JPH11119816A - 精密溝加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作物の高さが一様でない場合であっても、
高精度の溝深さを得ることができる精密溝加工装置を提
供すること。 【解決手段】 溝加工が可能な数値制御工作機械１１に
工作物形状・寸法計測手段である変位計２０を取り付
け、溝加工を施す面の座標を全体にわたって把握し、そ
の情報に基づいて溝深さが一定になるような工具１２と
工作物Ｗの相対運動経路で溝加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溝加工を行なう
溝加工装置に関し、特に高精度の溝加工を行なうための
精密溝加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ヘッドや光学ヘッド等の電子
部品においては、その製造工程にて精密機械加工が行な
われており、その中には微細溝加工工程も含まれてい
る。このような微細溝加工工程には、例えば数値制御式
の溝加工装置が用いられている。この数値制御式の溝加
工装置としては、例えば外周刃ブレード砥石やエンドミ
ル等により、加工テーブル上に取り付けられている１個
あるいは複数個の工作物の溝加工が行なわれる構成のも
のがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の溝加工
装置では、工作物を加工テーブル上に取り付ける場合、
加工テーブルへの工作物の取付精度や、工作物や取付治
具の寸法精度等により、１個あるいは複数個の工作物の
加工面の高さ分布や高さのバラツキが生じる場合があ
る。従って、このままの状態にて、工作物の溝加工を行
なうと、１個あるいは複数個の工作物の高さ分布に依存
した溝深さ分布や高さのバラツキに依存した溝深さのバ
ラツキが生じてしまうおそれがある。

【０００４】このため、高精度の溝深さが要求される場
合には、加工テーブルへの工作物の取付精度や、工作物
や取付治具の寸法精度等を十分に確保する必要がある
が、コストが高くなってしまうという問題があった。さ
らに、例えば溝深さ精度が±５μｍ程度と高精度化の要
求が厳しくなると、上記取付精度や寸法精度等の管理に
よっては、溝深さ精度を得ることが実質的に不可能にな
ってしまうという問題があった。

【０００５】この発明は、以上の点に鑑み、工作物の形
状・寸法が一様でない場合であっても、高精度の溝深さ
を得ることができる精密溝加工装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明に
よれば、溝加工が可能な数値制御工作機械に工作物形状
・寸法計測手段である変位計を取り付け、溝加工を施す
面の座標を全体にわたって把握し、その情報に基づいて
溝深さが一定になるような工具と工作物の相対運動経路
で溝加工を行うことにより達成される。

【０００７】上記構成によれば、溝加工前に、変位計が
例えば工作物の高さ分布を測定する。そして、溝加工時
に、高さ分布の測定結果に基づいて工具と工作物を例え
ば垂直方向に相対移動させることにより、工作物の高さ
に対応して、一定の溝深さとなるように溝加工すること
ができる。従って、例えば工作物の高さが一様でない場
合、即ち、１つの工作物の加工面に凹凸がある場合や、
複数個の工作物の高さにバラツキのある場合であって
も、工作物を高精度で均一な溝深さとなるように溝加工
することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を添付図を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に述
べる実施形態は、この発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発
明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【０００９】図１は、この発明による精密溝加工装置の
実施形態を示すブロック構成図である。この精密溝加工
装置１０は、数値制御式加工機１１、高さ分布計測装置
２０及び工具経路分析装置３０で構成されている。数値
制御式加工機１１は、公知の構成のものであって、工具
部１２、工作物Ｗ及び高さ基準となる既知の高さを有す
る基準物Ｐが取り付けられる加工テーブル１３、駆動系
のシーケンス制御を行なうＰＬＣ（プログラマブル・ロ
ジック・コントロール）部１４及び数値制御装置１５を
備えていると共に、加工テーブル１３上にて移動可能に
支持され、かつ後述する高さ分布計測装置２０の変位計
ヘッドと一体化されたツールスコープ１６を備えてい
る。

【００１０】工具部１２は、例えば外周刃ブレード砥石
等の研削工具を備えており、この工具によって、工作物
Ｗに対して溝加工を行なうように構成されている。加工
テーブル１３は、工作物Ｗ及び基準物Ｐをクランプ等に
より取り付けるように構成されている。ＰＬＣ部１４
は、工具部１２及び加工テーブル１３を相対的に駆動制
御するように構成されている。

【００１１】数値制御装置１５は、ＰＬＣ部１４を介し
て、工具部１２の工具により、加工テーブル１３上に取
り付けられた工作物Ｗの溝加工を行なうように構成され
ている。ツールスコープ１６は、工具部１２の工具の加
工部分付近を観察するためのものであり、工具部１２と
一体的に移動可能に支持されている。高さ分布計測装置
２０は、工作物Ｗの高さ分布を測定するためのレーザ変
位計であり、計測ヘッド２１及び計測ヘッド２１を制御
するためのコントローラ２２から構成されており、加工
テーブル１３上を水平方向に移動しながら、工作物Ｗの
高さを計測することにより、工作物Ｗの高さ分布を測定
するように構成されている。

【００１２】計測ヘッド２１は、ツールスコープ１６と
一体化されており、コントローラ２２により制御される
ことにより、工作物Ｗの上面、即ち高さを非接触式に測
定するように構成されている。工具経路分析装置３０
は、分析部３１及び数値制御プログラム生成器３２から
構成されており、例えばコンピュータを使用することに
より実現される。分析部３１は、高さ分布計測装置２０
で計測された工作物Ｗの高さ分布を、工作物Ｗの高さ情
報に変換するように構成されている。

【００１３】数値制御プログラム生成器３２は、分析部
３１で得られた工作物Ｗの高さ情報に基づいて、溝加工
のための工具部１２の経路情報を数値制御プログラムに
変換するように構成されている。尚、上述した数値制御
式加工機１１の数値制御装置１５及び工具経路分析装置
３０の数値制御プログラム生成器３２は、図２に示すよ
うに、１つのコンピュータ数値制御装置３３として一体
化されていてもよい。

【００１４】このような構成において、その動作例を説
明する。先ず、溝加工前に、高さ分布測定装置２０が、
加工テーブル１３上に取り付けられた基準物Ｐ及び工作
物Ｗの高さ分布を測定する。そして、工具経路分析装置
３０の分析部３１は、高さ分布測定装置２０により測定
された高さ分布に基づいて、基準物Ｐ及び工作物Ｗの高
さ情報に変換する。

【００１５】これにより、分析部３１は、各工作物Ｗの
高さ情報を、基準物Ｐに対する相対高さ情報として算出
し、溝深さの基準となるべき位置を認識する。さらに、
分析部３１は、これらの高さ情報及び溝深さ基準位置に
基づいて、各工作物Ｗの溝深さが一定になるように、工
具部１２の工具の経路を導出する。そして、数値制御プ
ログラム生成器３２は、分析部３１により導出された工
具経路から、この工具経路を示す数値制御プログラムに
変換する。

【００１６】次に、溝加工時に、数値制御式加工機１１
の数値制御装置１５が、数値制御プログラム生成器３２
により生成された数値制御プログラムを実行することに
より、ＰＬＣ部１４を介して、工具部１２及び加工テー
ブル１３を駆動制御する。これにより、工具部１２の工
具が、加工テーブル１３上の工作物Ｗの上面に対して、
溝加工を行なうことになる。その際、工具部１２の工具
は、前以て測定された工作物Ｗの高さ分布に対応して、
垂直方向に移動されることになるので、常に一定の深さ
の溝加工を高精度に行なうことができる。

【００１７】図３は、この発明による精密溝加工装置の
実施形態の具体的構成を示す図である。この精密溝加工
装置４０は、ＶＴＲ用磁気ヘッドを製造する際に複数の
磁気ギャップを形成したブロックを切断して所望のヘッ
ドチップを得る前に、磁気記録媒体との当たり幅を規制
するための当たり幅規制溝を加工するためのものであ
り、数値制御式加工機４１、高さ分布計測装置５０及び
工具経路分析装置６０で構成されている。

【００１８】数値制御式加工機４１は、公知の構成のも
のであって、工具として外周刃ブレード４２ａを使用し
た工具部４２、工作物Ｗ及び高さ基準となる既知の高さ
を有する基準物Ｐが取り付けられる加工テーブル４３及
び数値制御装置４４を備えている。工具部４２は、その
外周刃ブレード４２ａによって、加工テーブル４３上に
取り付けられた工作物Ｗに対して溝加工を行なうように
構成されている。

【００１９】加工テーブル４３は、工作物Ｗ及び基準物
Ｐをクランプ等により取り付けるように構成されてい
る。ここで、工作物Ｗは、具体的には図５に示すよう
に、作業性を良好にするために、ブロック７０がブロッ
ク用定盤７１上に貼り付けられ、さらに生産性を高める
ために、複数個のブロック用定盤７１が定盤７２上に並
んで位置決めされ貼り付けられた構成となっている。数
値制御装置４４は、工具部４２を制御することにより、
その外周刃部ブレード４２ａにより、加工テーブル４３
上に取り付けられた工作物Ｗの溝加工を行なうように構
成されている。

【００２０】高さ分布計測装置５０は、工作物Ｗの高さ
分布を測定するための高精度レーザ変位計であり、計測
ヘッド５１及び計測ヘッド５１を制御するためのコント
ローラ５２から構成されており、加工テーブル１３上を
水平方向に移動しながら、工作物Ｗの高さを計測するこ
とにより、工作物Ｗの高さ分布を測定するように構成さ
れている。計測ヘッド５１は、コントローラ５２により
制御されることにより、工作物Ｗの上面、即ち高さを非
接触式に測定するように構成されている。

【００２１】工具経路分析装置６０は、分析部及び数値
制御プログラム生成部を含んでおり、図示の場合、汎用
コンピュータにより構成されている。尚、上記分析部
は、高さ分布計測装置５０で計測された工作物Ｗの高さ
分布を、工作物Ｗの高さ情報に変換するように構成され
ている。数値制御プログラム生成部は、分析部で得られ
た工作物Ｗの高さ情報に基づいて、溝加工のための工具
部４２の経路情報を数値制御プログラムに変換するよう
に構成されている。

【００２２】このような構成において、その動作例を図
４に示すフローチャートに従って説明する。先ず、ブロ
ック７０をブロック用定盤７１上に貼り付け、さらに複
数個のブロック用定盤７１を定盤７２上に並んで位置決
めして貼り付ける。そして、定盤７２を加工テーブル４
３上に固定するが、各ブロック７０の傾きやブロック７
０間の高さのバラツキは、ブロック用定盤７１及び定盤
７２の高さ精度と、工作物であるブロック７０自体の高
さ精度、そしてブロック７０をブロック用定盤７１に貼
付ける際の傾き等の貼付け精度、さらに各ブロック用定
盤７１を定盤７２に貼付ける際の傾き等の貼付け精度等
によって大きくなっている。

【００２３】尚、工作物であるブロック７０は、図６に
示すように、その当たり幅規制溝を加工するための加工
対象面７０ａ、即ち上面が曲面として形成されている。
溝深さは曲面の最高位置を基準として規定されているの
に対し、実際のブロック７０の加工対象面７０ａの最高
位置は、ブロック７０の定盤７２への貼付けの際の貼付
け精度により僅かに誤差が生じているが、加工すべき溝
深さ精度に比較して十分に小さいことから、無視するこ
とが可能である。

【００２４】高さ分布計測装置５０の計測ヘッド５１
が、コントローラ５２によって制御されることにより、
加工テーブル４３上に取り付けられた工作物Ｗ及び基準
物Ｐの高さ分布を測定する（ステップＳＴ１）。この場
合、図７に示すように、コントローラ５２は、数値制御
装置４４に前以て用意された溝加工用の数値制御プログ
ラムによって、複数個のブロック７０がそれぞれブロッ
ク定盤７１を介して定盤７２に貼り付けられている工作
物Ｗと、基準ブロック７３が定盤７４に貼り付けられて
いる基準物Ｐに対して、計測ヘッド５１を矢印Ｘ方向に
水平移動させて走査させ、これら工作物Ｗのブロック７
０の上面及び基準物Ｐの基準ブロック７３の上面の相対
変位を計測させることにより、既知の高さを有する基準
物Ｐの計測高さに基づいて、各ブロック７０の実際の高
さを測定させる。

【００２５】そして、基準物Ｐが数値制御式加工機４１
により前以て試し加工により溝加工されていると、上述
した高さ分布の計測の際に、この溝深さも同時に計測す
ることによって、工具部４２の外周刃ブレード４２ａの
摩耗あるいは数値制御式加工機４１固有または作業者固
有の要因によって生ずる系統的な誤差を補正することが
できる。

【００２６】次に、コンピュータである工具経路分析装
置６０は、高さ分布計測装置５０から測定された高さ分
布情報を入力する。そして、工具経路分析装置６０は、
その分析部により、各ブロック７０及び基準ブロック７
３の高さを算出し、前以てソフトウェアにより構築され
た工具経路分析機能によって、所望の溝深さを得るため
の工具経路を導出する（ステップＳＴ２）。

【００２７】さらに、工具経路分析装置６０は、その数
値制御プログラム生成部にて、前以てソフトウェアによ
り構築された数値制御プログラム生成機能により、上記
工具経路を実現するための数値制御プログラムを自動生
成する（ステップＳＴ３）。その後、数値制御装置４４
は、工具経路分析装置６０との間の通信機能により、生
成された数値制御プログラムを読み込んで登録する（ス
テップＳＴ４）。

【００２８】そして、数値制御装置４４が、登録された
数値制御プログラムを手動または外部制御により自動的
に実行することにより、工具部４２を駆動制御する。こ
れにより、工具部４２の外周刃ブレード４２ａは、工具
経路に沿って加工テーブル４３上の工作物Ｗに対して相
対的に移動して、工作物Ｗの各ブロック７０を、所定の
溝深さで高精度に溝加工する（ステップＳＴ５）。

【００２９】ここで、工作物Ｗの各ブロック７０が、例
えば±５μｍ以上の高さのバラツキを有している場合で
あっても、この高さのバラツキに基づいて得られた工具
経路に従って、数値制御式加工機４１の工具部４２が制
御されることにより、ブロック定盤７１や定盤７２の寸
法誤差あるいは取付誤差の影響を受けない溝深さで、よ
り高精度の溝加工を行なうことができる。このため、工
作物Ｗを加工テーブル４３に取り付ける際の精度管理が
簡素化され、コストを低減することができる。

【００３０】以上のような構成の精密溝加工装置４０に
よれば、高さ分布計測装置５０が非接触式変位計である
ので、高さ分布の測定の際に、工作物Ｗが加工テーブル
４３上でずれるようなことはなく、さらに工作物Ｗが柔
らかい材料から構成されていても変形してしまうような
ことがない。これにより、工作物Ｗの種類にかかわら
ず、より高精度の溝加工を行なうことができる。また、
数値制御装置４４による工具部４２の溝加工時の移動経
路が、工具経路分析装置６０によって求められるので、
数値制御装置４４の負担を軽減することができる。

【００３１】尚、この発明は、上述した実施形態の精密
溝加工装置の構成に限定されるものではなく、工作物と
工具を相対的に直線移動、曲線移動または回転させる溝
加工装置、工作物を固定する加工テーブルまたはチャッ
クを備えた溝加工装置、工作物の平面部分または円筒側
面を溝加工可能な溝加工装置、固定工具または回転工具
を備えた溝加工装置、溝の切り込み方向が鉛直方向また
は水平方向である溝加工装置、直線溝または曲線溝の加
工可能な溝加工装置、工具として外周刃ブレード、内周
刃ブレード等の研削工具や、切削バイト、エンドミル、
フライスカッター等の切削工具等を備えた溝加工装置
等、あらゆる溝加工装置に適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
例えば工作物の高さが一様でない場合であっても、高精
度の溝深さを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による精密溝加工装置の実施形態を示
すブロック構成図。

【図２】この発明による精密溝加工装置の別の実施形態
を示すブロック構成図。

【図３】この発明による精密溝加工装置の実施形態の具
体的構成を示す図。

【図４】図３の精密溝加工装置の動作例を示すフローチ
ャート。

【図５】図３の精密溝加工装置により加工される工作物
の拡大斜視図。

【図６】図５の工作物における各加工ブロックの部分拡
大斜視図。

【図７】図３の精密溝加工装置における高さ分布計測の
際の計測ヘッドの移動を示す要部拡大斜視図。

【符号の説明】

１０、４０・・・精密溝加工装置、１１、４１・・・数
値制御式加工機、１２、４２・・・工具部、１３、４３
・・・加工テーブル、１４・・・ＰＬＣ部、１５、４４
・・・数値制御装置、１６・・・ツールスコープ、２
０、５０・・・高さ分布計測装置、２１、５１・・・計
測ヘッド、２２、５２・・・コントローラ、３０・・・
工具経路分析装置、３１・・・分析部、３２・・・数値
制御プログラム生成器、３３・・・コンピュータ数値制
御装置、６０・・・工具経路分析装置（コンピュー
タ）、Ｗ・・・工作物、Ｐ・・・基準高さを有する基準
物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溝加工が可能な数値制御工作機械に工作
   物形状・寸法計測手段である変位計を取り付け、溝加工
   を施す面の座標を全体にわたって把握し、その情報に基
   づいて溝深さが一定になるような工具と工作物の相対運
   動経路で溝加工を行うことを特徴とする精密溝加工装
   置。
2. 【請求項２】 前記変位計が、非接触式変位計である請
   求項１に記載の精密溝加工装置。
3. 【請求項３】 前記工作物の溝加工を施す面が、幾何学
   的に一義的に決定される位置を基準として規定される曲
   面であるとき、前記基準位置を認識することにより前記
   工具と工作物の相対運動経路を決定する請求項１に記載
   の精密溝加工装置。
4. 【請求項４】 予め加工された試し加工用部材の溝の深
   さを測定し、この測定結果に基づいて装置全体の系統的
   誤差を検出し、この系統的誤差を補正して前記変位計の
   移動及び前記工具と工作物の相対移動を制御する請求項
   １に記載の精密溝加工装置。