JPH028856B2 - - Google Patents

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JPH028856B2
JPH028856B2 JP56107976A JP10797681A JPH028856B2 JP H028856 B2 JPH028856 B2 JP H028856B2 JP 56107976 A JP56107976 A JP 56107976A JP 10797681 A JP10797681 A JP 10797681A JP H028856 B2 JPH028856 B2 JP H028856B2
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JP
Japan
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tool
cutting
precision
theoretical value
value data
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JP56107976A
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Japanese (ja)
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Isamu Tanimoto
Toshio Sagara
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Shibaura Machine Co Ltd
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Toshiba Machine Co Ltd
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Publication of JPH028856B2 publication Critical patent/JPH028856B2/ja
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/39Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using a combination of the means covered by at least two of the preceding groups G05B19/21, G05B19/27 and G05B19/33

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は精密切削加工システムに係りとくに球
面、非球面等の二次曲面をダイヤモンド工具等を
用いて鏡面状に仕上げ加工のできる新規な切削加
工システムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a precision cutting system, and more particularly to a novel cutting system capable of finishing a quadratic curved surface such as a spherical or aspherical surface into a mirror surface using a diamond tool or the like.

精密切削加工技術の分野においては1960〜1970
年代に1ミクロンの加工精度を目標にした加工機
械が研究、開発された。その後70年代に入るとサ
ブミクロン(0.1ミクロン)をめざした加工機械
が半導体、宇宙ロケツト等の分野で要求されるよ
うになり、そして80年代に入るとレーザー技術、
超LSI技術に触発されさらに0.1ミクロン以下の加
工精度を持つ加工機械が要求されるようになつ
た。
1960-1970 in the field of precision cutting technology
In the 1990s, processing machines with a processing accuracy of 1 micron were researched and developed. Then, in the 1970s, processing machines aimed at submicron (0.1 micron) became required in fields such as semiconductors and space rockets, and in the 1980s, laser technology
Inspired by VLSI technology, processing machines with processing accuracy of 0.1 micron or less have become required.

しかるに前記0.1ミクロン程度の鏡面仕上加工
技術はこれまで研削加工によつて主として行われ
ておりしかもこれらの鏡面仕上加工の対象は単な
る平面か又は棒材の外周を研削するかしてえられ
る円周面に限られており二次曲面(放物面、双曲
面)等を鏡面仕上げ加工すること、しかも切削加
工によつてそれを成し遂げるという技術的課題は
これまでの加工機械をもつてしてはほとんど不可
能に近い。
However, the above-mentioned mirror finishing technology of about 0.1 micron has been mainly performed by grinding, and the target of these mirror finishing processes is simply a flat surface or a circumference obtained by grinding the outer periphery of a bar. The technical challenge of mirror-finishing quadratic surfaces (paraboloids, hyperboloids), etc., which is limited to surfaces, and achieving this through cutting has not been possible with conventional processing machines. It's almost impossible.

その理由はこうした二次曲面等を鏡面仕上げ加
工するという需要、要請が極く限られていたとい
う社会経済上の点を別としても、純技術的にみた
場合、加工機械を構成している機械部材温度の加
工精度への影響と工具に対する送り駆動系の加工
精度への影響(たとえば案内面の精度や駆動モー
タ自体のリゾルーシヨン、送りネジの精度、位置
フイードバツク用検出器の精度や駆動系の応答性
の良さなどの点で様々な誤差要因を含んでいる。)
などの問題がある。
The reason for this is that apart from the socio-economic point that the demand and request for mirror finishing processing of quadratic curved surfaces etc. was extremely limited, from a purely technical point of view, the machines that make up the processing machine The influence of component temperature on machining accuracy and the influence of the feed drive system on the tool (for example, the accuracy of the guide surface, the resolution of the drive motor itself, the accuracy of the feed screw, the accuracy of the position feedback detector, and the response of the drive system) (Contains various error factors in terms of quality, etc.)
There are problems such as.

とくに後者の問題点は前述した平面又は円周の
研削加工が基本的には一軸方向に関する工具(砥
石)と工作物との相対移動を行わしめる制御を対
象にしているのに対し例えば二次曲面においては
同時に二軸方向に関して送り制御が要求され、こ
れと今要求される加工面の精度の高さという点を
考え合わせると複雑な未解決の技術的問題を内包
している。
In particular, the latter problem is that while the aforementioned plane or circumferential grinding process basically targets the control of relative movement between the tool (grinding wheel) and the workpiece in a uniaxial direction, for example, when grinding a quadratic curved surface, At the same time, feed control is required in two axial directions, and when this is combined with the currently required high precision of the machined surface, this involves complex unresolved technical problems.

例えば、現在では同時2軸(x,y)送り駆動
制御そのものはその加工精度を考慮外とすると
NC工作機械によりすでに当然乍ら実現されてい
る。
For example, currently, simultaneous two-axis (x, y) feed drive control itself does not take into account the machining accuracy.
Naturally, this has already been realized using NC machine tools.

しかしNC工作機械ではテーブル等の移動量の
検出精度はせいぜい1ミクロンであり、ごく特別
に製作されたものでも±0.5ミクロン程度である。
However, with NC machine tools, the accuracy of detecting the amount of movement of tables, etc. is at most 1 micron, and even with specially manufactured tools it is about ±0.5 micron.

さらにNC装置自体についても、今最小分解指
令値を0.01(ミクロン/パルス)とし、最大切削
送り速度を600mm/分とすると 600×103/60〔ミクロン/秒〕 ×1/0.01〔パルス/ミクロン〕=1MHz となりパルスの分配速さは高速が要求されそれ故
NC装置内での補間演算などの遂行が困難となる
という事情がある。
Furthermore, regarding the NC device itself, if the minimum resolution command value is 0.01 (micron/pulse) and the maximum cutting feed rate is 600 mm/min, it will be 600 x 10 3 /60 [micron/sec] x 1/0.01 [pulse/micron]. ] = 1MHz, and the pulse distribution speed is required to be high, so
There are circumstances that make it difficult to perform interpolation calculations within the NC device.

又フイードバツク用の位置検出器についてもあ
る程度の移動量が計測可能であつて、且つ0.01μ
程度の精度のものは現状ではレーザ測長器しかな
く単にレーザ測長器を組み入れるだけでは得られ
た誤差信号に対し駆動系が応答できないという前
記の問題点が残るのである。
In addition, the position detector for feedback can measure a certain amount of movement, and is 0.01 μm.
At present, only a laser length measuring device is available with a certain degree of accuracy, and simply incorporating a laser length measuring device leaves the problem that the drive system cannot respond to the error signal obtained.

本発明はこうした現状の技術水準を超えんとす
るものであつてその目的とするところは1μある
いは±0.5μ程度の精度にて工具と工作物との間の
相対的位置制御を行わしめるこれまでの駆動制御
系に対してさらにレーザ干渉計等の精密な位置測
定系を設けて工具先端の実際の位置を測定し、こ
の測定データと予じめ又はそのときまでに前記測
定データにもとづいて算出される理論値データ
(所望の加工面を形成すべく工具先端の理論的位
置データ)との差を逐次応答特性の良好な微小変
位駆動系により与えることによつてその微小変位
駆動系と結合されている工具の先端位置を可能な
限り前記理論値に近づけようとするものである。
The present invention aims to go beyond the current state of the art, and its purpose is to control the relative position between a tool and a workpiece with an accuracy of about 1μ or ±0.5μ. A precise position measurement system such as a laser interferometer is further installed in the drive control system to measure the actual position of the tool tip, and calculations are made based on this measurement data and the measurement data in advance or at that time. By providing the difference between the theoretical value data (theoretical position data of the tool tip to form the desired machined surface) using a micro-displacement drive system with good sequential response characteristics, the The aim is to bring the tip position of the tool as close to the theoretical value as possible.

さらに本発明の他の目的は前記微小変位駆動系
を圧電効果、磁歪効果を利用して実現することに
ある。このような電気磁気的素子は電気的指令に
対し比較的応答性よく微小変位動作を行うからで
ある。
Still another object of the present invention is to realize the minute displacement drive system using piezoelectric effects and magnetostrictive effects. This is because such electromagnetic elements perform minute displacement operations with relatively good responsiveness to electrical commands.

以下本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明によるシステムの一般的な構成
を示すブロツク図である。同図において 11は切削加工機械12に取付けられた切削工
具Tと工作物Wとの間に相対運動を与える駆動制
御系を示しており、11−1は前記相対運動のた
めに必要な各駆動軸方向への指令を与える軸移動
指令部であつてこの指令部は工作機械の数値制御
装置で構成することもできるし又後述する「サー
ボ方式」による制御装置であつてもよい。以下の
説明では理解を容易にするため駆動軸方向は直交
座標系orthogonal coordinate axis)であつてそ
れぞれX、Yなる2つの軸方向を例にとつて説明
する。
FIG. 1 is a block diagram showing the general configuration of a system according to the present invention. In the figure, 11 indicates a drive control system that provides relative movement between the cutting tool T attached to the cutting machine 12 and the workpiece W, and 11-1 indicates each drive necessary for the relative movement. This is an axial movement command section that gives commands in the axial direction, and this command section may be constituted by a numerical control device of a machine tool, or may be a control device using a "servo system" to be described later. In the following explanation, in order to facilitate understanding, the drive axis direction is a Cartesian coordinate system (orthogonal coordinate axis), and two axis directions, X and Y, will be explained as an example.

数値制御装置の場合には指令部11−1から一
定の時間ごとにX、Y方向へ移動すべき量がそれ
ぞれΔX、ΔYとして出力され駆動部11−2に
与えられる。又前記サーボ方式により構成される
制御装置の場合もΔX、ΔYが与えられるがこの
場合ΔYはΣΔXに依存して制御装置(11−1)
内で算出されるようになつているものとする。
In the case of a numerical control device, the amounts to be moved in the X and Y directions are output from the command unit 11-1 at regular intervals as ΔX and ΔY, respectively, and are given to the drive unit 11-2. Also, in the case of the control device configured by the servo system, ΔX and ΔY are given, but in this case, ΔY depends on ΣΔX and the control device (11-1)
It is assumed that the calculation is made within

前記駆動部11−2では入力指令データΔX、
ΔYを受け入れてX、Y軸駆動用のサーボモータ
を駆動する部分を示しており各軸ごとのサーボ増
幅器、サーボモータおよび同モータの出力軸と結
合されたボールネジおよび数値制御装置11−1
への位置フイードバツク信号ΔXF,ΔYFを発生
する機器(例えばロータリエンコーダとかレゾル
バ)を含むようになつている。
The drive unit 11-2 receives input command data ΔX,
It shows a part that accepts ΔY and drives a servo motor for driving the X and Y axes, and shows a servo amplifier for each axis, a servo motor, a ball screw connected to the output shaft of the motor, and a numerical control device 11-1.
It has come to include equipment (for example, a rotary encoder or a resolver) that generates position feedback signals ΔXF and ΔYF.

12は切削加工機械であつて図では工作物Wは
X、Y軸移動せず刃物台(Tool Support)TSが
駆動部11−2によつてX、Y軸方向に駆動され
る例を示しているがこの逆のように構成されてい
てもよい。
12 is a cutting machine, and the figure shows an example in which the workpiece W does not move in the X and Y axes and the tool support TS is driven in the X and Y axes by a drive unit 11-2. However, it may be configured in the opposite way.

13は駆動指令部11−1、駆動部11−2に
対応して設けられる補正系である。そして同補正
系13には切削工具Tあるいはその刃物台TSの
軸移動量を精密に測定する精密測定部13−1が
設けられこの測定部13−1は例えばレーザ干渉
計を用いて構成する。13−1AはY軸に関する
干渉計を示しその出力yは前記刃物台TSに取付
けられたミラーMRyのある基準位置y0からの変
位量をあらわす。又13−1BはX軸に関するレ
ーザ干渉計を示しその出力xは前記刃物台TSに
取付けられたミラーMRxのある基準位置x0から
の変位量をあらわしている。尚13−1A,13
−1B間の矢印は前記ミラーMRy,MRxの取付
誤差や同ミラー自体の誤差の修正を示す。13−
2は精密測定部13−1から与えられるX軸方向
の現在値データxすなわち工具Tあるいは刃物台
TSのX軸方向位置に対応する理論上のY軸方向
位置yt(=f(x)とする)を与える理論値データ
供給部であつて、特定の定められたX軸方向位置
x0,x1,x2,x3……に対応する理論値f(x0),f
(x1),f(x2),……として予じめ算出しておいて
もよいし、又値x0,x1,x2……が与えられたとき
計算機等により高速演算を行つてf(x0),f
(x1),f(x2)……をその都度算出するようにし
てもよい。そしてこれらの理論値データf(xj)
は少くとも精密測定部13−1の一方の出力yと
同程度にその有効ケタを算出しておく必要があ
る。
13 is a correction system provided corresponding to the drive command section 11-1 and the drive section 11-2. The correction system 13 is provided with a precision measuring section 13-1 that precisely measures the amount of axial movement of the cutting tool T or its tool rest TS, and this measuring section 13-1 is constructed using, for example, a laser interferometer. Reference numeral 13-1A denotes an interferometer regarding the Y axis, and its output y represents the amount of displacement of the mirror MRy attached to the tool rest TS from a certain reference position y0 . Reference numeral 13-1B indicates a laser interferometer regarding the X axis, and its output x represents the amount of displacement of the mirror MRx attached to the tool rest TS from a certain reference position x0 . Note 13-1A, 13
The arrow between -1B indicates correction of the installation error of the mirrors MRy and MRx and the error of the mirror itself. 13-
2 is the current value data x in the X-axis direction given from the precision measurement section 13-1, that is, the tool T or the tool post
A theoretical value data supply unit that provides a theoretical Y-axis direction position y t (=f(x)) corresponding to the X-axis direction position of the TS, which is a specific determined X-axis direction position.
Theoretical values f (x 0 ), f corresponding to x 0 , x 1 , x 2 , x 3 ...
(x 1 ), f(x 2 ), ... may be calculated in advance, or when the values x 0 , x 1 , x 2 ... are given, high-speed calculations can be performed using a computer, etc. Then f(x 0 ), f
(x 1 ), f(x 2 )... may be calculated each time. And these theoretical value data f(xj)
It is necessary to calculate the effective digits of at least the same number as one output y of the precision measuring section 13-1.

13−3は前記Y軸方向位置yとそれに対応し
て与えられるデータf(x)との差を算出する演
算部、 13−4はこの差にもとづいて前記工具TのY
方向の位置を微小量δyだけ修正してyとf(x)
が一致するよう刃物台TSを微小変位させる微小
変位駆動部である。
13-3 is an arithmetic unit that calculates the difference between the Y-axis direction position y and data f(x) given correspondingly; 13-4 is a calculation unit that calculates the Y of the tool T based on this difference;
Correct the position in the direction by a minute amount δy and calculate y and f(x)
This is a micro-displacement drive unit that slightly displaces the turret TS so that the

13−5は前記演算部13−3の出力に対し係
数αを指定する指定部であつて修正量δyと差f
(x)−yとの関係を適正に保つために設けられ
る。前記微小変位駆動部13−4としては圧電効
果、磁歪効果などを用いることが可能である。
Reference numeral 13-5 designates a coefficient α for the output of the arithmetic unit 13-3, which specifies the correction amount δy and the difference f.
This is provided to maintain an appropriate relationship between (x) and y. It is possible to use a piezoelectric effect, a magnetostrictive effect, etc. as the minute displacement drive section 13-4.

第2図は本発明実施例における切削加工機械と
レーザ干渉計の配置を示す平面図であり、第3図
は第2図のZ矢視図で示す。
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of a cutting machine and a laser interferometer in an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a view taken along the Z arrow in FIG.

第2図、第3図においてベツド21上にはサド
ル22がX方向に移動可能に搭載され同サドル2
2上にはさらに移動台23がY方向に移動可能に
搭載されている。そしてX軸駆動モータ24及び
送りネジ24Aによりサドル22はX方向に移動
することができる。同様にY軸駆動モータ25及
び送りネジ25Aにより移動台23はY方向に移
動することができるようになつている。24B,
25Bは位置フイードバツク用のレゾルバを示
す。移動台23上には工具取付台31が固定して
設けられておりその右側には微小変位駆動部32
が形成されさらに同駆動部32の右端に工具Tを
固定した工具保持部33を備えている。すなわち
駆動部32を励起することによつて工具Tは保持
部33と共にY方向に取付台31に対し微小量変
位することができるように構成されている。さら
に移動台23上面にはX軸方向の移動台23の位
置を測定するための平面鏡MRxが取付けられ又
Y軸方向の位置測定用のミラーが取付台31に取
付けられている。ベツド21の右方上面には工作
物Wを先端に取付けたスピンドルユニツト41が
搭載固定されており同ユニツト41のプーリ42
とモータ44軸上のプーリ45を介してタイミン
グベルト43を介して駆動モータ44の回転が伝
導されるようになつている。尚モータ45の回転
に伴う振動を極力少くするため十分な防振対策を
することが必要である。
In FIGS. 2 and 3, a saddle 22 is mounted on the bed 21 so as to be movable in the X direction.
A movable table 23 is further mounted on 2 so as to be movable in the Y direction. The saddle 22 can be moved in the X direction by the X-axis drive motor 24 and feed screw 24A. Similarly, the movable table 23 can be moved in the Y direction by the Y-axis drive motor 25 and feed screw 25A. 24B,
25B indicates a resolver for position feedback. A tool mounting base 31 is fixedly provided on the moving base 23, and a minute displacement drive unit 32 is mounted on the right side of the tool mounting base 31.
A tool holder 33 having a tool T fixed thereto is further provided at the right end of the drive section 32. In other words, by exciting the drive section 32, the tool T can be displaced by a minute amount with respect to the mounting base 31 in the Y direction together with the holding section 33. Furthermore, a plane mirror MRx for measuring the position of the moving table 23 in the X-axis direction is attached to the upper surface of the moving table 23, and a mirror for measuring the position of the moving table 23 in the Y-axis direction is attached to the mounting table 31. A spindle unit 41 with a workpiece W attached to its tip is mounted and fixed on the upper right side of the bed 21, and a pulley 42 of the unit 41 is mounted and fixed.
The rotation of the drive motor 44 is transmitted through a timing belt 43 and a pulley 45 on the shaft of the motor 44. In order to minimize the vibrations caused by the rotation of the motor 45, it is necessary to take sufficient anti-vibration measures.

一方レーザ光線はレーザ光発振器LGから発せ
られ、半透明鏡MR1、干渉計INFXを通つてミ
ラーMRxからの反射光が干渉計INFXに入力さ
れるようになつておりX軸方向の移動台23の移
動量を計測できるようになつている。
On the other hand, the laser beam is emitted from the laser beam oscillator LG, passes through the semi-transparent mirror MR1 and the interferometer INFX, and the reflected light from the mirror MRx is input to the interferometer INFX. It is now possible to measure the amount of movement.

Y軸方向については半透明鏡MR1で直角に変
向されさらに鏡MR2,MR3でそれぞれ図示の
如く直角に変向されY軸用のレーザ干渉計ユニツ
トINFYを一旦通過してミラーMRyからの反射
光を同INFYが受信するようになつている。
In the Y-axis direction, the light is deflected at right angles by semi-transparent mirror MR1, further deflected at right angles by mirrors MR2 and MR3 as shown in the figure, passes through laser interferometer unit INFY for Y-axis, and is reflected from mirror MRy. The same INFY is now receiving the same INFY.

第2図、3図に示される加工機械においてはサ
ドル22、移動台23のX、Y軸方向移動に関し
てその案内面の精度は例えば静圧軸受を用いて高
精度に保たれなければならない。各案内面の精度
についてはこれまでにもすでに誤差を予じめ測定
しこれをメモリへストアしておいて例えばサドル
の移動に際し誤差を打消すように前記メモリから
誤差データを読み出して移動指令データに加える
ことが行われている。しかしこのような補正はそ
の誤差値とX軸位置との関係に再現性があること
を前提としていることは当然である。上記の例で
は誤差値はサドルの移動方向Xと同じ座標軸上の
補正であつたが修正すべき誤差の軸方向とサドル
の移動方向が互いに垂直となる場合であつてもも
ちろんあてはまるものである。
In the processing machine shown in FIGS. 2 and 3, the precision of the guide surfaces for the movement of the saddle 22 and the moving table 23 in the X and Y axes must be maintained at high precision by using, for example, hydrostatic bearings. Regarding the accuracy of each guide surface, we have already measured the error in advance and stored it in memory. For example, when moving the saddle, we read the error data from the memory to cancel the error and use it as a movement command. additions are being made. However, it goes without saying that such correction is based on the premise that the relationship between the error value and the X-axis position is reproducible. In the above example, the error value was corrected on the same coordinate axis as the direction of movement X of the saddle, but of course this also applies even when the axial direction of the error to be corrected and the direction of movement of the saddle are perpendicular to each other.

第4図は第3図においてY軸方向位置検出用の
ミラーMRyを微小変位駆動部32よりも切削工
具Tに近い側に取付けた例を示している。
FIG. 4 shows an example in which the mirror MRy for detecting the position in the Y-axis direction is attached to the side closer to the cutting tool T than the minute displacement drive section 32 in FIG.

第4図の実施例においては第3図の場合に比
べ、より正確なy情報を受けることができるけれ
どもミラーMRyの取付に当り若干の条件が付加
されることになる。
In the embodiment shown in FIG. 4, more accurate y information can be received than in the case shown in FIG. 3, but some conditions are added to the mounting of the mirror MRy.

第5図イは移動台23上に設置される微小変位
駆動部32と工具取付台33、切削工具Tの結合
関係の一例を示す。同図ロは同図イのV矢視図で
ある。
FIG. 5A shows an example of the coupling relationship between the minute displacement drive section 32, the tool mount 33, and the cutting tool T installed on the movable table 23. Figure B is a view taken along arrow V in figure A.

同図イにおいて工具取付台33はその内側に静
圧軸受を有する支持部材51により支承され且つ
Y方向にのみ変位可能になつている。工具取付台
33の右端フランジ部33Aと他の取付台52左
側面の間には微小変位駆動部32が配せられ同駆
動部両端には円錐状の突起が形成されていて前記
取付台フランジ部33A、取付台52の左側面に
刻設された円錐状の穴部にそれぞれ挿入されさら
に引張りスプリング53,54が部材33Aと5
2間に配されこれらにより工具取付台33を右方
に引寄せるように作用するので前記円錐状の穴と
突起部が密着されるようになつている。
In FIG. 1A, the tool mount 33 is supported by a support member 51 having a hydrostatic bearing inside thereof, and is movable only in the Y direction. A minute displacement drive section 32 is disposed between the right end flange portion 33A of the tool mount 33 and the left side surface of the other mount 52, and conical projections are formed at both ends of the drive section. 33A, the tension springs 53 and 54 are inserted into the conical holes carved on the left side of the mounting base 52, respectively.
These act to draw the tool mount 33 to the right, so that the conical hole and the protrusion are in close contact with each other.

前記駆動部32の破線で囲まれている本体32
Aには圧電素子が組込まれており可変直流電圧電
源55からは最大で1000ボルト程度の任意の直流
電圧が供給されるようになつている。厚さlの圧
電素子にその厚さ方向に電界(VOlt)を与える
と市販の圧電素子ではΔlだけ伸びる。その特性
式はおよそ Δl/l=0.5×10-6〔1/V・mm〕 で与えられる。すなわちl=1mmとし、その両端
にK=1000(Volt)の電界を与えると Δl=0.5×10-6×1000×l=0.5×10-3〔mm〕 =0.5ミクロン となる。
The main body 32 surrounded by the broken line of the drive section 32
A piezoelectric element is incorporated in A, and an arbitrary DC voltage of about 1000 volts at maximum is supplied from a variable DC voltage power supply 55. When an electric field (VOlt) is applied in the thickness direction to a piezoelectric element having a thickness of l, commercially available piezoelectric elements will expand by Δl. Its characteristic equation is approximately given by Δl/l=0.5×10 -6 [1/V·mm]. That is, if l = 1 mm and an electric field of K = 1000 (Volt) is applied to both ends, Δl = 0.5 x 10 -6 x 1000 x l = 0.5 x 10 -3 [mm] = 0.5 micron.

第6図は他の実施例であつて、同図イは平面
図、同図ロは側面図、同図ハは図イの−線断
面図である。同図イ,ロ,ハにおいて取付台TS
の右端には垂直に延びる支持体62が設けられ、
同支持体の側面に微小変位駆動部64の一端側が
固定され、その他端側(左端)は前記取付台TS
上に設けた角状部63側面に形成された静圧軸受
部63−1(X軸方向)、63−2(上下方向)
により静圧的に支持され工具取付台61の右端面
に固定されている。
FIG. 6 shows another embodiment, in which A is a plan view, B is a side view, and C is a sectional view taken along the line I in FIG. The mounting base TS is shown in A, B, and C in the same figure.
A vertically extending support 62 is provided at the right end of the
One end of the micro-displacement drive unit 64 is fixed to the side surface of the support, and the other end (left end) is attached to the mounting base TS.
Static pressure bearing portions 63-1 (X-axis direction) and 63-2 (vertical direction) formed on the side surface of the corner portion 63 provided above
The tool mount 61 is supported statically by the tool holder 61 and fixed to the right end surface of the tool mount 61.

それ故工具取付台61のY軸方向位置は前記微
小変位駆動部64により規制されている。同図ロ
W部にて示すように前記角状部63のX軸方向境
界面は静圧軸受面を有してもよいがその供給空気
圧力は微小変位駆動部64の伸縮に対し大きな負
荷とならないように考慮される。
Therefore, the position of the tool mount 61 in the Y-axis direction is regulated by the minute displacement drive section 64. As shown in part W in the figure, the boundary surface in the X-axis direction of the corner portion 63 may have a static pressure bearing surface, but the air pressure supplied thereto is a large load against the expansion and contraction of the minute displacement drive portion 64. Consideration will be given to ensure that this does not occur.

第7図は更に他の実施例である。同図イにおい
て工具保持体71の下部にはナイフエツジ71−
1が形成され同エツジ71−1は取付台72の下
方左端のV状溝部73に嵌入されている。さらに
工具保持体71は取付台72に螺着されたボルト
74の頭部首下に係留された圧縮スプリング75
により常時右方へ引き寄せられている。
FIG. 7 shows yet another embodiment. In the same figure, there is a knife edge 71-
1 is formed, and the edge 71-1 is fitted into a V-shaped groove 73 at the lower left end of the mounting base 72. Furthermore, the tool holder 71 has a compression spring 75 moored under the head and neck of a bolt 74 screwed onto the mounting base 72.
It is constantly being pulled to the right.

さらに前記保持体71には下方よりボルト76
が螺着され図示の如く圧縮スプリング77により
取付台72の方へすなわち常時下方へ引き寄せら
れている。一方取付台72の上面にはその右端部
をボルト79により固定した微小変位駆動部80
が配置され同駆動部80の左方先端には鋼球81
が取付けられ前記工具保持体71と接触してい
る。
Further, a bolt 76 is inserted into the holding body 71 from below.
is screwed onto the mounting base 72 and is constantly drawn downward toward the mounting base 72 by a compression spring 77 as shown in the figure. On the other hand, on the upper surface of the mounting base 72 is a minute displacement drive unit 80 whose right end is fixed with a bolt 79.
A steel ball 81 is arranged at the left tip of the drive unit 80.
is attached and in contact with the tool holder 71.

従つてボルト71−2により保持体71に固定
された工具Tは微小変位駆動部80を励起せしめ
ることによりナイフエツジ71−1を支点として
揺動できるようになつておりその結果工具TはY
方向に微小量変位させることができる。その際上
下方向への変位量はY方向変位量が小さいので問
題とならない。
Therefore, the tool T fixed to the holder 71 by the bolt 71-2 can swing about the knife edge 71-1 as a fulcrum by exciting the minute displacement drive section 80, and as a result, the tool T can be swung around the knife edge 71-1 as a fulcrum.
It is possible to make a small amount of displacement in the direction. At this time, the amount of displacement in the vertical direction does not pose a problem since the amount of displacement in the Y direction is small.

同図ロは図イの平面図、図ハは正面図、図ニは
図イの−線断面図を示す。尚工具Tの微小変
位に対する応答性を良好にするためには保持体7
1の重量、圧縮スプリング75,77の特性に留
意すべきである。尚以上の例の他、例えば第5図
ロで駆動部32Aを部材33Aと52の間に固定
してスプリング53,54を除いた方式でもよ
い。第8図は工作物Wを固定し工具Tを回転せし
めて切削を行わしめる加工方法において微小変位
を工作物側に与える例を示す。同図は第4図にお
いて工具保持体33と工作物Wを入れ換えた場合
に相当している。
Figure B shows a plan view of Figure A, Figure C shows a front view, and Figure D shows a sectional view taken along the line -- of Figure A. In addition, in order to improve the response to minute displacements of the tool T, the holder 7
1 and the characteristics of the compression springs 75 and 77 should be taken into consideration. In addition to the above-mentioned example, for example, a method may be used in which the driving portion 32A is fixed between the members 33A and 52 as shown in FIG. FIG. 8 shows an example in which a minute displacement is applied to the workpiece in a machining method in which the workpiece W is fixed and the tool T is rotated to perform cutting. This figure corresponds to the case where the tool holder 33 and the workpiece W in FIG. 4 have been replaced.

第9図は圧電素子を用いた微小変位駆動部の構
成を示す図であつて同図では長さlなる圧電素子
91,92,93を直列に配列し各素子の間及び
両端に電極用の銀箔94乃至97を介在せしめて
いる。98,99は絶縁体、100,101は結
合部材、102は支持体である。そして銀箔9
5,97は接地され銀箔94,96は可変直流電
源103の高圧側に接続されている。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of a minute displacement drive unit using piezoelectric elements. In the figure, piezoelectric elements 91, 92, and 93 of length l are arranged in series, and electrodes are provided between each element and at both ends. Silver foils 94 to 97 are interposed. 98 and 99 are insulators, 100 and 101 are coupling members, and 102 is a support body. And silver foil 9
5 and 97 are grounded, and silver foils 94 and 96 are connected to the high voltage side of the variable DC power supply 103.

同図ロには長さlなる1つの圧電素子91の両
端に与えられる電圧Kと伸びΔlの関係を示す。
FIG. 4B shows the relationship between the voltage K applied to both ends of one piezoelectric element 91 having a length l and the elongation Δl.

l=1mmでK=1000ボルトの場合Δl=0.0005mm
でK=3000以上になると飽和する。
When l=1mm and K=1000 volts, Δl=0.0005mm
When K=3000 or more, it becomes saturated.

供給電圧の高さを考え、例えばK=500ボルト
程度とし0.25ミクロン程度の伸びを与えることが
できる。そしてK±ΔK=500±300(Volt)とす
ることにより±300ボルトの変化で±0.15ミクロ
ンの変位を生じさせうるので結果として+0.1〜
+0.4(μ)の微小変位を生じさせることができ
る。同図イでは3個の圧電素子を直列に配列した
ので 0.1×3〜0.4×3⇒0.3μ〜1.2μ となり0.75μを中心に±0.45μの範囲を調整でき
る。この調整は直流電圧Kを変化させることによ
り可能である。
Considering the height of the supply voltage, for example, K=about 500 volts can give an elongation of about 0.25 microns. By setting K±ΔK=500±300 (Volt), a change of ±300 volts can cause a displacement of ±0.15 microns, resulting in +0.1~
A minute displacement of +0.4 (μ) can be generated. In Figure A, three piezoelectric elements are arranged in series, so 0.1×3 to 0.4×3 => 0.3μ to 1.2μ, and adjustment can be made within a range of ±0.45μ with 0.75μ as the center. This adjustment is possible by changing the DC voltage K.

第10図は本発明による加工システムにおいて
数値制御装置を用いた微小変位駆動部に対する制
御系を示しており、同図において切削工具Tは回
転している工作物Wの表面を+Xの方にP2から
P3まで移動するあいだにY方向への切込みによ
つて所望の形状に加工がなされる。同図では工作
物Wに対する加工が凸状をした加工面の例を示し
ているが凹状であつてもよいことは当然である。
さてレーザ干渉計110からはレーザによるX、
Y軸方向の計測パルスLPX,LPY(0.01ミクロン
ごとに与えられる)がレーザカウンタ111,1
12に与えられるものとする。一方121は工作
物Wの加工における所望曲面の加工原点P2
(XWO,YWO)を設定する加工原点設定部であ
る。
FIG. 10 shows a control system for the micro-displacement drive unit using a numerical control device in the machining system according to the present invention. In the figure, the cutting tool T moves the surface of the rotating workpiece W toward +X by P2 from
While moving to P3, the desired shape is processed by cutting in the Y direction. Although the figure shows an example in which the workpiece W is machined in a convex shape, it goes without saying that the machined surface may be concave.
Now, from the laser interferometer 110, X by the laser,
The measurement pulses LPX, LPY (given every 0.01 micron) in the Y-axis direction are sent to the laser counters 111, 1.
12 shall be given. On the other hand, 121 is the machining origin P2 of the desired curved surface in machining the workpiece W.
This is the machining origin setting section that sets (XWO, YWO).

前記カウンタ111,112は第2図の移動体
23を加工機械固有の原点P1(XO,YO)の
位置に位置付けされたときリセツトされる。点P
1から点P2へ移動台23を移動せしめる。この
移動経路は直線P1,P2であつてもよいが工具
Tの先端の軌跡が点P2から加工曲面SFの切削
に入るときのことを考えて点P2に近づいたとこ
ろでは点P2での接線方向となるようにするとよ
い。点P2へ移動台23上に取付けられた工具T
の先端が達すると比較器CPX,CPYからそれぞ
れ一致信号CX,CYを発しこの信号によりゲート
GX,GYはパルスLPX,XPYを通過せしめる。
The counters 111 and 112 are reset when the moving body 23 in FIG. 2 is positioned at the origin P1 (XO, YO) specific to the processing machine. Point P
1 to point P2. This movement path may be straight lines P1 and P2, but considering that the trajectory of the tip of the tool T enters cutting of the machining curved surface SF from point P2, when it approaches point P2, it will move in the tangential direction at point P2. It is best to make it so that Tool T mounted on the moving table 23 to point P2
When the tip of
GX and GY allow pulses LPX and XPY to pass through.

数値制御装置122は点P1からP2に到る予
備的移動のための指令のあと信号CX,CYに応答
して加工曲面SFのためのX、Y軸に関する同時
2軸制御の指令を行うようになつており各サンプ
リング時間ごとにサーボアウト出力ΔX,ΔYが
それぞれサーボユニツト123,124に与えら
従つてX軸用サーボモータ125、Y軸サーボモ
ータ126を回動せしめる。そしてこれにより移
動台23は工具Tの先端を曲面SFに近似した軌
跡となるよう移動せしめる。
The numerical control device 122 responds to the signals CX and CY after receiving the command for preliminary movement from point P1 to P2 to issue a command for simultaneous two-axis control regarding the X and Y axes for the machining curved surface SF. Servo out outputs ΔX and ΔY are applied to servo units 123 and 124, respectively, at each sampling time, thereby causing X-axis servo motor 125 and Y-axis servo motor 126 to rotate. As a result, the moving table 23 moves the tip of the tool T so that it follows a trajectory that approximates the curved surface SF.

又数値制御装置122にはX、Y軸に関する位
置フイードバツクパルスFBPX,FBPYが与えら
れるようになつている。
Further, position feedback pulses FBPX and FBPY regarding the X and Y axes are applied to the numerical control device 122.

このような数値制御装置122からのサーボア
ウトΔX,ΔYの値に対しては工具Tの先端は駆
動制御系固有のF/ωcなる速度誤差(Fは送り速 度、ωcは駆動系のループゲイン)を伴つており
さらに検出位置の精度も通常は0.5〜1ミクロン
程度である。今工作物Wを0.1ミクロン以下の加
工曲面に切削しようとするのであるから理論的な
曲面上の位置と現実の工具先端位置との間には差
が生ずる。この差をできる限り少くするために第
1図の補正系13が用いられるのである。この補
正系は切削加工中の工具Tの点P2からのX軸方
向の位置、Y軸方向の位置をカウンタ131,1
32で正確に計数し且つX軸方向のカウンタ13
1の値に対応した理論上のY軸方向の値をメモリ
MからF(xk)として読み出し、測定されたY軸
方向の位置との差を演算部135で算出しこれを
変換部138へ与えパワ変換部139を介してY
軸方向への微小変位駆動部140へ与えるように
してなされるのである。この駆動部140による
駆動は第2図から判るように移動台23上で遂行
されるのである。
For these values of servo out ΔX and ΔY from the numerical control device 122, the tip of the tool T has a speed error of F/ωc inherent to the drive control system (F is the feed rate and ωc is the loop gain of the drive system). Moreover, the accuracy of the detection position is usually about 0.5 to 1 micron. Since we are now attempting to cut the workpiece W into a machining curved surface of 0.1 micron or less, there will be a difference between the theoretical position on the curved surface and the actual tool tip position. In order to minimize this difference, the correction system 13 shown in FIG. 1 is used. This correction system uses counters 131 and 1 to measure the position of the tool T in the X-axis direction and the Y-axis direction from point P2 during cutting.
32 for accurate counting and a counter 13 in the X-axis direction.
The theoretical value in the Y-axis direction corresponding to the value of 1 is read out from the memory M as F(xk), the difference from the measured position in the Y-axis direction is calculated by the calculation unit 135, and this is provided to the conversion unit 138. Y via the power converter 139
This is done by applying a minute displacement in the axial direction to the driving section 140. As can be seen from FIG. 2, this drive by the drive unit 140 is performed on the movable table 23.

136,137,136Aは一致信号COiNの
発生部を形成しており、予じめX軸方向の移動量
x(N)を定めておいてレーザ計数パルスLPXの
個数Nを設定部136Aに設定するようになつて
いる。136はカウンタでパルLPXが入力され
る。
136, 137, and 136A form a generation unit for the coincidence signal COiN, and after determining the amount of movement x (N) in the X-axis direction in advance, the number N of laser counting pulses LPX is set in the setting unit 136A. It's becoming like that. 136 is a counter into which the pulse LPX is input.

137は比較器であつてカウンタ136の内容
がNと一致すると前記一致信号COiNが発せられ
カウンタ136をクリアする。この一致信号
COiNは移動台23、従つて工具Tがx(N)す
なわちN×0.01ミクロン移動するごとに発せられ
るわけである。そしてこの信号COiNによりカウ
ンタ132の値がレジスタ133にセツトされ又
メモリMからバツフアレジスタ134へメモリア
ウトされる。
137 is a comparator, and when the contents of the counter 136 match N, the coincidence signal COiN is generated and the counter 136 is cleared. This match signal
COiN is emitted every time the moving table 23, and thus the tool T, moves x(N), that is, N×0.01 micron. Then, the value of the counter 132 is set in the register 133 by this signal COiN, and is also memory-outed from the memory M to the buffer register 134.

又この信号COiNはメモリMに対するアドレス
計数器144への計数入力として与えられるよう
になつている。
Further, this signal COiN is provided as a counting input to an address counter 144 for the memory M.

メモリMは図示のようにアドレス(ADRS)と
データ(DATA)が1対に示されており各アド
レス0,1,2,3,……はX軸方向の点P2か
ら0.01×Nミクロンごとの位置に対応しており
x0、x1、x2、……がそれらの値を示す。(但しx0
=0とする) この例ではメモリMはRAM(Randam Access
Memory)又はROM(Read Only Memory)と
して示したカウンタ131の内容から瞬時にして
F(xk)を算出する計算機をその代りに置換えて
もよい。
As shown in the figure, in the memory M, addresses (ADRS) and data (DATA) are shown as a pair, and each address 0, 1, 2, 3, ... is located every 0.01 x N microns from point P2 in the X-axis direction. corresponds to the location
x0, x1, x2, ... indicate those values. (However, x0
= 0) In this example, the memory M is RAM (Random Access
A computer that instantaneously calculates F(xk) from the contents of the counter 131 shown as ROM (Read Only Memory) or ROM (Read Only Memory) may be used instead.

又メモリMではRAM,ROMとしたが理論値
はシーケンシヤルに用いられるので加工に先立つ
て予じめ計算機によりデータF(x0),F(x1)、
……F(xn)を算出しておいてこれらのうち3個
とか5個ずつを順次バツフアへ取り込むようにし
てもよい。この場合にはバツフアは最終のもの
(134)の他に中間のバツフアを有する。
Also, for the memory M, RAM and ROM are used, but since the theoretical values are used sequentially, the data F(x0), F(x1),
...F(xn) may be calculated and three or five of these may be sequentially taken into the buffer. In this case, the buffer has an intermediate buffer in addition to the final one (134).

さらに又第10図のメモリMの例ではF(x)
データそのものはY軸用レーザカウンタ132の
値とほゞ同じ値の有効ケタ数をもつ理論値データ
としたがメモリの容量を節約するという観点から
F(xi)のF(xi−1)に対する増分量又は減少量
のみをxiに対応する値ΔF(xi)としてメモリへス
トアしておくようにしてもよい。このような方式
の場合はF(xk)は F(xk)=F(x0)+kk=1 ΔF(xk) として与えられる。そのために最初の値F(xo)
は与えておく必要がある。
Furthermore, in the example of memory M in FIG. 10, F(x)
The data itself was theoretical value data with approximately the same number of effective digits as the value of the Y-axis laser counter 132, but from the perspective of saving memory capacity, F(xi) was increased with respect to F(xi-1). It is also possible to store only the amount or decrease amount in the memory as a value ΔF(xi) corresponding to xi. In such a system, F(xk) is given as F(xk)=F(x0)+ kk=1 ΔF(xk). Therefore the first value F(xo)
need to be given.

141,142はカウンタ132,131の内
容を補正するための補正手段を示す。このような
補正手段は、例えば第2図のレーザミラーMRx
がその取付状態も含め移動台23のY軸方向のみ
の移動に対しXの値がΔx(Yi)の如く変化する
ときには予じめこれを測定し、補正手段142へ
ストアしておいてカウンタ131の内容を修正す
るのである。補正手段141も同様であつてレー
ザミラーMRyがX軸方向のみの移動に対しYの
値がΔy(Xi)の如く変化するときこれを相殺する
ようカウンタ132の内容を修正するのである。
Reference numerals 141 and 142 indicate correction means for correcting the contents of the counters 132 and 131. Such a correction means is, for example, a laser mirror MRx shown in FIG.
When the value of The content of the document is modified. Similarly, the correction means 141 corrects the contents of the counter 132 when the value of Y changes as Δy(Xi) with respect to the movement of the laser mirror MRy only in the X-axis direction, so as to cancel this change.

又信号Eはカウンタ131の内容を数値制御装
置122へ知らせる信号ラインであり同装置12
2は工具Tが点P3すなわち加工終了位置に達し
たことを判断し工具Tをリトラクトさせるように
なつている。
The signal E is a signal line that informs the numerical control device 122 of the contents of the counter 131.
2 determines that the tool T has reached a point P3, that is, the machining end position, and retracts the tool T.

第11図は数値制御装置の代わりにサーボ方式
を採用した制御系を示す。同図では第10図にて
用いた記号、番号と同じものは同じ構成要素を示
している。
FIG. 11 shows a control system using a servo system instead of a numerical control device. In this figure, the same symbols and numbers used in FIG. 10 indicate the same components.

このサーボ方式においてはX軸方向に対する移
動台23(工具T)の移動速度を一定値としてい
る。この速度は設定部121中のX軸方向速度設
定部121−1にて設定されその出力VxがD/A
変換部151、サーボアンプ152を介してX軸
駆動サーボモータ125に与えられる。
In this servo system, the moving speed of the moving table 23 (tool T) in the X-axis direction is set to a constant value. This speed is set by the X-axis direction speed setting section 121-1 in the setting section 121, and its output Vx is
The signal is applied to the X-axis drive servo motor 125 via a converter 151 and a servo amplifier 152.

同図中央において破線で囲まれた部分は移動台
23のY軸方向への駆動制御系CTRLを示してお
り同制御系CTRLへはX軸方向のレーザパルス
LPXを計数するカウンタ131の出力が与えら
れる。又153は一定のサンプリング時間SPご
とに演算用のタイミングパルスSP1,SP2,…
…SP5を発生するパルス発生器であつて最初の
タイミングSP1でカウンタ131の内容をレジ
スタ154へ取り込む。又同時にレジスタ155
へY軸方向用のカウンタ132の内容を取り込
む。(尚レジスタ154ではカウンタ131の全
有効ケタを必ずしも取り込む必要はない。) 次のタイミングステツプSP2においてレジス
タ154の内容xにもとづいて演算部156でf
(x)が計算される。
The part surrounded by a broken line in the center of the figure shows the drive control system CTRL of the moving table 23 in the Y-axis direction, and the control system CTRL receives a laser pulse in the X-axis direction.
The output of a counter 131 that counts LPX is given. Further, 153 is a timing pulse SP1, SP2, . . . for calculation at every fixed sampling time SP.
...This is a pulse generator that generates SP5, and takes in the contents of the counter 131 to the register 154 at the first timing SP1. At the same time, register 155
The contents of the counter 132 for the Y-axis direction are taken in. (Note that the register 154 does not necessarily need to capture all valid digits of the counter 131.) At the next timing step SP2, based on the contents x of the register 154, the arithmetic unit 156
(x) is calculated.

この関数f(x)はメモリMから与えられる理
論値を算出するための関数F(x)と必ずしも一
致させる必要はなくX、Y軸駆動系の精度、応答
性を考慮して近似的に定めることができる。ステ
ツプSP3はステツプSP2での演算結果(算出
値)をレジタ157にストアする。
This function f(x) does not necessarily have to match the function F(x) for calculating the theoretical value given from the memory M, but is approximately determined in consideration of the accuracy and responsiveness of the X and Y axis drive system. be able to. At step SP3, the calculation result (calculated value) at step SP2 is stored in the register 157.

次いでステツプSP4において差演算部158
がレジスタ155と157の内容の差を算出す
る。その結果はステツプSP5においてレジスタ
159にストアされる。レジスタ159の値は
D/A変換部160、サーボアンプ161を介し
てY軸駆動サーボモータ126に与えられる。
Next, in step SP4, the difference calculation unit 158
calculates the difference between the contents of registers 155 and 157. The result is stored in register 159 at step SP5. The value of the register 159 is given to the Y-axis drive servo motor 126 via a D/A converter 160 and a servo amplifier 161.

一方一致信号COiNはレジスタ155にも入力
され同レジスタ155の内容はこのタイミング
(COiN)のとき演算部135に与えられるよう
になつておりバツフアレジスタ134の内容との
差が変換部138へ与えられパワー変換部139
を介して微小変位駆動部140を駆動するように
なつている。
On the other hand, the coincidence signal COiN is also input to the register 155, and the contents of the register 155 are given to the calculation unit 135 at this timing (COiN), and the difference with the contents of the buffer register 134 is given to the conversion unit 138. Power converter 139
The minute displacement drive section 140 is driven through the micro displacement drive section 140.

尚レジスタ155に関しては信号COiNの発せ
られるタイミングとSP1のタイミングは直接的
な関連がないので一致信号COiNの発せられたと
きのカウンタ132の値を別のレジスタを設けて
(図示せず)とり込むようにしこの別のレジスタ
の値を演算部135へ入力せしめるようにしても
よい。以上第10、第11図において説明した制
御系ではいづれもY軸方向に対する微小変位駆動
部140を有しておりこれを駆動せしめる信号を
理論値F(x)とレーザ系から得たyとの差から
得るようにしている点で共通している。
Regarding the register 155, since there is no direct relationship between the timing at which the signal COiN is issued and the timing at which SP1 is issued, another register (not shown) is provided to capture the value of the counter 132 when the coincidence signal COiN is issued. In this way, the value of this other register may be input to the arithmetic unit 135. The control systems described above in FIGS. 10 and 11 each have a minute displacement drive section 140 in the Y-axis direction, and the signal for driving this is a combination of the theoretical value F(x) and y obtained from the laser system. What they have in common is that they try to gain from the differences.

以上の実施例説明において諾干の変形例を以下
に説明する。
Modifications of the above embodiments will be described below.

第2図乃至第8図の例では微小変位駆動部はい
づれも切削工具Tと移動台23との間に配置され
るのであるがこれは1つには前記駆動部にとつて
の負荷部分を少なくして応答性の低下を阻止しよ
うとするものであるがこの点で一定の応答性が確
保されうるならば第2図において移動台23と送
りネジ25Aとの間、例えば移動台23の下面に
おいて送りネジ25Aと螺合されるナツトと移動
台23との間に微小変位駆動部を設けるようにし
てもよい。
In the examples shown in FIGS. 2 to 8, the minute displacement drive sections are all arranged between the cutting tool T and the moving table 23, and this is partly due to the load portion for the drive sections. This is intended to prevent a decrease in responsiveness, but if a certain level of responsiveness can be ensured in this respect, the distance between the movable base 23 and the feed screw 25A, for example, the lower surface of the movable base 23 in FIG. A minute displacement driving section may be provided between the moving table 23 and the nut screwed into the feed screw 25A.

さらに又第9図の例では微小変位駆動のため圧
電素子91,92,93を銀箔94,95,9
6,97を介して構成したが必要な変位量が得ら
れるなら一体となつた圧電素子のみで構成しても
よい。又本発明実施例(第10図、第11図)に
おいてはxi−xi−1は一定値(0.01×Nミクロ
ン)としたがこのNを可変にすること従つて補正
動作を行わしめるX軸方向位置を等間隔のみに限
定しないようにすることもできる。
Furthermore, in the example shown in FIG. 9, piezoelectric elements 91, 92, 93 are replaced with silver foils 94, 95, 9
6 and 97, however, it may be constructed using only an integrated piezoelectric element if the necessary amount of displacement can be obtained. In addition, in the embodiments of the present invention (Figs. 10 and 11), xi-xi-1 was set to a constant value (0.01 x N microns), but it is possible to make this N variable, so that the correction operation can be performed in the X-axis direction. It is also possible to not limit the positions to just regular intervals.

このためには各x1、x2、……、xi、……xnの
値を別にストアしておいて一致信号COiNに応答
してxi−xi−1を計算し逐次レジスタ136Aに
セツトするようにすればよい。
To do this, the values of x1, x2, . . . , xi, . Bye.

さらに又第9図ロにおいて変位Δlの電圧Kに
対する特性が完全な直線部分でない場合は前述し
た如く第1図の指定部13−5によりαの修正を
行うようになつている。又前記特性がヒステリシ
スを有する場合には予じめf(x)−yに関するヒ
ステリシスの特性を記憶しておいて、指定部13
−5がαの出力に際しそのヒステリシス特性を考
慮して出力するようにしてもよい。
Furthermore, if the characteristic of the displacement .DELTA.l with respect to the voltage K in FIG. 9(b) is not a perfect linear portion, the designation section 13-5 of FIG. 1 corrects .alpha. as described above. Further, if the characteristic has hysteresis, the hysteresis characteristic regarding f(x)-y is stored in advance, and the specification unit 13
-5 may be output by considering its hysteresis characteristics when outputting α.

以上説明したように本発明においては切削工具
と工作物との相対運動に際し、該工具の切込方向
に対し微小変位を比較的応答性のよい駆動手段に
より与えるようにした補正系を設け精密測定系と
理論値データから与えられる補正すべき量(切込
方向の)をすみやかに補正するようになつている
ので結果として切削工具の工作物面上での軌跡を
ほゞ理論値どおりに形成せしめることが可能にな
るという効果を奏する。
As explained above, in the present invention, when the cutting tool and the workpiece move relative to each other, a correction system is provided which applies a minute displacement in the cutting direction of the tool using a relatively responsive drive means, and precision measurement is performed. Since the amount to be corrected (in the cutting direction) given from the system and theoretical value data is quickly corrected, the trajectory of the cutting tool on the workpiece surface is formed almost exactly as the theoretical value. This has the effect of making it possible.

従つて例えばシユミツトレンズ加工等において
は理論値どおりの曲面が形成されるので同レンズ
を用いる光学系を従来より簡単にすることができ
る。
Therefore, in processing a Schmitt lens, for example, a curved surface conforming to the theoretical value is formed, so that an optical system using the same lens can be made simpler than before.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるシステムのブロツク図、
第2図は本発明実施例における加工機械の平面
図、第3図は第2図のZ矢視図、第4図は第3図
においてY軸方向のレーザミラーの取付位置を切
削工具により近い位置に取付けた図、第5図イは
微小変位駆動機構の1実施例の平面図、第5図ロ
は同図イのV矢視図、第6図は静圧軸受を利用し
た微小変位駆動部の例で同図イはその平面図、同
図ロは側面図、同図ハは同図イの−線断面
図、第7図はナイフエツジ支持機構を有する微小
変位駆動部の他の例を示す図で同図イはその要部
詳細断面図、同図ロは平面図、同図ハは正面図、
同図ニは、同図イの−線断面図、第8図は微
小変位駆動部に工作物を固定結合して切削工具を
回転せしめる方式の加工機械の例を示す図、第9
図イは微小変位駆動部を圧電素子を用いて構成す
る例を示す図、同図ロは1つの圧電素子の電圧と
延びの特性を示すグラフ、第10図は本加工シス
テムを数値制御方式で実施したときのシステムの
詳細ブロツク図、第11図はサーボ方式で実施し
たときのシステムの詳細ブロツク図である。 11…駆動制御系、11−1…軸移動指令部、
11−2…駆動部、12…切削加工機械、13…
補正系、13−1…精密測定部、13−2…理論
値データ供給部、13−3…演算部、13−4…
微小変位駆動部、21…ベツド、22…サドル、
23…移動台、24…X軸駆動モータ、25…Y
軸駆動モータ、24A,25A…送りネジ、24
B,25B…レゾルバ、31…工具取付台、41
…スピンドルユニツト、42…プーリ、43…タ
イミングベルト、44…駆動モータ。
FIG. 1 is a block diagram of a system according to the invention;
Fig. 2 is a plan view of a processing machine according to an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a view taken in the direction of the Z arrow in Fig. 2, and Fig. 4 shows a mounting position of the laser mirror in the Y-axis direction closer to the cutting tool than in Fig. 3. Fig. 5A is a plan view of one embodiment of the micro-displacement drive mechanism, Fig. 5B is a view taken from arrow V in Fig. 5A, and Fig. 6 is a micro-displacement drive using a hydrostatic bearing. Fig. 7 shows another example of a minute displacement drive part having a knife edge support mechanism. In the figure shown, figure A is a detailed sectional view of the main part, figure B is a plan view, figure C is a front view,
Figure 8 is a cross-sectional view taken along the - line in figure A, Figure 8 is a diagram showing an example of a processing machine in which a workpiece is fixedly connected to a minute displacement drive unit to rotate a cutting tool, Figure 9
Figure A is a diagram showing an example of configuring a micro-displacement drive unit using a piezoelectric element, Figure B is a graph showing the voltage and elongation characteristics of one piezoelectric element, and Figure 10 is a diagram showing this machining system using a numerical control method. Detailed block diagram of the system when implemented. FIG. 11 is a detailed block diagram of the system when implemented using the servo method. 11... Drive control system, 11-1... Axis movement command section,
11-2...Drive unit, 12...Cutting machine, 13...
Correction system, 13-1... Precision measurement section, 13-2... Theoretical value data supply section, 13-3... Calculation section, 13-4...
minute displacement drive section, 21...bed, 22...saddle,
23...Moving table, 24...X-axis drive motor, 25...Y
Shaft drive motor, 24A, 25A...Feed screw, 24
B, 25B...Resolver, 31...Tool mounting stand, 41
...Spindle unit, 42...Pulley, 43...Timing belt, 44...Drive motor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 工作物と切削工具を相対移動せしめて該工作
物上に所望の加工面を形成せしめる切削加工シス
テムにおいて、 前記工作物に対し前記所望の加工面に近似し
た加工面を切削すべく前記切削工具を支持する
刃物台と工作物とを相対移動せしめる駆動制御
系と、 前記駆動制御系の駆動中前記工具先端部を代
表する座標値を、前記駆動制御系の有する位置
精度より高い精度にて測定する精密測定系と、 前記精密測定系から得られる1つの座標軸方
向のデータに応答して前記工具の切込み方向の
座標値に関する理論値データを供給する理論値
データ供給手段と、 前記精密測定系から得られる前記工具切込方
向座標軸の値と前記理論値データ供給手段出力
との差にもとづいて前記工具を前記刃物台上で
前記切込方向に微小変位せしめる微小変位駆動
手段とを備えたことを特徴とする精密切削加工
システム。 2 前記精密測定系としてレーザ干渉計を用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の精
密切削加工システム。 3 前記微小変位駆動手段として電磁変位素子を
用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の精密切削加工システム。 4 前記理論値データ供給手段として予じめ、前
記1つの座標軸方向の位置データに対する理論値
データを対にしてストアするメモリを有すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の精密切
削加工システム。 5 前記理論値データ供給手段として、前記1つ
の座標軸方向の位置データにもとづいてそれに対
応する切込方向の理論値データをその都度演算し
て算出する演算部を有することを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の精密切削加工システム。 6 前記駆動制御系として数値制御装置を含むよ
うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の精密切削加工システム。 7 前記駆動制御系をサーボ方式で構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の精密切
削加工システム。
[Scope of Claims] 1. A cutting system that forms a desired machined surface on the workpiece by relatively moving a workpiece and a cutting tool, comprising: forming a machined surface that approximates the desired machined surface on the workpiece; a drive control system that relatively moves the tool post that supports the cutting tool and the workpiece for cutting; and a positional accuracy of the drive control system that determines coordinate values representative of the tool tip while the drive control system is driving. a precision measurement system for measuring with higher accuracy; and a theoretical value data supply means for supplying theoretical value data regarding coordinate values in the cutting direction of the tool in response to data in one coordinate axis direction obtained from the precision measurement system. , minute displacement drive means for minutely displacing the tool in the cutting direction on the tool post based on the difference between the value of the tool cutting direction coordinate axis obtained from the precision measurement system and the output of the theoretical value data supply means; A precision cutting system characterized by: 2. The precision cutting system according to claim 1, wherein a laser interferometer is used as the precision measurement system. 3. The precision cutting system according to claim 1, wherein an electromagnetic displacement element is used as the minute displacement driving means. 4. Precision cutting according to claim 1, characterized in that the theoretical value data supplying means includes a memory that stores in advance theoretical value data for position data in the one coordinate axis direction in pairs. system. 5. The theoretical value data supplying means includes a calculation unit that calculates theoretical value data in the cutting direction corresponding to the position data in the one coordinate axis direction each time. Precision cutting system as described in Scope 1. 6. The precision cutting system according to claim 1, wherein the drive control system includes a numerical control device. 7. The precision cutting system according to claim 1, wherein the drive control system is constructed using a servo system.
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