JPH0466666B2 - - Google Patents

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JPH0466666B2
JPH0466666B2 JP57110770A JP11077082A JPH0466666B2 JP H0466666 B2 JPH0466666 B2 JP H0466666B2 JP 57110770 A JP57110770 A JP 57110770A JP 11077082 A JP11077082 A JP 11077082A JP H0466666 B2 JPH0466666 B2 JP H0466666B2
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JP
Japan
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polishing
tool
rotating
curved surface
workpiece
Prior art date
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JP57110770A
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JPS591147A (en
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Toshiji Sakuma
Masao Takagi
Yoichiro Arai
Koichi Noto
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B13/00Machines or devices designed for grinding or polishing optical surfaces on lenses or surfaces of similar shape on other work; Accessories therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被加工面としての回転対称非球面を
効率的にしかも自動的に磨き得るように構成され
た磨き装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a polishing device configured to efficiently and automatically polish a rotationally symmetric aspherical surface as a surface to be processed.

従来より、被加工面である曲面を磨くには、砥
石による倣い磨きや、回転弾性体工具を用いた研
磨によつている。これらの研磨作業には、手作業
による研磨と機械による研磨の2方法があるが、
被加工面である曲面の範囲が狭いもの、すなわち
研磨すべきワークの外径が小さいものに対して
は、砥石あるいは回転弾性体工具を小型化する必
要がある。例えば、ワークの外径が10mm位の曲面
を研磨するためには、砥石あるいは回転弾性体工
具の外径寸法は1〜2mmぐらいにする必要があ
る。一方、手作業による研磨の場合には、工具の
小型化もさることながら、曲面位置によつて磨き
量にばらつきが生じる。これは、曲面に対する工
具の研磨圧力の加圧が人手によるために変動する
ことに起因しており、手作業による研磨の欠点と
なつている。他方、工具を高速振動させる機械研
磨が提案されている。この方法では、電気−油圧
サーボ制御によつて、曲面に対する工具の研磨圧
力を一定にすることが可能である。しかしなが
ら、この方法は振動による振幅を必要とするため
に、工具はその振幅を見込んでさらに小型化する
必要が生じる。第1図は、振動する砥石によつて
曲面を倣い磨きする場合を示したものである。図
において、砥石1はユニバーサルジヨイント2を
介して研磨ヘツド3に取り付けられており、砥石
1が矢印の方向に振動された状態でワーク4を矢
印の方向に送り、砥石1が被加工面である曲面5
を研磨するようにしたものである。この場合の問
題点は、被加工面である曲面5に対して砥石1の
安定性が悪いことである。すなわち、振動する砥
石1は曲面5を倣うことができず、振動と相まつ
て砥石1は不規則運動を起こし、その結果として
曲面5にビビリマークと称する波状欠陥を発生さ
せる。従つて、ワークの外径が小さいものに対し
ては、機械研磨による方法においても、被加工面
を均質に磨き得ないという欠点がある。
Conventionally, curved surfaces to be machined have been polished by tracing polishing with a grindstone or polishing using a rotating elastic tool. There are two methods of polishing: manual polishing and mechanical polishing.
If the range of the curved surface to be processed is narrow, that is, if the outer diameter of the workpiece to be polished is small, it is necessary to downsize the grindstone or rotating elastic tool. For example, in order to polish a curved surface of a workpiece with an outer diameter of about 10 mm, the outer diameter of the grindstone or rotating elastic tool needs to be about 1 to 2 mm. On the other hand, in the case of manual polishing, the amount of polishing varies depending on the position of the curved surface, in addition to the miniaturization of the tool. This is due to the fact that the polishing pressure of the tool applied to the curved surface varies manually, and is a drawback of manual polishing. On the other hand, mechanical polishing in which the tool is vibrated at high speed has been proposed. In this method, the polishing pressure of the tool on the curved surface can be made constant by electro-hydraulic servo control. However, since this method requires amplitude due to vibration, the tool needs to be further downsized in consideration of the amplitude. FIG. 1 shows a case in which a vibrating grindstone is used to trace and polish a curved surface. In the figure, a grinding wheel 1 is attached to a polishing head 3 via a universal joint 2, and a workpiece 4 is sent in the direction of the arrow with the grinding wheel 1 being vibrated in the direction of the arrow. A certain curved surface 5
It is designed to polish. The problem in this case is that the stability of the grindstone 1 is poor with respect to the curved surface 5 that is the surface to be machined. That is, the vibrating whetstone 1 cannot follow the curved surface 5, and together with the vibration, the whetstone 1 causes irregular movement, and as a result, a wavy defect called a chatter mark is generated on the curved surface 5. Therefore, for workpieces with small outer diameters, even the mechanical polishing method has the disadvantage that the surface to be processed cannot be uniformly polished.

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、砥石による磨きの場合であつても、また回
転弾性体工具による磨きの場合であつても、全曲
面を磨き量のばらつきをなくして均質に、しかも
自動的に磨き得る自動磨き装置を提供するにあ
る。この目的を達成するため、本発明による磨き
装置は、従来と同様の電気−油圧サーボ制御によ
る研磨ヘツドによつて、磨き工具である砥石ある
いは弾性体工具をZ軸回りに回転させ、従来の工
具振動による研磨を工具回転による研磨とすると
ともに、工具の回転速度を、工具のワーク曲面に
対する位置に応じて定められるワークの回転速度
と同値にし、かつその回転方向をワークの回転方
向と同一方向にすることによつて工具の摩耗を均
一にし、さらに従来の工具が被加工面を倣う方式
であつたものを、工具と被加工面の位置制御に
NC制御(数値制御)を用いる構成としたもので
ある。
The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to achieve uniform polishing by eliminating variations in the polishing amount of all curved surfaces, whether polishing with a grindstone or a rotary elastic tool. To provide an automatic polishing device that can polish automatically. In order to achieve this object, the polishing device according to the present invention rotates a polishing tool, such as a grindstone or an elastic tool, around the Z-axis by a polishing head controlled by electro-hydraulic servo control as in the conventional polishing device. Polishing by vibration is replaced by polishing by rotating the tool, and the rotational speed of the tool is set to the same value as the rotational speed of the workpiece, which is determined according to the position of the tool with respect to the curved surface of the workpiece, and the direction of rotation is set in the same direction as the rotational direction of the workpiece. This makes the wear of the tool uniform, and it also enables position control of the tool and the workpiece surface, instead of the conventional method of tracing the workpiece surface.
The configuration uses NC control (numerical control).

以下、第2図ないし第4図により本発明の一実
施例を説明する。第2図は本発明による自動磨き
装置の全体を示したものである。図において、ベ
ツド6にはテーブル7が載置されており、テーブ
ル7上には軸8を回転させるための傾角装置9が
設置されている。前記テーブル7および前記傾角
装置9はNC制御装置10からの指令信号により
動作し、テーブル7がX軸方向に移動するととも
に、傾角装置9が軸8を回転する。軸8の傾角装
置9と反対側の他端には、モータA11と回転テ
ーブル12とから構成されるワーク回転装置13
が具備されており、モータA11の回転を回転テ
ーブル12に伝達し、該回転テーブル12上に取
り付けられているワーク4を回転させる。一方、
ベツド6にはコラム14が接合されており、該コ
ラム14に設けられたガイドレール15上を摺動
可能なように、研磨ヘツド3が取り付けられてい
る。研磨ヘツド3は、コントローラ16、油圧制
御装置17および油圧シリンダ18から構成され
る電気−油圧サーボにより、Z軸方向に移動する
ことによつて、砥石あるいは弾性体などの工具1
9をワーク4に一定研磨圧力で作用させる。さら
に、研磨ヘツド3はモータB20を内蔵してお
り、工具19に回転を与える構造となつている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 shows the entire automatic polishing device according to the present invention. In the figure, a table 7 is placed on a bed 6, and a tilting device 9 for rotating a shaft 8 is installed on the table 7. The table 7 and the tilting device 9 are operated by a command signal from the NC control device 10, and the table 7 moves in the X-axis direction, and the tilting device 9 rotates the shaft 8. At the other end of the shaft 8 opposite to the tilting device 9, there is a workpiece rotation device 13 comprising a motor A11 and a rotary table 12.
The rotation of the motor A11 is transmitted to the rotary table 12, and the workpiece 4 mounted on the rotary table 12 is rotated. on the other hand,
A column 14 is joined to the bed 6, and the polishing head 3 is attached so as to be able to slide on a guide rail 15 provided on the column 14. The polishing head 3 is moved in the Z-axis direction by an electro-hydraulic servo composed of a controller 16, a hydraulic control device 17, and a hydraulic cylinder 18, thereby removing a tool 1 such as a grindstone or an elastic body.
9 is applied to the workpiece 4 with a constant polishing pressure. Further, the polishing head 3 has a built-in motor B20 and is configured to rotate the tool 19.

さて、以上のように構成された自動磨き装置の
動作を以下に説明する。第3図は該自動磨き装置
の動作説明図である。いま、被加工面である曲面
5がZ=F(x)なる関数で構成されるものとす
る。曲面5上の半径方向位置xを工具19で研磨
する場合には、ワーク4を角度θだけ傾け、さら
に工具19を工具位置lだけ移動させる。この場
合の演算式は、軸8の中心点から曲面5とワー
ク4の中心線との交点Pまでの間の距離をLとす
ると、式(1)のようになる。
Now, the operation of the automatic polishing device configured as above will be explained below. FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of the automatic polishing device. Now, it is assumed that the curved surface 5, which is the surface to be machined, is composed of a function Z=F(x). When polishing a radial position x on the curved surface 5 with the tool 19, the work 4 is tilted by an angle θ, and the tool 19 is further moved by a tool position l. The calculation formula in this case is as shown in formula (1), where L is the distance from the center point of the axis 8 to the intersection P of the curved surface 5 and the center line of the workpiece 4.

θ=tan-1(dF(x)/dx) α=tan-1{(L+F(x))/x} l=cos(α−θ)・x/cosα ……(1) 式(1)の演算は、コントローラ16に組み込んであ
るマイクロコンピユータ(図示せず)で行い、関
数F(x)の一次微分演算、αを計算する逆正接
演算およびlを計算する余弦演算を処理する。一
方、被加工面である曲面5を工具19で均一に研
磨するために、工具位置lにおけるワーク4の回
転速度NWを、次記する式(2)の演算により、コン
トローラ16で制御する。
θ=tan -1 (dF(x)/dx) α=tan -1 {(L+F(x))/x} l=cos(α-θ)・x/cosα ……(1) Equation (1) The calculations are performed by a microcomputer (not shown) built into the controller 16, which processes the first-order differential calculation of the function F(x), the arctangent calculation to calculate α, and the cosine calculation to calculate l. On the other hand, in order to uniformly polish the curved surface 5, which is the surface to be machined, with the tool 19, the rotational speed NW of the workpiece 4 at the tool position l is controlled by the controller 16 by calculating the following equation (2).

Nw=Vc/(2πx) ……(2) ここで、xは式(1)に示した半径方向位置であり、
πは円周率、Vcは後述する設定周速である。
N w = V c / (2πx) ...(2) Here, x is the radial position shown in equation (1),
π is pi, and V c is a set circumferential speed, which will be described later.

以上により、被加工面である曲面5上の半径方
向位置xを研磨する場合のワーク傾角、工具位置
およびワークの回転速度の設定について説明した
が、次に、工具19の回転速度について、第4図
により説明する。工具19は、中心軸をZ軸方向
に持つ円筒形状で構成されており、回転速度Nt
で中心軸を回転中心として回転する。曲面5上の
半径方向位置xを研磨する場合には、ワーク4は
回転速度Nwで回転しているので、工具19の中
心位置での周速Vcは式(2)で計算される。一方、
工具19の半径をrtとすると、工具19のa点で
は、ワーク4の周速に工具19の周速が減算され
て、その相対周速Vaは2π(x+rt)Nw−2πrtNt
なり、他方b点における相対周速Vbは2π(x−rt
Nw+2πrtNtとなる。被加工面である曲面5を高
精度で研磨するためには、工具19の底面を水平
に維持することが必要である。従つて、曲面5を
工具19によつて研磨することにより工具19は
摩耗するが、上記理由により均一な摩耗が要求さ
れることになる。本願発明者らは、この均一な摩
耗を得るためには、工具19の外径内における周
速分布を均一にする必要があることを見いだし
た。このような観点から、第4図において工具1
9に一様な周速分布を与えるには、前記相対周速
Va,Vb,Vcを等しくすれば良いことがわかる。
そこで、Va=Vb=Vcを満足させる工具回転速度
Ntは、ワーク回転速度Nwと同値にし、かつその
回転方向をワーク回転方向と同一方向にすれば良
いことになる。
The settings of the workpiece inclination, tool position, and rotational speed of the workpiece when polishing the radial position x on the curved surface 5, which is the surface to be machined, have been explained above. This will be explained using figures. The tool 19 has a cylindrical shape with its central axis in the Z-axis direction, and has a rotational speed N t
Rotates around the central axis. When polishing a radial position x on the curved surface 5, the workpiece 4 is rotating at a rotational speed Nw , so the circumferential speed Vc at the center position of the tool 19 is calculated by equation (2). on the other hand,
If the radius of the tool 19 is r t , at point a of the tool 19, the peripheral speed of the tool 19 is subtracted from the peripheral speed of the workpiece 4, and the relative peripheral speed V a is 2π(x+r t )N w −2πr t N t , and the relative circumferential speed V b at point b is 2π(x−r t )
N w +2πr t N t . In order to polish the curved surface 5, which is the surface to be machined, with high precision, it is necessary to maintain the bottom surface of the tool 19 horizontally. Therefore, polishing the curved surface 5 with the tool 19 causes wear of the tool 19, but uniform wear is required for the above reasons. The inventors of the present application have discovered that in order to obtain this uniform wear, it is necessary to make the circumferential velocity distribution within the outer diameter of the tool 19 uniform. From this point of view, in Fig. 4, tool 1
In order to give a uniform circumferential speed distribution to 9, the relative circumferential speed is
It can be seen that it is sufficient to make V a , V b , and V c equal.
Therefore, the tool rotation speed that satisfies V a = V b = V c
N t may be set to the same value as the work rotation speed N w and its rotation direction may be the same as the work rotation direction.

以上により、本実施例の自動磨き装置の動作に
ついて説明したが、この装置を用いた研磨作業の
動作について、第3図により、以下に説明する。
まず、第2図に示す操作卓21に取り付けられて
いるデータ設定器22により、コントローラ16
へ入力データが与えられる。入力データは、被加
工面である曲面5の関数F(x)、曲面5の研磨範
囲x1,x2、工具19とワーク4に対する相対周速
値Vc、および後述する周回回数n、工具19の
上昇下降距離hと、移動量Δxにより構成される。
第3図において、ワーク4および研磨ヘツド3の
初期設定では、角度θおよび工具位置lはいずれ
もゼロの状態になつている。この状態において、
研磨作業の起動がかかると、曲面5上の半径方向
位置xをx1として、コントローラ16は式(1)を演
算処理し、これらの演算結果をNC制御装置10
に渡すことにより、第2図に示した傾角装置9が
ワーク回転装置13を角度θだけ傾けるととも
に、テーブル7が移動して工具位置lが設定され
る。さらに、コントローラ16は、式(2)を演算処
理することによつてワーク回転速度Nwを算出し、
モータA11を起動させてワーク4を回転させる
とともに、これと同期してモータB20を回転さ
せて、工具19の回転速度をワーク4の回転速度
に一致させる。このような状態のもとで、コント
ローラ16により油圧制御装置17が作動して、
研磨ヘツド3が降下する。研磨ヘツド3が降下す
ることにより、工具19は曲面5に接触して研磨
作業が実施されるが、この状態における曲面5に
対する工具19の研磨圧力は一定である。このよ
うにして、曲面5上の半径位置x1で、ワーク4が
定められた周回回数n回だけ回転すると、コント
ローラ16の指令信号により、研磨ヘツド3はZ
軸方向に高さhだけ上昇する。次に、入力データ
の移動量Δxがx1に加算され、コントローラ16
は、曲面5上の半径位置xを(x1+Δx)と更新
し、前述した半径位置x1のときと同様な動作を行
う。このようにして、曲面5上の半径位置xを研
磨範囲であるx1からx2まで、コントローラ16で
処理してゆくことによつて、被加工面である曲面
5は、効率的にかつ自動的に、工具19により均
質に研磨できる。
The operation of the automatic polishing device of this embodiment has been described above, and the operation of polishing work using this device will be described below with reference to FIG.
First, the data setting device 22 attached to the operation console 21 shown in FIG.
Input data is given to. The input data includes the function F(x) of the curved surface 5 which is the surface to be machined, the polishing range x 1 , x 2 of the curved surface 5, the relative circumferential speed value V c between the tool 19 and the workpiece 4, the number of revolutions n described later, and the tool. 19, and the movement amount Δx.
In FIG. 3, in the initial settings of the workpiece 4 and the polishing head 3, the angle .theta. and the tool position l are both zero. In this state,
When the polishing operation is started, the controller 16 calculates the equation (1) by setting the radial position x on the curved surface 5 to x1 , and sends these calculation results to the NC control device 10.
As a result, the tilting device 9 shown in FIG. 2 tilts the work rotation device 13 by an angle θ, and the table 7 moves to set the tool position l. Furthermore, the controller 16 calculates the workpiece rotation speed N w by calculating equation (2),
The motor A11 is started to rotate the workpiece 4, and the motor B20 is rotated in synchronization with this to make the rotational speed of the tool 19 match the rotational speed of the workpiece 4. Under such conditions, the hydraulic control device 17 is activated by the controller 16,
The polishing head 3 is lowered. As the polishing head 3 descends, the tool 19 comes into contact with the curved surface 5 and performs the polishing operation, but the polishing pressure of the tool 19 against the curved surface 5 in this state is constant. In this way, when the workpiece 4 rotates a predetermined number of revolutions n times at the radial position x 1 on the curved surface 5, the polishing head 3 is moved to Z
It rises by a height h in the axial direction. Next, the movement amount Δx of the input data is added to x1 , and the controller 16
updates the radial position x on the curved surface 5 to (x 1 +Δx), and performs the same operation as at the radial position x 1 described above. In this way, by processing the radial position x on the curved surface 5 from x 1 to x 2 , which is the polishing range, by the controller 16, the curved surface 5, which is the surface to be machined, can be polished efficiently and automatically. In general, the tool 19 allows uniform polishing.

前述のように、本発明によれば、被加工面とし
ての回転対称非球面を磨くに際し、従来の倣い研
磨を数値制御によるNC研磨とし、かつ工具の回
転速度をワークの回転速度と同値にし、かつその
回転方向をワークと同一方向にしたことにより、
被加工面における曲面が既知関数である場合に
は、高精度な研磨を行うことができる。また、こ
のNC研磨は、工具の交換および被加工物の装置
への取付けなど一部の人手作業を除くと、すべて
自動運転ができるので、効率の良い研磨を行うこ
とができる。
As mentioned above, according to the present invention, when polishing a rotationally symmetric aspherical surface as a workpiece surface, conventional copy polishing is replaced with NC polishing using numerical control, and the rotational speed of the tool is set to the same value as the rotational speed of the workpiece. And by making the rotation direction the same as the workpiece,
When the curved surface on the surface to be processed is a known function, highly accurate polishing can be performed. Additionally, this NC polishing can be performed automatically, with the exception of some manual labor such as changing tools and attaching workpieces to the equipment, making it possible to perform highly efficient polishing.

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

第1図は従来方法による機械研磨を示す説明
図、第2図は本発明による自動磨き装置の一実施
例の全体を示す斜視図、第3図は該装置の動作説
明図、第4図は該装置におけるワークと工具の周
速分布の説明図である。 符号の説明 3…研磨ヘツド、4…ワーク、5
…曲面、7…テーブル、9…傾角装置、10…
NC制御装置、11…モータA、12…回転テー
ブル、13…ワーク回転装置、14…コラム、1
6…コントローラ、17…油圧制御装置、18…
油圧シリンダ、19…工具、20…モータB、2
1…操作卓、22…データ設定器。
Fig. 1 is an explanatory view showing mechanical polishing by a conventional method, Fig. 2 is a perspective view showing an entire embodiment of an automatic polishing device according to the present invention, Fig. 3 is an explanatory view of the operation of the device, and Fig. 4 is an explanatory view showing mechanical polishing by a conventional method. FIG. 3 is an explanatory diagram of circumferential velocity distribution of a workpiece and a tool in the apparatus. Explanation of symbols 3... Polishing head, 4... Workpiece, 5
...Curved surface, 7...Table, 9...Tilt device, 10...
NC control device, 11...Motor A, 12...Rotary table, 13...Work rotation device, 14...Column, 1
6... Controller, 17... Hydraulic control device, 18...
Hydraulic cylinder, 19...tool, 20...motor B, 2
1...Operation console, 22...Data setting device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 X,YおよびZ軸を有する右手系の直交座標
系において、 所定の研磨圧力を得るべく油圧シリンダ等に全
体が取付け支持されZ軸方向に移動可能な研磨ヘ
ツドに、砥石あるいは弾性体工具から構成される
磨き工具と、 該磨き工具を回転させる第1の回転装置と、 中心軸を有する回転対称な曲面を備えた被加工
物を該中心軸廻りに回転させる第2の回転装置を
Z軸上に配置し、該第2の回転装置を積載して前
記被加工物の前記曲面の中心軸をXZ平面内で傾
けるための傾角装置と、 該傾角装置をX軸方向に移動させる移動装置
と、前記第1の回転装置、前記第2の回転装置、
前記傾角装置及び前記移動装置に対して制御指示
を与える制御装置と、 外部からの操作によつて該制御装置に入力指示
を与える設定装置とを備え、 該設定装置からの入力情報により、前記制御装
置が前記移動装置と前記傾角装置とを制御するこ
とによつて前記磨き工具が対向する前記曲面上の
研磨部位をX軸にほぼ平行にさせるとともに、前
記第1の回転装置の回転速度と前記第2の回転装
置の回転速度とを同値に、かつその回転方向を同
一方向に制御するように構成したことを特徴とす
る自動磨き装置。
[Claims] 1. In a right-handed orthogonal coordinate system having X, Y, and Z axes, a polishing head that is entirely mounted and supported by a hydraulic cylinder or the like and movable in the Z-axis direction in order to obtain a predetermined polishing pressure, A polishing tool composed of a grindstone or an elastic tool, a first rotating device for rotating the polishing tool, and a second rotating device for rotating a workpiece having a rotationally symmetrical curved surface having a central axis about the central axis. a tilting device for tilting the central axis of the curved surface of the workpiece in the XZ plane by placing the second rotating device on the Z-axis; and tilting the tilting device in the X-axis direction. a moving device for moving the device, the first rotating device, the second rotating device,
A control device that gives control instructions to the tilting device and the moving device; and a setting device that gives input instructions to the control device by an external operation, and the control device is configured to perform the control based on input information from the setting device. The device controls the moving device and the tilting device to make the polishing area on the curved surface that the polishing tool faces substantially parallel to the X-axis, and the rotating speed of the first rotating device and the An automatic polishing device characterized in that the second rotating device is controlled to have the same rotational speed and the same direction of rotation.
JP11077082A 1982-06-29 1982-06-29 Automatic polisher Granted JPS591147A (en)

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JP11077082A JPS591147A (en) 1982-06-29 1982-06-29 Automatic polisher

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JP11077082A JPS591147A (en) 1982-06-29 1982-06-29 Automatic polisher

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JPS591147A (en) 1984-01-06

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