JP4009521B2 - 研削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸対称形状のレンズ等の光学素子やその成形用金型の成形面を形成するために用いる研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、上述した研削を行うために使用される研削装置を示す。Ｚ軸を中心に回転可能及びＺ軸方向に移動可能なようにワークスピンドル１０１の先端に被加工物１００が取り付けられる。この被加工物１００を研削する砥石１０２は円盤状となっており、その端面が所定の曲率の加工面１０２ａとなっている。砥石１０２はＺ軸と同一平面内で直交するＹ軸方向に移動可能で、且つＹ軸を中心に回転可能に配置される。研削に際しては、被加工物１００が保持されるＺ軸の進退と、砥石１０２が保持されるＹ軸の進退の動作によって位置決めがなされて加工が行われる。砥石１０２の加工面１０２ａは球面形状にツルーイングされており、図８に示すように被加工物１００の中心部を加工するときと外周部を加工するときとにおいて、砥石１０２の作用点Ｑが移動する。
【０００３】
このような装置によって被加工物の形状補正加工を行う場合には、中間工程の加工終了後の断面形状を測定し、この断面形状と所望の断面形状とから図９に示すように、その差分ｔを求める。この被加工物の径方向の各位置（Ｙ軸座標で示される）に対して求められた差分ｔを、形状を測定した直前の加工時における移動軸座標に加減する。すなわち、径方向の各位置での被加工物の位置（Ｚ軸座標で示される）に差分ｔを加減する。この移動軸座標に設定切り込みを与えた座標が形状補正加工時の最終パスにおける砥石と被加工物の軌跡となる。そして、この最終パスに予め設定された１パス当たりの切り込み量をＺ軸座標に加減し、これに基づいた数パスに分けて加工が行われる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−４５８４６号公報（第２〜３頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法により形状補正を行った場合、補正前の形状と所望の形状の差とが大きいときには、図１０に示すように最終パスに至るまでに被加工物の特定の部分しか加工しないパスが多く存在する。このように被加工物の特定の部分しか加工しないパスが多く存在すると、被加工物の径方向位置によって砥石の作用点が決まる加工方法においては、砥石の特定の部分の磨耗が大きくなり、砥石の形状の乱れが発生する。そして、この砥石の形状の乱れが生じることにより、被加工物の研削加工後の形状に大きな影響を与える問題を有している。
【０００６】
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、形状補正を行う研削加工において、砥石の偏磨耗を避けることができ、これにより高精度な面形状を有する回転軸対称の被加工物を加工することが可能な研削方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の研削方法は、被加工物の径方向位置によって砥石の作用点が決まる加工方法であって、加工後の形状が回転軸対称となる被加工物の最終目標形状に加工された時における所望の面形状データと、中間工程終了時の面形状の測定データとを比較して偏差を求め、この偏差を反映して次加工時の加工機の移動軸座標を作成することにより形状修正を施しながら研削加工を行う研削方法において、前記中間工程加工時の移動軸座標に前記偏差を加算して偏差加算移動軸座標を求め、この偏差加算移動軸座標に次加工時の切り込み量を加算して次加工時最終パス移動軸絶対座標を求めた後、前記中間工程の加工時の移動軸座標と前記次加工時最終パス移動軸絶対座標との差分を次加工時のパス数で等分し、等分した点を補間して連続データとし、この連続データの移動軸座標に基づいて研削加工を行うことを特徴とする。
【０００８】
この発明では、中間工程の加工時の移動軸座標と前記次加工時最終パス移動軸絶対座標との差分を次加工時のパス数で等分した点を補間して連続データとし、この連続データの移動軸座標に基づいて研削加工を行うため、形状補正時の研削加工に伴う砥石の偏磨耗を抑制することができる。このため、偏摩耗に起因した形状誤差を抑制でき、高精度な面形状を加工することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は研削加工機の概要を示す側面図、図２〜図４は補正研削加工時の移動軸座標を説明する特性図である。なお、この実施の形態では、被加工物としてガラスレンズを研削する場合に適用するものである。
【００１０】
図１に示すように、概ねの形状が創成されたガラスレンズ１をワーク軸１０のスピンドル２の先端に保持する。ガラスレンズ１は研削加工の完了時に回転軸対称の形状となるものである。ワーク軸１０はＺ軸７を中心にして回転自在であると共に、Ｚ軸７の方向に移動自在となっている。研削加工に用いる砥石３としては、レジンボンドダイヤモンド砥石♯３０００が用いられる。この砥石３は工具軸２０のスピンドル４の先端に取り付けられる。工具軸２０はＹ軸８を中心にして回転自在であると共に、Ｙ軸８の方向に移動自在となっている。また、ガラスレンズ１に当接して加工を行う砥石３の加工面３ａは球面形状にツルーイング・ドレッシングされ、その曲率が測定されている。
【００１１】
ガラスレンズ１の研削加工時においては、ワーク軸１０および工具軸２０のスピンドル２，４はそれぞれ図示しないモーターにより回転する。研削液吐出口５から水溶性研削液６が作用点に向けて吐出される。Ｚ軸７に沿った移動を行う図示せぬモーターによって必要な切り込み量が与えられた後、加工面３ａの曲率・ガラスレンズ１の所望の断面形状より求められたＹＺ座標に従ってＺ軸とＹ軸とが図示せぬモーターによって同期して動作することにより研削が行われる。
【００１２】
この実施の形態の研削では、ガラスレンズ１の中心部を加工するときと外周部を加工するときとでは砥石３の作用点が異なっており、中心部を加工するときには砥石３の径の最も大きい部分が作用点となり、外周部を加工する際には砥石３の球面に沿って作用点が径の小さくなる方向に移動するようになっている。
【００１３】
次に、補正加工の手順について、図２〜図４を用いて説明する。
【００１４】
中間工程の加工が終了したレンズ表面の形状を、その回転中心を通る断面の形状として測定する。次に、その断面形状データＡを所望の断面形状データＢと重ね合わせる。なお、比較を容易にするために、図２では、所望の断面形状データＢをフラットな線で示している。このとき、回転中心位置でデータが重なり合うようにし、加工後の断面形状データＡと所望の断面形状Ｂデータとの偏差を各径方向位置の値として求める。偏差は、図２の回転軸の右側（ｔＲ）・左側（ｔＬ）のそれぞれで算出し、その平均値を偏差ｔの代表値とする。
【００１５】
図３は、移動軸座標の補正を示す。終了した中間工程の加工の最終パスに使用した移動軸座標Ｃ（Ｙ＝０が回転中心）に対して、求められた偏差ｔを加減して移動軸座標Ｄを作成し、次の加工時の設定切り込み量Ｌを考慮する。これにより、次の加工の最終パスに使用する移動軸座標Ｅを求めることができる。
【００１６】
図４は、最終パスに至るまでの各パスでの移動軸座標の設定を示す。この実施の形態では、仕上げ研削加工に使用している砥石３の１パス当たりの加工能力は０．５μｍなので、本加工における最大必要切り込み量（ｔｍａｘ＋Ｌ）が２μｍとすると、４パスの加工で最終形状の加工が終了するように設定することになる。これまでに終了した加工の最終パスに使用した移動軸座標Ｃと次の加工の最終パスに使用する移動軸座標Ｅとの間のＺ軸座標間隔を、Ｙ方向の各位置において４等分する。なお、図４では、簡易的にＹ軸方向の４箇所について４等分している。この４等分された各点を連結した線が各パス毎の移動軸座標となる、すなわち、移動軸座標Ｃ側から１つ目同士の点を連結した線が１パス目、２つ目同士を連結した線が２パス目の移動軸座標となるものである。
【００１７】
以上のようにして、次加工時の最終パスおよび最終パスに至るまでの各パス毎の移動軸座標を設定した後においては、研削液６を吐出し、工具軸２０のスピンドル４及びワーク軸１０のスピンドル２を所定の回転数で回転させ、Ｙ軸７およびＺ軸８を設定された座標列に従って所定の速度で移動させながら加工を行う。そして、加工後に断面形状の測定を行い、所望の面精度が得られるまで上記の加工を繰り返す。
【００１８】
この実施の形態の研削方法によれば、補正研削加工において、砥石３の作用面がガラスレンズ１の回転軸から最外周部にかけての区間でガラスレンズから離れることなく研削加工が行われる。このため、加工前の形状と所望の形状に大きな差がある場合であっても、ガラスレンズのほぼ決まった部分しか加工しないパスがないため、砥石３の偏磨耗を抑えることができる。これにより、砥石３の偏磨耗に起因した加工形状誤差が発生しないため、高精度な研削加工面を容易に得ることができる。
【００１９】
（実施の形態２）
図５及び図６は、本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、加工前の被加工物の形状の違いに対する補正後の座標列の作成方法について説明する。
【００２０】
図５に示すように、加工完了時の所望の断面形状に対して、補正加工前の断面形状が凹形状になっている場合（Ｆ）と凸形状になっている場合（Ｇ）がある。これらの断面形状に対し、それぞれ所望の形状に向けて形状補正を行ったとき、Ｆの場合は最外周部近傍の必要切り込み量が最大となり、Ｇの場合は回転中心軸近傍の必要切り込み量が最大となる。
【００２１】
所望の形状に対して補正前の断面形状が凸形状（Ｇ）となっている場合、回転軸上の必要切り込み量が最大となるため、実施の形態１で説明したように設定切り込み量Ｌを回転軸上の加工量として設定しても、加工面上にそれ以上の加工量を必要とする部分はないので、各パス毎の加工量は、Ｌ／パス数で設定しても問題はない。
【００２２】
しかしながら、所望の断面形状に対して加工前の断面形状が凹形状（Ｆ）となっている場合、最外周部の必要切り込み量が最大であるために、設定切り込み量を回転軸上で設定してしまうと、外周部はそれよりも多くの加工を実際に行うことになる。これにより、外周部の各パス毎の加工量は中心部よりも大きくなってしまう。実施の形態１で述べたように、１パスあたりの切り込み量は加工に使用する砥石の能力によって決定され、この１パスあたりの加工量を前提として設定切り込み量が設定される。従って、設定切り込み量を回転軸上で設定しているときに、１パスあたりの加工量が回転軸上よりも最外周部のほうが大きくなってしまうと、砥石に過大な加工負荷を与えることになり、砥石の磨耗を増長させる。
【００２３】
この点を改善するために、この実施の形態では、所望の断面形状と加工前の断面形状の差（必要切り込み量）が最大の部分で切り込み量Ｌを設定するようにし、この設定切り込み量Ｌを設定する際の前提となる１パスあたりの加工量を上回る加工量を必要とする部分が被加工物の全面で存在しないようにしている。
【００２４】
図６は、以上に基づいたこの実施の形態の移動軸座標の設定を示す。同図においては、所望の断面形状に対して加工前の断面形状が凹形状の場合と凸形状の場合を分けて示しており、同図（ａ）は凹形状の場合、（ｂ）は凸形状の場合である。図６のように設定切り込み量Ｌを与えることにより、１パスあたりの加工量が設定切り込み量Ｌを与えた部分を上回る部分を発生させることがない。このように所望の断面形状に対して最も変位の大きい部分で切り込み量を設定することにより、砥石へのダメージがより少なく、従って、被加工物を高精度に加工することが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、形状補正研削加工に伴う砥石の偏磨耗を最小限に抑えることができ、砥石の偏磨耗に起因した被加工物の加工形状誤差を抑制でき、高精度な加工面を研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削加工に用いられる研削加工機の側面図である。
【図２】中間工程の加工が終了した断面形状データ及び所望の断面形状データを示す特性図である。
【図３】移動軸座標の補正を示す特性図である。
【図４】最終パスに至るまでの各パスでの移動軸座標の設定するための特性図である。
【図５】凸及び凹の断面形状データと所望の断面形状データを示す特性図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は図５の場合における設定切り込み量を設定するための特性図である。
【図７】従来の研削加工に用いる研削加工機の側面図である。
【図８】研削時の作用点の移動を示す側面図である。
【図９】所望の断面形状データと中間工程で得た断面形状データとを比較して示す特性図である。
【図１０】従来の補正方法を示す特性図である。

Claims (1)

1. 被加工物の径方向位置によって砥石の作用点が決まる加工方法であって、加工後の形状が回転軸対称となる被加工物の最終目標形状に加工された時における所望の面形状データと、中間工程終了時の面形状の測定データとを比較して偏差を求め、この偏差を反映して次加工時の加工機の移動軸座標を作成することにより形状修正を施しながら研削加工を行う研削方法において、
   前記中間工程加工時の移動軸座標に前記偏差を加算して偏差加算移動軸座標を求め、この偏差加算移動軸座標に次加工時の切り込み量を加算して次加工時最終パス移動軸絶対座標を求めた後、前記中間工程の加工時の移動軸座標と前記次加工時最終パス移動軸絶対座標との差分を次加工時のパス数で等分し、等分した点を補間して連続データとし、この連続データの移動軸座標に基づいて研削加工を行うことを特徴とする研削方法。

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