JP5100230B2 - 微細形状切削加工装置および微細形状切削加工方法。 - Google Patents
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Description
これは、被加工物を搭載し、往復運動をする第1のスライド機構と、この第1のスライド機構の運動方向と直角方向に間欠位置決め運動をする第2のスライド機構と、これら第1および第2のスライド機構の運動軸とそれぞれ直角な方向に切削工具の切込み量を高速かつ微細に制御する工具切込み機構と、第1のスライド機構の運動に従ってパルス信号を発生する位置検出器とを備えて構成されている。
すると、経過時間判定手段において、制御手段からタイマーカウント開始指令が出力されてからの経過時間が計測され、この経過時間が到達時間演算手段で演算された到達時間に一致したか否か判定される。経過時間判定手段で計測された経過時間と到達時間演算手段で演算された到達時間とが一致すると、トリガー信号が出力される。
往復動ステージ駆動手段は、経過時間判定手段からのトリガー信号を受けて、予め設定した切込量で切削工具が進退するように、往復動ステージを駆動させる。これにより、切削工具が予め設定した切込量で進退されるため、被加工物の表面に微細形状が加工される。
つまり、従来のように、位置情報を位置検出器で検出し、この位置検出器からのパルス信号をカウントし、カウント値が設定した値に一致したか否かを判定し、両者が一致したときのトリガー信号で、工具切込み機構により切削工具の切込み量を高速に変化させるものではないから、被加工物の表面に高精度な微細形状を加工することができる。
この構成によれば、往復動ステージに、複数の圧電素子を積層した圧電素子積層体を用いたので、切削工具の切込量を高速で制御することができる。従って、被加工物の表面に微細な形状を高精度にかつ高い仕上げ精度に加工できる。
<図1の説明>
図1は、本発明の微細形状切削加工装置の実施形態を示す正面図である。同微細形状切削加工装置は、ベース1と、このベース1の上面にY軸方向(図1の紙面に対して直交する方向)へ移動可能に設けられ上面に被加工物としてのワークWを載置したテーブル2と、ベース1の両側に立設されたコラム3と、このコラム3の上端間に掛け渡されたクロスレール4と、このクロスレール4に沿ってX軸方向へ移動可能に設けられたスライダ5と、このスライダ5にZ軸方向へ移動可能に設けられた切込軸6と、この切込軸6に往復動ステージ7を介して取り付けられた切削工具8とを備える。
図2は、微細形状切削加工装置の制御システムを示している。同システムには、X軸駆動機構12、Y軸駆動機構11、Z軸駆動機構13などを制御する制御手段としてのNC装置21と、到達時間演算手段22と、経過時間判定手段23と、往復動ステージ駆動手段24とを備える。
図3は、NC装置21によって制御される切削工具8とワークWとの相対移動軌跡を示している。
NC装置21によって駆動プログラムが開始されると、この駆動プログラムに従って、X軸移動機構12、Y軸移動機構11およびZ軸移動機構13の駆動が制御されるとともに、駆動プログラム開始時にタイマーカウント開始指令が出力される。
また、この駆動プログラム開始時に、つまり、フィード動作開始時において、NC装置21からはタイマーカウント開始指令が出力される。
図4および図5は、NC装置21によって駆動プログラムが開始されてから、切削工具8がワークWに対して切削加工を行う過程を示している。
まず、NC装置21による駆動プログラムの開始前に、到達時間演算手段22において、X軸移動機構12の相対移動速度情報とワークWの加工開始位置情報などから、NC装置21からタイマーカウント開始指令が出力されてから切削工具8がワークWの加工開始位置に到達するまでの到達時間T1が演算される。つまり、図4に示すように、NC装置21からタイマーカウント開始指令が出力されたときの切削工具8の位置からワークWの加工開始位置までのX軸方向の距離、送り速度、加速度情報などを基に、NC装置21からタイマーカウント開始指令が出力されてから、切削工具8がワークWの加工開始位置に到達するまでの到達時間T1が演算される。
本実施形態では、駆動プログラム開始時にタイマーカウント開始指令が出力されてからの経過時間T2を計測し、この経過時間T2が予め到達時間演算手段22で演算された到達時間T1に一致したときに出力されるトリガー信号をトリガーとして、往復動ステージ7が駆動されるから、ワークWの表面に高精度な微細形状を加工することができる。
つまり、従来のように、位置情報を位置検出器で検出し、この位置検出器からのパルス信号をカウントし、カウント値が設定した値に一致したか否かを判定し、両者が一致したときのトリガー信号で、工具切込み機構により切削工具の切込み量を高速に変化させるものではないから、被加工物の表面に高精度な微細形状を加工することができる。例えば、ワークの表面に微細な球面状凹部を一定ピッチ間隔で配列したマイクロレンズ成形用金型などを加工することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、テーブル2をY軸方向へ移動可能に構成するとともに、切削工具8をX軸方向へ移動可能に構成したが、これとは逆方向な構成でもよい。つまり、テーブル2をX軸方向へ移動可能に構成するとともに、切削工具8をY軸方向へ移動可能に構成してもよい。あるいは、テーブル2および切削工具8のいずれか一方を、X軸方向およびY軸方向へ移動可能に構成してもよい。
あるいは、X軸駆動機構12およびY軸駆動機構11によって、切削工具8をXおよびY軸方向へ同時に移動させながら、往復動ステージ7を駆動して切削工具8の切込量を制御するようにしてもよい。
7…往復動ステージ、
8…切削工具、
11…Y軸駆動機構、
12…X軸駆動機構、
13…Z軸駆動機構、
21…NC装置(制御手段)、
22…到達時間演算手段、
23…経過時間判定手段、
24…往復動ステージ駆動手段、
31…凹部、
P1…第1の位置、
P2…第2の位置、
P3…第3の位置、
P4…第4の位置、
T1…到達時間、
T2…経過時間、
W…ワーク(被加工物)。
Claims (3)
- 被加工物を載置したテーブルおよび切削工具と、前記テーブルおよび前記切削工具を互いに直交するX軸およびY軸方向へ相対移動させるX軸移動機構およびY軸移動機構と、前記切削工具を前記X軸およびY軸方向に対して直交するZ軸方向へ進退させる切込軸を有するZ軸移動機構と、前記切込軸に設けられ前記Z軸方向への前記切削工具の切込量を高速で変化させる往復動ステージとを備えた微細形状切削加工装置において、
前記各移動機構の駆動を制御する駆動プログラムを記憶し、この駆動プログラムに従って前記各移動機構の駆動を制御するともに、前記駆動プログラム開始時にタイマーカウント開始指令を出力する制御手段と、
前記X軸移動機構の相対移動速度情報と前記被加工物の加工開始位置情報とから、前記タイマーカウント開始指令が出力されてから前記切削工具が前記被加工物の加工開始位置に到達するまでの到達時間を演算する到達時間演算手段と、
前記制御手段からタイマーカウント開始指令が出力されてからの経過時間を計測し、この経過時間が前記到達時間演算手段で演算された到達時間に一致したか否か判定し、両者が一致したときにトリガー信号を出力する経過時間判定手段と、
前記経過時間判定手段からのトリガー信号を受けて、予め設定した切込量で前記切削工具が進退するように前記往復動ステージを駆動させる往復動ステージ駆動手段とを備え、
前記制御手段は、前記X軸移動機構の駆動を制御して前記テーブルおよび前記切削工具をX軸方向の第1の位置から第2の位置へ相対移動させるフィード動作と、前記Z軸移動機構を制御して前記切削工具を前記第2の位置からZ軸方向でかつ前記テーブルから退避する方向の第3の位置へ移動させる退避動作と、前記X軸移動機構の駆動を制御して前記テーブルおよび前記切削工具を第3の位置からX軸方向でかつ前記フィード動作とは逆方向の第4の位置へ相対移動させるリターン動作と、前記Z軸移動機構を制御して前記切削工具を前記第4の位置から前記第1の位置へ移動させる接近動作とを実行させ、
前記往復動ステージ駆動手段は、前記フィード動作において、前記経過時間判定手段からのトリガー信号を受けて前記往復動ステージを駆動させる、ことを特徴とする微細形状切削加工装置。 - 請求項1に記載の微細形状切削加工装置において、
前記往復動ステージは、複数の圧電素子を積層した圧電素子積層体によって構成されていることを特徴とする微細形状切削加工装置。 - 被加工物を載置したテーブルおよび切削工具と、前記テーブルおよび前記切削工具を互いに直交するX軸およびY軸方向へ相対移動させるX軸移動機構およびY軸移動機構と、前記切削工具を前記X軸およびY軸方向に対して直交するZ軸方向へ進退させる切込軸を有するZ軸移動機構と、前記切込軸に設けられ前記Z軸方向への前記切削工具の切込量を高速で変化させる往復動ステージとを備えた微細形状切削加工装置を用いて、前記被加工物の表面に微細形状を切削加工する微細形状切削加工方法であって、
予め記憶された駆動プログラムに従って、前記X軸移動機構の駆動を制御して前記テーブルおよび前記切削工具をX軸方向の第1の位置から第2の位置へ相対移動させるフィード動作と、前記Z軸移動機構を制御して前記切削工具を前記第2の位置からZ軸方向でかつ前記テーブルから退避する方向の第3の位置へ移動させる退避動作と、前記X軸移動機構の駆動を制御して前記テーブルおよび前記切削工具を第3の位置からX軸方向でかつ前記フィード動作とは逆方向の第4の位置へ相対移動させるリターン動作と、前記Z軸移動機構を制御して前記切削工具を前記第4の位置から前記第1の位置へ移動させる接近動作とを実行させるトラバース運動実行ステップと、
前記駆動プログラム開始時にタイマーカウント開始指令を出力するステップと、
前記X軸移動機構の相対移動速度情報と前記被加工物の加工開始位置情報とから、前記タイマーカウント開始指令が出力されてから前記切削工具が前記被加工物の加工開始位置に到達するまでの到達時間を演算する到達時間演算ステップと、
前記タイマーカウント開始指令が出力されてからの経過時間を計測し、この経過時間が前記到達時間演算ステップで演算された到達時間に一致したか否かを判定し、両者が一致したときにトリガー信号を出力する経過時間判定ステップと、
前記トリガー信号が出力されたとき、予め設定した切込量で前記切削工具が進退するように前記往復動ステージを駆動させる往復動ステージ駆動ステップとを備え、
前記往復動ステージ駆動ステップは、前記フィード動作において実行される、ことを特徴とする微細形状切削加工方法。
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