(57)【要約】【課題】加工ＮＣプログラムを容易に作成して加工面を３次元自由曲面に高い形状精度でヘール加工する。【解決手段】ヘール工具は切削点が第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように工具保持体に取付けられる。回転テーブルおよび回転台はヘール工具の工具軸方向が工作物の加工面の法線方向と略一致するように第１および第２回転軸回りに回転され、工具保持体はヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように第３回転軸回りに回転される。工作物を支持する工作物支持台と工具保持体とは第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に加工面に沿って相対的に直線移動される。【選択図】  図２
2004291158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転テーブルを第１回転軸回りに回転可能に装架し、該回転テーブルに回転台を前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に装架し、該回転台に工具保持体を前記第１および第２回転軸と直交する第３回転軸回りに回転可能に装架し、該工具保持体にヘール工具を切削点が前記第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように取付け、工作物を支持する工作物支持台と前記工具保持体とを前記第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に加工面に沿って相対的に直線移動し、前記回転テーブルおよび回転台を前記ヘール工具の工具軸方向が前記加工面の法線方向と略一致するように回転し、前記工具保持体を前記ヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように回転することを特徴とするヘール加工方法。
【請求項２】
回転テーブルを第１回転駆動装置により第１回転軸回りに回転可能に装架し、該回転テーブルに回転台を第２回転駆動装置により前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に装架し、該回転台に工具保持体を第３回転駆動装置により前記第１および第２回転軸と直交する第３回転軸回りに回転可能に装架し、該工具保持体にヘール工具を切削点が前記第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように取付け、工作物を支持する工作物支持台と前記工具保持体とを前記第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に直線移動装置により相対的に直線移動可能に装架し、前記ヘール工具の工具軸方向が前記加工面の法線方向と略一致するように前記回転テーブルおよび回転台を前記第１および第２回転駆動装置により回転させ、前記ヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように前記工具保持体を前記第３回転駆動装置により回転させ、前記ヘール工具の切削点が前記加工面に沿って移動するように前記工作物支持台と前記工具保持体とを前記直線移動装置により前記直交３軸方向に相対的に直線移動させる制御装置を備えたことを特徴とするヘール加工装置。
【請求項３】
請求項２において、ベッドに前記第１回転軸と平行なＹ軸方向にＹ軸直線移動装置により直線移動可能に装架されたＹ軸スライドテーブルに前記回転テーブルを前記第１回転軸回りに回転可能に装架し、前記工作物支持台を前記ベッドに前記Ｙ軸と直交３軸を構成するＸ，Ｚ軸方向にＸ，Ｚ軸直線移動装置により直線移動可能に装架したことを特徴とするヘール加工装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記工作物支持装置は前記第１回転軸と直交する第４回転軸回りに第４回転駆動装置により回転される主軸を有し、該主軸の先端に前記工作物が取付けられることを特徴とするヘール加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘール工具を工具軸方向が加工面の法線方向と略一致し、工具すくい面がヘール加工の切削送り方向と略垂直になるように姿勢制御してヘール加工する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベッドにＹ軸方向に直線移動可能に装架したＹ軸スライドテーブルにＢ軸回転テーブルをＹ軸と平行なＢ軸回りに回転可能に装架し、Ｂ軸回転テーブル上に固定した工具台に工具を取付け、工作物支持台をベッド上にＹ軸と直交３軸を構成するＸ，Ｚ軸方向に直線移動可能に装架し、先端に工作物が取付けられる主軸を工作物支持台にＺ軸と平行なＣ軸回りに回転可能に軸承し、工具の工具軸方向が加工面の法線方向と略一致するように回転テーブルおよび主軸をＢ軸およびＣ軸回りに回転させ、工具の切削点が加工面に沿って移動するように工具台と工作物支持台とをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対的に直線移動させ、工作物の加工面を３次元自由曲面に超精密に加工する超精密自由曲面加工機がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
渋川哲郎、他７名、「超精密自由曲面加工機  ＡＨＮ０５  ＮａｎｏＰｒｏｃｅｓｓｏｒ」、豊田工機技報、豊田工機株式会社、平成１４年１０月２５日、第４３巻、第２号、ｐ．６１−６６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近時、レンズの機能、形状が複雑化し、表面をヘール加工する必要性のあるレンズやレンズ用の金型が出現している。ヘール加工では図３のように、ヘール工具３４の軸方向Ｌを加工面ＷＳの法線方向Ｎと略一致させ、且つヘール工具３４のすくい面３４ｃをヘール加工の切削送り方向Ｆに略垂直にして加工を行う。その結果、非常に良好な加工面が得られる。しかしながら、上記従来の超精密自由曲面加工機では、Ｘ軸に平行なＡ軸回りに工作物若しくは工具を回転させる手段を備えていないので、加工面が平面の場合にはヘール加工が可能であるが、３次元自由曲面をヘール加工する場合、ヘール工具の軸方向を加工面の法線方向と常に略一致させることは出来ず、加工面を３次元自由曲面にヘール加工することができなかった。また、上記従来の超精密自由曲面加工機により平面をヘール加工すると、Ｚ軸に平行なＣ軸回りの回転を工作物が取付けられた主軸側で行っているため、主軸の回転による回転誤差や偏差が加工面の加工精度に影響を及ぼしてしまう。その影響はＣ軸中心から離れるほど顕著に現れる。また、ヘール工具のすくい面をヘール加工の切削送り方向に常に略垂直にするためには、Ｃ軸とＸ軸およびＹ軸とを補間制御する必要があるため、制御が複雑になるという問題があった。
【０００５】
本発明は係る従来の不具合を解消するためになされたもので、加工ＮＣプログラムを容易に作成して加工面を３次元自由曲面に高い形状精度でヘール加工できるヘール加工方法および装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、回転テーブルを第１回転軸回りに回転可能に装架し、該回転テーブルに回転台を前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に装架し、該回転台に工具保持体を前記第１および第２回転軸と直交する第３回転軸回りに回転可能に装架し、該工具保持体にヘール工具を切削点が前記第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように取付け、工作物を支持する工作物支持台と前記工具保持体とを前記第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に加工面に沿って相対的に直線移動し、前記回転テーブルおよび回転台を前記ヘール工具の工具軸方向が前記加工面の法線方向と略一致するように回転し、前記工具保持体を前記ヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように回転することである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、回転テーブルを第１回転駆動装置により第１回転軸回りに回転可能に装架し、該回転テーブルに回転台を第２回転駆動装置により前記第１回転軸と直交する第２回転軸回りに回転可能に装架し、該回転台に工具保持体を第３回転駆動装置により前記第１および第２回転軸と直交する第３回転軸回りに回転可能に装架し、該工具保持体にヘール工具を切削点が前記第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように取付け、工作物を支持する工作物支持台と前記工具保持体とを前記第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に直線移動装置により相対的に直線移動可能に装架し、前記ヘール工具の工具軸方向が前記加工面の法線方向と略一致するように前記回転テーブルおよび回転台を前記第１および第２回転駆動装置により回転させ、前記ヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように前記工具保持体を前記第３回転駆動装置により回転させ、前記ヘール工具の切削点が前記加工面に沿って移動するように前記工作物支持台と前記工具保持体とを前記直線移動装置により前記直交３軸方向に相対的に直線移動させる制御装置を備えたことである。
【０００８】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、前記ベッドに前記第１回転軸と平行なＹ軸方向にＹ軸直線移動装置により直線移動可能に装架されたＹ軸スライドテーブルに前記回転テーブルを前記第１回転軸回りに回転可能に装架し、前記工作物支持台を前記ベッドに前記Ｙ軸と直交３軸を構成するＸ，Ｚ軸方向にＸ，Ｚ軸直線移動装置により直線移動可能に装架したことである。
【０００９】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記工作物支持装置は前記第１回転軸と直交する第４回転軸回りに第４回転駆動装置により回転される主軸を有し、該主軸の先端に前記工作物が取付けられることである。
【００１０】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、ヘール工具は切削点が第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように工具保持体に取付けられる。回転テーブルおよび回転台はヘール工具の工具軸方向が工作物の加工面の法線方向と略一致するように第１および第２回転軸回りに回転され、工具保持体はヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように第３回転軸回りに回転される。工作物を支持する工作物支持台と工具保持体とは第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に加工面に沿って相対的に直線移動される。
【００１１】
これにより、ヘール工具の軸方向を加工面の法線方向と略一致させてヘール工具の工作物と接触する切削点を不変にするとともに、ヘール工具のすくい面をヘール加工の切削送り方向に略垂直に維持して工作物の加工面を良好な切削面、高い形状精度で３次元自由曲面にヘール加工することができる。そして、ヘール工具の切削点が第１、第２および第３回転軸の交点と略一致されているので、一軸の回転による他軸の干渉移動を補正移動するための複雑な計算が不要となり、加工ＮＣプログラムを極めて容易に作成することができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、ヘール工具は切削点が第１、第２および第３回転軸の交点と略一致するように工具保持体に取付けられる。回転テーブルおよび回転台はヘール工具の工具軸方向が工作物の加工面の法線方向と略一致するように第１および第２回転駆動装置により第１および第２回転軸回りに回転される。工具保持体はヘール工具のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直になるように第３回転駆動装置により第３回転軸回りに回転される。工作物を支持する工作物支持台と工具保持体とは直線移動装置により第１回転軸と平行な１軸を有する直交３軸方向に加工面に沿って相対的に直線移動される。
【００１３】
これにより、ヘール工具の工具軸方向を加工面の法線方向と略一致させ、ヘール工具のすくい面をヘール加工の切削送り方向に略垂直にして３次元自由曲面を高精度にヘール加工可能なヘール加工装置を提供することができる。そして、ヘール工具の切削点が第１、第２および第３回転軸の交点と略一致されているので、加工ＮＣプログラムの作成が極めて容易になる。
【００１４】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、Ｙ軸スライドテーブル上で回転テーブル、回転台および工具保持体が第１乃至第３回転軸回りに回転され、ヘール工具が工具軸方向を加工面の法線方向と略一致され、すくい面をヘール加工の切削送り方向に略垂直に姿勢制御される。Ｙ軸スライドテーブルがＹ軸方向に直線移動され、工作物支持台がＸ，Ｚ軸方向に直線移動されてヘール工具の加工点が工作物の加工面に沿って移動される。このような簡単で高剛性な構成により工作物の加工面をヘール工具により３次元自由曲面に高精度にヘール加工することができる。
【００１５】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、工作物は主軸により第１回転軸と直交する第４回転軸回りに割出回転されるので、各割出位置において工作物の各加工面を同一加工ＮＣプログラムにより同一３次元自由曲面に高精度にヘール加工することができる。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明に係るヘール加工方法および装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１，２において、ベッド１はベース２上に除振台３を介して設置されている。ベッド１の前面にはＹ軸スライドテーブル４が案内機構５により上下のＹ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｙ軸スライドテーブル４はリニアモータによりＹ軸方向に直線移動されリニアスケールにより移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。ベッド１の水平上面にはＸ軸スライドテーブル６が案内機構７により左右のＸ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｘ軸スライドテーブル６はリニアモータ８によりＸ軸方向に直線移動されリニアスケール９により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。Ｘ軸スライドテーブル６には工作物支持台１０が案内機構１１により前後のＺ軸方向に直線移動可能に装架されている。工作物支持台１０はリニアモータによりＺ軸方向に直線移動されリニアスケール１２により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。このようにＹ軸スライドテーブル４、Ｘ軸スライドテーブル６および工作物支持台１０は、案内機構５，７，１１、リニアモータおよびリニアスケール等で夫々構成されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸用直線移動装置１３〜１５により直交３軸方向に相対的に直線移動される。
【００１７】
Ｙ軸スライドテーブル４には回転テーブル１６がＹ軸と平行な第１回転軸であるＢ軸回りに回転可能に装架され、第１回転駆動装置としてのサーボモータ１７により回転される。回転テーブル１６の上面には調整スライド１８がＢ軸と直角な水平方向に案内機構１９により案内され、微細位置調整機構２０により位置調整可能に載置されている。調整スライド１９の上面にはＬ次状のイケール２１が案内機構１９の案内方向と直角な水平方向に案内機構２２により案内され微細位置調整機構２３により位置調整可能に載置されている。イケール２１の直立壁には回転台２４が案内機構２２の案内方向と平行でＢ軸と直交する第２回転軸であるＡ軸回りに回転可能に装架され、第２回転駆動装置としてのサーボモータ２５により回転される。回転台２４の先端にはＬ字状の調整台２６がＡ軸と直角な方向に案内機構２７により案内され微細位置調整機構２８により位置調整可能に載置されている。調整台２６の受け面には工具台２９がＡ軸および案内機構２７の案内方向と直角な方向に案内機構３０により案内され微細位置調整機構３１により位置調整可能に載置されている。工具台２９には工具保持体３２が案内機構３０の案内方向と平行でＡ軸と直交する第３回転軸であるＣ軸回りに回転可能に装架され、第３回転駆動装置としてのサーボモータ３３により回転される。
【００１８】
回転テーブル１６に案内機構１９にガイドされて載置された調整スライド１８は、Ａ軸とＢ軸とを直交させるために微細位置調整機構２０によりＡ軸と直角な水平軸方向に位置調整される。Ｃ軸がＡ軸とＢ軸との交点Ｐを通るようにするために、調整スライド１８に案内機構２２にガイドされて載置されたイケール２１は、Ａ軸と平行な水平軸方向に微細位置調整機構２３により位置調整され、回転台２４に案内機構２７にガイドされて載置された調整台２６は、微細位置調整機構２８によりＡ軸と直角な方向に位置調整される。案内機構１９，２２，２７，３０はアリ溝等で構成され、微細位置調整機構２０，２３，２８，３１は送りネジ機構などで構成されている。
【００１９】
ヘール工具３４は切削点がＡ，Ｂ，Ｃ軸の交点Ｐと略一致するように工具保持体３２に取付けられる。３５は平行光線を発する光源で、ヘール工具３４の刃先を照射するようにベッド１の前面に固定されている。３６は光源３５に照射された刃先位置を拡大して測定する顕微鏡で、工具保持体３２に取付けられたヘール工具３４を挟んで光源３５の反対側でベッド１に固定されている。Ｙ軸スライドテーブル４、回転テーブル１６、回転台２４、工具保持体３２が原位置に位置し、Ａ軸がＸ軸と、Ｃ軸がＺ軸と平行になったとき、Ａ，Ｂ，Ｃ軸の交点ＰのＹＺ面での位置が顕微鏡３６の視野に描かれた水平基準線と垂直基準線との交点と略一致するように位置調整されている。ヘール工具３４の切削点が交点Ｐと略一致するようにヘール工具３４を工具保持体３２に取付けるために、すくい面がＹＺ面と平行になるようにヘール工具３４を工具保持体３２に取付け、背後から光源３５により平行光線で照射して切削点の像を顕微鏡３６の視野に結像する。Ｙ軸スライドテーブル４をリニアモータによりＹ軸方向に直線移動し、すくい面の中央が水平基準線と略一致したＹ軸スライドテーブル４の位置をその加工原点としてセットする。すくい面の先端を垂直基準線と略一致させるために、調整台２６に案内機構３０によりガイドされて載置された工具台２９が微細位置調整機構３１によりＣ軸方向に位置調整される。すくい面がピントずれなく視野に結像するようにヘール工具３４をＸ軸方向に位置調整して工具保持体３２に取付けることによりすくい面を交点ＰとＸ軸方向で略一致させる。
【００２０】
３７は先端に工作物Ｗが取付けられる主軸で、工作物支持台１０にＺ軸と平行な第４回転軸であるＣ’軸回りに回転可能に軸承されている。主軸３７は第４回転駆動装置としてのサーボモータ３８により回転される。主軸３７軸線のＹ軸方向の位置は顕微鏡３６の視野に描かれた水平基準線の位置と略一致している。
【００２１】
次に本発明に係るヘール加工方法を上記ヘール加工装置の作動とともに説明する。ヘール工具３４は切削点が第１、第２および第３回転軸の交点Ｐと略一致するように工具保持体３２に取付けられる。ヘール工具３４の切削点が工作物Ｗの加工面を３次元自由曲面にヘール加工するために、Ｙ軸スライドテーブル４は直線移動装置１４によりＹ軸方向に直線移動され、Ｘ軸スライドテーブル６は直線移動装置１４によりＸ軸方向に直線移動され、工作物支持台１０は直線移動装置１５によりＺ軸方向に直線移動される。このとき回転テーブル１６が第１回転軸であるＢ軸回りにサーボモータ１７により回転され、回転台２４が第２回転軸であるＡ軸回りにサーボモータ２５により回転され、且つ工具保持体３２が第３回転軸であるＣ軸回りにサーボモータ３３により回転されるので、ヘール工具３４の工具軸方向が工作物Ｗの加工面の法線方向と略一致してヘール工具３４の加工面と接触する切削点が変わらなくなるとともに、ヘール工具３４のすくい面がヘール加工の切削送り方向に略垂直に維持される。これにより、例えば工作物Ｗの加工面は超微細な溝などが３次元自由曲面に沿ってヘール工具３４により多数加工され高い形状精度で所望の自由曲面にヘール加工される。
【００２２】
工作物Ｗの円周上に存在する複数の加工面を同一形状の３次元自由曲面に夫々ヘール加工する場合、主軸３７をサーボモータ３８により第４回転軸であるＣ’軸回りに割出回転して、各加工面をヘール工具３４と対向する加工位置に順次割出し、加工位置において同一加工ＮＣプログラムにより同一３次元自由曲面にヘール加工する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るヘール加工装置の全体を示す図。
【図２】工作物支持台および工具保持体部分を拡大して示した図。
【図３】ヘール加工を説明する図。
【符号の説明】
１…ベッド、４，６…Ｙ軸，Ｘ軸スライドテーブル、５，７，１１…案内機構、８…リニアモータ、９，１２…リニアスケール、１０…工作物支持台、１３〜１５…直線移動装置、１６…回転テーブル、１７，２５，３３，３８…サーボモータ、１８…調整スライド、１９，２２，２７，３０…案内機構、２０，２３，２８，３１…微細位置調整機構、２６…調整台、２９…工具台、３２…工具保持体、３４…ヘール工具、３５…光源、３６…顕微鏡、３７…主軸。
【図１】
2004291158.tif 000003
【図２】
2004291158.tif 000004
【図３】
2004291158.tif 000005