JP2007075915A - Cutting method and device - Google Patents

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俊道 森脇
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting method considerably improving the degree of freedom of a surface shape of a machinable material to be cut and forming a sharp edge shape. <P>SOLUTION: A cutting tool 3 supported to be displaceable in three mutually different directions is controlled to be independently displaced in the three directions according to relative moving of the cutting tool 3 in relation to the material 2 to be cut. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被削材を保持する基部主軸の回転と同期させると共に、当該被削材に対して切削工具をさらに高速で変位させながら切削を行う切削加工方法および切削加工装置に関する。   The present invention relates to a cutting method and a cutting apparatus that perform cutting while synchronizing with the rotation of a base spindle that holds a work material and displacing a cutting tool at a higher speed with respect to the work material.

従来、被削材に対して相対移動する切削工具をその被削材に対してさらに変位させながら切削を行う切削加工装置が知られている(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1では、被削材が取り付けられた旋盤の主軸の回転に同期して切削工具による切り込み量を高速に制御し、所定の表面形状を作ることを目的とした切削加工装置が開示されている。この切削加工装置では、切削工具は圧電素子を用いた駆動手段によって駆動されて変位し、切削工具による切り込み量が制御されるようになっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a cutting apparatus that performs cutting while further displacing a cutting tool that moves relative to a work material with respect to the work material is known (see, for example, Non-Patent Document 1). Non-Patent Document 1 discloses a cutting device for controlling a cutting amount by a cutting tool at a high speed in synchronization with rotation of a main spindle of a lathe to which a work material is attached, and creating a predetermined surface shape. ing. In this cutting apparatus, the cutting tool is driven and displaced by a driving means using a piezoelectric element, and the cutting amount by the cutting tool is controlled.

岡崎 祐一、「ダイヤモンド切削による微細表面形状の創成」、真空、第40巻、第6号、1997Yuichi Okazaki, “Creation of fine surface shape by diamond cutting”, Vacuum, Vol. 40, No. 6, 1997

しかしながら、特許文献1に記載された切削加工装置では、旋盤の主軸回転に同期して切削工具を変位させて切削を行うが、圧電素子を用いた駆動手段によって1軸方向にのみ切削工具を変位させることで切り込み量の制御が行われるようになっている。このため、加工可能な被削材の表面形状は、被削材の回転運動と切削工具の1軸方向の変位との組み合わせによって得られる形状に限定されてしまい、加工可能な形状の自由度が制約されてしまうという問題がある。とくに、被削材の回転運動と切削工具の1軸方向の変位との組み合わせの場合、被削材の表面にシャープなエッジ形状を形成することは本質的に困難であり、そのようなエッジ形状が所望される場合は、被削材と切削工具との相対速度を大幅に低下させることで近似した形状を形成しなくてはならないことになり、生産性の低下を招き易く、十分な寸法精度を確保することも困難になってしまう。   However, in the cutting apparatus described in Patent Document 1, cutting is performed by displacing the cutting tool in synchronization with the rotation of the main spindle of the lathe, but the cutting tool is displaced only in one axial direction by a driving means using a piezoelectric element. By doing so, the amount of cut is controlled. For this reason, the surface shape of the workable material is limited to the shape obtained by the combination of the rotational motion of the work material and the displacement of the cutting tool in one axis direction, and the degree of freedom of the workable shape is limited. There is a problem of being constrained. In particular, in the case of a combination of the rotational motion of the work material and the displacement in one axial direction of the cutting tool, it is inherently difficult to form a sharp edge shape on the surface of the work material. Is desired, it is necessary to form an approximate shape by greatly reducing the relative speed between the work material and the cutting tool, which tends to cause a reduction in productivity and sufficient dimensional accuracy. It will also be difficult to ensure.

本発明は、上記実情に鑑みることにより、被削材に対して相対移動する切削工具をその被削材に対してさらに変位させながら切削を行う切削加工方法および切削加工装置に関し、加工可能な被削材の表面形状の自由度を大幅に向上させることができ、シャープなエッジ形状の形成も可能にすることを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention relates to a cutting method and a cutting apparatus that perform cutting while further displacing a cutting tool that moves relative to a work material with respect to the work material. It is an object of the present invention to greatly improve the degree of freedom of the surface shape of the cutting material and to enable the formation of a sharp edge shape.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

上記目的を達成するための本発明に係る切削加工方法は、被削材を保持する基部主軸の回転と同期させると共に、当該被削材に対して切削工具をさらに高速で変位させながら切削を行う切削加工方法に関する。
そして、本発明は、上記目的を達成するための以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
In order to achieve the above object, the cutting method according to the present invention performs cutting while synchronizing the rotation of the base spindle holding the work material and displacing the cutting tool at a higher speed with respect to the work material. The present invention relates to a cutting method.
And this invention has the following some features for achieving the said objective. In other words, the present invention includes the following features alone or in combination as appropriate.

上記目的を達成するための本発明に係る切削加工方法における第1の特徴は、互いに異なる3つの方向においてそれぞれ変位可能に支持された前記切削工具を、前記被削材に対する当該切削工具の相対移動に応じて、当該3つの方向において独立に変位させるように制御する3方向独立制御ステップを備えていることである。   The first feature of the cutting method according to the present invention for achieving the above object is that the cutting tool supported so as to be displaceable in three different directions is moved relative to the work material. Accordingly, a three-way independent control step for controlling to be displaced independently in the three directions is provided.

この構成によると、被削材を保持する基部主軸の回転と同期させながら切削工具を被削材に対してさらに高速で3つの方向に独立に変位させて被削材の表面形状を切削加工することができる。このため、3次元空間内で被削材に対して切削工具を任意の方向に任意の距離移動させることができ、これにより、被削材の表面に対して任意の3次元形状を転写することが可能となる。また、3つの方向における切削工具の各変位を適宜組み合わせることで、旋盤の主軸の回転に同期させながらシャープなエッジ形状を形成することもできる。そして、そのようなシャープなエッジ形状を形成しても、生産性の低下を招くことを抑制でき、さらに十分な寸法精度も容易に確保することができる。したがって、本発明の切削加工方法によると、加工可能な被削材の表面形状の自由度を大幅に向上させることができ、シャープなエッジ形状の形成も可能にすることができる。   According to this configuration, the surface shape of the work material is cut by moving the cutting tool independently in three directions at a higher speed with respect to the work material while synchronizing with the rotation of the base spindle holding the work material. be able to. For this reason, it is possible to move the cutting tool in an arbitrary direction with respect to the work material in a three-dimensional space, thereby transferring an arbitrary three-dimensional shape to the surface of the work material. Is possible. In addition, by appropriately combining the displacements of the cutting tool in the three directions, a sharp edge shape can be formed while synchronizing with the rotation of the lathe spindle. Even if such a sharp edge shape is formed, it is possible to suppress a reduction in productivity, and it is possible to easily ensure sufficient dimensional accuracy. Therefore, according to the cutting method of the present invention, the degree of freedom of the surface shape of the workable material can be greatly improved, and a sharp edge shape can be formed.

本発明に係る切削加工方法における第2の特徴は、前記3方向独立制御ステップでは、前記切削工具の前記3つの方向それぞれにおける変位量を計測してフィードバック制御を行うことである。   The second feature of the cutting method according to the present invention is that in the three-way independent control step, feedback control is performed by measuring a displacement amount of the cutting tool in each of the three directions.

この構成によると、切削工具の3つの方向それぞれの変位量をフィードバック制御することで、切削工具の変位の目標への追従性を向上させてより高精度の切削加工を実現できるとともに、3つの方向それぞれにおける変位が相互に影響し合うことによって発生する目標変位に対する偏差を補正することができる。   According to this configuration, by performing feedback control of the displacement amount in each of the three directions of the cutting tool, the followability of the cutting tool displacement to the target can be improved, and more accurate cutting can be realized. It is possible to correct a deviation from a target displacement that occurs due to the mutual displacements affecting each other.

本発明に係る切削加工方法における第3の特徴は、前記3つの方向は、互いに直交していることである。   A third feature of the cutting method according to the present invention is that the three directions are orthogonal to each other.

この構成によると、切削工具の変位を直交する3つの方向において制御するため、3次元空間において切削工具の位置決めを直交座標系に基づいて容易に行うことができ、また、相互に影響し合う3つの方向における変位の関係が複雑化してしまうことを抑制できその補正を容易に行うことができる。   According to this configuration, since the displacement of the cutting tool is controlled in three orthogonal directions, the cutting tool can be easily positioned in a three-dimensional space on the basis of the orthogonal coordinate system, and the three influence each other. Complicating the relationship of displacement in two directions can be suppressed and the correction can be easily performed.

上記目的を達成するための本発明に係る切削加工装置は、被削材を保持する基部主軸の回転と同期させると共に、当該被削材に対して切削工具をさらに高速で変位させながら切削を行う切削加工装置に関する。
そして、本発明は、上記目的を達成するための以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
In order to achieve the above object, a cutting device according to the present invention performs cutting while synchronizing the rotation of a base spindle holding a work material and displacing a cutting tool at a higher speed with respect to the work material. The present invention relates to a cutting apparatus.
And this invention has the following some features for achieving the said objective. In other words, the present invention includes the following features alone or in combination as appropriate.

上記目的を達成するための本発明に係る切削加工装置における第1の特徴は、前記切削工具を支持するベース部と、前記ベース部を互いに異なる第1の方向、第2の方向、および第3の方向にそれぞれ変位させるように駆動する駆動機構であって、前記第1の方向に変位させる第1駆動手段と、前記第2の方向に変位させる第2駆動手段と、前記第3の方向に変位させる第3駆動手段と、を有する駆動機構と、前記ベース部を前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向にそれぞれ独立して変位させるように前記第1駆動手段、前記第2駆動手段、および前記第3駆動手段を制御する制御手段と、を備えていることである。   The first feature of the cutting apparatus according to the present invention for achieving the above object is that a base portion that supports the cutting tool, and a first direction, a second direction, and a third direction that are different from each other in the base portion. A first driving means for displacing in the first direction, a second driving means for displacing in the second direction, and a third driving direction in the third direction. A third driving means for displacing the first driving means, and the first driving means for displacing the base portion independently in the first direction, the second direction, and the third direction, respectively. And a control means for controlling the second drive means and the third drive means.

この構成によると、被削材を保持する基部主軸の回転と同期させながら切削工具を被削材に対してさらに高速で第1乃至第3の方向にそれぞれ独立に変位させて被削材の表面形状を切削加工することができる。このため、3次元空間内で被削材に対して切削工具を任意の方向に任意の距離移動させることができ、これにより、被削材の表面に対して任意の3次元形状を転写することが可能となる。また、3つの方向における切削工具の各変位を適宜組み合わせることで、旋盤の主軸の回転に同期させながらシャープなエッジ形状を形成することもできる。そして、そのようなシャープなエッジ形状を形成しても、生産性の低下を招くことを抑制でき、さらに十分な寸法精度も容易に確保することができる。したがって、本発明の切削加工装置によると、加工可能な被削材の表面形状の自由度を大幅に向上させることができ、シャープなエッジ形状の形成も可能にすることができる。   According to this configuration, the surface of the work material is obtained by independently displacing the cutting tool in the first to third directions at a higher speed with respect to the work material while synchronizing with the rotation of the base spindle holding the work material. The shape can be cut. For this reason, it is possible to move the cutting tool in an arbitrary direction with respect to the work material in a three-dimensional space, thereby transferring an arbitrary three-dimensional shape to the surface of the work material. Is possible. In addition, by appropriately combining the displacements of the cutting tool in the three directions, a sharp edge shape can be formed while synchronizing with the rotation of the lathe spindle. Even if such a sharp edge shape is formed, it is possible to suppress a reduction in productivity, and it is possible to easily ensure sufficient dimensional accuracy. Therefore, according to the cutting apparatus of the present invention, the degree of freedom of the surface shape of the workable material can be greatly improved, and a sharp edge shape can be formed.

本発明に係る切削加工装置における第2の特徴は、前記ベース部の前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向それぞれにおける変位量を検出する変位センサをさらに備え、前記制御手段は、前記変位センサで検出された結果に基づいて前記ベース部の変位のフィードバック制御を行うことである。   The second feature of the cutting apparatus according to the present invention further comprises a displacement sensor that detects a displacement amount of the base portion in each of the first direction, the second direction, and the third direction, The control means performs feedback control of the displacement of the base portion based on the result detected by the displacement sensor.

この構成によると、切削工具の第1乃至第3の方向それぞれの変位量をフィードバック制御することで、切削工具の変位の目標への追従性を向上させてより高精度の切削加工を実現できるとともに、第1乃至第3の方向それぞれにおける変位が相互に影響し合うことによって発生する目標変位に対する偏差を補正することができる。   According to this configuration, by performing feedback control on the amount of displacement of each of the first to third directions of the cutting tool, it is possible to improve the followability of the cutting tool to the target and realize higher-precision cutting. The deviation with respect to the target displacement that occurs when the displacements in the first to third directions influence each other can be corrected.

本発明に係る切削加工装置における第3の特徴は、前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向は、互いに直交していることである。   A third feature of the cutting apparatus according to the present invention is that the first direction, the second direction, and the third direction are orthogonal to each other.

この構成によると、切削工具の変位を直交する第1乃至第3の方向において制御するため、3次元空間において切削工具の位置決めを直交座標系に基づいて容易に行うことができ、また、相互に影響し合う第1乃至第3の方向における変位の関係が複雑化してしまうことを抑制できその補正を容易に行うことができる。   According to this configuration, since the displacement of the cutting tool is controlled in the first to third directions orthogonal to each other, the cutting tool can be easily positioned in the three-dimensional space based on the orthogonal coordinate system, and Complicating the displacement relationship in the first to third directions that affect each other can be suppressed, and the correction can be easily performed.

本発明に係る切削加工装置における第4の特徴は、前記第1駆動手段、前記第2駆動手段、および前記第3駆動手段は、圧電素子を用いて形成されていることである。   A fourth feature of the cutting apparatus according to the present invention is that the first drive means, the second drive means, and the third drive means are formed using piezoelectric elements.

この構成によると、第1乃至第3駆動手段を圧電素子を用いて形成することで、第1乃至第3の方向においてそれぞれ微小変位の制御を高速に行うことができる駆動機構を容易に実現することができる。   According to this configuration, by forming the first to third driving means using piezoelectric elements, it is possible to easily realize a driving mechanism that can perform minute displacement control in the first to third directions at high speed. be able to.

本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施形態に係る切削加工装置および切削加工方法は、FTS(Fast Tool Servo)のように、被削材に対して相対移動する切削工具をその切削工具に対してさらに変位させながら切削を行う場合に広く適用することができるものである。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the cutting device and the cutting method according to the embodiment of the present invention are such that a cutting tool that moves relative to the work material is further displaced with respect to the cutting tool, such as FTS (Fast Tool Servo). The present invention can be widely applied when cutting.

図1は、本発明の実施形態に係る切削加工装置1を示す模式図である。この図1に示す切削加工装置1は、超精密加工用の旋盤(図示せず)に対して設けられており、被削材2に対して相対移動する切削工具3を被削材2に対してさらに変位させながら切削を行うように構成されている。被削材2は、例えば、旋盤の主軸に取り付けられており、その主軸の回転とともに図中矢印Bで示す方向に回転するように配設されている。そして、切削加工装置1におけるハウジング10は、その旋盤の主軸に対して図中矢印Aで示す1軸方向に移動するように配設されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cutting apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The cutting apparatus 1 shown in FIG. 1 is provided for a lathe (not shown) for ultra-precision machining, and a cutting tool 3 that moves relative to the work material 2 is applied to the work material 2. The cutting is performed while further displacing. The work material 2 is attached to, for example, a main shaft of a lathe, and is disposed so as to rotate in a direction indicated by an arrow B in the drawing along with the rotation of the main shaft. And the housing 10 in the cutting apparatus 1 is arrange | positioned so that it may move to the 1-axis direction shown by arrow A in the figure with respect to the main axis | shaft of the lathe.

図2は、本実施形態の切削加工装置1の制御ブロック図を示したものである。図1および図2に示すように、本実施形態の切削加工装置1は、取付ブロック4、駆動機構5、変位センサ9、コントローラ9、ハウジング10などを備えて構成されている。   FIG. 2 shows a control block diagram of the cutting apparatus 1 of the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the cutting apparatus 1 according to the present embodiment includes an attachment block 4, a drive mechanism 5, a displacement sensor 9, a controller 9, a housing 10, and the like.

図1に示すように、取付ブロック4は、切削工具3を支持するベース部であって、ハウジング10に対して駆動機構5を介して取り付けられている。駆動機構5は、取付ブロック4を互いに異なる3つの方向である第1の方向、第2の方向、および第3の方向にそれぞれ変位させるように駆動するように構成されている。本実施形態では、この第1乃至第3の方向は、互いに直交しているX軸方向(第1の方向)、Y軸方向(第2の方向)、およびZ軸方向(第3の方向)として設定されている。   As shown in FIG. 1, the attachment block 4 is a base portion that supports the cutting tool 3, and is attached to the housing 10 via the drive mechanism 5. The drive mechanism 5 is configured to drive the mounting block 4 so as to be displaced in three different directions, ie, a first direction, a second direction, and a third direction. In the present embodiment, the first to third directions are the X-axis direction (first direction), the Y-axis direction (second direction), and the Z-axis direction (third direction) that are orthogonal to each other. Is set as

また、駆動機構5は、第1アクチュエータ6、第2アクチュエータ7、および第3アクチュエータ8を備えて構成されている。第1アクチュエータ6は、取付ブロック4をハウジング10に対してX軸方向に変位させる第1駆動手段として構成されている。そして、第2アクチュエータ7は取付ブロック4をハウジング10に対してY軸方向に変位させる第2駆動手段として、第3アクチュエータ8は取付ブロック4をハウジング10に対してZ軸方向に変位させる第3駆動手段として構成されている。これらの第1アクチュエータ6、第2アクチュエータ7、および第3アクチュエータ8は、いずれも圧電素子を用いて構成されている。   The drive mechanism 5 includes a first actuator 6, a second actuator 7, and a third actuator 8. The first actuator 6 is configured as first driving means for displacing the mounting block 4 in the X-axis direction with respect to the housing 10. The second actuator 7 serves as second driving means for displacing the mounting block 4 with respect to the housing 10 in the Y-axis direction, and the third actuator 8 is configured to displace the mounting block 4 with respect to the housing 10 in the Z-axis direction. It is comprised as a drive means. The first actuator 6, the second actuator 7, and the third actuator 8 are all configured using piezoelectric elements.

変位センサ9は、図1に示すように、取付ブロック4のX軸方向の変位量を検出するX軸変位センサ9aと、取付ブロック4のY軸方向の変位量を検出するY軸変位センサ9bと、取付ブロック4のZ軸方向の変位量を検出するZ軸変位センサ9cとを備えて構成されている。これらの各軸方向の変位センサ9a・9b・9cは、ハウジング10に対して取り付けられた静電容量センサとして構成されている。そして、取付ブロック4にそれぞれ取り付けられている被測定片17a・17b・17cとの距離をそれぞれ測定することで、取付ブロック4のハウジング10に対する各軸方向における変位量、すなわち切削工具3の各軸方向における変位量を計測するようになっている。   As shown in FIG. 1, the displacement sensor 9 includes an X-axis displacement sensor 9a that detects the amount of displacement of the mounting block 4 in the X-axis direction, and a Y-axis displacement sensor 9b that detects the amount of displacement of the mounting block 4 in the Y-axis direction. And a Z-axis displacement sensor 9c that detects the amount of displacement of the mounting block 4 in the Z-axis direction. These axial displacement sensors 9 a, 9 b, 9 c are configured as capacitance sensors attached to the housing 10. Then, by measuring the distances to the measured pieces 17a, 17b, and 17c respectively attached to the attachment block 4, the displacement amount of the attachment block 4 with respect to the housing 10 in each axial direction, that is, each axis of the cutting tool 3 is measured. The displacement in the direction is measured.

コントローラ11は、図示しないCPU(Central Processing Unit)やメモリ(ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory))、電流制御回路などを備えて構成されている。そして、このコントローラ11は、取付ブロック4をX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向にそれぞれ独立して変位させるように第1アクチュエータ9a、第2アクチュエータ9b、および第3アクチュエータ9cを制御する制御手段として構成されている。   The controller 11 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory (ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory)), a current control circuit, and the like (not shown). The controller 11 controls the first actuator 9a, the second actuator 9b, and the third actuator 9c so as to displace the mounting block 4 independently in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. It is configured as a control means.

また、このコントローラ11は、図2の制御ブロック図に示すように、変位センサ9(9a、9b、9c)で検出された結果に基づいて取付ブロック4の変位のフィードバック制御を行うように構成されている。まず、超精密加工用の旋盤のステージエンコーダ(図示せず)からの座標信号として、図1中の矢印A方向における切削工具3の位置座標および主軸の回転位置座標であるB軸座標が、リアルタイムにコントローラ11に読み込まれる。コントローラ11にはリアルタイム目標値演算部12が構築されており、読み込まれた上述の座標に応じて、所定の計算式に基づいて切削工具3(すなわち、取付ブロック4)の各軸(X軸、Y軸、Z軸)方向における目標位置(目標変位)がそれぞれ計算される。そして、この各軸ごとの目標位置に取付ブロック4の変位が追従するように、第1アクチュエータ9a、第2アクチュエータ9b、第3アクチュエータ9cの駆動が制御される。すなわち、PID制御器13a、D/A変換器14a、アンプ16a、A/D変換器15aを備えて構成されるX軸フィードバック制御系によって、変位センサ9aでの検出結果に基づいてX軸目標位置に対して取付ブロック4の変位を追従させるように、第1アクチュエータ9aが駆動される。また、PID制御器13b、D/A変換器14b、アンプ16b、A/D変換器15bを備えて構成されるY軸フィードバック制御系によって、変位センサ9bでの検出結果に基づいてY軸目標位置に対して取付ブロック4の変位を追従させるように、第2アクチュエータ9bが駆動される。また、PID制御器13c、D/A変換器14c、アンプ16c、A/D変換器15cを備えて構成されるZ軸フィードバック制御系によって、変位センサ9cでの検出結果に基づいてZ軸目標位置に対して取付ブロック4の変位を追従させるように、第3アクチュエータ9cが駆動される。   Further, as shown in the control block diagram of FIG. 2, the controller 11 is configured to perform feedback control of the displacement of the mounting block 4 based on the result detected by the displacement sensor 9 (9a, 9b, 9c). ing. First, as coordinate signals from a stage encoder (not shown) of a lathe for ultraprecision machining, the position coordinates of the cutting tool 3 in the direction of arrow A in FIG. To the controller 11. A real-time target value calculation unit 12 is constructed in the controller 11, and each axis (X axis, X) of the cutting tool 3 (that is, the mounting block 4) is determined based on a predetermined calculation formula in accordance with the read coordinates. A target position (target displacement) in the Y-axis and Z-axis directions is calculated. The driving of the first actuator 9a, the second actuator 9b, and the third actuator 9c is controlled so that the displacement of the mounting block 4 follows the target position for each axis. That is, the X-axis target position is determined based on the detection result of the displacement sensor 9a by the X-axis feedback control system including the PID controller 13a, the D / A converter 14a, the amplifier 16a, and the A / D converter 15a. The first actuator 9a is driven so that the displacement of the mounting block 4 follows. The Y-axis target position is determined based on the detection result of the displacement sensor 9b by the Y-axis feedback control system including the PID controller 13b, the D / A converter 14b, the amplifier 16b, and the A / D converter 15b. The second actuator 9b is driven so that the displacement of the mounting block 4 follows. Further, the Z-axis target position is determined based on the detection result of the displacement sensor 9c by the Z-axis feedback control system including the PID controller 13c, the D / A converter 14c, the amplifier 16c, and the A / D converter 15c. The third actuator 9c is driven so that the displacement of the mounting block 4 follows.

なお、本実施形態の切削加工方法は、切削加工装置1が作動することによって実現されることになる。すなわち、本実施形態の切削加工方法は、互いに直交している3つの方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)においてそれぞれ変位可能に支持された切削工具3を、被削材2に対する切削工具3の相対移動に応じて、X・Y・Z軸方向の3つの方向において独立に変位させるように制御する3方向独立制御ステップを備えるものとして構成されることになる。この3方向独立制御ステップでは、前述のように、切削工具3のX・Y・Z軸方向の3つのそれぞれにおける変位量が変位センサ9によって計測されてコントローラ11によってフィードバック制御が行われることになる。   In addition, the cutting method of this embodiment is implement | achieved when the cutting apparatus 1 operate | moves. That is, the cutting method according to the present embodiment applies the cutting tool 3 supported so as to be displaceable in three directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) orthogonal to each other to the work material 2. According to the relative movement of the cutting tool 3, it is configured to include a three-way independent control step for controlling the displacement independently in the three directions of the X, Y, and Z axes. In the three-way independent control step, as described above, the displacement amount of each of the three cutting tools 3 in the X, Y, and Z-axis directions is measured by the displacement sensor 9 and feedback control is performed by the controller 11. .

ここで、本実施形態の切削加工装置1における制御性能を確認するために応答特性を評価した結果について説明する。図3および図4は、Z軸方向において0.25μmステップ送りの指令を与えて制御を行った場合におけるステップ応答動作評価の結果を示したものであり、図3はオープンループ制御を行った場合について、図4はフィードバック制御を行った場合についてそれぞれ示したものである。図3に示すオープンループ制御ではZ軸方向の送りにともなってX軸およびY軸方向にも取付ブロック4が変位して干渉が発生しているのに対して、図4に示すフィードバック制御ではこのような干渉の発生を補正できることが確認できた。また、図5は、周波数応答特性を示したものである。この図5に示すように、X軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向のいずれにおいてもほぼ同様の周波数特性が得られており、600〜800Hz程度までは十分な応答が得られることが確認できた。   Here, the result of evaluating the response characteristics in order to confirm the control performance in the cutting apparatus 1 of the present embodiment will be described. 3 and 4 show the results of the step response operation evaluation when the control is performed by giving a command of 0.25 μm step feed in the Z-axis direction, and FIG. 3 shows the case where the open loop control is performed. FIG. 4 shows a case where feedback control is performed. In the open loop control shown in FIG. 3, the mounting block 4 is displaced in the X axis and Y axis directions along with the feed in the Z axis direction, and interference occurs. In the feedback control shown in FIG. It was confirmed that the occurrence of such interference could be corrected. FIG. 5 shows frequency response characteristics. As shown in FIG. 5, almost the same frequency characteristics are obtained in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and it is confirmed that a sufficient response is obtained up to about 600 to 800 Hz. did it.

以上説明したように、本実施形態の切削加工方法および切削加工装置1によると、被削材2を保持する基部主軸の回転と同期させながら切削工具3を被削材2に対してさらに高速で第1乃至第3の方向にそれぞれ独立に変位させて被削材2の表面形状を切削加工することができる。このため、3次元空間内で被削材2に対して切削工具3を任意の方向に任意の距離移動させることができ、これにより、被削材2の表面に対して任意の3次元形状を転写することが可能となる。また、3つの方向における切削工具3の各変位を適宜組み合わせることで、旋盤の主軸の回転に同期させながらシャープなエッジ形状を形成することもできる。そして、そのようなシャープなエッジ形状を形成しても、生産性の低下を招くことを抑制でき、さらに十分な寸法精度も容易に確保することができる。したがって、本実施形態の切削加工方法および切削加工装置1によると、加工可能な被削材の表面形状の自由度を大幅に向上させることができ、シャープなエッジ形状の形成も可能にすることができる。   As described above, according to the cutting method and the cutting apparatus 1 of the present embodiment, the cutting tool 3 is moved at a higher speed relative to the work material 2 while being synchronized with the rotation of the base spindle that holds the work material 2. The surface shape of the work material 2 can be cut by being independently displaced in the first to third directions. For this reason, the cutting tool 3 can be moved in an arbitrary direction by an arbitrary distance with respect to the work material 2 in the three-dimensional space, whereby an arbitrary three-dimensional shape is formed on the surface of the work material 2. It becomes possible to transfer. Further, by appropriately combining the displacements of the cutting tool 3 in the three directions, a sharp edge shape can be formed while synchronizing with the rotation of the main spindle of the lathe. Even if such a sharp edge shape is formed, it is possible to suppress a reduction in productivity, and it is possible to easily ensure sufficient dimensional accuracy. Therefore, according to the cutting method and the cutting apparatus 1 of the present embodiment, the degree of freedom of the surface shape of the workable material can be greatly improved, and a sharp edge shape can be formed. it can.

また、本実施形態の切削加工方法および切削加工装置1によると、切削工具3の第1乃至第3の方向それぞれの変位量をフィードバック制御することで、切削工具3の変位の目標への追従性を向上させてより高精度の切削加工を実現できるとともに、第1乃至第3の方向それぞれにおける変位が相互に影響し合うことによって発生する目標変位に対する偏差を補正することができる。   In addition, according to the cutting method and the cutting apparatus 1 of the present embodiment, feedback control of the displacement amounts of the cutting tool 3 in the first to third directions allows feedback of the displacement of the cutting tool 3 to the target. Thus, it is possible to realize cutting with higher accuracy, and it is possible to correct a deviation with respect to a target displacement generated by displacements in the first to third directions interacting with each other.

また、本実施形態の切削加工方法および切削加工装置1によると、切削工具3の変位を直交する第1乃至第3の方向において制御するため、3次元空間において切削工具3の位置決めを直交座標系に基づいて容易に行うことができ、また、相互に影響し合う第1乃至台の方向における変位の関係が複雑化してしまうことを抑制できその補正を容易に行うことができる。   Further, according to the cutting method and the cutting apparatus 1 of the present embodiment, in order to control the displacement of the cutting tool 3 in the first to third directions orthogonal to each other, the positioning of the cutting tool 3 in the three-dimensional space is orthogonal coordinate system. Further, it is possible to easily perform the correction based on the above, and it is possible to suppress the complicated relationship of the displacements in the directions of the first to the stage that influence each other and to easily correct the displacement.

また、切削加工装置1によると、第1乃至第3アクチュエータ(6、7、8)を圧電素子を用いて形成することで、第1乃至第3の方向においてそれぞれ微小変位の制御を高速に行うことができる駆動機構を容易に実現することができる。   Further, according to the cutting apparatus 1, the first to third actuators (6, 7, 8) are formed using piezoelectric elements, so that the minute displacements can be controlled at high speeds in the first to third directions, respectively. It is possible to easily realize a drive mechanism that can be used.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、本実施形態においては、第1乃至第3の方向が互いに直交している場合を例にとって説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよく任意の座標系を設定することができる。また、本実施形態においては第1乃至第3駆動手段として圧電素子を用いて形成されているものを例にとって説明したが、必ずしもこの通りでなくてもよく、ボイスコイルや油圧機器等を用いて形成されているものであってもよい。   The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. For example, in the present embodiment, the case where the first to third directions are orthogonal to each other has been described as an example, but this need not necessarily be the case, and an arbitrary coordinate system can be set. In the present embodiment, the first to third driving means are described by way of example using piezoelectric elements. However, this need not be the case, and a voice coil, hydraulic equipment, or the like may be used. It may be formed.

本発明の一実施の形態に係る切削加工装置を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the cutting device concerning one embodiment of the present invention. 図1に示す切削加工装置における制御ブロック図である。It is a control block diagram in the cutting apparatus shown in FIG. 図1の示す切削加工装置においてオープンループ制御を行った場合のステップ応答動作評価の結果を示したものである。The result of step response operation | movement evaluation at the time of performing open loop control in the cutting apparatus shown in FIG. 1 is shown. 図1に示す切削加工装置においてフィードバック制御を行った場合のステップ応答動作評価の結果を示したものである。The result of step response operation | movement evaluation at the time of performing feedback control in the cutting apparatus shown in FIG. 1 is shown. 図1に示す切削加工装置における周波数応答特性を示したものである。The frequency response characteristic in the cutting apparatus shown in FIG. 1 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 切削加工装置
2 被削材
3 切削工具
4 取付ブロック(ベース部)
5 駆動機構
6 第1アクチュエータ(第1駆動手段)
7 第2アクチュエータ(第2駆動手段)
8 第3アクチュエータ(第3駆動手段)
9 変位センサ
11 コントローラ(制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting device 2 Work material 3 Cutting tool 4 Mounting block (base part)
5 drive mechanism 6 first actuator (first drive means)
7 Second actuator (second drive means)
8 Third actuator (third drive means)
9 Displacement sensor 11 Controller (control means)

Claims (7)

被削材を保持する基部主軸の回転と同期させると共に、当該被削材に対して切削工具をさらに高速で変位させながら切削を行う切削加工方法であって、
互いに異なる3つの方向においてそれぞれ変位可能に支持された前記切削工具を、前記被削材に対する当該切削工具の相対移動に応じて、当該3つの方向において独立に変位させるように制御する3方向独立制御ステップを備えていることを特徴とする切削加工方法。
A cutting method that performs cutting while synchronizing the rotation of the base spindle that holds the work material and displacing the cutting tool at a higher speed with respect to the work material,
Three-way independent control for controlling the cutting tool supported so as to be displaceable in three different directions from each other independently in the three directions in accordance with the relative movement of the cutting tool with respect to the work material. A cutting method characterized by comprising a step.
前記3方向独立制御ステップでは、前記切削工具の前記3つの方向それぞれにおける変位量を計測してフィードバック制御を行う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 in the three-way independent control step, feedback control is performed by measuring a displacement amount of the cutting tool in each of the three directions. 前記3つの方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の切削加工方法。   The cutting method according to claim 1 or 2, wherein the three directions are orthogonal to each other. 被削材を保持する基部主軸の回転と同期させると共に、当該被削材に対して切削工具をさらに高速で変位させながら切削を行う切削加工装置であって、
前記切削工具を支持するベース部と、
前記ベース部を互いに異なる第1の方向、第2の方向、および第3の方向にそれぞれ変位させるように駆動する駆動機構であって、前記第1の方向に変位させる第1駆動手段と、前記第2の方向に変位させる第2駆動手段と、前記第3の方向に変位させる第3駆動手段と、を有する駆動機構と、
前記ベース部を前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向にそれぞれ独立して変位させるように前記第1駆動手段、前記第2駆動手段、および前記第3駆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切削加工装置。
A cutting device that synchronizes with the rotation of the base spindle that holds the work material and performs cutting while further displacing the cutting tool with respect to the work material,
A base for supporting the cutting tool;
A driving mechanism for driving the base portion to displace in a first direction, a second direction, and a third direction different from each other, the first driving means for displacing the base portion in the first direction; A drive mechanism having second drive means for displacing in a second direction and third drive means for displacing in the third direction;
The first driving means, the second driving means, and the third driving means are configured to displace the base portion independently in the first direction, the second direction, and the third direction, respectively. Control means for controlling;
A cutting apparatus characterized by comprising:
前記ベース部の前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向それぞれにおける変位量を検出する変位センサをさらに備え、
前記制御手段は、前記変位センサで検出された結果に基づいて前記ベース部の変位のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の切削加工装置。
A displacement sensor for detecting a displacement amount of each of the base portion in the first direction, the second direction, and the third direction;
The cutting apparatus according to claim 4, wherein the control unit performs feedback control of displacement of the base portion based on a result detected by the displacement sensor.
前記第1の方向、前記第2の方向、および前記第3の方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の切削加工装置。   The cutting apparatus according to claim 4 or 5, wherein the first direction, the second direction, and the third direction are orthogonal to each other. 前記第1駆動手段、前記第2駆動手段、および前記第3駆動手段は、圧電素子を用いて形成されていることを特徴とする請求子4乃至請求項6のいずれか1項に記載の切削加工装置。   The cutting according to any one of claims 4 to 6, wherein the first driving means, the second driving means, and the third driving means are formed using a piezoelectric element. Processing equipment.
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