TW201919797A - 高速開槽加工方法 - Google Patents
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Abstract
[課題]
在利用超精密軋輥車床和鉋床對工件的表面加工細微的槽的場合中,不僅是刀尖的前進的行程,即使是回復的行程也能加工槽,使加工效率顯著地上升。
[解決手段]
本發明具備:模擬加工步驟,藉由使刀尖與工件相對地移動於第1方向,對工件的表面加工模擬的槽,藉由使前述刀尖的方向反轉180度後,移動於與第1方向相反的第2方向,加工模擬的槽;根據形成於前述工件表面之模擬的槽,測量伴隨著前述刀尖反轉的切刃前端偏移量的行程;往動加工步驟,使刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖對前述工件的表面加工槽;刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,藉由使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定成能藉由與前述第1方向相反方向的回動行程加工工件的方向;修正步驟,在消除前述偏移量的方向,修正前述工件與刀尖的相對位置;回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,藉由前述刀尖更進一步對「以前述往動行程所加工的槽」進行加工。
在利用超精密軋輥車床和鉋床對工件的表面加工細微的槽的場合中,不僅是刀尖的前進的行程,即使是回復的行程也能加工槽,使加工效率顯著地上升。
[解決手段]
本發明具備:模擬加工步驟,藉由使刀尖與工件相對地移動於第1方向,對工件的表面加工模擬的槽,藉由使前述刀尖的方向反轉180度後,移動於與第1方向相反的第2方向,加工模擬的槽;根據形成於前述工件表面之模擬的槽,測量伴隨著前述刀尖反轉的切刃前端偏移量的行程;往動加工步驟,使刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖對前述工件的表面加工槽;刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,藉由使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定成能藉由與前述第1方向相反方向的回動行程加工工件的方向;修正步驟,在消除前述偏移量的方向,修正前述工件與刀尖的相對位置;回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,藉由前述刀尖更進一步對「以前述往動行程所加工的槽」進行加工。
Description
本發明關於:以高速對工件加工細微的槽(溝)的開槽加工方法。
近來,開發出用來實現「成形柱狀透鏡薄片(lenticulaer lens sheet)、交叉柱狀透鏡薄片(cross-lenticulaer lens sheet)、菱鏡薄片等之輥子的超精密加工」的超精密軋輥車床(譬如,專利文獻1)。
該種超精密軋輥車床,是將安裝有金剛石刀尖的刀座設置於往復台的車床。基本的使用方法為:以主軸台使輥子轉動,將往復台朝前後方向(X軸)饋送並加工周方向的槽(溝)。在朝輥子的軸方向加工槽(溝)的場合,以主軸台(C軸)將輥子分度(indexing),並同時使往復台朝左右方向(Z軸)高速移動,藉此可在輥子的軸方向製作出槽(溝)。
使用這樣的超精密軋輥車床,可在輥子的表面,譬如於周方向和長度方向精密地加工無數個節距50μm、深度25μm的槽(溝)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2007-331054號公報
該種超精密軋輥車床,是將安裝有金剛石刀尖的刀座設置於往復台的車床。基本的使用方法為:以主軸台使輥子轉動,將往復台朝前後方向(X軸)饋送並加工周方向的槽(溝)。在朝輥子的軸方向加工槽(溝)的場合,以主軸台(C軸)將輥子分度(indexing),並同時使往復台朝左右方向(Z軸)高速移動,藉此可在輥子的軸方向製作出槽(溝)。
使用這樣的超精密軋輥車床,可在輥子的表面,譬如於周方向和長度方向精密地加工無數個節距50μm、深度25μm的槽(溝)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2007-331054號公報
[發明欲解決之問題]
在利用超精密軋輥車床加工周方向的槽的場合,只要使金剛石刀尖朝向轉動的輥子切入X軸方向進行切削,便能加工1條的槽,使往復台僅以槽的節距移動,便能加工下一個槽,能有效率地加工。
相對於此,在長度方向的槽加工中,使往復台以輥子全長的距離往復移動,同時以金剛石刀尖進行加工,然而,卻因為以下的理由,完成對1個輥子的表面整體加工長度方向的槽需要極長的時間。
第1,往復台的移動速度,約為10~20公尺/分的緩慢速度,即使在接近2公尺的輥子的長度方向上從其中一端進給至另一端,也相當耗時。第2,由於金剛石刀尖的特性,在切削槽的場合中,金剛石刀尖的切削面必須持續地朝向切削行進方向。由於金剛石刀尖的切削面僅有一個,一旦以前進行程進行切削,在返回行程中刀尖的切削面朝向與行進方向相反的方向,因此無法執行槽的加工。第3,1個槽的加工,是分為粗加工、前置精加工、精加工緩緩地執行複數次,舉例來說,在分為4次來加工長度方向的槽的場合中,為了完成1個槽,必須使往復台往復移動4次。
就加工例而言,譬如對直徑450×面長1700mm的輥子,以每1個溝4次的切削,加工節距50μm、深度25μm之90度的溝的場合,即使不中斷地連續對長度方向加工槽,順利的話也需要約22天。
此外,這麼長時間,並須假設在持續加工的期間產生停電和地震。萬一,產生停電和地震的場合,導致加工於途中停止,將在輥子的加工面產生條紋,就製品而言無法成為堪用物品,必須重頭開始重新切削。
本發明,是有鑑於前述習知技術所具有的問題點而研發的發明,本發明提供一種:在利用超精密軋輥車床和鉋床(planer machine)對工件的表面加工細微的槽(溝)的場合中,不僅刀尖的前進行程,即使返回行程也能加工槽(溝),能顯著提升加工效率的高速開槽加工方法。
[解決問題之手段]
為了達成前述的目的,本發明的高速開槽加工方法,是在刀尖與工件之間,使前述刀尖相對性移動,而在前述工件的表面切削加工細微的槽的開槽加工方法,具有:模擬(dummy)加工步驟,藉由使前述刀尖與工件相對地移動於第1方向,在前述工件的表面加工模擬的槽,並藉由使前述刀尖的方向反轉180度後,朝向與第1方向相反的第2方向移動,而加工模擬的槽;根據形成於前述工件表面之模擬的槽,測量前述刀尖反轉所產生之切刃前端的偏移量的步驟;往動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖在前述工件的表面加工槽;刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定在可利用與前述第1方向相反方向的回動行程對工件加工的方向;修正步驟,在消除前述偏移量的方向上,修正前述工件與刀尖的相對位置;回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,藉由前述刀尖,對前述往動行程所加工的槽更進一步加工,在工件的表面,從1條槽的粗加工起到精加工為止,依序反覆執行前述往動加工步驟、前述刀尖反轉步驟、修正步驟、回動加工步驟。
在利用超精密軋輥車床加工周方向的槽的場合,只要使金剛石刀尖朝向轉動的輥子切入X軸方向進行切削,便能加工1條的槽,使往復台僅以槽的節距移動,便能加工下一個槽,能有效率地加工。
相對於此,在長度方向的槽加工中,使往復台以輥子全長的距離往復移動,同時以金剛石刀尖進行加工,然而,卻因為以下的理由,完成對1個輥子的表面整體加工長度方向的槽需要極長的時間。
第1,往復台的移動速度,約為10~20公尺/分的緩慢速度,即使在接近2公尺的輥子的長度方向上從其中一端進給至另一端,也相當耗時。第2,由於金剛石刀尖的特性,在切削槽的場合中,金剛石刀尖的切削面必須持續地朝向切削行進方向。由於金剛石刀尖的切削面僅有一個,一旦以前進行程進行切削,在返回行程中刀尖的切削面朝向與行進方向相反的方向,因此無法執行槽的加工。第3,1個槽的加工,是分為粗加工、前置精加工、精加工緩緩地執行複數次,舉例來說,在分為4次來加工長度方向的槽的場合中,為了完成1個槽,必須使往復台往復移動4次。
就加工例而言,譬如對直徑450×面長1700mm的輥子,以每1個溝4次的切削,加工節距50μm、深度25μm之90度的溝的場合,即使不中斷地連續對長度方向加工槽,順利的話也需要約22天。
此外,這麼長時間,並須假設在持續加工的期間產生停電和地震。萬一,產生停電和地震的場合,導致加工於途中停止,將在輥子的加工面產生條紋,就製品而言無法成為堪用物品,必須重頭開始重新切削。
本發明,是有鑑於前述習知技術所具有的問題點而研發的發明,本發明提供一種:在利用超精密軋輥車床和鉋床(planer machine)對工件的表面加工細微的槽(溝)的場合中,不僅刀尖的前進行程,即使返回行程也能加工槽(溝),能顯著提升加工效率的高速開槽加工方法。
[解決問題之手段]
為了達成前述的目的,本發明的高速開槽加工方法,是在刀尖與工件之間,使前述刀尖相對性移動,而在前述工件的表面切削加工細微的槽的開槽加工方法,具有:模擬(dummy)加工步驟,藉由使前述刀尖與工件相對地移動於第1方向,在前述工件的表面加工模擬的槽,並藉由使前述刀尖的方向反轉180度後,朝向與第1方向相反的第2方向移動,而加工模擬的槽;根據形成於前述工件表面之模擬的槽,測量前述刀尖反轉所產生之切刃前端的偏移量的步驟;往動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖在前述工件的表面加工槽;刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定在可利用與前述第1方向相反方向的回動行程對工件加工的方向;修正步驟,在消除前述偏移量的方向上,修正前述工件與刀尖的相對位置;回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,藉由前述刀尖,對前述往動行程所加工的槽更進一步加工,在工件的表面,從1條槽的粗加工起到精加工為止,依序反覆執行前述往動加工步驟、前述刀尖反轉步驟、修正步驟、回動加工步驟。
以下,針對本發明之高速開槽方法的一種實施形態,參考附圖進行說明。
第1實施形態
第1圖,是顯示用來實施本發明實施形態之高速開槽加工方法的精密軋輥車床的側視圖,第2圖是該精密軋輥車床的俯視圖。
在第1圖及第2圖中,圖號10表示底座。在該底座10上,配置有主軸台12、尾座14、往復台16。工作物是輥子形狀的輥子W,由主軸台12與尾座14支承成自由轉動。
主軸台12被配置於底座10之長度方向的一端部。該主軸台12包含:本體部17、主軸18、被安裝於該主軸18之前端的夾頭19、用來驅動主軸18的伺服馬達20。主軸18,是由內建於本體部17之圖面中未顯示的油壓靜壓軸承(hydrostatic bearing)所支承。夾頭19,握持著工件W其中一端的軸,將主軸18的轉動傳遞至工件。在該主軸台12,伺服馬達20為了使工件W以高速轉動,而驅動主軸18。除此之外,由編碼器22偵測伺服馬達20的轉動量,藉由控制伺服馬達20的轉動量,對主軸台12附加了:執行「工件W之圓周方向的分度(indexing)」之分度軸(C軸)的功能。主軸台12的軸承,除了油壓靜壓軸承之外,也可以是氣壓軸承、滾珠軸承。
其次,尾座14,是在底座10上配置成面對主軸台12。在底座10的上表面配置有圖面中未顯示的導引面,尾座14設置成可以移動。尾座14,具備主軸23來取代傳統上一般的尾座心軸(tailstock spindle),利用安裝於該主軸23的夾頭25,可自由轉動地支承著輥子W另一端的軸。這樣的尾座14,除了不具有伺服馬達這點之外,基本上的構造與主軸台12相同。
接著,針對往復台16進行說明。
往復台16包含:可朝輥子W的軸方向移動地設置在底座10上的鞍座26。在該鞍座26上設置有:可朝與「輥子W之軸方向」呈直角的方向移動的工作台28。在本實施形態的精密軋輥車床中,饋送(feeding)鞍座26的軸為Z軸,在鞍座26上饋送工作台28的軸,是垂直於Z軸的X軸。
第3圖是採「已從底座10和鞍座26將蓋等卸下之狀態」,顯示旋轉台30的圖。第4圖顯示旋轉台30的剖面。本實施形態的旋轉台30,包含旋轉台本體31。
刀座33可裝卸地安裝於旋轉台30的頂板32。該刀座33形成「刀尖承座34、軸承35、減速機37、伺服馬達38成為一體構造」的單元化,而成為:將刀座33安裝於頂板32、或者從頂板32卸下。
在刀尖承座34,保持著金剛石刀尖(diamond bit)36。該刀尖承座34的軸,是由軸承35支承成自由轉動。在該軸承35連結有減速機37的輸出軸,在輸入軸連結有伺服馬達38。因此,伺服馬達38的轉動,由減速機37所減速並傳遞至刀尖承座34。如稍後所述,藉由伺服馬達38的控制,構成使金剛石刀尖36旋轉的A軸。
在第4圖中,驅動軸50同軸地安裝於頂板32。在該驅動軸50固定有伺服馬達51的轉子51a,如此一來,內建型的伺服馬達51與定子51b一起組裝入旋轉台本體31的內部。藉由「驅動軸50由該伺服馬達51所驅動轉動」,刀座33與頂板32一起旋轉,構成用來分度(indexing)「刀座33之金剛石刀尖36」的B軸。
在第3圖中,於鞍座26的上表面延伸有「導引面形成逆V型的X軸導引軌道40」,在該X軸導引軌道40設有:配列著「由保持器所保持之大量滾動體」之有限型的滾動導具41。同樣地,在底座10的上表面延伸有「導引面形成逆V型的Z軸導引軌道42」,在該Z軸導引軌道42設有:有限型的滾動導具43。
用來饋送鞍座26的Z軸饋送驅動裝置、與用來饋送「搭載著旋轉台30」之工作台28的X軸饋送驅動裝置,皆由線性馬達所構成。在第3圖中,圖號47表示構成X軸饋送機構之線性馬達的永久磁鐵列,圖號48表示與Z軸導引軌道42平行延伸的永久磁鐵列。
在第4圖中,圖號52表示NC裝置。該NC裝置52對X軸、Z軸、A軸、B軸、C軸進行數值控制。在A軸的場合中,是藉由A軸伺服機構54、與用來偵測金剛石刀尖36之轉動角度的編碼器53,組成位置控制迴路,對來自NC裝置52的指令、與來自編碼器53的位置反饋進行比較,並以「使金剛石刀尖36的切削面成為經指示的角度」的方式,由伺服馬達38進行控制。此外,B軸的場合,也是由B軸伺服機構57、與編碼器56組成位置控制迴路,而構成「使驅動軸50具有分度軸功能」的B軸。
其次,參考第5圖~第8圖,說明採用以上所述超精密軋輥車床實施的高速開槽加工。
第5圖,是用來說明對輥子W的表面加工長度方向的槽(以下稱為橫槽)時金剛石刀尖36之動作的圖。
在第5圖(a)中,倘若將金剛石刀尖36從左朝向右在Z軸上饋送,便在輥子W的表面加工1條橫槽。在此,為了說明上的方便,將「從左朝向右的饋送」作為往動,將「從右朝向左的饋送」作為回動(當然也能將從右往左稱為往動,將從左往右稱為回動)。傳統上,一旦執行槽加工,返回時的回動行程無法執行槽加工。由於金剛石刀尖36不將切削面作為行進方向的前面來進行饋送,便無法加工,因此在返回的路徑上無法加工橫槽。
舉例來說,在加工「溝的節距為50μm、溝深度為25μm、角度為90度」的溝的場合中,並非加工一次,為了所謂的2次粗加工、前置精加工、精加工,通常是分成4次,緩緩地深入切削。在利用往復移動之其中單一方向執行槽加工的傳統方法中,為了加工1條橫槽,需要4次的往復移動。
相對於此,在根據本實施形態的高速開槽加工方法中,並非僅以「從左朝向右的往動行程」形成槽加工,如第5圖(b)所示,由於在往動路徑的終端,於A軸使金剛石刀尖36反轉180度,故即使是「從右朝向左移動的回動行程」也能執行槽加工,能以2次往復加工:由2次的粗加工、前置精加工、精加工所形成之1條橫槽的加工。
另外,在利用往復來加工橫槽的場合中,使金剛石刀尖36反轉180度的結果,由於切刃前端的位置產生些微的偏移,而存在無法精密地加工橫槽的問題。這是由於:即便精密地製作金剛石刀尖36,且金剛石刀尖36的切刃前端正確地位於工具的轉動中心線上,仍然存在細微的誤差所致。
如第6圖所示,倘若將「使金剛石刀尖36向右移動而利用往動所加工的槽」作為槽60a,一旦使金剛石刀尖36形成180度反轉,將導致切刃前端的位置形成細微量δ的偏移,因此,向左移動而利用回動所加工的槽60b,切削剖面無法與槽60a形成疊合(不一致)。
有鑑於此,本實施形態的開槽加工方法,是預先使金剛石刀尖36形成一次往復並執行模擬加工後,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察輥子W的表面,預先測量偏移量δ。接著,當從往動切換成回動、從回動切換成往動之際,使金剛石刀尖36反轉180度時,對應於偏移量δ的角度,由C軸對輥子W進行分度,執行消除偏移量δ的修正。
在此,第7圖顯示已對「輥子W的分度所造成的偏移量δ」進行修正的高速開槽加工方法的其中一例。
在該實施形態中,當加工1條橫槽時,使金剛石刀尖36從輥子W的其中一端到另一端沿著軸方向往復2次,執行2次粗加工、1次前置精加工,並於最後執行精加工。
首先,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行往動中的第1次粗加工(第7圖(a))。第1次粗加工完成後,藉由A軸使金剛石刀尖36反轉180度。與此同時,藉由C軸來分度(indexing)對應於上述偏移量δ的角度,執行偏移量δ的修正。
同樣地,第2次粗加工,是將金剛石刀尖36從右往左饋送並於切削槽的同時執行加工(第7圖(b)),在此之後,執行金剛石刀尖36的180度反轉、及C軸的分度修正。
接著,前置精加工,較粗加工更淺地切入,使金剛石刀尖36向右形成往動。前置精加工完成後,執行金剛石刀尖36的180度反轉、及C軸的分度修正(第7圖(c))。
最後,將金剛石刀尖36朝左形成回動,並執行精加工。如上所述地結束1條橫槽的加工後,對下一個橫槽的加工位置進行分度,並重複上述的步驟。
如以上所述,在每一次加工中,藉由重複執行金剛石刀尖36的反轉與分度修正,切削剖面於反轉後也能疊合(一致),因此能實現橫槽的精密加工,能藉由往動路徑與回動路徑的加工而顯著地提高加工效率。
以上所述的開槽加工,也能適用於具有第8圖所示之刀座的精密軋輥車床。
在該場合中,刀座70可裝卸地安裝於旋轉台30的頂板32。在該刀座70,相對於轉動中心在180度的對稱位置安裝有金剛石刀尖36a、36b。內建型的伺服馬達組裝入旋轉台30的內部,藉由該伺服馬達使刀座70旋轉,構成使刀座70之金剛石刀尖36a、36b旋轉180度的B軸。
一旦刀座70旋轉180度,在其中一個金剛石刀尖36a與另一個金剛石刀尖36b處,切刃前緣的方向便形成反轉。如同第10圖所示,金剛石刀尖36a是利用從左朝右的往動行程來加工輥子W的刀尖,金剛石刀尖36b則是利用從右朝左的回動行程來加工輥子W的刀尖。
即使採用具有這種刀座的軋輥車床,也能完全相同地實施第7圖所示的開槽加工方法。
以上,是利用軋輥車床的加工例,本發明的開槽加工,也能適用於:非輥子,採用鉋床對板狀的工件加工細微的槽(溝)的場合。
在該場合中,鉋床除了使「搭載著工件的工作台」朝前後移動的X軸、使金剛石刀尖朝左右方向移動的Y軸、使金剛石刀尖朝上下方向移動的Z軸之外,還具備使金剛石刀尖180度反轉的C軸。
使用鉋床時的加工,是預先使金剛石刀尖在X軸形成往復並執行模擬加工,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察形成於工件表面的槽,而預先測量偏移量δ。接著,每次使金剛石刀尖反轉180度時,藉由Y軸使工件移動「對應於偏移量δ的細微距離」,執行消除偏移量δ的修正。
舉例來說,當加工1條橫槽時,於執行2次粗加工、1次前置精加工,並於最後執行精加工的場合中,如以下所述。
1、以往動執行第1次粗加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
2、以回動執行第2次粗加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
3、以往動執行前置精加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
4、以回動執行精加工
在此之後,移動至下個槽的位置,同樣地重複上述的步驟。
第2實施形態
接著,針對本發明第2實施形態的高速開槽加工方法,參考第9圖及第10圖進行說明。該第2實施形態,是適用於「即使是第1實施形態的開槽加工方法,也無法完全修正偏移量」之場合的實施形態。這是由於:如第6圖所示,即使是使金剛石刀尖36形成往復並執行模擬加工,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察形成於輥子W表面的槽並測量偏移量δ,有時也無法根據測量的結果來排除誤差。
在此,第9圖是顯示:藉由實施第2實施形態的高速開槽加工方法,當對輥子W的表面加工長度方向的溝之步驟的其中一例。
在該第2實施形態中,當加工1條橫槽時,使金剛石刀尖36從輥子W的其中一端到另一端沿著軸方向形成2次往復的半移動(semi-move)。其中,以2次的行程執行粗加工,以1次的行程執行不切入的移動,執行1次前置精加工,以最後的行程執行精加工。
首先,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行往動行程中之橫槽的第1次粗加工L1(第9圖(a))。第1次粗加工完成後,藉由A軸使金剛石刀尖36反轉180度。
接著,將金剛石刀尖36從右往左饋送(R1)。在該回動行程中,並不會對槽賦予切入(亦即不會對槽形成切入),只是單純地使金剛石刀尖36移動,並不執行粗加工(第9圖(b))。移動結束後,使金剛石刀尖36反轉180度。
第2次的粗加工L2,是將金剛石刀尖36從左往右饋送,並於切入槽的同時執行進一步的加工,在此之後,使金剛石刀尖36形成180度反轉(第9圖(c))。此時金剛石刀尖36的切削剖面,由於與第1次粗加工L1形成疊合,因此並槽不會產生段差,能對槽執行深入的粗加工。
接著,前置精加工R2,是將金剛石刀尖36從右往左饋送,並於切入槽的同時執行進一步的加工,在此之後,使金剛石刀尖36形成180度反轉(第9圖(d))。此時,因為金剛石刀尖36的反轉所造成的偏移量δ,有時在槽產生了段差。
在本實施形態中,在前置精加工(R2)之後,以槽的節距量使金剛石刀尖36的位置偏移至下個槽的位置後,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行下一個槽2的第1次粗加工L3,來取代精加工的執行(第9圖(e))。
在此之後,使金剛石刀尖36的位置回到「已進行至前置精加工R2」的槽,從右往左饋送並執行切入,同時對槽執行最終精加工R3(第9圖(f))。
以下,彙整「以相同方式重複的步驟」並將其圖解於第10圖中。
從第10圖可得知,粗加工譬如是以從左往右的往動行程執行,前置精加工與精加工則是以從右往左的回動行程執行。倘若粗加工形成以「從右往左的往動行程」執行時,前置精加工與精加工則成為以「從左往右的回動行程」執行。
如此一來,粗加工必須從相同的方向切削,前置精加工與精加工必須從粗加工的相反方向切削,藉此,因「使金剛石刀尖36反轉」所衍生的偏移量δ,由於在精加工中加工剖面必定疊合而被吸收,故能實現精密的橫槽加工。不僅如此,由於能以往復行程加工,因此能顯著地提升加工效率。
如以上所述的第2實施形態的的開槽加工方法,也同樣能適用於:採用鉋床對板狀的工件加工細微的槽(溝)的場合。
第1實施形態
第1圖,是顯示用來實施本發明實施形態之高速開槽加工方法的精密軋輥車床的側視圖,第2圖是該精密軋輥車床的俯視圖。
在第1圖及第2圖中,圖號10表示底座。在該底座10上,配置有主軸台12、尾座14、往復台16。工作物是輥子形狀的輥子W,由主軸台12與尾座14支承成自由轉動。
主軸台12被配置於底座10之長度方向的一端部。該主軸台12包含:本體部17、主軸18、被安裝於該主軸18之前端的夾頭19、用來驅動主軸18的伺服馬達20。主軸18,是由內建於本體部17之圖面中未顯示的油壓靜壓軸承(hydrostatic bearing)所支承。夾頭19,握持著工件W其中一端的軸,將主軸18的轉動傳遞至工件。在該主軸台12,伺服馬達20為了使工件W以高速轉動,而驅動主軸18。除此之外,由編碼器22偵測伺服馬達20的轉動量,藉由控制伺服馬達20的轉動量,對主軸台12附加了:執行「工件W之圓周方向的分度(indexing)」之分度軸(C軸)的功能。主軸台12的軸承,除了油壓靜壓軸承之外,也可以是氣壓軸承、滾珠軸承。
其次,尾座14,是在底座10上配置成面對主軸台12。在底座10的上表面配置有圖面中未顯示的導引面,尾座14設置成可以移動。尾座14,具備主軸23來取代傳統上一般的尾座心軸(tailstock spindle),利用安裝於該主軸23的夾頭25,可自由轉動地支承著輥子W另一端的軸。這樣的尾座14,除了不具有伺服馬達這點之外,基本上的構造與主軸台12相同。
接著,針對往復台16進行說明。
往復台16包含:可朝輥子W的軸方向移動地設置在底座10上的鞍座26。在該鞍座26上設置有:可朝與「輥子W之軸方向」呈直角的方向移動的工作台28。在本實施形態的精密軋輥車床中,饋送(feeding)鞍座26的軸為Z軸,在鞍座26上饋送工作台28的軸,是垂直於Z軸的X軸。
第3圖是採「已從底座10和鞍座26將蓋等卸下之狀態」,顯示旋轉台30的圖。第4圖顯示旋轉台30的剖面。本實施形態的旋轉台30,包含旋轉台本體31。
刀座33可裝卸地安裝於旋轉台30的頂板32。該刀座33形成「刀尖承座34、軸承35、減速機37、伺服馬達38成為一體構造」的單元化,而成為:將刀座33安裝於頂板32、或者從頂板32卸下。
在刀尖承座34,保持著金剛石刀尖(diamond bit)36。該刀尖承座34的軸,是由軸承35支承成自由轉動。在該軸承35連結有減速機37的輸出軸,在輸入軸連結有伺服馬達38。因此,伺服馬達38的轉動,由減速機37所減速並傳遞至刀尖承座34。如稍後所述,藉由伺服馬達38的控制,構成使金剛石刀尖36旋轉的A軸。
在第4圖中,驅動軸50同軸地安裝於頂板32。在該驅動軸50固定有伺服馬達51的轉子51a,如此一來,內建型的伺服馬達51與定子51b一起組裝入旋轉台本體31的內部。藉由「驅動軸50由該伺服馬達51所驅動轉動」,刀座33與頂板32一起旋轉,構成用來分度(indexing)「刀座33之金剛石刀尖36」的B軸。
在第3圖中,於鞍座26的上表面延伸有「導引面形成逆V型的X軸導引軌道40」,在該X軸導引軌道40設有:配列著「由保持器所保持之大量滾動體」之有限型的滾動導具41。同樣地,在底座10的上表面延伸有「導引面形成逆V型的Z軸導引軌道42」,在該Z軸導引軌道42設有:有限型的滾動導具43。
用來饋送鞍座26的Z軸饋送驅動裝置、與用來饋送「搭載著旋轉台30」之工作台28的X軸饋送驅動裝置,皆由線性馬達所構成。在第3圖中,圖號47表示構成X軸饋送機構之線性馬達的永久磁鐵列,圖號48表示與Z軸導引軌道42平行延伸的永久磁鐵列。
在第4圖中,圖號52表示NC裝置。該NC裝置52對X軸、Z軸、A軸、B軸、C軸進行數值控制。在A軸的場合中,是藉由A軸伺服機構54、與用來偵測金剛石刀尖36之轉動角度的編碼器53,組成位置控制迴路,對來自NC裝置52的指令、與來自編碼器53的位置反饋進行比較,並以「使金剛石刀尖36的切削面成為經指示的角度」的方式,由伺服馬達38進行控制。此外,B軸的場合,也是由B軸伺服機構57、與編碼器56組成位置控制迴路,而構成「使驅動軸50具有分度軸功能」的B軸。
其次,參考第5圖~第8圖,說明採用以上所述超精密軋輥車床實施的高速開槽加工。
第5圖,是用來說明對輥子W的表面加工長度方向的槽(以下稱為橫槽)時金剛石刀尖36之動作的圖。
在第5圖(a)中,倘若將金剛石刀尖36從左朝向右在Z軸上饋送,便在輥子W的表面加工1條橫槽。在此,為了說明上的方便,將「從左朝向右的饋送」作為往動,將「從右朝向左的饋送」作為回動(當然也能將從右往左稱為往動,將從左往右稱為回動)。傳統上,一旦執行槽加工,返回時的回動行程無法執行槽加工。由於金剛石刀尖36不將切削面作為行進方向的前面來進行饋送,便無法加工,因此在返回的路徑上無法加工橫槽。
舉例來說,在加工「溝的節距為50μm、溝深度為25μm、角度為90度」的溝的場合中,並非加工一次,為了所謂的2次粗加工、前置精加工、精加工,通常是分成4次,緩緩地深入切削。在利用往復移動之其中單一方向執行槽加工的傳統方法中,為了加工1條橫槽,需要4次的往復移動。
相對於此,在根據本實施形態的高速開槽加工方法中,並非僅以「從左朝向右的往動行程」形成槽加工,如第5圖(b)所示,由於在往動路徑的終端,於A軸使金剛石刀尖36反轉180度,故即使是「從右朝向左移動的回動行程」也能執行槽加工,能以2次往復加工:由2次的粗加工、前置精加工、精加工所形成之1條橫槽的加工。
另外,在利用往復來加工橫槽的場合中,使金剛石刀尖36反轉180度的結果,由於切刃前端的位置產生些微的偏移,而存在無法精密地加工橫槽的問題。這是由於:即便精密地製作金剛石刀尖36,且金剛石刀尖36的切刃前端正確地位於工具的轉動中心線上,仍然存在細微的誤差所致。
如第6圖所示,倘若將「使金剛石刀尖36向右移動而利用往動所加工的槽」作為槽60a,一旦使金剛石刀尖36形成180度反轉,將導致切刃前端的位置形成細微量δ的偏移,因此,向左移動而利用回動所加工的槽60b,切削剖面無法與槽60a形成疊合(不一致)。
有鑑於此,本實施形態的開槽加工方法,是預先使金剛石刀尖36形成一次往復並執行模擬加工後,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察輥子W的表面,預先測量偏移量δ。接著,當從往動切換成回動、從回動切換成往動之際,使金剛石刀尖36反轉180度時,對應於偏移量δ的角度,由C軸對輥子W進行分度,執行消除偏移量δ的修正。
在此,第7圖顯示已對「輥子W的分度所造成的偏移量δ」進行修正的高速開槽加工方法的其中一例。
在該實施形態中,當加工1條橫槽時,使金剛石刀尖36從輥子W的其中一端到另一端沿著軸方向往復2次,執行2次粗加工、1次前置精加工,並於最後執行精加工。
首先,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行往動中的第1次粗加工(第7圖(a))。第1次粗加工完成後,藉由A軸使金剛石刀尖36反轉180度。與此同時,藉由C軸來分度(indexing)對應於上述偏移量δ的角度,執行偏移量δ的修正。
同樣地,第2次粗加工,是將金剛石刀尖36從右往左饋送並於切削槽的同時執行加工(第7圖(b)),在此之後,執行金剛石刀尖36的180度反轉、及C軸的分度修正。
接著,前置精加工,較粗加工更淺地切入,使金剛石刀尖36向右形成往動。前置精加工完成後,執行金剛石刀尖36的180度反轉、及C軸的分度修正(第7圖(c))。
最後,將金剛石刀尖36朝左形成回動,並執行精加工。如上所述地結束1條橫槽的加工後,對下一個橫槽的加工位置進行分度,並重複上述的步驟。
如以上所述,在每一次加工中,藉由重複執行金剛石刀尖36的反轉與分度修正,切削剖面於反轉後也能疊合(一致),因此能實現橫槽的精密加工,能藉由往動路徑與回動路徑的加工而顯著地提高加工效率。
以上所述的開槽加工,也能適用於具有第8圖所示之刀座的精密軋輥車床。
在該場合中,刀座70可裝卸地安裝於旋轉台30的頂板32。在該刀座70,相對於轉動中心在180度的對稱位置安裝有金剛石刀尖36a、36b。內建型的伺服馬達組裝入旋轉台30的內部,藉由該伺服馬達使刀座70旋轉,構成使刀座70之金剛石刀尖36a、36b旋轉180度的B軸。
一旦刀座70旋轉180度,在其中一個金剛石刀尖36a與另一個金剛石刀尖36b處,切刃前緣的方向便形成反轉。如同第10圖所示,金剛石刀尖36a是利用從左朝右的往動行程來加工輥子W的刀尖,金剛石刀尖36b則是利用從右朝左的回動行程來加工輥子W的刀尖。
即使採用具有這種刀座的軋輥車床,也能完全相同地實施第7圖所示的開槽加工方法。
以上,是利用軋輥車床的加工例,本發明的開槽加工,也能適用於:非輥子,採用鉋床對板狀的工件加工細微的槽(溝)的場合。
在該場合中,鉋床除了使「搭載著工件的工作台」朝前後移動的X軸、使金剛石刀尖朝左右方向移動的Y軸、使金剛石刀尖朝上下方向移動的Z軸之外,還具備使金剛石刀尖180度反轉的C軸。
使用鉋床時的加工,是預先使金剛石刀尖在X軸形成往復並執行模擬加工,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察形成於工件表面的槽,而預先測量偏移量δ。接著,每次使金剛石刀尖反轉180度時,藉由Y軸使工件移動「對應於偏移量δ的細微距離」,執行消除偏移量δ的修正。
舉例來說,當加工1條橫槽時,於執行2次粗加工、1次前置精加工,並於最後執行精加工的場合中,如以下所述。
1、以往動執行第1次粗加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
2、以回動執行第2次粗加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
3、以往動執行前置精加工,使金剛石刀尖反轉180度,由Y軸修正偏移量
4、以回動執行精加工
在此之後,移動至下個槽的位置,同樣地重複上述的步驟。
第2實施形態
接著,針對本發明第2實施形態的高速開槽加工方法,參考第9圖及第10圖進行說明。該第2實施形態,是適用於「即使是第1實施形態的開槽加工方法,也無法完全修正偏移量」之場合的實施形態。這是由於:如第6圖所示,即使是使金剛石刀尖36形成往復並執行模擬加工,利用數位顯微鏡(光學顯微鏡)等觀察形成於輥子W表面的槽並測量偏移量δ,有時也無法根據測量的結果來排除誤差。
在此,第9圖是顯示:藉由實施第2實施形態的高速開槽加工方法,當對輥子W的表面加工長度方向的溝之步驟的其中一例。
在該第2實施形態中,當加工1條橫槽時,使金剛石刀尖36從輥子W的其中一端到另一端沿著軸方向形成2次往復的半移動(semi-move)。其中,以2次的行程執行粗加工,以1次的行程執行不切入的移動,執行1次前置精加工,以最後的行程執行精加工。
首先,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行往動行程中之橫槽的第1次粗加工L1(第9圖(a))。第1次粗加工完成後,藉由A軸使金剛石刀尖36反轉180度。
接著,將金剛石刀尖36從右往左饋送(R1)。在該回動行程中,並不會對槽賦予切入(亦即不會對槽形成切入),只是單純地使金剛石刀尖36移動,並不執行粗加工(第9圖(b))。移動結束後,使金剛石刀尖36反轉180度。
第2次的粗加工L2,是將金剛石刀尖36從左往右饋送,並於切入槽的同時執行進一步的加工,在此之後,使金剛石刀尖36形成180度反轉(第9圖(c))。此時金剛石刀尖36的切削剖面,由於與第1次粗加工L1形成疊合,因此並槽不會產生段差,能對槽執行深入的粗加工。
接著,前置精加工R2,是將金剛石刀尖36從右往左饋送,並於切入槽的同時執行進一步的加工,在此之後,使金剛石刀尖36形成180度反轉(第9圖(d))。此時,因為金剛石刀尖36的反轉所造成的偏移量δ,有時在槽產生了段差。
在本實施形態中,在前置精加工(R2)之後,以槽的節距量使金剛石刀尖36的位置偏移至下個槽的位置後,將金剛石刀尖36從左朝右饋送,執行下一個槽2的第1次粗加工L3,來取代精加工的執行(第9圖(e))。
在此之後,使金剛石刀尖36的位置回到「已進行至前置精加工R2」的槽,從右往左饋送並執行切入,同時對槽執行最終精加工R3(第9圖(f))。
以下,彙整「以相同方式重複的步驟」並將其圖解於第10圖中。
從第10圖可得知,粗加工譬如是以從左往右的往動行程執行,前置精加工與精加工則是以從右往左的回動行程執行。倘若粗加工形成以「從右往左的往動行程」執行時,前置精加工與精加工則成為以「從左往右的回動行程」執行。
如此一來,粗加工必須從相同的方向切削,前置精加工與精加工必須從粗加工的相反方向切削,藉此,因「使金剛石刀尖36反轉」所衍生的偏移量δ,由於在精加工中加工剖面必定疊合而被吸收,故能實現精密的橫槽加工。不僅如此,由於能以往復行程加工,因此能顯著地提升加工效率。
如以上所述的第2實施形態的的開槽加工方法,也同樣能適用於:採用鉋床對板狀的工件加工細微的槽(溝)的場合。
10‧‧‧底座
12‧‧‧主軸台
14‧‧‧尾座(tailstock)
16‧‧‧往復台
18‧‧‧主軸
26‧‧‧鞍座(saddle)
28‧‧‧工作台
30‧‧‧旋轉台
33‧‧‧刀座
36‧‧‧金剛石刀尖(diamond bit)
47‧‧‧永久磁鐵列
48‧‧‧永久磁鐵列
52‧‧‧NC裝置(Numerical Control equipment)
60‧‧‧槽
W‧‧‧輥子
第1圖:是顯示用來實施本發明實施形態之高速開槽加工方法的精密軋輥車床(precision roll lathe)的側視圖。
第2圖:為第1圖之精密軋輥車床的俯視圖。
第3圖:第3圖為第1圖的精密軋輥車床所具備之旋轉台的立體圖。
第4圖:是顯示第3圖的旋轉台之剖面的圖。
第5圖:是實施形態的高速開槽加工方法中,當對輥子的表面加工長度方向的溝時,金剛石刀尖之動作的說明圖。
第6圖:是金剛石刀尖反轉180度時切刃前端位置之誤差的說明圖。
第7圖:是顯示已對「輥子的分度(indexing)所造成的偏移量δ」進行修正的高速開槽加工方法之步驟的其中一例圖。
第8圖:是顯示可適用本發明之高速開槽加工方法的其他形式之刀座的俯視圖。
第9圖:是顯示用來實施本發明第2實施形態之高速開槽加工方法的步驟的圖。
第10圖:是顯示在第9圖的高速開槽加工方法的步驟中,粗加工、前置精加工、精加工與切削方向之關係的圖解圖面。
Claims (6)
- 一種高速開槽加工方法,是在刀尖與工件之間使前述刀尖相對地移動,而在前述工件的表面切削加工細微的槽的開槽加工方法, 其特徵為: 具有: 模擬加工步驟,藉由使前述刀尖與工件相對地移動於第1方向,對前述工件的表面加工模擬的槽,使前述刀尖的方向反轉180度後,藉由使其移動於與第1方向相反的第2方向,加工模擬的槽; 根據形成於前述工件表面之模擬的槽,測量伴隨著前述刀尖反轉之切刃前端偏移量的行程; 往動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖對前述工件的表面加工槽; 刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定成能藉由與前述第1方向相反方向的回動行程加工工件的方向; 修正步驟,在消除前述偏移量的方向,修正前述工件與刀尖的相對位置; 回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,更進一步藉由前述刀尖,對前述往動行程所加工的槽進行加工; 依序重複前述往動加工步驟、前述刀尖反轉步驟、前述修正步驟、前述回動加工步驟,對工件表面執行從1條槽的粗加工到精加工。
- 如請求項1所記載的高速開槽加工方法,其中前述工件,是利用軋輥車床加工的輥子,前述槽是輥子之軸方向的槽,在前述修正步驟中,以相當於前述偏移量的角度對輥子進行分度,而消除偏移量。
- 一種高速開槽加工方法,是在刀尖與工件之間使前述刀尖相對地移動,而在前述工件的表面切削加工細微的槽的開槽加工方法, 其特徵為: 具有: 往動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於前述第1方向,藉由前述刀尖對前述工件的表面加工槽; 刀尖反轉步驟,在前述往動加工步驟結束後,使前述刀尖的方向反轉180度,將前述刀尖之切刃部的方向,設定成能藉由與前述第1方向相反方向的回動行程加工工件的方向; 回動加工步驟,使前述刀尖與工件相對地移動於與前述第1方向相反的方向,更進一步藉由前述刀尖,對前述往動行程所加工的槽進行加工; 前述槽的粗加工,全部以同一方向的前述往動行程執行加工,前述槽的前置精加工及精加工,是以與前述粗加工的步驟相反方向的前述回動行程執行加工。
- 如請求項3所記載的高速開槽加工方法,其中1條槽的加工,是由2次的粗加工、1次的前置精加工、1次的精加工所構成,在初次的槽加工中,第1次的粗加工後,以不切入槽的方式使前述刀尖形成回動,從下一次的槽的加工起,在第1次粗加工之後,執行前一次的槽的精加工。
- 如請求項3或請求項4所記載的高速開槽加工方法,其中前述工件,是利用軋輥車床加工的輥子,前述槽是輥子之軸方向所加工的槽。
- 如請求項1或請求項3所記載的高速開槽加工方法,其中前述工件,是利用鉋床加工之板狀的工件。
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