JP2005324287A - ワーク加工装置及びワーク加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを加工する際の回転主軸の振動を抑制することにより、加工品質及び加工効率を向上させる。
【解決手段】ワーク加工装置は、加工工具とワー１０クとを相対的に移動させることによってワーク表面を加工する。回転可能な回転主軸３と、ワーク１０が取り付けられると共に、回転主軸３の回転軸３ｂに対して回転中心９ａを所定量ずらした状態で回転主軸３の端面３ａに取り付けられるロータリーテーブル９と、回転主軸３にバランスウエイトを取り付ける取付手段８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、球面または非球面を複数配置した光学素子成形用金型等のワークを加工する装置及び方法に関する。

レンズアレイ等の光学素子を成形するための成形用金型では、球面のキャビティまたは非球面のキャビティの複数が配列状に形成される。このような金型を加工するための従来装置としては、特開平１１−１７９６０１及び特開２００２−３３７０４８に開示されている。

特開平１１−１８９６０１号公報に開示されている装置では、加工装置の主軸端面の中央部に所定方向へ移動自在なスライドテーブルを設け、このスライドテーブルにワークを取り付けるようになっている。そして、ワークにおける加工部が主軸の回転中心に一致するようにスライドテーブルにより位置合わせを行った後、加工する構造となっている。

特開２００２−３３７０４３号公報に開示されている装置では、ワークを直交する２方向に移動させる移動機構がワークを保持する主軸の外に取り付けられるものであり、加工を行う１つのアレイの中心と主軸の回転軸とが一致するように移動機構によりワークの位置合わせを行い、この状態でワークを主軸に固定し、主軸及びワークを回転させることにより１つのアレイを加工し、その後、移動機構により、次のアレイの中心と主軸の回転軸とが一致させて次のアレイを加工するようになっている。
特開平１１−１７９６０１号公報 特開２００２−３３７０４３号公報

しかしながら、上述したいずれの従来装置では、主軸に対してワーク及びワーク取付治具がオフセットして取り付けられるため、重量のアンバランスがある。このため、通常の球面及び非球面の加工条件と同じ主軸の回転数で加工を行うと振動が発生する。その結果、加工するワーク表面の形状及び粗さ等の品質が十分とはならない。また、このような品質を確保しようとする場合には、主軸の回転数を下げる必要があり、このため、加工時間が長くなり、加工効率が低下する問題が生じる。

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、ワークの品質及び加工効率を向上させることが可能なワーク加工装置及びワーク加工方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、加工工具とワークとを相対的に移動させることによってワーク表面を加工するワーク加工装置において、回転可能な回転主軸と、前記ワークが取り付けられると共に、前記回転主軸の回転軸に対して回転中心を所定量ずらした状態で回転主軸の端面に取り付けられるロータリーテーブルと、前記回転主軸にバランスウエイトを取り付ける取付手段と、を具備することを特徴とする。

請求項１記載の発明では、回転主軸の回転軸に対して回転中心をずらした状態で回転主軸の端面にロータリーテーブルを取り付けると共に、取付手段によってバランスウエイトを回転主軸に取り付ける構造となっているため、回転主軸を回転させてワークを加工する際の振動を最小とすることができる。これにより、ワークの品質を向上させることができる。また、通常加工と同じ回転数で加工ができるため、回転数を下げる必要がなく、加工効率を向上させることが可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のワーク加工装置であって、前記回転主軸が回転したときの振動を測定する振動測定手段をさらに具備することを特徴とする。

請求項２記載の発明では、回転主軸が回転したときの振動を振動測定手段が測定するため、この測定結果に基づいてバランスウエイトの取付位置を設定することができ、回転主軸の振動を最小とすることが容易となる。従って、ワークの品質を向上させることが可能となる。

請求項３記載の発明は、加工工具とワークとを相対的に移動させることによってワーク表面を加工するワーク加工方法において、回転可能な回転主軸の回転軸とロータリーテーブルの回転中心とを所定量ずらした状態で回転主軸の端面にロータリーテーブルを取り付ける工程と、前記ロータリーテーブルの回転中心とワークの中心とを一致させた状態でロータリーテーブルにワークを取り付ける工程と、前記ワークを加工するときと同一の回転数で回転主軸を回転させた状態で回転主軸の振動を測定する工程と、前記測定の結果に基づいて回転主軸の振動が最小になるように回転主軸にバランスウエイトを取り付ける工程と、を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明では、回転主軸の回転軸と回転中心をずらした状態で、回転主軸の端面にロータリーテーブルを取り付けた後、実際のワーク加工と同一の条件で回転主軸を回転させたときの回転主軸の振動を測定し、この測定結果に基づいて回転主軸にバランスウエイトを取り付けるため、回転主軸の振動を最小にすることができる。このため、ワークの加工品質を向上させることが可能となる。また、回転主軸を通常の加工と同じ回転数で回転させることができるため、加工効率を向上させることができる。

本発明のワーク加工装置によれば、回転主軸に取り付けたバランスウエイトによって回転バランスを調整することにより、ロータリーテーブルを回転させて複数のキャビティを加工する際にも、回転主軸のアンバランスによる振動が発生することがない。従って、ワークの品質及び加工効率の双方を向上させることができる。また、複数の同一形状のワークを加工するためにワークを交換しても回転主軸のアンバランスが生じないため振動が発生しないため、この場合にも、ワークの品質及び加工効率を向上させることができる。

本発明のワーク加工方法によれば、ロータリーテーブルを取り付けた状態での回転主軸の振動を測定し、この測定結果に基づいて回転主軸の振動が最小となるようにバランスウエイトを回転主軸に取り付けるため、複数のキャビティを加工する際にも、回転主軸のアンバランスによる振動が発生することがなく、ワークの品質及び加工効率を向上させることができる。

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、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１を示し、図１はワーク加工装置の全体斜視図、図２は回転主軸の正面図、図３はその側面図、図４は加工方法を説明する正面図である。

図１に示すように、Ｚ方向に移動可能なＺ軸テーブル２と、Ｚ方向と直交するＸ方向に移動可能なＸ軸テーブル４とがベース１上に対向するように配置されている。

Ｚテーブル２上には、Ｚ軸と平行なＯ軸を中心として回転可能な円柱形状の回転主軸３が設けられている。Ｘ軸テーブル４の上には、Ｘ軸及びＺ軸と直交するＹ軸の周りを回転するＢ軸テーブル５が設置されている。Ｂ軸テーブル５上には、所定の角度で斜めにセットされた砥石軸６が取り付けられている。砥石軸６には、加工工具としての円柱形状の砥石７が取り付けられており、砥石７の角部が回転主軸３の中心と一致する高さに調整されている。

図２及び図３に示すように、回転主軸３の端面３ａの外周付近には、バランス調整を行うバランスウエイト（図示省略）を取り付けるためウエイト取付穴８が複数箇所に形成されている。ウエイト取付穴８は雌ねじ穴からなり、回転主軸３の端面３ａの円周方向に等間隔で形成されている。このウエイト取付穴８は、バランスウエイトを回転主軸３に取り付けるための取付手段を構成する。

回転主軸３の端面３ａには、回転可能で且つ所定の回転角で位置決めが可能な円盤形状のロータリーテーブル９が取り付けられる。ロータリーテーブル９は、図２に示すように、その回転中心９ａが回転主軸３の回転軸３ｂと所定量ずれた位置となるように回転主軸３の端面３ａに取り付けられる。

このロータリーテーブル９には、ワーク１０が取り付けられる。ワーク１０は円柱形状となっており、その中心がロータリーテーブル９の回転中心９ａと一致するようにロータリーテーブル９に取り付けられる。

さらに、回転主軸３の側方には、振動測定手段としての加速度センサー１１が配置される。加速度センサー１１は、回転主軸３を回転させたときに回転主軸３に発生する振動を測定するものである。この場合、加速度センサー１１は、回転主軸３にロータリテーブル９を取り付けると共に、ロータリテーブル９にワーク１０を取り付けた状態での回転主軸３の回転による振動を測定する。また、加速度センサー１１は、ワーク１０に対して実際の加工を行う回転数と同じ回転数で回転主軸３が回転した状態の振動を測定するものである。

回転主軸３に対するバランスウエイトは、加速センサー１１の測定結果に基づき、回転主軸３の振動が最小となる位置のウエイト取付穴８に取り付けられる。

次に、この実施の形態によるワーク加工方法を説明する。

図２に示すように、回転中心９ａが回転主軸３の回転軸３ｂと一致するようにロータリーテーブル９を回転主軸３の端面３ａに取り付ける。その後、ロータリテーブル９にワーク１０を取り付ける。この場合、ロータリテーブル９の回転中心９ａと一致するようにワーク１０をロータリテーブル９に取り付ける。この取り付け状態で、ワーク１０を加工するときと同一の回転数で回転主軸３を回転させ、この回転に際における回転主軸３の振動を加速度センサー１１によって測定する。

そして、測定した振動が最小となるようにバランスウエイトをウエイト取付穴８に取り付けて回転バランスを調整する。すなわち、加速度センサー１１の測定値が最小となるまで、単一のウエイト取付穴８あるいは複数のウエイト取付穴８に対してバランスウエイトを取り付ける作業を繰り返す。

このバランス調整が終了した後、回転主軸３を例えば矢印Ａ方向に回転させながら砥石軸６も回転させ、設計値に基づいて作成したＮＣデータに沿ってＸ軸、Ｚ軸、Ｂ軸を制御することにより、ワーク１０に対してキャビティを加工する。

この実施の形態では、図２に示すように、４箇所のキャビティ１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）を円周９０°の等間隔位置となるようにワーク１０に加工する。

そして、第１のキャビティ１２ａの加工が終了した後、図４に示す矢印Ｂ方向にロータリーテーブル９を回転させて、キャビティ１２ｂを加工位置に移動させ、同様にして設計値に基づいて作成したＮＣデータに沿ってキャビティ１２ｂを加工する。以後、ロータリーテーブル９の回転とキャビティの加工とを交互に行って全てのキャビティ１２ａ〜１２ｄを加工する。

このような実施の形態では、ワーク１０及びロータリーテーブル９を取り付けた状態での回転主軸３の振動を測定し、測定結果に基づいて回転主軸３の振動が最小となるようにバランスウエイトを回転主軸３に取り付けるため、複数のキャビティを加工する際にも、回転主軸３のアンバランスによる振動が発生することがない。このため、ワーク１０の取り出しを行うまで複数のキャビティを通常の球面加工もしくは非球面と同じ条件で加工することができる。しかも、加工の際の回転主軸３の振動が最小となっているため、ワークの品質及び加工効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、砥石５に代えてバイト１４を加工工具として用いるものである。このため、図５に示すように、Ｂ軸テーブル５上にバイト台１３が設置され、このバイト台１３にバイト１４が取り付けられている。バイト１４は、プラスチック成形の球面や非球面状を切削加工するものであり、そのすくい面の高さが回転主軸３の回転軸３ｂと一致するよう調整されている。

この実施の形態においても、実施の形態１と同様なバランス調整を行うことにより、実施の形態１と同様な加工を行うことができる。

図５は、実施の形態２の変形々態を示す。図５に示す形態では、Ｘ軸テーブル４上にバイト台１３が取り付けられるが、このバイト台１３には、先端の輪郭形状精度が０．１μｍ以下のＲバイト１５が取り付けられる。この形態では、設計値とバイトのノーズＲに基づいて作成されたＮＣデータに沿ってＸ軸テーブル４及びＺ軸テーブル２を制御することにより切削加工を行う。

（実施の形態３）
図７〜図９は、本発明の実施の形態３を示し、図７は回転主軸３の正面図、図８はその断面図、図９は分解断面図である。

回転主軸３の端面３ａには、凹形状のポケット部２１が形成され、このポケット部２１にカップ形状のロータリテーブル９が挿入されることにより取り付けられる。ロータリテーブル９は、回転主軸３に対して、回転可能且つ所定の回転角で位置決めが可能となっており、図示しないねじ等によって回転主軸３への取り付けが行われる。

また、ローターリーテーブル９にも、凹形状のポケット部２２が形成されており、このポケット部２２にワーク１０が挿入され、図示しないねじ等によって回転可能に取り付けられている。

この場合、回転主軸３のポケット部２１の探さ（回転軸３ｂ方向の深さ）は、ロータリーテーブル９の高さ（回転軸３ｂ方向の長さ）と同一となっており、しかも、ロータリーテーブル９のポケット部２２の深さはワーク１０の高さと同一になっている。全長が短くなって回転主軸３を回転させたときの振れが小さくなるため、より良好な品質で加工することができる。

実施の形態１におけるワーク加工装置の全体斜視図である。 実施の形態１の回転主軸の正面図である。 実施の形態１の回転主軸の側面図である。 実施の形態１における加工方法を説明する正面図である。 実施の形態２の斜視図である。 実施の形態２の変形々態の斜視図である。 実施の形態３の回転主軸部分の正面図である。 実施の形態３の回転主軸部分の断面図である。 実施の形態３の回転主軸部分の分解断面図である。

符号の説明

３ 回転主軸
３ａ 回転主軸の端面
３ｂ 回転主軸の回転軸
７ 砥石
８ ウエイト取付穴
９ ロータリテーブル
９ａ ロータリテーブルの回転中心
１０ ワーク
１１ 加速度センサー
１２ キャビティ

Claims (3)

1. 加工工具とワークとを相対的に移動させることによってワーク表面を加工するワーク加工装置において、
   回転可能な回転主軸と、
   前記ワークが取り付けられると共に、前記回転主軸の回転軸に対して回転中心を所定量ずらした状態で回転主軸の端面に取り付けられるロータリーテーブルと、
   前記回転主軸にバランスウエイトを取り付ける取付手段と、
   を具備することを特徴とするワーク加工装置。
2. 前記回転主軸が回転したときの振動を測定する振動測定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のワーク加工装置。
3. 加工工具とワークとを相対的に移動させることによってワーク表面を加工するワーク加工方法において、
   回転可能な回転主軸の回転軸とロータリーテーブルの回転中心とを所定量ずらした状態で回転主軸の端面にロータリーテーブルを取り付ける工程と、
   前記ロータリーテーブルの回転中心とワークの中心とを一致させた状態でロータリーテーブルにワークを取り付ける工程と、
   前記ワークを加工するときと同一の回転数で回転主軸を回転させた状態で回転主軸の振動を測定する工程と、
   前記測定の結果に基づいて回転主軸の振動が最小になるように回転主軸にバランスウエイトを取り付ける工程と、
   を有することを特徴とするワーク加工方法。

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