(57)【要約】【課題】例えば、導光板成形用金型にレンズ溝を徐変溝加工をする場合に、バイトのわずかな刃先位置の移動により、バイトの刃先の角度を変えられるようにして、高精度の徐変溝加工を行えるようにする。【解決手段】ベッド１０上を左右方向に移動するサドル１６と、サドル１６の上を前後方向に移動可能に設置され、ワークＷを載せるテーブル２２と、ベッド１０上に設置されたコラム１２と、鉛直方向に移動可能に前記コラムに設置された刃物台１８を備えた工作機械において、さらに、バイト１００の旋回中心となる旋回軸４４を有し、旋回軸４４の軸線に対してバイト１００の刃先の位置が同一若しくは下方にある斜軸ヘッド２０を刃物台１８に設ける。【選択図】  図１
2005022034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッド上を左右方向に移動するサドルと、
前記サドルの上を前後方向に移動可能に設置され、ワークを載せるテーブルと、
前記ベッド上に設置されたコラムと、
鉛直方向に移動可能に前記コラムに設置された刃物台と、
前記刃物台の下端部に取り付けられ、バイトの旋回中心となる旋回軸を有し、前記旋回軸の軸線に対して当該バイトの刃先の位置が同一若しくは下方にある斜軸ヘッドと、
を具備したことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記斜軸ヘッドは、
軸受けにより回転可能に支持され水平面に対して軸線が傾斜する旋回軸と、
前記旋回軸の軸線から傾斜して軸方向に伸びる延長軸と、
前記延長軸の先端部に取り付けられ前記バイトを保持するバイトホルダと、
前記旋回軸を回転させバイトの旋回角度を割り出す旋回割出部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記旋回軸の軸線は、水平面と３０°以内の角度をなしかつ前記前記バイトの刃先が前記軸線から０〜３０ｍｍ程度下方にオフセットしたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
軸受は、空気軸受けからなることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項５】
前記旋回割出部は、前記旋回軸を駆動するサーボモータと、旋回軸の旋回角度を検出エンコーダを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、導光板成形用金型等の超精密加工に用いられる工作機械に係り、特に、溝の傾斜角度が一本毎に少しずつ変化するような徐変溝加工に適した工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、この種の徐変溝加工が施されるワークＷの例として、導光板成型用金型のレンズ溝の形状を示す図である。平行に延びるそれぞれのレンズ溝Ｌ１〜Ｌ４の角度は、図７において左側のレンズ溝ほど徐々に大きな角度になっている。
【０００３】
図７において、参照番号１００はバイトを示す。このような徐変溝加工を行う従来の工作機械では、バイト１００の刃先の角度を変えるためのバイト旋回台を備えている。
【０００４】
図５、図６は、従来の工作機械のバイト旋回台例を示している。バイト旋回台を設けた工作機械では、サドルの左右方向への水平移動の直線軸はＹ軸、サドル上に設けたテーブルの前後方向への水平移動の直線軸はＸ軸、刃物台の上下移動の直線軸はＺ軸で、これらは共通する構成である。
【０００５】
図５のバイト旋回台について説明すると、バイト旋回台１１０は、刃物台１１１の下端部に取り付けられ、１本のバイト１００を装着するようになっている。旋回軸線１１４は、Ｘ軸に平行な軸でＡ軸であり、参照番号１１５は、バイト旋回台１１０を旋回軸線１１４を回転中心として駆動するサーボモータである。
【０００６】
図５に示した従来のバイト旋回台１１０を有する工作機械で、導光板成型用金型となるワークＷにレンズ溝Ｌ１〜Ｌ４をプレーナ加工する場合には、図７に示すように、バイト１００の切刃稜１０１を角度φに合わせ、傾斜させた状態でバイト１００をＺ軸方向に下降させ、所定の位置に位置決めし、テーブルのＸ軸の前後移動で面ｆを加工する。
【０００７】
次いで、面ｆの加工に引き続き面ｒを加工するためには次のような動作が必要になる。
【０００８】
すなわち、バイト１００をワークＷから逃がしバイト旋回台１１０を旋回させることによりバイト１００の切刃稜１０２を面ｒの傾斜に合わせる（図７で破線で示す）。ところがバイト旋回台１１０の旋回によりバイト１００の刃先ＡのＹ軸位置がレンズ溝の谷底頂点から大きくずれるので、Ｙ軸移動を行ってバイト１００の刃先をレンズ溝の谷底の頂点に合わせなければならない。そして、バイト１００をＺ軸方向に下降させ、所定の位置に位置決めし、テーブルのＸ軸の前後移動で面ｒを加工する。
【０００９】
なお、以上のようなＶ字状溝形状の徐変溝加工において、切削性をよくするため工具を工夫した切削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−３４６８１９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイト１００の角度を変えるときには、旋回軸線１１４を中心にバイト１００を旋回させるが、バイト１００の刃先の旋回半径Ｒが大きいと、割出精度の影響を大きく受け、刃先Ａの位置の誤差が大きくなり、Ｙ軸、Ｚ軸による位置決め精度の影響を受けるため、バイト１００の刃先の位置が、目標とするレンズ溝の谷底頂点からずれてしまい、その結果、レンズ溝の溝ピッチの不良や深さ不良ができてしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、導光板成形用金型にレンズ溝を徐変加工する場合に、バイトの刃先位置のわずかな移動によりバイトの角度を変えられるようにして、高精度の徐変加工を行えるようにした工作機械を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ベッド上を左右方向に移動するサドルと、前記サドルの上を前後方向に移動可能に設置され、ワークを載せるテーブルと、前記ベッド上に設置されたコラムと、鉛直方向に移動可能に前記コラムに設置された刃物台と、前記刃物台の下端部に取り付けられ、バイトの旋回中心となる旋回軸を有し、前記旋回軸の軸線に対して当該バイトの刃先の位置が同一若しくは下方にある斜軸ヘッドと、を具備したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の好ましいによれば、前記斜軸ヘッドは、軸受けにより回転可能に支持され水平面に対して軸線が傾斜する旋回軸と、前記旋回軸の軸線から傾斜して軸方向に伸びる延長軸と、前記延長軸の先端部に取り付けられ前記バイトを保持するバイトホルダと、前記旋回軸を回転させバイトの旋回角度を割り出す旋回割出部と、を備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による工作機械の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による工作機械の全体構成を示す正面図で、図２は同工作機械の側面を示す図である。図１、図２において、参照番号１０はベッドを示し、ベッド１０の上面には、コラム１２が設置されている。
【００１６】
コラム１２には刃物台１８が上下方向に移動可能に取り付けられている。この刃物台１８は、バランスシリンダ１９により支持されている。そして、刃物台１８の下端部に取り付けられているのが斜軸ヘッド２０である。斜軸ヘッド２０の先端部にはバイト１００が保持されている。
【００１７】
また、ベッド１０の上面には、サドル１６が左右方向に移動可能に取り付けられている。このサドル１６上には、テーブル２２が前後方向に移動可能に取り付けられている。このテーブル２２は、ワークＷを固定する真空吸着チャック２３を備えている。
【００１８】
なお、テーブル２２の上には、旋削加工に対応できるようにするために、加工の種類によっては、サーボモータで駆動される回転テーブルを設置することも可能である。
【００１９】
本実施形態による工作機械の場合、テーブル２２を水平方向に移動させる軸がＸ軸で、このＸ軸のボールねじ送り機構を駆動するのがＸ軸サーボモータ２７である。サドル１６を水平方向に移動させる軸がＹ軸で、このＹ軸のボールねじ送り機構を駆動するのがＹ軸サーボモータ２８である。また、刃物台１８を上下方向に移動させる軸がＺ軸で、このＺ軸のボールねじ送り機構を駆動するのがＺ軸サーボモータ２９である。
【００２０】
刃物台１８の下端部には図５に示した従来のバイト旋回台１１０の替わりに、図３に示すような傾斜する旋回軸４４を有する斜軸ヘッド２０が取り付けられ、この斜軸ヘッド２０を用いることによってバイト１００の刃先の近くに旋回中心を設定し、わずかな刃先位置の移動によりバイト１００の切刃の角度を変えられるようになっている。
【００２１】
そこで、図３に斜軸ヘッド２０を示す。この図３において、参照番号５０は、旋回軸４４の軸線である。また、参照番号５２は、水平面（テーブル面）を示している。αが旋回軸４４の軸線５０とテーブル面５２がなす傾斜角度である。
【００２２】
斜軸ヘッド２０は、旋回軸４４の軸線５０がテーブル面５２に対して傾斜角度αをなすようにブラケット４２により保持されているとともに、支持部材４３によって堅固に支持されている。この実施形態による斜軸ヘッド２０では、旋回軸４４の軸線５０の傾斜角度αは、１０°に設定されている。この旋回軸４４の傾斜角度αは、バイト１００のすくい角の変化を小さくするために、小さければ小さいほど良いが、３０°以内であることが好ましい。
【００２３】
斜軸ヘッド２０は、ヘッド本体４５と、旋回軸４４と、延長軸４６と、バイト１００を保持するバイトホルダ４７と、バイト１００の旋回角度を割り出す旋回割出部４８とから構成されている。なお、ヘッド本体４５ではテーブル面５２と干渉する部分を極力面取りをして、傾斜角度αを小さくとるようにしている。また、延長軸４６のテーブル面５２側は、バイト１００を旋回させてもテーブル面５２に干渉しない面取りを行っている。
【００２４】
旋回軸４４の先端には、軸線５０に対して傾斜して延びる延長軸４６の基端部が係合され、この延長軸４６はテーブル面５０と略平行（水平）に先端側に延びている。そして、延長軸４６の先端には、バイトホルダ４７が取り付けられている。このバイトホルダ４７は、バイト１００を鉛直な姿勢で保持する。このような延長軸４６には剛性を持たせることができるので、斜軸ヘッド２０は高剛性の構造となっている。図３に示されるように、バイト１００の刃先Ａは、本実施形態では、旋回軸４４の軸線５０上にはなく、軸線５０からさらに下方にある位置にある。すなわち、この実施形態では、バイト１００の旋回中心は刃先Ａよりバイトホルダ４７側にあり、刃先Ａは旋回中心から下方に２０ｍｍ程度出る位置に設定されている。しかし、延長軸４６によっては、バイト１００の刃先Ａは、旋回軸４４の軸線５０にすることも可能である。バイト１００の刃先が軸線５０から出る長さは、導光板成形用金型の徐変溝加工の場合、０〜３０ｍｍの範囲が好適である。
【００２５】
次に、旋回割出部４８は、サーボモータ５４により駆動される。そしてロータリエンコーダ５６により位置フィードバックをとり、サーボモータ５４の回転を制御することで、１０万分の１度の精度で旋回軸４４の旋回角度を割り出すことができるようになっている。このような旋回割出部４８の制御軸がＡ軸である。
【００２６】
なお、ヘッド本体４５の内部には、Ａ軸の割出精度に対応させるために、旋回軸４４を回転自在に支持する軸受けとして空気軸受５８が組み込まれている。
【００２７】
本実施形態による工作機械は、以上のように構成されるものであり、次に、以上のように構成される工作機械による加工例として、導光板成形用金型にレンズ溝を切削する徐変溝加工を例に挙げて説明する。
【００２８】
図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、徐変溝加工におけるバイト１００の動きを順を追って示す図である。ワークＷにおいて平行に並ぶそれぞれのレンズ溝の角度は、左側のレンズ溝ほど徐々に大きな角度になっている。各レンズ溝では、両側の傾斜面の傾斜角度は等しい。本実施形態では、このようなレンズ溝を以下のように加工する。
【００２９】
加工前の準備として、斜軸ヘッド２０では、バイトホルダ４７に取り付けられているバイト１００について、図３に示されるように、刃先Ａが旋回軸４４の軸線５０から２０ｍｍ程度出るように、決めた長さに正確に合わせる。
【００３０】
図１において、レンズ溝を切削する対象のワークＷは、テーブル２２に真空チャック２３により固定させる。
【００３１】
まず、サドル１６のＹ軸移動により、斜軸ヘッド２０を加工位置に移動させる。図４（ａ）に２点鎖線で示すように、バイト１００のＹ軸位置をレンズ溝の面ｆ１の谷底頂点位置に合わせる。そして、Ｂ軸サーボモータ５４により旋回割出部４８が駆動されて旋回軸４４が旋回し、バイト１００の切刃稜１０１の角度が面ｆ１の傾斜角度φ１と一致するようになる。
【００３２】
こうして、バイト１００の切刃稜１０１の角度を面ｆ１の傾斜角φ１に合わせてから、Ｚ軸移動によりバイト１００を下降させて、所定の位置に達したところでテーブル２２をＸ軸移動させバイト１００の切刃稜１０１をワークＷに転写して面ｆ１を創成する。
【００３３】
面ｆ１を創成した時点で、バイト１００の刃先Ａは、レンズ溝の谷底頂点にある。これに対して、斜軸ヘッド２０にあっては、バイト１００の旋回中心は、図４においてバイト１００の先端部のＢ点である。したがって、バイト１００は、刃先Ａをレンズ溝の谷底頂点に合わせたまま旋回することはできないので、いったんは、図４（ｂ）に破線で示すように、Ｚ軸移動によりバイト１００の刃先をレンズ溝から逃がす。
【００３４】
そして、面ｆ１に引き続いて面ｒ１を加工するためには、Ｂ軸旋回によりバイト１００を旋回中心Ｂ回りに図４（ｂ）において反時計回りに旋回させ、バイト１００の切刃稜１０２を面ｒ１の傾斜角度に合わせることができる（図４（ｂ）で２点鎖線で示す）。このとき、バイト１００の刃先ＡのＹ軸上の位置は、ΔＹだけレンズ溝の谷底頂点からずれることになる。したがって、図４（ｃ）で２点鎖線で示すように、Ｙ軸移動によりΔＹだけバイト１００を移動させれば、バイト１００の刃先ＡのＹ軸上の位置をレンズ溝の谷底頂点に合わせることができる。
【００３５】
次に、図４（ｃ）において、Ｚ軸移動によりバイトを降下させ、所定の位置に達したところでテーブル２２をＸ軸移動させて、バイト１００の切刃稜１０２をワークＷに転写して面ｒ１を創成することができる。
【００３６】
こうして一本のレンズ溝の加工が完了したら、Ｚ軸移動によりバイト１００をレンズ溝から逃がし、Ｙ軸移動によりバイト１００を隣の面ｆ２のレンズ溝の位置に移動させる。そして、バイト１００の刃先ＡのＹ軸上の位置をレンズ溝の谷底頂点に合わせてから、Ｂ軸旋回によりバイト１００の切刃稜１０１の角度を面ｆ２の傾斜角φ２に合わせ、以下、最初のレンズ溝の場合と同様の動作を繰り返すことにより、面ｆ２と面ｒ２を連続して加工することができる。ここでは、説明のし易さからバイト１００をＺ軸方向に逃がして説明したが、実加工においては、バイト１００をワークＷからＸ軸方向の位置で逃がしているので、Ｚ軸方向には逃がさなくてもよい。
【００３７】
以上のように、旋回軸４４の軸線５０に対してバイト１００の刃先Ａが偏位している構造をもつ斜軸ヘッド２０によれば、わずかなＹ軸の移動とＢ軸による旋回動作だけで、バイト１００の切刃の角度を面ｆと面ｒに合わせることができる。このうち、Ｙ軸移動について、図５に示した従来の刃物台旋回機構と比較してみると、通常の刃物台の場合、短いバイトでも旋回半径は１００ｍｍ程度にはなる。これに対して、本実施形態の斜軸ヘッド２０によれば、バイト１００の先端部に旋回中心を設定してあるから、旋回半径は旋回軸４４の軸線から出る先端部の長さ約２０ｍｍにすぎない。これにより、図５の刃物台旋回機構に較べて、バイト１００が旋回したときに生じる刃先の位置の誤差が大きく効いてくるということがない。また、面ｆを加工後に面ｒに切刃の角度を合わせる際のＹ軸移動量を小さくできる。また、延長軸４６は、旋回軸４４から傾斜させ、高剛性の軸構造とすることができる。
【００３８】
なお、斜軸ヘッド２０では、傾斜する旋回軸４４を用いて旋回位置をバイト１００の先端部に設定しているので、旋回によりバイト１００のすくい角が変化することになるが、旋回軸４４の傾斜角度αが１０°程度であれば、バイト１００のすくい角の変化による不都合は問題にならない。
【００３９】
さらに、傾斜する旋回軸４４は空気軸受５８で支持されていること、およびサーボモータ５４で駆動する割出機構４８をＡ軸として数値制御によりバイト１００の旋回運動を実現するので、高精度の割出精度を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、導光板成形用金型にレンズ溝を徐変加工する場合に、バイトのわずかな刃先位置の移動により、バイトの角度を変えられるようにして、高精度の徐変加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による工作機械を示す正面図。
【図２】同実施形態による工作機械の側面図。
【図３】同実施形態による工作機械の備える斜軸ヘッドの側面図。
【図４】徐変溝の加工におけるバイトの刃先の動きを示す説明図。
【図５】従来の工作機械に設けられるバイト旋回台の例の説明図。
【図６】図５のＸ軸方向からみたバイト旋回台を示す図。
【図７】導光板成型用金型のレンズ溝の説明図。
【符号の説明】
１０  ベッド
１２  コラム
１６  サドル
１８  刃物台
２０  斜軸ヘッド
２２  テーブル
４４  旋回軸
４６  延長軸
５０  旋回軸の軸線
５４  サーボモータ
５８  空気軸受け
１００  バイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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