015】
請求項6に記載の発明は、請求項5記載の発明において、放電ツルーイングした後、導電性砥石を前記電極の軸方向に必要量だけ移動させることにより、新しい電極面により導電性砥石の成形を行うものであり、放電ツルーイングしている場所の電極が消耗して形くずれしても、場所を移動することで、同一の断面形状を有する電極により引きつづき放電ツルーイングが可能となり、高精度な形状を有する砥石を成形できるという作用を有する。
【0016】
請求項7記載の発明は、3軸以上の加工軸を数値制御可能な加工機と、前記加工機に取り付けられた電極と、前記加工機に設けられ、前記電極を切削するためのバイトと、前記バイトにより切削され、所定の形状に創成された前記加工機上の前記電極の切削面に沿って砥石を走査することにより前記砥石を放電ツルーイングするための放電回路を含む電源部とを備えた放電ツルーイング装置であり、高精度な電極形成から機上放電ツルーイングまでが行えることにより高精度な加工が実現できる。
【0017】
以下、本発明の一実施の形態について図1から図9を用いて説明する。
【0018】
図1は本発明の工程を示したものである。
【0019】
図1(a)に示す第1の段階では、加工機上に設けたダイヤモンドバイト7で電極6を加工する。図には示してないが、任意のプログラムにより数値制御される。
【0020】
図1(b)に示す第2の段階では、同様に機上に設けた研削スピンドルに取付けられ、回転している導電性砥石9と、図1(a)に示す第1の段階と同じ位置に取付けられた電極6とを接近させて、所定のプログラムにより電極6の表面に沿ってその表面をたどるがごとく砥石9を走査して放電回路20を用い砥石9の断面形状が所定の形状となるように放電回路20により放電加工される。
【0021】
図1(c)に示す第3の段階では、所定の形状に成形された砥石9を用いて被加工物15を研削加工する。研削加工後、砥石断面形状に形くずれが生じたら、再度第2段階に戻れば良い。同様に、電極6に形くずれが生じれば、第1の段階にまで戻る。いずれの工程においても電極6の取り付け位置を変えることなく同一の加工機上でなし得るので、元の座標値に戻すことでどの段階へも自在に移動できることが特徴である。
【0022】
図2は、図1に示した本発明の工程を実現する加工機としての放電ツルーイング装置を示す。Xテーブルに、Xテーブル上に設けたYテーブル13、Zテーブル14の3軸を有し、図示していない数値制御装置によりナノメーターオーダの精度で駆動することが可能となっている。Yテーブル13の上には、電極6を加工するためのダイヤモンドバイト7と、研削スピンドル11及びその先端に導電性砥石9を設けている。Zテーブル14の上には、電極6と被加工物15が設置してある。放電ツルーイングするための図1(a)に示す放電回路20、放電液を供給ノズル等は省略してある。
【0023】
図3と図4は、本発明の第1段階であるダイヤモンドバイト7による電極6の形成加工例である。
【0024】
図3は、図2に示した放電ツルーイング装置を使って電極6を、ダイヤモンドバイト7をX軸方向に送ることにより加工する例を示す。説明するまでもないが、電極6の加工面は完全に加工機のX軸と平行になる。
【0025】
図4は、図2に示した放電ツルーイング装置でのY−Z断面における電極形成の様子を示す図である。本図の例では、ダイヤモンドバイト7をX軸方向に動かして加工する毎にY軸を使ってピッチ送りすることで、電極断面形状が所定の形状となるようにNCプログラムにより制御装置を介して加工すれば良い。本実施形態では電極の先端形状を加工が容易な円筒面状に形成する例を示したが、数学的に定義された非円弧形状、V形形状などであっても良いことは言うまでもない。同様に凸形状、凹形状の電極を製作しても良い。
【0026】
本発明の第1の段階の電極形成の工程で重要な点は、次の面である。すなわち、電極形成時、放電ツルーイング時、いずれの場合にも電極が同じ位置に取り付けられているため、加工に伴う誤差が無いと仮定すれば、ダイヤモンドバイトの持つ形状誤差が、そのまま電極面の形状誤差になることである。例えば高精度な単結晶ダイヤモンドバイトであれば、先端ノーズ半径の輪郭度50nm以下のバイトが市販されている。そのようなダイヤモンドバイトをもって電極加工すれば、成形された電極面の形状精度も50nm以下になっていることにある。
【0027】
図5、図6、図7は、本発明の第2の段階である導電性砥石9の放電ツルーイング工程を示す。
【0028】
図5は、高精度に加工された電極6に対し、導電性砥石9を所定の回転数で回した状態で接近させる状態を示す図である。砥石9と電極6との間は放電回路20により結ばれている。また図示しない放電液も供給する。砥石9が電極6の表面をたどるがごとく走査するようにNCプログラムに基づいてテーブルを駆動する。必要に応じて、同図のZ方向に切込んで放電加工する。
【0029】
図6は、高精度に放電ツルーイングする方法を示している。1ヶ所でX軸方向の位置を固定し、Y軸とZ軸方向に矢印22に沿って駆動して放電ツルーイングすると、図6中6aの様な放電痕が電極6の面に生じる。この放電痕6aが大きくなるとツルーイングした砥石9の断面形状精度が悪化する。その場合、X軸に平行な矢印21方向に一定距離ずらして同じNCプログラムで放電ツルーイングする。矢印21方向にずらした電極面形状は、元の位置での加工初期の電極面形状と全く同一であり、高精度に作業を継続することができる。またこのように位置をX方向に変えることで、第一段階で製作した電極6を有効に利用できることは言うまでもない。
【0030】
図7は、各種の断面形状に導電性砥石9をツルーイングできる例を示している。砥石形状は円弧、数学的に定義された非円弧、V形状、凸形、凹形であっても良いことは言うまでもない。この砥石成形段階で、加工したい形状を反転した総形砥石も容易に製作できる。
【0031】
本発明の第2段階である放電ツルーイング工程で重要な点は、次のことである。すなわち、放電加工時の誤差や加工機を駆動することによる誤差が無いと仮定すれば、電極形状の持つ形状誤差がそのまま砥石断面の形状誤差になることである。例えば、電極面の形状誤差が50nmであれば、砥石断面形状の誤差も同様となることにある。
【0032】
図8と図9は、本発明の第3の段階である研削工程の一例を示す。
【0033】
図8は、被加工物15を所定の研削条件で加工する様子を示す。X軸方向にトラバース研削し、Y方向にピッチ送りして所定の形状となるように加工する。
【0034】
図9は、断面形状が数学的に定義された非円弧面を図8のようにX軸方向にトラバースして研削する一例である。例えば光学部品の一種である非円弧シリンドリカルレンズ金型がその例にあたる。加工始点から砥石9を9a、9b、9cで示すそれぞれの位置に順次ピッチ送りすることで、所定の形状精度を得ることができる。NCプログラムにより数値制御することは言うまでも無い。
【0035】
本発明の第3段階である研削工程で重要な点は、次のことである。すなわち、加工機を駆動することによる誤差が無いとすれば、砥石形状の持つ誤差がそのまま被加工物の断面形状の誤差になることである。例えば、砥石断面形状の誤差が50nmであれば、被加工物の形状誤差も同様となることにある。
【0036】
また図9に示す本実施の形態では、円弧状の断面をした砥石9をY軸方向にピッチ送りすることで、非円弧断面を加工する例を示したが、加工したい形状を反転した総形砥石を本実施形態における放電ツルーイングにより製作して、図8に示すX軸方向に沿った送り方法により所定の形状を得ても良いことは、言うまでも無い。
【0037】
【発明の効果】
以上の様に本発明は、加工機上に取り付けたバイトによりこの加工機上で所定の形状に電極を創成し、導電性砥石を回転させながら、この加工機上に取り付けられた状態を維持した電極面をたどるがごとく走査することで所定の形状を砥石面に転写することにより、非常に高精度な形状精度を得ることができる優れた機上放電ツルーイング方法及び装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の一実施の形態の放電ツルーイング方法の第1段階の工程を示す図
(b)本実施形態における第2段階の工程を示す図
(c)本実施形態における第3段階の工程を示す図
【図2】本発明の一実施の形態における放電ツルーイング装置を示す斜視図
【図3】放電ツルーイング装置上での電極加工を示す図
【図4】図3に示す電極加工におけるバイトの動作を説明する図
【図5】放電ツルーイングにおける砥石の位置を示す図
【図6】放電ツルーイングにおける電極使用位置の移動を示す図
【図7】(a)電極により凸円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
(b)電極により凹円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
(c)電極により非円弧状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
(d)電極によりV形状に放電ツルーイングされた砥石を示す図
【図8】砥石による被加工物の研削状態を示す図
【図9】砥石による被加工物における非円弧面の加工を示す図
【図10】従来の放電ツルーイング方法を示す図
【符号の説明】
6 電極
7 ダイヤモンドバイト
9 導電性砥石
12 Xテーブル
13 Yテーブル
15 被加工物
20 放電回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge truing of a conductive grindstone for grinding an ultra-precision workpiece such as an optical element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, on-machine electric discharge truing performed on a processing machine is well known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-283861. FIG. 10 shows a conventional on-machine discharge truing method. A rotating
[0003]
A conductive
[0004]
In order to prevent the transfer of an accurate shape due to the consumption of the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
It seems that this on-machine discharge truing method can obtain sufficient accuracy for processing general mechanical parts. However, in the above-described on-machine electric discharge truing method using a form-rotating electrode, the consumption of the electrode proceeds at the same time as the start of electric discharge machining. Therefore, when the discharge truing is completed, the consumed electrode shape is transferred to the grindstone. Even if the discharge truing is divided into rough machining and finish machining, there is no guarantee that the electrode will be formed in exactly the same shape as before when the electrode is reworked.
[0006]
In the first place, it is said that the electrodes are created on the machine, but there is no description on how to make the electrodes with high precision.
[0007]
Generally, in the field of optical elements such as lenses and mirrors and mold processing for molding them, shape accuracy on the order of submicrons is required.
[0008]
An object of the present invention is to improve the accuracy in an on-machine electric discharge truing method and apparatus for a conductive grindstone for grinding an ultra-precision workpiece such as an optical element.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the electric discharge truing method of the present invention is to form an electrode attached to a processing machine into a predetermined shape with a cutting tool, and to rotate the conductive grindstone to form a predetermined shape. The conductive grindstone can be processed into a predetermined shape with high precision by transferring a predetermined shape of the electrode surface to a grindstone surface by scanning along the electrode surface in a state of being attached to the surface.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention is directed to a method of discharging and truing a conductive grindstone, wherein an electrode attached to a processing machine is formed into a predetermined shape by a cutting tool, and the predetermined shape is formed while rotating the conductive grindstone. It is a discharge truing method of a conductive grindstone, wherein a predetermined shape of the electrode surface is transferred to a grindstone surface by scanning along the electrode surface attached to the processing machine. By performing the processes from electrode formation to discharge truing on one machine, truing can be performed with high accuracy without causing an error or the like due to mounting.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a processing machine capable of numerically controlling at least three axes or more is used. Is eliminated, and a complicated shape defined mathematically can be automatically operated by a program, thereby enabling highly accurate truing.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the cutting tool for forming the electrode is a single crystal or polycrystalline diamond cutting tool, and the cutting edge has an arc shape, and has high contour accuracy. This has the effect of forming the contour of the electrode with the same accuracy as the contour accuracy of the cutting tool.
[0013]
The invention described in
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrode surface is formed along the electrode surface in a direction perpendicular to a generatrix direction of the electrode tip portion having a cylindrical, non-cylindrical, or square tip shape. In order to form a grindstone having a predetermined cross-sectional shape by scanning the conductive grindstone while numerically controlling the conductive grindstone, the conductive grindstone and the electrode are mainly subjected to electric discharge machining at only one point, so the electrode Can be used efficiently without deforming all at once.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention of the fifth aspect, after the discharge truing, the conductive grindstone is moved by a required amount in the axial direction of the electrode to form the conductive grindstone with a new electrode surface. Even if the electrode at the place where discharge truing is worn out and loses its shape, by moving the place, it becomes possible to continue discharge truing with the electrode having the same cross-sectional shape and achieve a highly accurate shape. Has the effect of being able to form a whetstone having
[0016]
The invention according to
[0017]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0018]
FIG. 1 shows the steps of the present invention.
[0019]
In the first stage shown in FIG. 1A, the
[0020]
In the second stage shown in FIG. 1 (b), the
[0021]
In the third stage shown in FIG. 1C, the
[0022]
FIG. 2 shows an electric discharge truing apparatus as a processing machine for realizing the process of the present invention shown in FIG. The X table has three axes of a Y table 13 and a Z table 14 provided on the X table, and can be driven with a precision of nanometer order by a numerical controller (not shown). On the Y table 13, a
[0023]
3 and 4 show an example of forming and processing the
[0024]
FIG. 3 shows an example in which the
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing how electrodes are formed in the YZ section in the discharge truing apparatus shown in FIG. In the example of this figure, the
[0026]
The important points in the electrode forming process of the first stage of the present invention are as follows. In other words, the electrode is mounted at the same position in both cases during electrode formation and discharge truing, and assuming that there is no processing-related error, the shape error of the diamond bite is the same as the shape of the electrode surface. It is an error. For example, for a high-precision single crystal diamond tool, a tool having a contour of a tip nose radius of 50 nm or less is commercially available. If the electrode is processed with such a diamond bite, the shape accuracy of the formed electrode surface is also reduced to 50 nm or less.
[0027]
FIGS. 5, 6, and 7 show a discharge truing process of the
[0028]
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the
[0029]
FIG. 6 shows a method of performing discharge truing with high accuracy. When the position in the X-axis direction is fixed at one place and the discharge truing is performed by driving along the
[0030]
FIG. 7 shows an example in which the
[0031]
The important points in the discharge truing step, which is the second step of the present invention, are as follows. That is, assuming that there is no error at the time of electric discharge machining or an error caused by driving the machining machine, the shape error of the electrode shape becomes the shape error of the cross section of the grindstone as it is. For example, if the shape error of the electrode surface is 50 nm, the same applies to the error of the grinding wheel cross-sectional shape.
[0032]
8 and 9 show an example of a grinding step which is the third stage of the present invention.
[0033]
FIG. 8 shows a state in which the
[0034]
FIG. 9 shows an example in which a non-arc surface whose cross-sectional shape is mathematically defined is ground and traversed in the X-axis direction as shown in FIG. For example, a non-circular cylindrical lens mold which is a kind of optical component is an example. By sequentially feeding the
[0035]
The important points in the grinding step, which is the third step of the present invention, are as follows. That is, if there is no error caused by driving the processing machine, the error of the shape of the grindstone becomes the error of the sectional shape of the workpiece as it is. For example, if the error in the cross-sectional shape of the grindstone is 50 nm, the same applies to the shape error of the workpiece.
[0036]
Further, in the present embodiment shown in FIG. 9, an example is shown in which a non-circular cross section is machined by feeding the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an electrode is formed in a predetermined shape on the processing machine by using a cutting tool mounted on the processing machine, and while the conductive grindstone is rotated, the electrode mounted on the processing machine is maintained. An excellent on-machine discharge truing method and apparatus capable of obtaining a very high-precision shape accuracy by transferring a predetermined shape to a grindstone surface by scanning the electrode surface as if to trace.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a first stage process of a discharge truing method according to an embodiment of the present invention; FIG. 1B is a diagram showing a second stage process in the embodiment; FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a discharge truing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view showing electrode processing on the discharge truing apparatus. FIG. 4 is an electrode shown in FIG. FIG. 5 is a view for explaining the operation of a cutting tool in machining. FIG. 5 is a view showing a position of a grindstone in discharge truing. FIG. 6 is a view showing movement of an electrode use position in discharge truing. (B) A diagram showing a grindstone that has been subjected to a discharge arc in a concave arc shape by an electrode. (C) A diagram showing a grindstone that has been discharged in a non-arc shape by an electrode. FIG. 8 is a view showing a grindstone subjected to discharge truing. FIG. 8 is a view showing a grinding state of a workpiece by a grindstone. FIG. 9 is a view showing machining of a non-circular surface of the workpiece by a grindstone. FIG. 10 is a conventional discharge truing method. [Explanation of symbols]
6
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