JPS63232965A - 加工体研削方法 - Google Patents

加工体研削方法

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JPS63232965A
JPS63232965A JP6481387A JP6481387A JPS63232965A JP S63232965 A JPS63232965 A JP S63232965A JP 6481387 A JP6481387 A JP 6481387A JP 6481387 A JP6481387 A JP 6481387A JP S63232965 A JPS63232965 A JP S63232965A
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grindstone
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Toyohiko Hiyoshi
日吉 豊彦
Koichi Matsushita
松下 光一
Kazuo Watanabe
和雄 渡辺
Tadayuki Kubo
忠之 久保
Koji Shinoda
篠田 好志
Koji Narumi
鳴海 広治
Hiroyuki Sugimoto
杉本 廣行
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔)卒業上の利用分野〕 本発明は、研削機械に関し、詳しくは、ガラスや金属等
の表面を高い精度で球面あるいは非球面に研削ないし研
磨するに好適な研削機械に関する。
〔従来の技術] 従来、上述のような加工体の表面を球面あるいは非球面
形状に加工する場合は主として互いに直交するX、Y、
Z3軸方向のNC制御によって成形が実施されてきた。
また、直交2!TiIh制御による研削加工機の例([
日経メカニカルJ 1985年1月28日号(No、1
85)P2O3〜Pill参照)があるが、いずれの場
合も、加工機自体に加工体の加工形状を測定する測定手
段が設けられておらず、その測定のために加工体をいち
いち加工機から取外す必要があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
すなわち、上述のように直交3軸方向のNC制御を行っ
て加工を実施するのでは、その制御機構および手順が複
雑となる上に、加工体の研削面形状測定のためにいちい
ち取外すのでは、再度修正加工を実施するときに取付誤
差が生じ精度管理上からも好ましくない。
本発明の目的は、上述従来の問題点に着目し、その解決
を図るべく、操作と共にNC制御し易いように機構の簡
略化を図り、更には、加工体の加工形状にセットしたま
までその加工形状の計測か可能なように測定装置を具え
た研削機械を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段) かかる目的を達成するために、本発明は、加工体を把持
して回転させる回転手段および該回転手段をその回転軸
と直交する旋回軸の周りに旋回させる旋回手段を有する
加工体保持装置と、前記加工体の対向位置において回転
しながら前記加工体を研削する研削部材および該研削部
材を前記旋回軸と直交する方向に移動させる手段を有す
る。研削部材移動装置と、前記旋回軸と前記回転手段の
回転軸との交点を通り、前記旋回軸と直交する方向に移
動自在とした加工体研削面の測定装置とを具えたことを
特徴とするものである。
(作用〕 本発明によれば、加工体回転機構を有する保持装置をそ
の旋回軸の周りに所定角度回転させて加工体を測定装置
の方向に向け、測定装置の測定子を加工体に接触させる
だけで、加工体表面の加工形状を測定することができる
ので、加工体を測定の都度加工体保持装置から取外す必
要がなくなり、従来のように再取付時に生じる取付誤差
の不都合を除去することが可能となった。
(実施例) 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す。ここで(A)は加工
体保持装置、(B)は砥石スライド装置、(C)は加工
体の表面を測定する装置である。その加工体保持装置(
^)において、1はワーク、すなわち加工体であり、2
は加工体1を把持する部材、すなわちやとい3を介して
回転させられるワーク軸である。ワーク軸2は外部から
加圧空気が供給される静圧軸受4によってその空気膜層
を介して軸支されており、モータ5によって回転駆動さ
れる。6はその回転数を計測しているタコジェネレータ
である。
マタ、7は静圧軸受4が取付けられているベースプレー
トであり、ベースプレート7には旋回軸8が取付けられ
ていて、旋回!1lh8は静圧軸受9によって回動自在
に支持されている。1oは旋回用のモータ、11はロー
タリエンコーダである。かくして加工体保持装置(A)
においては、加工体1はモータ5によって回転させられ
ながら旋回@8の軸心を中心に、あらかじめ設定された
半径を保って旋回し、その間に砥石スライド装置(B)
側の砥石21によって研削される。
砥石スライド装R(B)において、22は微動スライド
部材23の下面側に設けられた静圧軸受であり、砥石2
1の回転軸(不図示)は静圧軸受z2によフて1釉支さ
れており、モータ24により回転可能である。25はタ
コジェネレータである。しかして、砥石スライド装置(
B)  においては、このような回転機構を有する砥石
21がその回転軸と直交する方向に粗動スライドおよび
微動スライド可能とするもので、微動スライド部材23
は第2図に示すように、微動案内部材26の案内溝26
^の周りに配置された静圧パッド27により浮揚状、態
に保持される。なお、この静圧パッド27はそのパッド
が多孔質部材で形成されるもので、この多孔質のパッド
背面側から不図示の供給管を介して供給される加圧空気
を案内溝26Aの側に噴出させることにより、空気膜が
形成され、この空気膜により微動スライド部材23を浮
揚状態に保持させることができる。
また、微動案内部材26は粗動スライド部材28に固定
されており、粗動スライド部材28の案内溝28Aにも
同様の静圧パッド27が図示のように配置されていて、
これらの静圧バッド27によりベース定盤29上に固定
された粗動案内部材30上に粗動スライド部材28を浮
揚状態に保つことができる。
31は粗動スライド部材28を粗移動させるための送り
ねしであって、不図示の連結部材を介して粗動スライド
部材28に連結されており、加工体保持装置(A) に
おいて、加工体1を加工状態に保持したとぎに、そのワ
ーク%b 2の軸方向に粗動スライド部材28を微動装
置および砥石装置諸共に粗動させることができる。32
はその送り用のモータ。33はモータ32の回転量を検
知するロータリエンコーダである。
また、34は圧電素子を用いて構成されるインチワーム
等の微動直進機構であって、これにより微動スライド部
材23を上述と同方向に微移動させることができる。
このように構成した砥石スライド装置(8)においては
、まず粗動スライド部材28を静圧バッド27により粗
動案内部材30から浮揚状態に保ちながら、送りモータ
32により粗動スライド部材28を加工体1の方向に向
けて移動させ、砥石21を加工体1に近接させた状態と
する。しかして次に、上記と同様な浮揚状態とした微動
スライド部材23をインチワーム34によって同方向に
微移動させて砥石21を加工体1に接触させるようにな
し、その後、所定の切込み量分ずつ前進させて回転され
ている加工体1の表面からその前進量に対応して切込み
研削を実施することができる。
ついで加工体測定装置(C)について説明する。
ここで、41は接触式の測定子、42はその先端部に測
定子41が取付けられた角型のエアスライド部材、43
はエアスライド部材42を加圧空気層によって浮揚状態
に保つ案内部材であって加工体保持袋@(A)の旋回軸
8の軸方向と砥石スライド装置CB)の各スライド部材
の直進方向との双方に対し、本例ではその直交方向にそ
のエアスライド部材42の移動が可能である。しかして
、このエアスライド部材42は、案内部材43に設けた
ローラ44を介して懸吊された重錘45により加工体1
に向けての偏倚力を有している。
なお、第3図はエアスライド部材42が案内部材43に
設けられた多孔質材の静圧パッド27によってその案内
孔43八中に浮揚状態に保持される態様を示す。なおこ
こで、45は案内部材43が固定されている粗動スライ
ド部材である。再び第1図に戻り、この粗動スライド部
材46はベース定盤29上に固定された転勤案内部材4
7に沿って同方向に移動する。48はその8効用のプラ
ンジャ、例えばエアハイドロシリンダである。また、4
9はエアスライド部材42を微動送りさせるための送り
ねじ、50はねし駆動モータ、51はタコジェネレータ
であって、干−夕50により突当部材52を微移動させ
てその位置によりエアスライド部材42の加工体1への
向けての偏倚を抑止している。
そこで、このように構成した研削機構においては、更に
砥石スライド装置(B)における砥石21の微動送り量
あるいは加工体測定装置(C) における測定量を検知
するためにレーザによる測定手段が設けられている。す
なわち、61は砥石スライド装置1t (B)の微動ス
ライド部材23上に設けられたコーナキューブリフレク
タ、62は加工体測定装置(C)のエアスライド部材4
2上に設けられたコーナキューブフレフタであって、6
3および64は干渉計、65はビームベンダー、66は
レーザ発振器である。しかして、かかるレーザ測定装置
によって、砥石21の微動送り量あるいは測定子41に
よる測定時の変位量を高精度に検出することができる。
従って、測定を実施する場合は、まず加工体保持装置(
A)において、モータ10により旋回軸8を旋回させて
加工体1の面を加工体測定装置(C)の側に向けるよう
になし、しかる後加工体測定装置(C)において、その
粗動スライド部材46をシリンダ48により転勤案内部
材47に沿って加工体1の方に前進させる。かくして、
その測定子41を加工体lの測定表面近傍まで近接させ
たところで粗動スライド部材46を停止させ、次はモー
タ50により送りねじ49を駆動して突当部材52と共
にエアスライド部材42を微動前進させ、測定子4Lを
加工体測定面に当接させたところで送りを停止させる。
この場合、測定子41は重錘45による偏倚力だけで一
定圧で加工体1の面に接した状態に保たれ、このあとは
加工体1の面形状で追従してエアスライド部材42が徹
り動する。
ついで第4A図〜第4C図を参照して木実層側による加
工原理を説明する。加工体1の加工面が凸型の球面であ
るような場合は、第4A図に示すように加工体保持部材
における旋回軸の中心8八が加工体1に対し、砥石21
とは反対側の砥石移動線X−X上にある。しかしてこの
ような状態て加工体1を×−X線の周りに回転させ、砥
石21を加工体1の中心に当接させた上、旋回軸心8A
の周りを旋回させるように首振りさせながら砥石21を
微移動させて切込んでいくことにより旋回中心肺と砥石
21の加工体lに対する接点との間の距11[Rを半径
とする曲率半径を有する凸型球面の加工を実施すること
ができる。
また、第4B図に示すように旋回角度θに対応した位置
で砥石21を微動直進機構34により移動させると加工
体1の表面は非球面形状に加工される。
更にまた、第4C図は加工体1の表面を凹型の球面また
は非球面に加工する場合を示し、この場合砥石21Aは
径の小さいものが使用されるが、同時に旋回軸中心8^
は加工体1に対してX−X線上で砥石21A と同じ側
に設定されるようにすればよい。なお、本図は第1図に
示す研削機械を側方から見た形状を示すものである。
第5図は加工時と測定時における加工体保持装置の動作
とその向きを示す。すなわち、加工時においてはワーク
軸2が実線で示すように砥石移動線X−Xの方向に向け
られており、高速回転しながらこの姿勢を中心にして旋
回@8により加工体1は左右に首振り揺動させられなが
ら研削加工が実施される。また、測定時にはワーク@j
 2を二点鎖線で示すようにY−Y線方向に向くまで旋
回させることにより、このY−Y線を中心とする揺動動
作により測定子41を加工体1の表面になられせて測定
を実施することができる。
続いて第6図に基づき本発明にかかる制御ならびに駆動
回路の構成について説明する。
ここで、 100は加工制御用コンピュータ(以下で加
工制御部という)であり、加工制御部100はCPII
の機能と共にROMおよびRAMを有し、そのROMに
は加工にかかわる各種のサブプログラム等が格納されて
いる。また、 200は測定用データが処理コンピュー
タ(以下で測定制御部という)であり、測定制御部20
0においてはディスク201に格納されている加工用デ
ータおよび設計データに基づいて測定された形状との間
の誤差が許容範囲にあるか否かを判断し、後述する修正
手順のためのデータを求める等の処理を実施する。なお
、202はプリンタであり、測定制御部200において
処理されるデータや情報を記録することができる。
また、 lO1〜106はそれぞれ旋回軸8の駆動用モ
ータ10のドライバ、粗動スライド部材28の送り用モ
ータ32のドライバ、微動スライド部材23の微動直進
機構34駆動用ドライバ、砥石21駆動用モータ24の
ドライバ、ワーク@2の駆動用モータ5のドライバおよ
び測定子41微動用モータ50のドライバであり、11
は旋回軸8の旋回角度を検出するロータリエンコーダ、
63Aは干渉計63を介してレーザにより砥石21のセ
ット位置、切込み位置等を検出する検出手段、64^は
同様にして干渉計64を介し測定子41の微移動位置を
検出する手段、更にまた 120は加工制御部+00お
よび測定制御部200に各種データや情報等の入出力な
らびに切換等の操作を実施するための操作盤である。
次に、第7図によって全体の作業手順を説明する。
まず、加工制御部100ではステップ5100において
、その加工用NCプログラムに従って加工体1に対し研
削加工を実施し、次のステップ5200において測定制
御部200による形状測定工程が実施され、更にステッ
プ5300でその測定結果として形状の誤差があらかじ
め設定された許容範囲にあるか否かを判断し、許容範囲
になけわば次のステップ5400で測定データを基にし
て加工用プログラムにおけるデータを修正し、この修正
値により再びステップ5100に戻って、加工制御部1
00によりステップ5200以下の動作を許容範囲内に
おさまるまで繰返す。
第8図は加工制御部100において研削を実施する動作
手順を示す。まずそのステップ5111においてディス
ク 201に格納されている加工用NCプログラムを測
定制御部200を介して人力し、自己のメモリに記憶す
る。ついで、ステップ5112に進み、ここで旋回IP
+68および粗度スライド部材28の位置決めをドライ
バlotおよび102によって駆動し、更に微動スライ
ド部材23をドライバ103により駆動して砥石21を
NCプログラムに設定されている初期の切込み位置にセ
ットする等の準備作業を実施する。
次にステップ5113でメモリから1行分のNCプログ
ラムを読取り、更にステップ5114で旋回角度θ°を
旋回角度検出器(ロータリエンコーダ)11から人力す
る。なお、NCプログラムには、旋回角度θ°〜θ°に
対応させた砥石21の直進量、すなわち切込みffi 
S O〜Siμmが設定されている。そこで、次のステ
ップ5115では人力された旋回角度θ°に基づいて、
加工体1の加工面単位面積当りに砥石21が接触する時
間が一定となるように旋回軸モ°−タドライバ 101
に信号を供給してモータ10の回転速度を制御し、更に
次のステップ5116において加工体1の加工面におけ
る半径方向のどの位置に砥石21が接触してもその接触
点において加工体の回転する周速度が一定になるよう砥
石価モータドライバ104に信号を供給し、モータ5を
駆動する。
次にステップ5117において再度旋回角度をエンコー
ダ11からの信号によフて読出し、ステップ5118に
進んでその旋回角度に対応した直進ユたけドライバ10
3により直進機構34を駆動させる。かくして、ステッ
プ5119においてそのNCプログラムの一符号に関す
る処理動作が実施完了したか否かを判断し、完了したと
判断したならば次のステップ5120において全体の行
、すなわち旋回角度θ。
〜θ°とそれに対応した直進量SO〜Siμmをそれぞ
れ実現させる動作が全て完了したか否かを判断し、完了
していないと判断した場合はステップ5113に戻って
以下のステップを繰返す。また、完了したと判断したな
らば、次のステップ5121に進み、ここで、微動スラ
イド部材23および粗動スライド部材28を初期位置に
復帰させると共にワーク軸駆動モータ5を停止し、更に
旋回軸8を初期の位置に戻すようにモータlOを駆動す
る一連の後処理を実施して研削工程を終了する。
次に第9図を参照しながら測定動作の制御手順について
説明する。
測定にあたっては、まずステップ5211において、測
定制御部200から加工制御部100を介してドライバ
101により旋回用モータlOを駆動し、加工体1を保
持するワーク袖2示第5図で示したようにY−Y線の方
向に向くようにベースプレート7を旋回させ、その位置
をエンコーダ11によって検出しながら所定の位置で停
止させ、その後、シリンダ48を駆動して粗動スライド
部材46を加工体1に向けて前進させる。そして、更に
その後測定子微動用モータ50をドライバ106によっ
て駆動し、測定子41を加工体1の中心に接触した状態
とすることによってステップ5211による測定初期位
置設定が得られる。
そこで、次のステップ5212に進み、測定制御部20
0の内部でメモリに記憶されている使用済の各種データ
をクリアーし、更にステップ5213に進んでトライバ
101により加工体保持装置(八)における旋回用モー
タ10の定速駆動を開始する。なお、この旋回は測定に
必要な限界の旋回角度まで継続されるもので、次のステ
ップ5214において旋回角度を人力し、ステップ52
15においてそのエンコーダ11からの信号による旋回
角度が所定の測定角度、例えば1°、次に2°、・・・
といった単位ごとの設定測定角度に達したか否かを判断
する。かくして、所定の設定測定角度に達したと判断し
たならばステップ5216に進み、検出手段64Aから
人力した測定子41の位置を測定データとしてメモリR
AMに格納する。
そして、次のステップ5217において、上記の測定角
度が所定の測定限界角度であるか否かを判断し、測定限
界角度でないとの判断であればステップ5214〜52
16を繰返し、設定の測定角度ごとに人力された測定子
41の位置をメモリRAMに格納する。また、上記測定
角度が測定限界角度であると判断したならばステップ5
218でドライバ106によりモータ50を駆動し、測
定子41をいったん加工体1から引離し、要すれば更に
シリンダ48を駆動して粗動スライド部材46を次の加
工動作に支障のない位置まで後退させるといった測定終
了位置への測定子移!iIJ動作を実施する。
かくして次のステップ5219に進み、加工体1の加工
しようとする形状に関する設計データをディスク201
から読出し、対応する測定角度ごとにその設計データと
測定データとを比較してその差を演算し、ステップ52
20において測定データをディスク 201に格納する
と同時に要すれはプリンタ202にその測定データ等を
記録する等のデータ後処理を実施する。
ついで第1O図によって修正加工工程の手順について説
明するが、それに先立ち修正実施の原理を第11図によ
って説明する。第11図において、CLlは理想曲面を
あられす曲線であり、本例では旋回測定角度θ° (こ
こで、0は旋回中心であり、旋回軸の中心線に相当する
)のところを中心にして凸出した破線で示すような部分
曲面CL2が測定されたものとする。そうするとこれを
修正研削するには、被修正プログラムの砥石21の中心
軌跡CL3における測定角度θ°を中心とする位置で、
上記の申入2亦CL3を新NGプログラムではCL4の
ように修正してやる必要かある。
修正加工工程は上記のような原理に基づいて実施される
もので、まずステップ5311でディスク201に格納
されている被修正NCプログラムを読出してメモリに格
納し、次のステップ5312で同じくディスク 201
に格納した測定データを読出す。そして、次のステップ
5313で上記の測定データに基づいて、測定角度ごと
にデータの正負の値を反転し、このようにして得られた
修正データに基づいて更に次のステップ5314におい
て修正加工用のデータを演算する。
すなわち、現実には上述した測定がなされる測定角度の
単位ごと、例えば1°、2°、3°、・・・と、研削制
御のためのプログラムに格納されている旋回角度の単位
θ°〜θ°とは密度差があり、測定角度の単位の方が粗
い。従って、研削制御用の新NGプログラムでは測定角
度の分割点における内挿計算を実施する必要があり、こ
のような計算がステップ5314で実施されるもので、
次のステップ5315はステップ5314で得られた修
正加工データに基づいて被修正NGプログラムが修正さ
れ新たな修正NGプログラムとしてディスク201に格
納される。
ところで、以上に説明した例では砥石スライド装置(B
)の微動直進機構に圧電素子を用いたインチワームを使
用したが、微動直進機構としてはこれに限られるもので
はなく、差動ねじとモータの組合せを用いてもよい。ま
た、旋回中+h等についても必らずしもモータ直結であ
る必要はなく、ベルト駆動等にすることか可能である。
また、上述の例ではそのスライド部分に静圧軸受用の絞
りとして多孔質噴孔を用いたが絞りの形態は多孔質噴孔
に限られるものではなく、自戒絞り、オリフィス、表面
絞り等であってもよいことは勿論である。
更にまた、加工体1の旋回軸中心に対する相対位置の調
節を上述の例ではやとい、すなわち把持部材3の取換え
によって行うようにしたが、これに代えて、例えばワー
ク@h2を枢支している静圧’P+h受4か固定されて
いるベースプレート7をワーク軸方向に移動自在となし
て調整するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、本発明によれば、加工体を回
転させる回転手段を有し、加工体を回転手段と共にその
回転軸と直交する旋回軸の周りに旋回自在に保持する加
工体保持装置と、加工体の対向位置において回転しなが
ら加工体を研削する研削部材と、上記旋回軸と直交する
方向に移動自在な研削部材移動装置とを具えた研削機械
において、上記の旋回軸と加工体回転軸との交点を通り
旋回軸と直交する方向に移動自在とした加工体く研削面
)測定装置を設けたので、測定時には加工体を加工体保
持装置に保持させたままの状態で加工体測定装置を移動
させて測定することができ、従来のように測定の都度、
加工体を研削機械から取外す必要がなくなり、修正加工
のために再度取付けを行うことによって生じる誤差を防
止することができる。
また、本発明によれば、旋回軸中心から加工体に接する
研削部材の接点までの距離を旋回軸の旋回角度に応じて
変化させることができるので、簡単な構成て非球面形状
の研削面加工が可能である。
更にまた、旋回軸や研削部材を回転させる軸に用いる軸
受や、研削部材移動装置および加工体測定装置の移動ス
ライド部に静圧軸受を用いたので高精度の微動回転およ
び移動を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明研削機械の構成の一例を示す斜視図、 第2図はその砥石スライド装置の部分断面図、 第3図は第1図に示す研削機械の加工体測定装置におけ
る微動部の部分断面図、 第4八図〜第4C図は本発明研削機械により加工すると
きの3態オぷを模式に示す説明図、第5図は本発明によ
る研削時と測定時とにおける加工体保持部材の回動動作
を示す斜視図、第6図は本発明研削機械を駆動制御する
回路の構成図、 第7図はその制御部を介してなされる一連の動作手順を
示す流れ図、 ¥jS8図はその研削工程における動作手順を示す流れ
図、 第9図はその測定工程における動作手順を示す流れ図、 第1O図はその修正工程における動作手順を示す流れ図
、 第11図は本発明研削機械において実施される修正の原
理の説明図である。 1・・・加工体、 2・・・ワーク軸、 3・・・把持部材、 4・・・軸受、 5.10,24,32.50・・・モータ、6.25.
51・・・タコジェネレータ、8・・・旋回軸、 9.22・・・静圧軸受、 11.33・・・ロータリエンコーダ、21・・・砥石
、 23・・・微動スライド部材、 26・・・微動案内部材、 27・・・静圧パッド、 28・・・粗動スライド部材、 29・・・ベース基板、 30・・・粗動案内部材、 31.49・・・送りねじ、 34・・・微動直進機構、 41・・・測定子、 42・・・エアスライド部材、 43・・・案内部材、 46・・・粗動スライド部材、 47・・・転勤案内部材、 48・・・シリンダ、 61.62・・・コーナキューブリフレクタ、[i3.
64・・・干渉計、 66・・・レーザ発振器、 100・・・加工制御部、 101〜106・・・ドライバ、 120・・・操作盤、 200・・・測定制御部、 201・・・ディスク。 264桟を力夏内師木万 第2図 43  f同音下ネ第 2Y 第3図 1加工体 第4A図 第4C図 手続補正書 昭和62年6月9日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)加工体を把持して回転させる回転手段および該回転
    手段をその回転軸と直交する旋回軸の周りに旋回させる
    旋回手段を有する加工体保持装置と、 前記加工体の対向位置において回転しながら前記加工体
    を研削する研削部材および該研削部材を前記旋回軸と直
    交する方向に移動させる手段を有する研削部材移動装置
    と、 前記旋回軸と前記回転手段の回転軸との交点を通り、前
    記旋回軸と直交する方向に移動自在とした加工体研削面
    の測定装置と を具えたことを特徴とする研削機械。 2)特許請求の範囲第1項記載の研削機械において、 前記加工体保持装置は前記旋回手段によって前記回転手
    段を介し旋回させられる前記加工体の旋回角度検出手段
    を有し、 前記旋回角度検出手段によって検出された旋回角度に応
    じて、前記研削部材移動装置による前記研削部材の移動
    量を制御するようにしたことを特徴とする研削機械。
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