JP3598534B2 - 非球面加工装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、レーザプリンタに使用される光学部品等の非回転対称非球面形状を加工するための非球面加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザプリンタに使用される光学部品等の非回転対称非球面形状を有するワークを加工する場合には、従来では、3軸制御可能なマシニングセンタあるいはグライディングセンタにボールエンドミル等の略半球状の形状をした砥石を装着し、X、Y、Z軸の同時3軸制御による加工、あるいはX、Z軸の同時2軸制御によるワンパス加工とY軸方向の一定量の送りとの繰り返しによる加工を行っている。また、上記の非球面加工装置には、砥石を球状にツルーイングするため砥石周りにツルアが旋回自在とする駆動機構を備えたツルーイング装置およびツルーイング後の砥石径を測定するためのタッチセンサ等を備えた測定装置が備えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の非球面加工装置において、砥石を球状にツルーイングするためにツルアを砥石周りに旋回自在とする必要があり、ツルアの駆動機構が複雑となってしまい、コストアップとなるとともにツルアの駆動系に誤差が発生し易く、高精度なツルーイングを行うことは非常に困難であるという問題があった。
【0004】
また、砥石は回転時、半径方向に回転膨張する恐れがあり、上記のように砥石に接触するタッチセンサによって砥石径の測定を行う測定装置では砥石回転時の実際の砥石径を正確に測定することは難しく、砥石が停止状態で測定された砥石径の測定データでの誤差がワークの加工データの誤差となり、高精度な非球面加工を行うことができないという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の非曲面加工装置は、上述した問題を解決するためになされたもので、請求項1に記載された発明は、ワークに三次元の非回転対称非球面を円盤状砥石により加工する非球面加工装置であって、ワークを支持するワーク支持部と、回転駆動され外周面が球面状の砥石を有する砥石ヘッドと、前記ワークと砥石とが互いに接離する切込み送り方向に前記ワーク支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第1の駆動手段と、前記切込み送り方向と直角なトラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第2の駆動手段と、前記トラバース送り方向及び前記切込み送り方向とに直角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第3の駆動手段と、前記ワークに対して前記トラバース送り方向に離間して並列的に設けられ前記第2の駆動手段によって移動され、前記砥石中心を通り前記砥石の回転軸線と直交する軸線回りに回転駆動され開口端内周の円周縁が前記砥石の球面状の外周面に接触する中空円筒状のツルアを備えたツルーイング装置と、非球面形状データに基づいて第1、第2、第3の駆動手段を制御する制御手段とを備えたものである。
【0007】
【作用】
請求項1に記載された発明は、前記第3の駆動手段によりワーク支持部と砥石ヘッドを相対的にピッチフィード送りし、そして第2の駆動手段によりワーク支持部と砥石ヘッドをトラバース方向に相対移動させると同時に第1の駆動手段により支持部と砥石ヘッドを相対移動させて切込み送りを与えてワークの全面に対して加工を行う。ツルーイングの際は、第2の駆動手段により砥石ヘッドの砥石中心とツルーイング装置のツルアの回転軸心とが一致する位置まで相対移動させ、それぞれを回転駆動させた状態で第1の駆動手段によりツルアと砥石を相対移動させて切込み送りを与え、ツルアの円周縁に砥石外周面が接触した状態でツルーイングを行う。その結果、砥石外周面は砥石中心から均一な半径を持った球面状に高精度にツルーイングされる。
【0009】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の非球面加工装置及びその制御部の全体構成図、図2はその側面図である。
図1及び図2において、10はベッド、11はベッド10上に固定されたワーク用案内台であり、このワーク用案内台11上には、ワーク用スライドテーブル12がX軸方向(トラバース送り方向)に移動可能に設置されている。
【0010】
ワーク用スライドテーブル12は、ワーク用案内台11に設置されたサーボモータ13及びこのサーボモータ13により回転される送りねじ13aとによってX軸方向に送り制御される。
ワーク用スライドテーブル12上には、ワーク支持台14が固定され、このワーク支持台14の前面には真空チャック15が設けられ、この真空チャック15によってワークWが保持されるようになっている。
【0011】
また、ワーク用スライドテーブル12上には、ワーク支持台14に対してX軸方向に離間してツルーイング装置16が並列的に固定されている。
ツルーイング装置本体16aには、ツルア軸17がX軸と直角なZ軸方向と平行な軸線回りに回転可能に支承されており、このツルア軸17は電動モータ18によって回転駆動される。
【0012】
ツルア軸17先端には、図3(a)、(b)、(c)に示すように、ツルア軸17にボルト19によって基部21が固定され、この基部21に形成された環状突出部21aの先端に中空円筒状のツルア20が固着されている。
ツルーイング時はツルア20の回転軸心P上を砥石中心Oが移動するように切込み送り制御することによって、ツルア20の開口端内周の円周縁20aが後述する砥石28の外周面に線接触で接触し、砥石28の外周面を高精度に球面状にツルーイングする。
【0013】
なお、砥石28の外周面に接触する開口端内周にテーパ部あるいはアール部を設けても良く、テーパ部あるいはアール部とした場合、砥石28の外周面とは線接触あるいは面接触し、この場合、上記のように開口端内周の円周縁20aがいわゆるピン角のものに比べて、ツルーイングによるツルア20の摩耗量が少なくなる。
【0014】
図1、図2において、22はワーク用案内台11の右方向においてベッド10上に固定された砥石用案内台であり、この砥石用案内台22上には、砥石スライドテーブル23がX軸と直角なZ軸方向(切込み送り方向)に移動可能に設置されている。
砥石用スライドテーブル23は、砥石用案内台22に設置したサーボモータ24及びこのサーボモータ24により回転される送りねじ24aとによってZ軸方向に送り制御される。
【0015】
砥石用スライドテーブル23上にはコラム25が鉛直に設置されており、このコラム25の工作物Wと対向する側面には砥石ヘッド26が鉛直なY軸方向(ピッチフィード送り方向)に移動可能に設置されている。砥石ヘッド26は、コラム25上に設置されたサーボモータ27及びサーボモータ27により回転される送りねじ(図示せず)とによってY軸方向に送り制御される。
【0016】
砥石ヘッド26には、外周面が球面状の砥石28が前記ツルア20の回転軸線と直交する鉛直軸線回りに回転可能に軸支され、この砥石28は電動モータ29によって回転駆動される。
なお、図1、図2において、30は砥石ヘッド26にワイヤ等を介して連結されたカウンタバランスである。
【0017】
図1、図2において、ベッド10上のZ軸方向に、ストロボ装置31と顕微鏡32が対向して設置されている。ストロボ装置31は所定の周波数で発光する光源、発光された光を反射する反射鏡、光を集光する集光レンズ等から構成され、旋回駆動装置33によってX軸に平行な軸線回りに90°旋回されるようになっており、通常は図1、図2に示すように水平状態に保持され、測定時には90°旋回され、図4の一点鎖線に示す位置に位置決めされる。
【0018】
顕微鏡32は、顕微鏡32で拡大した影像を受像機34に像映するテレビカメラ35とともに支持フレーム36に固定されており、この支持フレーム36は流体圧シリンダ37のピストンロッド(図示せず)に固定されており、この流体圧シリンダ37の作動によって顕微鏡32及びテレビカメラ35はX軸方向に進退される。
【0019】
ここで、ストロボ装置31と、顕微鏡32と、受像機34とで砥石形状測定装置が構成される。
図1において、38は非球面加工装置全体を制御し、管理する数値制御装置であり、操作盤39と、測定プログラム並びに加工プログラムが記憶されたメモリ40と、砥石半径Rの補正データを入力することにより非回転対称非球面形状データ(X、Y、Z)を算出して出力する自動プログラミング装置41とが接続されている。
【0020】
さらに、数値制御装置38には、加工プログラムおよび形状データに基づいて数値制御装置38から出力される駆動指令信号により、それぞれのサーボモータ13、24、27を駆動する駆動回路42〜44が接続されている。
上記構成において、サーボモータ13は第1の駆動手段を、サーボモータ24は第2の駆動手段を、サーボモータ27は第3の駆動手段を、ワーク支持台14及び真空チャック15は支持部を、数値制御装置38は制御手段をそれぞれ構成する。
【0021】
上記形状データ(X、Y、Z)は、自動プログラミング装置41により算出されるワークWの加工ポイントから砥石半径R離間した面、つまり、砥石中心Oの軌跡であり、砥石28の外周面が球面状であるため、ワークWの加工ポイントに対して砥石中心Oが常に法線方向に位置して加工が行われることとなる。
次に、上記のように構成された本実施例の動作について説明する。
【0022】
ワークWを非球面加工する場合には、まず、加工プログラムにしたがい数値制御装置38を動作させることにより、形状データ(X、Y、Z)に応じたトラバース駆動指令信号を駆動回路42を介してサーボモータ13に加え、これによりワークWを含めたワーク用スライドテーブル12をX軸方向に移動させて、ワークWを加工開始位置に移動させる。この状態で、数値制御装置30から切込み駆動指令信号を駆動回路43を介してサーボモータ24に加えることにより、砥石ヘッド26を含めた砥石用スライドテーブル23をZ軸方向に切込み送りさせ(図5参照)、そして、X軸とZ軸の同時2軸制御により、図6の実線矢印に示すように、ワークWをX軸方向にワンパス加工する。
【0023】
ワークWに対する上述のワンパス加工が終了すると、加工プログラムと形状データに基づき数値制御装置38からピッチフィード駆動指令信号を駆動回路44を介してサーボモータ27に加えることにより、図6の点線矢印に示すように、砥石ヘッド26をY軸方向に1ピッチ分移動する。
砥石ヘッド26のY軸方向の1ピッチ送りが終了した後は、再び上述のX軸とZ軸の同時2軸制御を行うことにより、ワークWをワンパス加工する。
【0024】
以下、同様な動作を繰り返すことにより、ワークWの全面を形状データに応じて非球面に加工する。
上記実施例において用いた加工方法つまり、同時2軸制御(X軸、Z軸)でワンパス加工を行い、加工後、Y軸を1ピッチ移動させるということの繰り返しでワークWの全面を加工する方法では、3軸のうちY軸のみスライド精度の異なる軸受を用いた場合(例えば、X軸、Y軸が静圧軸受、Y軸がころがり軸受とした場合)のスライド精度の相違による誤差(例えば、Y軸の追従遅れ等による誤差)が加工中に生じることがないため、精度の良い加工を行うことができる。
【0025】
なお、上記実施例においては、同時3軸制御(X軸、Y軸、Z軸)による加工も可能である。ただし、この場合、スライド精度の相違による誤差を生じさせないため、3軸とも同じ精度の軸受を用いることが望ましく、例えば、3軸とも静圧軸受を用いると、精度の良い加工を行うことができる。
ワークWの加工が終了した後は、ワーク用スライドテーブル12を移動させて、ツルーイング装置16のツルア20の回転軸心Pと砥石28の砥石中心Oとが一致する位置に移動させる。
【0026】
次に、ツルア20および砥石28を回転駆動した状態で(ここで、ツルア20の回転速度は砥石28の回転速度よりも高速で回転させる。)、砥石用スライドテーブル23を切込み送りすることによって、図3(a)、(b)、(c)に示すように、ツルア20の開口端内周の円周縁20aが砥石28の外周面に線接触で密着し、この状態でツルア20に対して砥石28が所定量切り込まれることによって、砥石28の外周面が砥石中心Oから均一な半径Rの球面状に高精度にツルーイングされる。
【0027】
砥石28のツルーイングが終了した後は、砥石半径Rに対してR補正を行うために、次のようにして砥石半径Rを測定する。
まず、ストロボ装置31を旋回駆動装置33により図4に示すように90°旋回して、顕微鏡32と対向させる。
一方、顕微鏡32は、流体圧シリンダ37の作動によって測定位置まで前進される。
【0028】
そして、砥石28を回転駆動した状態で、操作盤39を操作することによって、まず、図4に示すように砥石28の右端が受像機34画面上の中心線に接する位置まで砥石用スライドテーブル23をZ軸方向に手動操作によって移動させて、その位置で砥石用スライドテーブル23を位置決めし、この時のZ軸方向での座標値を作業者によって読み取る。この時のZ軸方向の座標値をZ1とする。
【0029】
次に、砥石28の左端に対しても同様に測定し、この時の座標値Z2とすると、砥石半径RはR=(Z1−Z2)/2で求めることができる。
ここで、ストロボ装置32の光源から発光される光の周波数に対して砥石28の回転の周波数を整数倍とすることにより、正確な砥石28の影像が受像機34の画面上に像映されるため、高精度な測定データを得ることができる。
【0030】
次に、得られた砥石半径Rを補正データとして自動プログラミング装置41に入力することにより、形状データ(X、Y、Z)が再計算され、数値制御装置38に出力され、次の加工はこの新しい形状データに基づいて加工が行われる。
上記実施例においては、ストロボ装置31は、非測定時は、旋回駆動装置33によって水平状態に旋回されるようになっているため、ワークW、砥石28の交換の際の作業性が向上される。
【0031】
なお、上記実施例において、上記メモリ40に砥石28両端部のZ軸方向の座標値Z1、Z2を順次記憶し、この座標値Z1、Z2から砥石半径Rを算出し、算出された砥石半径Rから形状データ(X、Y、Z)を再計算し、数値制御装置38に出力するといった行程を自動で行うようにしても良い。その場合、自動測定プログラム、砥石半径演算プログラム、形状データ演算プログラムを格納したメモリを用いれば可能である。
【0032】
また、本発明は上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の非球面加工装置は、請求項1に記載された発明によると、研削加工用の砥石の外周面を球面状としたので、加工時の工具R補正を容易に行うことができるようになった。また、開口端内周の円周縁で砥石外周面と密着する中空円筒状の環状突出部を有するツルアを砥石の回転軸心と直交する軸線回りを回転させるとともにツルアの回転軸心上を砥石中心が移動するようにして砥石の外周面を球面状にツルーイングするようにしたので、容易にかつ高精度に球面ツルーイングができ、ツルアの駆動機構が複雑にならず、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の非球面加工装置及びその制御部の全体構成図である。
【図2】図1の側面図である。
【図3】本実施例におけるツルーイング時の作動状態図である。
【図4】本実施例における砥石形状測定時の作動状態図である。
【図5】本実施例における加工時の砥石とワークの作動状態を示す側面図である。
【図6】本実施例における非曲面加工方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
12 ワーク用スライドテーブル
13 サーボモータ(第1の駆動手段)
14 ワーク支持台(支持部)
15 真空チャック(支持部)
16 ツルーイング装置
20 ツルア
20a 円周縁
23 砥石用スライドテーブル
24 サーボモータ(第2の駆動手段)
25 コラム
26 砥石ヘッド
27 サーボモータ(第3の駆動手段)
28 砥石
31 ストロボ装置
32 顕微鏡
34 受像機
35 テレビカメラ
38 数値制御装置(制御手段)
W ワーク
Claims (1)
- ワークに三次元の非回転対称非球面を円盤状砥石により加工する非球面加工装置であって、ワークを支持するワーク支持部と、回転駆動され外周面が球面状の砥石を有する砥石ヘッドと、前記ワークと砥石とが互いに接離する切込み送り方向に前記ワーク支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第1の駆動手段と、前記切込み送り方向と直角なトラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第2の駆動手段と、前記トラバース送り方向及び前記切込み送り方向とに直角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第3の駆動手段と、前記ワークに対して前記トラバース送り方向に離間して並列的に設けられ前記第2の駆動手段によって移動され、前記砥石中心を通り前記砥石の回転軸線と直交する軸線回りに回転駆動され開口端内周の円周縁が前記砥石の球面状の外周面に接触する中空円筒状のツルアを備えたツルーイング装置と、非球面形状データに基づいて第1、第2、第3の駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする非球面加工装置。
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