JPH08243905A - 研削加工方法および研削加工装置 - Google Patents

研削加工方法および研削加工装置

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JPH08243905A
JPH08243905A JP7054465A JP5446595A JPH08243905A JP H08243905 A JPH08243905 A JP H08243905A JP 7054465 A JP7054465 A JP 7054465A JP 5446595 A JP5446595 A JP 5446595A JP H08243905 A JPH08243905 A JP H08243905A
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JP
Japan
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grindstone
grinding
amount
displacement
work
Prior art date
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Pending
Application number
JP7054465A
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English (en)
Inventor
Yasushi Yoshitomi
靖 吉富
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】砥石の磨耗、砥石回転軸の軸方向の変位による
加工誤差を低減する。 【構成】工具ステ−ジ11、工作物ステ−ジ10は、N
C制御装置7の制御データに従い移動する。誤差補正量
演算装置6は、研削スピンドル変位検出用センサ4およ
び砥石摩耗量検出用センサ5によって測定した値より、
研削スピンドルモ−タ3の熱変形にともなう軸の伸び
と、加工の進行にともなう砥石2の磨耗による砥石2の
砥面の形状の変化を求めると共に、加工誤差を低減する
ことのできる研削スピンドル3の各時点におけるY方向
の移動量をNC制御装置7の制御データや予め記憶して
おいた工作物の形状・寸法、砥石外径等の初期値等を考
慮して求め、切り込み量制御ユニット9を介して微小移
動ステ−ジ9をY方向に逐次移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作物の形状を砥石に
よって研削加工する際に、加工誤差が低減されるよう
に、砥石と工作物の相対位置を高精度に制御する技術に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の加工技術では高精度な形状創成が
困難であった非球面形状を、砥石と工作物の相対位置を
制御して、研削加工する技術が実用化されている。この
加工方法では、加工機の機械要素を高精度に制御するこ
とによって、高い加工精度を実現している。しかし、加
工精度の要求がさらに高まるにつれ、様々な要因による
加工誤差が問題となってきた。
【0003】また、このような加工誤差を低減する方法
としては、加工後の形状を測定し、設計形状からの加工
誤差を求め、この加工誤差分、研削加工装置の動作を規
定する制御データを補正した上で、再加工を行うのが一
般的であった。
【0004】また、加工中の誤差低減方法としては、砥
石、あるいは工作物を搭載するステージの真直度誤差、
移動に伴う姿勢変化を測定し、このデータを元に砥石・
工作物間の相対変位量を求め、その量に応じて、研削の
切り込み量を補正する等の方法が採られていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述した加工後に工作
物の形状誤差を測定し、そのデータを元に再加工を行う
方法では、再現性のある系統的な誤差は除去できるもの
の、再現性の無い要因に起因する加工誤差を完全に除去
することは出来ず、高まる要求精度に対応できなかっ
た。また、測定・再加工に伴う加工時間の増加や、工数
の増加が、加工能率の低下をもたらすという問題があっ
た。
【0006】また、加工中にステージの真直度誤差、移
動に伴う姿勢変化分、研削の切り込み量を補正する行う
方法では、高速回転する研削加工装置の研削スピンドル
モ−タの熱変形にともなう軸の伸びや、加工の進行にと
もなう砥石磨耗等に起因する、ステージの真直度誤差、
移動に伴う姿勢変化によらない加工誤差を除去すること
はできなかった。
【0007】そこで、本発明は、これらの加工誤差を低
減し、より高い加工精度で研削加工を行うことができる
研削加工方法および研削可能装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決する為の手段】前記目的達成のために、本
発明は、たとえば、回転する砥石と工作物との相対位置
を、予め求めた計画に従って変化させながら工作物を研
削し当該工作物の形状を加工する研削加工方法であっ
て、前記砥石の磨耗量と当該砥石の回転軸方向の変位量
とを、前記加工と並行して検出し、検出した砥石の磨耗
量と砥石の回転軸方向の変位量とに応じて、逐次、砥石
の前記工作物への切り込み量を補正することを特徴とす
る研削加工方法を提供する。
【0009】
【作用】前述した本発明に係る研削加工方法では、前記
砥石の磨耗量と当該砥石の回転軸方向の変位量とを、前
記加工と並行して検出し、検出した砥石の磨耗量と砥石
の回転軸方向の変位量とに応じて、逐次、砥石の前記工
作物への切り込み量を補正する。
【0010】したがい、再現性のない事象である、砥石
を高速に回転させる研削スピンドルモ−タの熱変形にと
もなう軸の伸びと加工の進行にともなう砥石磨耗の影響
による誤差を補正することができる。また、この補正
は、加工と並行してリアルタイムに行われるので、従来
のような再加工が不要となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0012】図1に、本実施例に係る研削加工装置の構
成を示す。
【0013】図中、12は工作物1を回転させる工作物
用スピンドルモ−タであり、10は工作物スピンドルモ
−タ12と共に紙面の左右方向(この方向をY方向とす
る)に移動する工作物ステ−ジである。
【0014】また、3は砥石2を回転させる研削スピン
ドルモ−タであり、11は研削スピンドルモ−タ3と共
に紙面と垂直な方向(この方向をX方向とする)に移動
する工具ステ−ジであり、9は研削スピンドルモ−タ3
と共に工作物ステ−ジ9に対してY方向に微小量移動さ
せる微小移動ステ−ジである。また、4は、研削スピン
ドルモ−タ3の熱変形にともなう軸の伸び、すなわち紙
面の上下方向(この方向をZ方向とする)の砥石2の変
位を検出するための研削スピンドル変位検出用センサで
あり、5は、加工の進行にともなう砥石2の磨耗量を検
出するための砥石摩耗量検出用センサである。
【0015】また、7は、工作物ステ−ジ10、工具ス
テ−ジ11の移動量を制御するNC制御装置であり、微
小移動ステ−ジ9による研削スピンドルモ−タ3の移動
量を制御する切り込み量制御ユニットであり、6は、研
削スピンドル変位検出用センサ4および砥石摩耗量検出
用センサ5の検出量等に応じて切り込み量制御ユニット
8の制御量を演算する誤差補正量演算装置である。
【0016】ここで、本実施例では、研削スピンドル変
位検出用センサ4および砥石摩耗量検出用センサ5は工
具ステ−ジ11に対して、その相対位置が一定となるよ
うに取付ける。研削スピンドル変位検出用センサ4は、
静電容量型の非接触式距離センサであり、砥石2の内周
側にある円盤面までの距離を測定する。また、砥石摩耗
量検出用センサ5は光学的な非接触式距離センサであ
り、Z方向に移動しながら、順次レ−ザ光線等により砥
石2までの距離を検出することにより、砥石2の摩耗に
よる形状の変化を測定する。
【0017】さて、研削スピンドルモ−タ3の熱変形に
ともなう軸の伸びや、加工の進行にともなう砥石2の磨
耗が無い場合には、このような研削加工装置において、
砥石2として断面形状がまっすぐのストレート砥石を用
い、工作物スピンドルモ−タ1で工作物1を高速に回転
させると共に研削スピンドルモ−タで砥石2を高速に回
転させながら、NC制御装置7が、軸の伸びや砥石2の
磨耗を考慮せずに計算された制御データに従い、図2に
示す工具軌跡100を砥石の回転中心が工作物に対して
相対的に描くように、工作物ステ−ジ10のX方向の移
動と、工具ステ−ジ11のY方向の移動を制御し、工作
物を研削することにより、凸形状の回転対称の球面、非
球面のレンズ、ミラーなど加工することができる。
【0018】しかし、研削スピンドルモ−タ3の熱変形
に伴う軸の伸びや、加工の進行にともなう砥石2の磨耗
によって、実際には、加工誤差が生じる。たとえば、砥
石2の砥面は加工の進行に伴い図3に示すように摩耗す
るために、図4に示すように、所望の設計形状(破線)
とずれた加工形状(実線)が得られることになる。ま
た、研削スピンドルモ−タ3の熱変形にともなう軸の伸
びによっても、砥石2と工作物1との接触点が、軸の伸
びが無い場合の本来の位置からずれるため砥石摩耗量が
ある場合には、接触点の砥石寸法(半径)が変化するこ
とになり加工誤差が生じる。
【0019】いま、加工の目的が工作物の凸形状の回転
対称の球面または非球面の表面形状を得ることであると
した場合には、研削スピンドルモ−タ3の熱変形にとも
なう軸の伸びや加工の進行にともなう砥石2の磨耗によ
る砥石2の砥面の形状の変化に起因する加工誤差は、図
5に示すように設計した表面形状と加工後の表面形状
を、中心を一致させて合わせた場合の差εとして表れ
る。
【0020】この加工誤差εは、研削スピンドルモ−タ
3の熱変形にともなう軸の伸びや、加工の進行にともな
う砥石2の磨耗による砥石2の砥面の形状の変化が測定
できれば、これらと制御データや工作物の形状・寸法、
砥石外径等の初期値等より計算することができる。ま
た、加工誤差εは、Y方向に生じるので、研削スピンド
ル3をY方向に移動させることにより低減することがで
きる。
【0021】そこで、本実施例では、誤差補正量演算装
置6によって、研削スピンドル変位検出用センサ4およ
び砥石摩耗量検出用センサ5によって測定した値より、
研削スピンドルモ−タ3の熱変形にともなう軸の伸び
と、加工の進行にともなう砥石2の磨耗による砥石2の
砥面の形状の変化を求めると共に、加工誤差εを低減す
ることのできる研削スピンドル3の各時点におけるY方
向の移動量をNC制御装置7の制御データや予め記憶し
ておいた工作物の形状・寸法、砥石外径等の初期値等を
考慮して求める。そして、これに従い、誤差補正量演算
装置6が、切り込み量制御ユニット8を介して、微小移
動ステ−ジ9を適宜Y方向に移動させる。
【0022】これにより、加工誤差εの無い研削加工が
実現されることになる。
【0023】なお、研削スピンドルモ−タの熱変形にと
もなう軸の伸びや、加工の進行にともなう砥石2の磨耗
による砥石2の砥面の形状の変化は、いずれも数μm程
度であるため、前述した加工誤差εを低減するために必
要となるY方向の移動量も通常サブミクロンオーダであ
る。これは、工作物1の形状創成のための工具ステ−ジ
11の移動量に較べ十分小さい。また、砥石2の加工誤
差εを低減するためのY方向の移動は、こまめに行う必
要があるため、砥石2をY方向に移動するために、工具
ステ−ジ11より高速応答性を備えた移動機構が必要と
なる。そこで、本実施例では、工具ステ−ジ11とは別
に、微小移動ステ−ジを設け砥石2のY方向の移動を実
現しているのである。
【0024】なお、以上では、凸形状の回転対称の球
面、非球面の形状を研削加工する場合について説明した
が、凹形状の回転対称の球面、非球面の形状を研削加工
する場合も、同様にして加工誤差を低減することができ
る。この場合、図6に示すように、使用される砥石2の
断面形状は円弧となる。この場合も研削スピンドルモ−
タ3の軸方向の伸びや、砥石2の摩耗により形状変化が
あると、砥石の接触点が移動することにより加工誤差が
生じるが、砥石2のY方向の移動を制御することにより
加工誤差を低減することができる。
【0025】また、本実施例は、自由曲面、軸外し非球
面、トロイダル面などを、3軸制御により形状創成する
場合についても適用することができる。
【0026】この場合、図7に示すように、工作物1が
回転するかわりにXおよびZ方向に移動すると共に、砥
石2が回転しながらY方向に移動することにより、形状
が創成されるが、やはり、研削スピンドルモ−タ3の軸
方向の伸びや、砥石2の摩耗により形状変化に応じて、
砥石2のY方向の移動を補正、制御することにより加工
誤差を低減することができる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、砥石の
磨耗、砥石回転軸の軸方向の変位による加工誤差を低減
させることができ、工作物の加工精度の高精度化が可能
となる。また、加工中に誤差を測定し、これに基づいて
補正加工を行うため、再加工による加工能率の低下を防
ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る研削加工装置の構成を示
すブロック図である。
【図2】砥石の摩耗のようすを示した図である。
【図3】研削加工のようすを示した図である。
【図4】砥石の摩耗と加工形状との関係を示した図であ
る。
【図5】加工誤差を示した図である。
【図6】本発明の実施例に係る研削加工装置において回
転対称の球面、非球面の形状を研削加工する場合のよう
すを示した図である。
【図7】本発明の実施例に係る3軸制御により形状創成
する研削加工装置の特徴部分を示した図である。
【符号の説明】
1 工作物 2 砥石 3 研削スピンドルモ−タ 4 研削スピンドル変位検出用センサ 5 砥石摩耗量検出用センサ 6 誤差補正量演算装置 7 NC制御装置 8 切り込み量制御ユニット 9 微小移動ステ−ジ 10 工作物ステ−ジ 12 工作物用スピンドルモ−タ 11 工具ステ−ジ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転する砥石と工作物との相対位置を、予
    め求めた計画に従って変化させながら工作物を研削し当
    該工作物の形状を加工する研削加工方法であって、 前記砥石の磨耗量と当該砥石の回転軸方向の変位量と
    を、前記加工と並行して検出し、検出した砥石の磨耗量
    と砥石の回転軸方向の変位量とに応じて、逐次、砥石の
    前記工作物への切り込み量を補正することを特徴とする
    研削加工方法。
  2. 【請求項2】砥石と、砥石を回転する回転手段と、工作
    物を保持する工作物保持手段と、予め設定された制御デ
    ータに従って、前記砥石と前記工作物保持手段に保持さ
    れた工作物との相対位置を変化させる相対位置変更手段
    とを備えた研削加工装置であって、 前記砥石の磨耗量を検出する摩耗量検出手段と、 前記制御データによって規定される前記砥石の位置に対
    する、前記砥石の当該砥石の回転軸方向の変位量を検出
    する変位検出手段と、 前記相対位置変更手段とは独立に、前記摩耗量検出手段
    が検出した砥石の磨耗量と前記変位検出手段が検出した
    砥石の回転軸方向の変位量とに応じた距離、逐次、前記
    砥石を前記工作物に対して前記砥石の回転軸と垂直な方
    向に相対的に変位させる補正手段とを有することを特徴
    とする研削加工装置。
  3. 【請求項3】砥石と、砥石を回転する回転手段と、工作
    物を保持する工作物保持手段と、予め設定された制御デ
    ータに従って、前記砥石と前記工作物保持手段に保持さ
    れた工作物との相対位置を変化させる相対位置変更手段
    とを備えた研削加工装置であって、 前記砥石の磨耗量を検出する摩耗量検出手段と、 前記相対位置変更手段とは独立に、前記摩耗量検出手段
    が検出した砥石の磨耗量に応じた距離、逐次、前記砥石
    を前記工作物に対して前記砥石の回転軸と垂直な方向に
    相対的に変位させる補正手段とを有することを特徴とす
    る研削加工装置。
  4. 【請求項4】砥石と、砥石を回転する回転手段と、工作
    物を保持する工作物保持手段と、予め設定された制御デ
    ータに従って、前記砥石と前記工作物保持手段に保持さ
    れた工作物との相対位置を変化させる相対位置変更手段
    とを備えた研削加工装置であって、 前記制御データによって規定される前記砥石の位置に対
    する、前記砥石の当該砥石の回転軸方向の変位量を検出
    する変位検出手段と、 前記相対位置変更手段とは独立に、前記変位検出手段が
    検出した砥石の回転軸方向の変位量に応じた距離、逐
    次、前記砥石を前記工作物に対して前記砥石の回転軸と
    垂直な方向に相対的に変位させる補正手段とを有するこ
    とを特徴とする研削加工装置。
JP7054465A 1995-03-14 1995-03-14 研削加工方法および研削加工装置 Pending JPH08243905A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104259990A (zh) * 2014-09-18 2015-01-07 洛阳巨优机床有限公司 一种数控圆锥滚子球基面磨床
CN108214305A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 昆山华辰新材料科技有限公司 砂轮磨损量测量设备及砂轮磨损量测量方法

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