JPH11188591A

JPH11188591A - 曲面切削加工方法

Info

Publication number: JPH11188591A
Application number: JP35469397A
Authority: JP
Inventors: Shunji Chiaki; 俊司千明
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工面に対して往復移動させることなく、
加工ラインを形成して軸非対称曲面レンズを切削加工す
る。【解決手段】被加工物１の被加工面１ａを軸非対称曲
面に切削加工する曲面切削加工方法であって、主軸に対
して被加工物１を一定角度傾けて保持させ、主軸または
回転によって被加工物１の被加工面１ａを加工する加工
工具７の少なくとも一方を主軸の軸と平行な一方向に移
動させると共に、加工工具７または主軸の少なくとも一
方を主軸の軸に対して垂直な一方向に移動させて、被加
工物１の被加工面１ａの一加工ラインを切削加工する。
加工工具及び主軸を一方向にだけ移動して加工し、往復
方向に移動させる必要がなく、加工誤差を回避でき、送
り速度を大きくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸非対称曲面を対
象とした光学素子の光学機能面や光学素子の成形用型の
光学機能面を切削によって加工する曲面切削加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】軸非対称曲面の切削加工は、設計式およ
び設計データに基づいた座標系（Ｘ・Ｙ・Ｚ等）で加工
されており、このため被加工物をＮＣ加工機に取り付け
て加工している。この加工を行う従来の方法としては、
特開平８−３３６７０１号公報及び特開平５−２２０６
４９号公報に記載されている。

【０００３】特開平８−３３６７０１号公報に記載され
ている加工方法は、ＮＣ工作機械のＸＹテーブル上に被
加工物を保持させる一方、ＮＣ工作機械の回転主軸を上
述したＸＹ方向と直交するＺ軸方向に往復移動可能と
し、この回転主軸にバイトを取り付けている。そして、
回転主軸の回転駆動によってバイトを旋回させると共
に、回転主軸をＺ軸方向に往動させ、ＸＹテーブルをＸ
軸方向に上動させる。これにより被加工物表面に対して
帯状の切削部分を加工する。その後、ＸＹテーブルをＹ
軸方向に１ピッチ水平移動させ、この後、バイトをＺ軸
方向に復動させながら同様に切削する。このような切削
の繰り返しによって、トーリックレンズなどを切削加工
するものである。

【０００４】特開平５−２２０６４９号公報の方法は、
レンズにトロイダル面を加工するものであり、バイトを
子線曲率半径位置で回転主軸に取り付ける一方、被加工
物を回動テーブルに取り付け、この状態でバイトを回転
させて被加工物に当てることによって被加工物の表面に
細い子線曲率半径を形成する。次に、この状態で回動テ
ーブルを回動させることにより、回動テーブルの軸線を
中心とする子線曲率面の回転形状を被加工物に形成する
ことによりトロイダル面とするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−３３６７０１号公報の方法では、旋回するバイトを
Ｚ軸方向に往動させて加工面の帯状部分を切削するが、
凹又は凸の加工面に対するＸ軸方向の送りによって加工
面面頂部で住動から復動に切り替わる。その際の送り機
構のバックラッシュ又は送りモータの要因により、その
部分のみの面精度が劣化する。これを回避するために送
り速度を遅くするが、この場合には、加工時間の延長す
る問題を有している。

【０００６】特開平５−２２０６４９号公報の方法で
は、このような問題点は回避できるが、バイトを子線曲
率半径位置で回転主軸に取り付けて回転させて加工する
ことから、子線曲率はＲ状の曲率のみの形状にしか対応
できない。このため加工できる対象形状に限界がある。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、バイトなどの加工工具を送る
際に発生する加工誤差を回避しながら送り速度を速くし
ても、加工面を高精度に切削加工することができる曲面
切削加工方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、被加工物の被加工面を軸非対称
曲面に切削加工する曲面切削加工方法において、主軸に
対して被加工物を一定角度傾けて保持させる工程と、前
記主軸または回転によって前記被加工物の被加工面を加
工する加工工具の少なくとも一方を主軸の軸と平行な一
方向に移動させると共に、前記加工工具または主軸の少
なくとも一方を前記主軸の軸に対して垂直な一方向に移
動させて、被加工物の被加工面の一加工ラインを切削加
工する工程と、を有することを特徴とする。

【０００９】この発明では、主軸に対して被加工物を一
定角度傾けて保持し、加工工具または主軸の少なくとも
一方を主軸の軸に平行な一方向に移動させると共に、加
工工具または主軸の少なくとも一方を主軸の軸に対し垂
直な一方向に移動させて被加工物に一加工ラインを切削
加工する。

【００１０】この方法では、加工工具及び主軸を、主軸
の軸方向及び軸の垂直方向のいずれに対しても、一方向
に移動させ、復方向に移動させることがない。このた
め、バックラッシュが生じることがなく、加工誤差を回
避でき、送り速度を大きくした加工を行うことができ
る。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記被加工物を前記加工ラインに対して傾ける
ことを特徴とする。

【００１２】この発明では、加工ラインに対して被加工
物を傾けて切削するため、被加工物及び加工工具を復方
向に移動させる必要なく、加工することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は被加工物
である軸非対称曲面レンズ１の斜視図、図２（ａ）は正
面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線
断面図であり、軸非対称曲面レンズ１はその前面が被加
工面１ａとなっている。この軸非対称曲面レンズ１はア
クリル樹脂によって成形されており、その被加工面１ａ
をダイヤモンド工具７によって切削加工するものであ
る。

【００１４】図３は、軸非対称曲面レンズ１を切削加工
する加工機であり、超精密ＮＣ加工機が使用されてい
る。この加工機は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向にそれ
ぞれスライド可能なＸ軸テーブル２、Ｙ軸テーブル３、
Ｚ軸テーブル４を有し、３軸方向へ移動制御しながら運
転可能となっている。Ｘ軸テーブル２及びＺ軸テーブル
４はベース２１上の離れた位置に設置されており、Ｙ軸
テーブル３はＸ軸テーブル２上に設置されている。

【００１５】Ｚ軸テーブル４上には主軸５が取り付けら
れ、この主軸５の先端に角度調整治具６が取り付けられ
ている。加工される軸非対称曲面レンズ１は角度調整治
具６の先端に傾けて固定されている。この実施の形態に
おいて、Ｚ軸は主軸５の軸５ａと平行な軸となってお
り、Ｘ軸は主軸５の軸５ａに対して垂直な軸、Ｙ軸はＺ
軸とＸ軸によって形成される面に対して垂直な軸となっ
ている。

【００１６】ダイヤモンド工具７は、Ｙ軸テーブル３に
取り付けたスピンドル（切削スピンドル）８に保持され
ることにより、軸非対称曲面レンズ１と対向している。
このダイヤモンド工具７の回転中心軸９ｂは精密に回転
する切削スピンドル８の回転中心軸９ａと同軸に設定さ
れる。

【００１７】図４及び図５は、ダイヤモンド工具７の斜
視図及び正面図を示す。ダイヤモンド工具７は、ダイヤ
モンドからなる切削刃１３を先端部分に有している。切
削刃１３は、所定の曲率半径Ｒ１を有しており、ダイヤ
モンド工具の回転中心軸９ｂを中心として所定の工具半
径Ｒ２で回転する。

【００１８】軸非対称曲面レンズ１は角度調整治具６に
より以下の様に傾けて固定される。図６は図３の軸非対
称曲面レンズ１が角度調整治具６に傾け固定された状態
でダイヤモンド工具７が作用する場合の上面を示し、図
７は設計データに基づき加工されるよう固定した状態を
示し、図８は加工機の送り軸の往復が発生しないよう傾
け固定した状態を示し、図９は図８の側面を示す。軸非
対称曲面レンズ１の光軸１４を、図７に示すようにＺ軸
と平行とした場合には、加工ライン１１はＺ軸方向にお
いて往から復の動きをする。これを防止するため、軸非
対称曲面レンズ１を図６に示すように、光軸１４をＺ軸
に対して角度θ傾けて固定する。このときの加工ライン
１２を図８に示す。この角度θは、加工ライン１２が往
から復の動きが発生しないように設定する。次に加工デ
ータについても角度θ傾けた座標値に変換して、ＮＣプ
ログラムを作成する。

【００１９】次に、この実施の形態による切削加工を説
明する。図６に示すように、主軸５の先端に固定されて
いる角度調整治具６をＺ軸方向に前進させ、軸非対称曲
面レンズ１の被加工面１ａの一端Ｓを回転しているダイ
ヤモンド工具７の切削刃１３に接近させる。

【００２０】そして、角度調整治具６をＺ軸方向に前進
（往動）させながら、ダイヤモンド工具７をＸ方向とは
逆の方向に移動（往動）させることにより、ダイヤモン
ド工具７を図８に示す加工ライン１２に沿って移動させ
る。その結果、ダイヤモンド工具７の切削刃１３によっ
て、軸非対称曲面レンズ１の被加工面１ａの一端Ｓから
他端Ｔに向かった軸非対称曲面の一つの加工ラインが切
削される。

【００２１】このとき、角度調整治具６に対して軸非対
称曲面レンズ１が一定角度傾いて保持されているため、
角度調整治具６を矢印Ｚ（図６参照）との逆方向に後退
（復動）させたり、ダイヤモンド工具７を矢印Ｘ方向に
後退（復動）させる必要なく、切削加工を行うことがで
きる。

【００２２】なお、上述した加工では、角度調整治具６
を矢印Ｚ方向に前進（往動）させているが、これに代え
て、ダイヤモンド工具７を矢印Ｚ方向と逆方向に移動さ
せて加工しても良い。また、ダイヤモンド工具７を矢印
Ｘ方向に移動させているが、これに代えて、角度調整治
具６を矢印Ｘ方向に移動させて加工しても良い。

【００２３】図１０は、本実施の形態によって加工を行
う際のダイヤモンド工具７の軌跡および加工順序を示
す。まず、往から復への動きのない加工開始ラインＬ１
を行い、次にＹ方向へ任意のピッチ移動して、次のライ
ンＬ２を加工し、以下、同様にラインＬ３を加工する。
このようにラインＬ１からＬ２、Ｌ３……とＹ軸方向に
細分化した全ての往から復への動きのないラインの加工
を終了することにより、軸非対称曲面レンズ１を形成す
ることができる。

【００２４】以上のような本実施の形態によれば、軸非
対称曲面レンズ１の被加工面１ａに対して、往復の動き
を回避するようにレンズ１を傾けて加工するため、加工
機の送り機構に起因する加工誤差を回避でき、高精度な
光学面を加工できる。また、送り機構が加工誤差を左右
しないため、送り速度を速くでき、加工時間の削減が可
能となる。

【００２５】なお、本実施の形態では、横方向（Ｘ軸方
向）の加工ラインを被加工面１ａに対して縦方向（Ｙ軸
方向）に下から上に移動させることによって形成してい
るが、上から下に移動させて加工しても良く、縦方向に
加工ラインを設定し、横方向に移動させて加工しても良
い。また、被加工物としては、切削加工可能なものであ
ればアクリル樹脂に限らず、他の光学用樹脂や成形用型
に使用する無電解ニッケルメッキ、無酸素銅、リン青
銅、真ちゅう或いは、ミラーに使用するアルミニウムや
その合金に対して適用することができる。さらに、切削
工具の切削刃としてｃ−ＢＮを用いることで、ダイヤモ
ンドと親和性の良い鉄系の材料に対しても高精度で加工
できる。

【００２６】（実施の形態２）図１１は本発明の実施の
形態２によって加工する軸非対称曲面レンズ１５を示
す。このレンズ１５の被加工面１５ａは、Ｘ方向に２つ
の変曲点１５ｂ、１５ｃを含む曲面となっている。加工
機及び切削加工方法は実施の形態１と同様であり、軸非
対称曲面レンズ１５の加工ライン及び傾け方向の設定を
以下のようにして行う。

【００２７】図１１の軸非対称曲面レンズ１５を実施の
形態１と同様の横方向の加工ラインで加工した場合、１
つの変曲点１５ｂまたは１５ｃには対応できるが、もう
１つの変曲点１５ｃまたは１５ｂには対応できなくな
る。この実施の形態では、図１２に示すように、軸非対
称曲面レンズ１５を図１１の状態に対してＸＹ面上で９
０度回転させ、変曲点が１つである面を加工ラインとし
て、その変曲点が加工ライン上から外れるように一定角
度θ傾ける。又、加工データについても、ＸＹ平面上で
９０度回転した座標値を更に角度θ傾けた座標値に変換
して、ＮＣプログラムを作成する。

【００２８】このような切削加工においては、図１２に
示すように、加工開始ラインＬ１２を加工し、次にＹ方
向へ任意のピッチ移動して次のラインＬ１２を加工し、
さらに加工ラインＬ１３を加工する。このようにライン
Ｌ１１からＬ１２、Ｌ１３……とＹ軸方向に細分化した
全てのラインの加工を行うことにより、２つの編曲点１
５ｂ、１５ｃを有した複雑な構造の軸非対称曲面レンズ
１５であっても確実に切削加工することができる。

【００２９】従って、本実施の形態によれば、１方向の
断面に変曲点を２つ以上含む曲面であっても、それに合
わせて加工ラインの設定を変えて切削加工するため、高
精度な光学面を作製できる。なお、横方向の加工ライン
によって加工を行っているが、加工ラインを縦方向に設
定して加工しても良い。

【００３０】（実施の形態３）図１３は実施の形態３に
よって加工する軸外し非球面ミラー１６の斜視図であ
り、図１４はその軸外し非球面ミラー１６の光軸１７と
の位置関係を示す。この実施の形態では、軸外し非球面
ミラー１６を軸非対称曲面と同様に加工するものであ
る。加工機及び切削加工方法は実施の形態１と同様であ
り、軸外し非球面ミラー１６の加工ライン及び傾け方向
の設定を以下のように行う。

【００３１】図１５は、従来より行われている切削加工
方法であり、軸外し非球面ミラー１６の光軸１７上での
Ｙ方向の断面及びダイヤモンド工具７の切削刃１３の状
態を示す。これに対し、図１６はこの実施の形態による
加工を示し、軸外し非球面ミラー１６をＹＺ面上で傾け
た状態及びダイヤモンド工具７の切削刃１３の状態であ
る。

【００３２】図１７はこれらの図１５及び図１６の状態
で加工した場合の切削刃１３の作用範囲を示す。図１７
において、作用範囲Ｈ１は図１５の従来による切削、す
なわちミラー１６を傾けない場合に作用する範囲、作用
範囲Ｈ２は図１６による本実施の形態による切削、すな
わちミラー１６を傾けた場合に作用する範囲である。本
実施の形態では、作用範囲Ｈ２が小さくなっているた
め、切削刃１３の真円度の影響が小さくなる。

【００３３】この実施の形態では、図１６に示すよう
に、切削刃１３の作用範囲が切削刃１３のＲ１（図１７
参照）の中心付近で最小となるようＹＺ面上で傾け、こ
れに加えて、横方向の加工ライン１８（図１４参照）を
加工する時に送り軸に往復の動きが発生しないように実
施の形態１と同様にＸＺ面上で傾けることによって固定
されている。加工データについてもそれぞれの傾きを有
したデータに変換して、ＮＣプログラムを作成する。

【００３４】図１８は、本実施の形態による加工時のダ
イヤモンド工具７の軌跡及び加工順序を示す。切削加工
ラインは加工開始ラインＬ３１を加工し、次にＹ方向へ
任意のピッチ移動して次のラインＬ３２を加工し、さら
に加工ラインＬ３３を加工する。このようにラインＬ３
１からＬ３２、Ｌ３３……とＹ軸方向に細分化した全て
のラインの加工を終了することにより、軸外し非球面ミ
ラー１６を切削加工することができる。

【００３５】本実施の形態によれば、軸外し非球面ミラ
ーやレンズにおいても特別な治具を使用することなく、
加工が可能となる。また、これらの被加工物を傾けて切
削するため、切削刃１３の作用範囲Ｈ２を小さくでき、
切削刃１３の真円度の影響が小さくなり、高精度な光学
面とすることができる。

【００３６】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。

【００３７】（１）光学素子に用いられる非軸対称曲面
の切削加工において、加工機の軸の往・復の発生するポ
イントである変曲点が加工面から外れるように、被加工
物を一定角度傾けて固定し、この一定角度傾けて作成さ
れた加工データにより被加工面を加工することを特徴と
する曲面切削加工方法。

【００３８】（２）上記（１）項において、前記被加工
物を、加工ラインに対して傾けることを特徴とする曲面
切削加工方法。

【００３９】これらの発明では、軸の往・復の発生する
ポイントである変曲点が加工面から外れるように、被加
工物を一定角度傾けて固定し、この一定角度傾け作成さ
れた加工データにより被加工面を加工するものであり、
被加工物とそれに対応する加工データは送り方向に傾け
られる。そして、加工面の変曲点が加工面から外れるた
め、加工機の送り機構に起因する加工誤差を回避しつ
つ、送り速度を速くして加工面を高精度に切削加工でき
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、被加工物の加工中に、加工工具あるいは主軸
を、主軸の軸方向及びその軸の垂直方向のいずれの方向
にも、一方向すなわち前進させているのみで、後退させ
ていないため、バックラッシュが生じることがなく、加
工誤差を回避できるとともに送り速度を速くすることが
でき、高精度な軸非対称曲面を切削加工することができ
る。

【００４１】請求項２の発明によれば、加工ラインに対
して被加工物を傾けて切削するため、被加工物及び加工
工具を復方向に移動させる必要なく、加工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１によって加工する軸非対称曲面レ
ンズの斜視図である。

【図２】（ａ）は軸非対称曲面レンズの正面図、（ｂ）
はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図３】加工機の側面図である。

【図４】ダイヤモンド工具の斜視図である。

【図５】ダイヤモンド工具の側面図である。

【図６】実施の形態１の加工状態を示す平面図である。

【図７】軸非対称曲面レンズに対する従来の加工を示す
平面図である。

【図８】軸非対称曲面レンズを傾けて加工する実施の形
態１の平面図である。

【図９】実施の形態１の加工状態を示す側面図である。

【図１０】実施の形態１の加工時の切削刃の軌跡を示す
斜視図である。

【図１１】実施の形態２によって加工するレンズの斜視
図である。

【図１２】実施の形態２によって加工する切削刃の軌跡
を示す斜視図である。

【図１３】実施の形態３によって加工するミラーの斜視
図である。

【図１４】実施の形態３で加工する際の位置関係を示す
平面図である。

【図１５】実施の形態３に対応する従来の加工による加
工状態を示す側面図である。

【図１６】実施の形態３における被加工物の断面及び加
工状態を示す側面図である。

【図１７】実施の形態３の切削刃を示す側面図である。

【図１８】実施の形態３の加工時の切削刃の軌跡を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１軸非対称曲面レンズ２Ｘ軸テーブル３Ｙ軸テーブル４Ｚ軸テーブル５主軸６角度調整治具７ダイヤモンド工具８切削スピンドル１２加工ライン１３切削刃１４軸非対称曲面レンズの光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物の被加工面を軸非対称曲面に切
削加工する曲面切削加工方法において、主軸に対して被加工物を一定角度傾けて保持させる工程
と、前記主軸または回転によって前記被加工物の被加工面を
加工する加工工具の少なくとも一方を主軸の軸と平行な
一方向に移動させると共に、前記加工工具または主軸の
少なくとも一方を前記主軸の軸に対して垂直な一方向に
移動させて、被加工物の被加工面の一加工ラインを切削
加工する工程と、を有することを特徴とする曲面切削加
工方法。
【請求項２】前記被加工物を前記加工ラインに対して
傾けることを特徴とする請求項１記載の曲面切削加工方
法。