(57)【要約】【課題】目標成形面精度を達成するまでの補正加工回数の減少に伴う工数の低減、砥石表面形態劣化防止による工具成形頻度の低減を行う。【解決手段】回転する被加工物と工具とを接触させた状態で相対的に走査させることにより、被加工物を所望の回転軸対称形状に加工する。前記被加工物と工具との接触点の走査軌跡を、所望の被加工物の形状と一致させるように加工用プログラムを作成する作成工程と、被加工物の加工時に設定する設定切込み量と実際に加工された実切込み量との差分と、前記被加工物の回転中心からの距離との関係を示したデータに基づいて前記加工用プログラムを補正する補正工程と、この補正工程により補正した加工用プログラムに基づいて被加工物を加工する加工工程とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する被加工物と工具とを接触させた状態で相対的に走査させることにより、被加工物を所望の回転軸対称形状に加工する回転軸対称加工方法において、
前記被加工物と工具との接触点の走査軌跡を、所望の被加工物の形状と一致させるように加工用プログラムを作成する作成工程と、
被加工物の加工時に設定する設定切込み量と実際に加工された実切込み量との差分と、前記被加工物の回転中心からの距離との関係を示したデータに基づいて前記加工用プログラムを補正する補正工程と、
この補正工程により補正した加工用プログラムに基づいて被加工物を加工する加工工程と、
を有することを特徴とする回転軸対称加工方法。
【請求項２】
前記データは、平面形状の被加工物を加工したときのデータであることを特徴とする請求項１に記載の回転軸対称加工方法。
【請求項３】
前記データは、実際に加工する形状の被加工物を加工したときのデータであることを特徴とする請求項１に記載の回転軸対称加工方法。
【請求項４】
前記データは、前記設定切込み量と実切り込み量との差分に影響のある被加工物材料、被加工物の周速度、工具の種類、工具の周速度、被加工物と工具との相対速度、設定切込み量、温度及び湿度の少なくとも１つを変更させたときのデータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転軸対称加工方法。
【請求項５】
回転する被加工物と工具とを接触させた状態で相対的に走査させることにより、被加工物を所望の回転軸対称形状に加工する回転軸対称加工装置において、
前記被加工物と工具との接触点の走査軌跡を所望の被加工物の形状と一致させるように加工用プログラムを作成すると共に、被加工物の加工時に設定する設定切込み量と実際に加工された実切込み量との差分と、被加工物の回転中心からの距離との関係を示したデータに基づいて前記加工用プログラムを補正するプログラム作成手段と、
このプログラム作成手段により作成した加工用プログラムに基づいて被加工物を加工する加工手段と、
を具備することを特徴とする回転軸対称加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸対称形状である光学素子や光学素子を成形する金型の成形面等を加工する回転軸対称加工方法及び回転軸対称加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子及び光学素子を成形する金型の成形面を機械加工する際には、数値制御装置が取り付けられた超精密加工機を用いて行っている。この超精密加工機では、被加工物の所望の形状及び工具の形状を基にして工具の接触点の軌跡が所望の被加工物形状と一致するように複数の軸位置を制御して加工する。
【０００３】
特許文献１には、このような加工に用いられるＮＣプログラムの作成方法が開示されている。この方法は、加工後の被加工物について、その外形における複数点の形状測定を行い、測定結果と理想形状とを比較して各点の誤差を求め、各点の誤差と理想形状とから補正加工を行うための目標形状を示す補正点列データを求め、この補正点列データの各点の座標値を点列データの形状を近似する多項式に代入することにより、多項式の未定係数を決定して補正形状を与える補正多項式を求め、この補正多項式で表される補正形状と、補正点列データとを比較し、補正形状に対して要求される制度の範囲内に収まらない点がある場合には、その点を含む局部的区間についての補正形状を与える区間補正多項式を求め、補正多項式及び区間補正多項式をそれぞれの適用区間で用いて補正点列データを作成し、これに基づいてＮＣプログラムを作成するものである。
【０００４】
これによれば、工具の接触点の軌跡が所望の被加工物形状と一致するように制御する加工用ＮＣプログラムを作成しており、このＮＣプログラムに従い初期加工を行っている。そして、加工後の被加工物についてその形状測定を行い、所望の形状に対して誤差が生じた場合は、形状測定結果を基に補正加工プログラムを作成し、補正加工を行うものである。
【特許文献１】特開平７−４０１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したＮＣプログラム作成方法においては、以下のような問題点がある。
【０００６】
図１１は加工方法を示すものであり、回転軸Ａを中心に被加工物１００を回転させると共に、回転軸Ａから角度θ傾けた回転軸Ｂを中心に加工工具（例えばレジンボンド砥石）１０１を回転させる。そして、工具１０１を被加工物１００に圧接させた状態で、矢印Ｃ方向（被加工物１００の加工面１００ａに沿って回転軸Ａに向かう方向）に一定速度で走査させて、被加工物１００の加工面１００ａを加工する。なお、工具１０１を矢印Ｃの逆方向に走査させても良く、また、被加工物１００を矢印Ｃ方向に走査させても良い。
【０００７】
このような加工において、被加工物１００の所望の形状と工具１０１の形状より得られる加工用ＮＣプログラムで初期加工を行い、加工された被加工物１００の形状を測定すると、図１２に示すようなＶ字型形状が得られる。この現象は、回転軸対称の被加工物１００では外周部ほど必要除去体積が増大することに起因するものである。すなわち、工具１０１と被加工物１００とを一定の相対軸速度で矢印Ｃ方向（図１１参照）に走査して加工を行った場合、単位時間当たりに除去すべき被加工体積は被加工物１００の外周部の方が大きく、そのため外周部にいくほど設定切込み量と実切込み量の差が大きくなる。
【０００８】
特に、工具１０１として、弾性を有しているレジボンド砥石を使用すると、被加工物１００の外周部の切り残しが発生する、つまり設定切込み量と実切込み量との差が大きくなる現象が顕著に現れる。
【０００９】
この誤差形状を基にして補正加工を行い所望の形状にする場合には、上述のＶ字型形状によって所望の形状に対する誤差が大きくなっているため、補正加工回数が増える。この補正加工回数の増大により、工数の増大及び工具１０１の表面状態劣化による工具成形頻度の増大という問題が発生する。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、設定切込み量と実切込み量の差を減少させ、高精度な成形面形状を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、回転する被加工物と工具とを接触させた状態で相対的に走査させることにより、被加工物を所望の回転軸対称形状に加工する回転軸対称加工方法において、前記被加工物と工具との接触点の走査軌跡を、所望の被加工物の形状と一致させるように加工用プログラムを作成する作成工程と、被加工物の加工時に設定する設定切込み量と実際に加工された実切込み量との差分と、前記被加工物の回転中心からの距離との関係を示したデータに基づいて前記加工用プログラムを補正する補正工程と、この補正工程により補正した加工用プログラムに基づいて被加工物を加工する加工工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の回転軸対称加工方法であって、前記データは、平面形状の被加工物を加工したときのデータであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の回転軸対称加工方法であって、前記データは、実際に加工する形状の被加工物を加工したときのデータであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の回転軸対称加工方法であって、前記データは、前記設定切込み量と実切り込み量との差分に影響のある被加工物材料、被加工物の周速度、工具の種類、工具の周速度、被加工物と工具との相対速度、設定切込み量、温度及び湿度の少なくとも１つを変更させたときのデータであることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、回転する被加工物と工具とを接触させた状態で相対的に走査させることにより、被加工物を所望の回転軸対称形状に加工する回転軸対称加工装置において、前記被加工物と工具との接触点の走査軌跡を所望の被加工物の形状と一致させるように加工用プログラムを作成すると共に、被加工物の加工時に設定する設定切込み量と実際に加工された実切込み量との差分と、被加工物の回転中心からの距離との関係を示したデータに基づいて前記加工用プログラムを補正するプログラム作成手段と、このプログラム作成手段により作成した加工用プログラムに基づいて被加工物を加工する加工手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の回転軸対称加工方法によれば、初期加工において設定切込み量と実切込み量の差を減少させることにより高精度な成形面形状を得るプログラムを作成し、このプログラムに基づいて被加工物を加工するため、目標成形面精度を達成するまでの補正加工回数の減少に伴う工数の低減や、砥石表面形態劣化防止による工具成形頻度の低減を達成することができる。
【００１７】
本発明の回転軸対称加工装置によれば、プログラム作成手段が初期加工において設定切込み量と実切込み量の差を減少させることにより高精度な成形面形状を得るプログラムを作成し、加工手段がこのプログラムに基づいて加工を行うため、目標成形面精度を達成するまでの補正加工回数の減少に伴う工数の低減や、砥石表面形態劣化防止による工具成形頻度の低減を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、光学素子及び光学素子を成形するための金型を加工する工作機としての超精密加工用旋盤１を示す。この超精密加工用旋盤１には、図１１に示すような加工手段としての加工工具１０１が設けられている。加工工具１０１としては、従来技術と同一なので説明は省略する。
【００２０】
超精密加工用旋盤１は、工作機の各軸を移動させる数値制御装置２を備えている。数値制御装置２は図２に示すＮＣプログラム９によって作動する。形状測定器３は、超精密加工用旋盤１で加工した被加工物１００の形状測定するものである。この形状測定器３は、被加工物形状と所望形状との誤差を解析する形状解析機能を有しており、この形状解析結果を誤差データ１１として外部記憶媒体５に出力する機能を有している。
【００２１】
情報処理装置４は、ＮＣプログラム９を作成するプログラム作成手段としての加工用ＮＣプログラム作成ソフト８を有している。情報処理装置４と超精密加工用旋盤１とは通信ケーブル６によって接続されており、情報処理装置４で作成したＮＣプログラム９を数値制御装置２へ転送することができる。また、情報処理装置４は、外部記憶媒体５より誤差データ１１を読み込む機能を有している。
【００２２】
図２に示す加工用ＮＣプログラム作成ソフト８は、被加工物１００の所望の形状データ１７と、工具形状データ１８とを情報処理装置４のキーボード等から入力すると、被加工物の所望の形状及び工具形状を基にして工具の接触点の軌跡が所望の形状と一致するように無補正ＮＣプログラム１０を自動で作成する機能を有している。また、ＮＣプログラム作成ソフト８は、誤差データ１１を外部記憶媒体５から取り込む機能を有している。
【００２３】
さらに、加工用ＮＣプログラム作成ソフト８は、補正データ１２を作成する機能を有している。この補正データ１２は、誤差データ１１の誤差量を正負反対にするために除算されたデータである。補正データ１２は、誤差データ１１を有限回除算することができる。また、補正データ１２をゼロへリセットすることができる。加工用ＮＣプログラム作成ソフト８は、この補正データ１２をＮＣプログラム９へ重畳させることにより、補正ＮＣプログラム１３を作成する機能を有している。補正データ１２は、情報処理装置４に保存することができ、また情報処理装置４から読み出しも行うことができる。
【００２４】
初期補正データ１９は、情報処理装置５０へキーボード等から入力した所望の切込み量である設定切込み量と、実際に加工された後、形状測定器３で測定した実切込み量との差分のデータ１４とを基にして加工用ＮＣプログラム作成ソフト８により作成される。なお、差分のデータ１４は外部記憶媒体５に記憶される。
【００２５】
また、この設定切込み量と実切込み量の差のデータ１４は情報処理装置４の例えば記憶手段としての内蔵ハードディスクに保存することができ、また、情報処理装置４から読み出しも行うことができる。そして、加工用ＮＣプログラム作成ソフト８は、被加工物の所望の形状及び工具形状を基にして工具の接触点の軌跡が所望の形状と一致するようにした無補正ＮＣプログラム１０を作成し、そのときの加工条件と同一条件で加工したときの前記データ１４より初期補正データ１９を作成、重畳し、初期加工用補正ＮＣプログラム１６を作成する。
【００２６】
次に、この実施の形態の作用を図２及び図３により説明する。
【００２７】
ステップＳ１０では、情報処理装置４に有している加工用ＮＣプログラム作成ソフト８を起動させる。このＮＣプログラム作成ソフト８に対して、所望の加工形状データ１７を入力する（ステップＳ１１）と共に、工具形状データ１８を入力する（ステップＳ１２）ことにより、無補正ＮＣプログラム１０を作成する（ステップＳ１３）。
【００２８】
このステップＳ１３では、図４に示すように、加工面１００ａを有する被加工物１００の所望の形状（本実施の形態では回転軸対称の凸形状（設計式））１００ｂを示す加工形状データ１７と、加工工具１０１の工具形状１０１ａを示す工具形状データ１８とを情報処理装置４のキーボードから入力する。そして、加工用ＮＣプログラム作成ソフト８により、被加工物１００と工具１０１の接触点の走査軌跡を、所望の形状１０１ｂと一致させるような無補正ＮＣプログラム１０を作成する。
【００２９】
設定切込み量と実切込み量の差のデータ１４は、図７に示すように、以下に示す手順で用意する。
【００３０】
被加工物材料２１、工具周速度２２、工具の種類２３、被加工物と工具の相対速度２４、切込み量２５、被加工物の周速度２６、温度２７、湿度２８などの設定切込み量（図７参照）と実切込み量の差に影響のある各条件において、これらの条件を固定し、超精密加工用旋盤１を用いて平面形状の被加工物１００を加工し、固定した条件下における設定切込み量と実切込み量の差分と、被加工物の回転中心からの距離との関係を情報処理装置４に蓄積する。この作業を多数の条件、つまり上記条件２１〜２８のいずれかを変更した条件において繰り返し、設定切込み量と実切込み量の差分と、被加工物の回転中心からの距離のデータ１４を得る。
【００３１】
ステップＳ１４では、このときの加工条件と同一条件で加工したときの設定切り込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係のデータ１４を情報処理装置４から読み出す。
【００３２】
ステップＳ１５では、このデータ１４に基づいて初期補正データ１９を作成する。そして、ステップＳ１６では、この初期補正データ１９を無補正ＮＣプログラム１０に重畳することにより初期加工用補正ＮＣプログラム１６を作成する。すなわち、被加工物の外周部にいくほど切り残し量が多いというデータを加味して、無補正ＮＣプログラム１０を初期加工用ＮＣプログラム１６に補正する。具体的には、被加工物と工具の接触点の走査軌跡を、被加工物の外周部にいくほど、被加工物の所望の形状１００ｂよりも深く加工するように深さ方向（図４に示す矢印Ｘ方向）にずらす。
【００３３】
以上によって作成した初期加工用ＮＣプログラム１６を通信ケーブル６を介し超精密加工用旋盤１へ転送する。超精密加工用旋盤１に備え付けられている数値制御装置２で転送された初期加工用ＮＣプログラム１６を読み込み、初期加工用ＮＣプログラム１６の指示通りに数値制御装置２が作動することで、被加工物１００を初期加工する（ステップＳ１６）。
【００３４】
その後、被加工物１００の形状を形状測定器３により測定し、測定した形状と所望の形状１００ｂとの誤差が所定の範囲となるまで、ＮＣプログラムを補正して被加工物１００の加工を繰り返す。
【００３５】
このような実施の形態では、初期加工で設定切込み量と実切込み量の差が減少するため、図５に示すような高精度な被加工物を得ることができる。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２では、設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係を示すデータ１４を、実際に加工する形状の被加工物を加工することにより蓄積するものであり、この点が実施の形態１と異なっている。
【００３７】
図６は、実際に加工される被加工物１２０の一例を示し、被加工物１２０は回転軸対称の凸形状となっており、この被加工物１２０を加工して上記データ１４を蓄積する。設定切込み量と実切込み量の差のデータ１４は以下に示す手順で用意する。
【００３８】
被加工物材料２１、工具周速度２２、工具の種類２３、被加工物と工具の相対速度２４、切込み量２５、被加工物の周速度２６、温度２７、湿度２８などの設定切込み量（図７参照）と実切込み量の差に影響のある各条件において、これらの条件を固定し、超精密加工用旋盤１を用いて実際に加工する形状の被加工物を加工し、固定した条件下における設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係を情報処理装置４に蓄積する。そして、この作業を多数の条件において繰り返し、設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離のデータ１４を得る。
【００３９】
このような実施の形態では、実際に加工する形状の被加工物に基づいてデータ１４を取得するため、実施の形態１に比べ、さらに高精度な加工を行うことができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図７〜図１０は、実施の形態３を示す。この実施の形態３では、設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係のデータベース１５に基づいて初期補正データ１９を作成するものであり、この点が実施の形態１と異なっている。
【００４１】
この実施の形態の加工方法は、図１０に示すように、ＮＣプログラム作成ソフト８を起動し（ステップＳ２０）、被加工物の所望形状のデータを入力し（ステップＳ２１）、工具形状データ１８を入力して（ステップＳ２２）無補正ＮＣプログラム１０を作成する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２４では、各条件下における設定切込み量と実切込み量との差と被加工物の回転中心からの距離との関係をデータベース１５から読み出し、ステップＳ２５では、これに基づいて初期補正データ１９を作成する。ステップＳ２６では、この初期補正データ１９と無補正ＮＣプログラム１０とを重畳させて初期加工用補正ＮＣプログラム１６を作成し、これに基づき被加工物の初期加工を行う（ステップＳ２７）。
【００４２】
上記フローチャートにおける設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係のデータベース１５以下に示す手順で用意する。
【００４３】
図７に示すように、被加工物２１、工具周速度２２、工具の種類２３、被加工物と工具の相対速度２４、切込み量２５、被加工物の周速度２６、温度２７、湿度２８などの設定切込み量と実切込み量の差に影響のある各条件において、これらの条件の中から一つの条件を変数とし、他の条件をすべて固定する。
【００４４】
そして超精密加工用旋盤１を用いて平面形状の被加工物を加工し、変数とした条件下における設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係が図８に示すように得られる。この関係からその変数とした条件と設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係と数式化し、情報処理装置４に蓄積する。例えば、工具の種類２３を変数とし、これ以外の条件を定数とする。工具としてレジンポンド砥石を用いて、平面形状の被加工物を加工した場合、図８に示す特性曲線Ａ１という結果となる。また、工具を上記レジンポンド砥石よりも弾性の小さな砥石に変更して、同様に平面形状の被加工物を加工した場合、図８に示す特性曲線Ａ２という結果となる。この作業を全ての条件に対して行い、設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離のデータベース１５を得る。
【００４５】
被加工物を所望の加工条件で加工する際、初期補正データベース１９は、予め作成して情報処理装置４に記憶されているデータベース１５から上記所望の加工条件と同一条件の設定切込み量と実切込み量との差分のデータを読み出し、このデータに基づいて作成する。なお、上記所望の加工条件と同一条件のデータがデータベース１５にない場合は、上記所望の加工条件と近いデータを用いるか、あるいは上記所望の加工条件と近いデータから予測しても良い。
【００４６】
このような実施の形態３では、データベースを用いているため、加工条件がどのように変化しても対応することができ、高精度な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の加工装置全体を示す正面図である。
【図２】実施の形態１及び２における加工プログラムの作成を示すチャートである。
【図３】実施の形態１及び２の加工方法を示すフローチャートである。
【図４】被加工物の加工状態を示す側面図である。
【図５】初期補正加工後の形状を示す特性図である。
【図６】実施の形態２における加工状態を示す側面図である。
【図７】実施の形態３におけるプログラム作成のためのチャートである。
【図８】実施の形態３における加工形状を示す特性図である。
【図９】実施の形態３の加工プログラムの作成を示すチャートである。
【図１０】実施の形態３における加工方法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ），（ｂ）は従来の加工方法を示す側面図及び平面図である。
【図１２】従来の加工方法における加工形状を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  超精密加工用旋盤
２  数値制御装置
３  形状測定器
４  情報処理装置
５  外部記憶媒体
６  通信ケーブル
８  ＮＣプログラム作成ソフト
９  ＮＣプログラム
１０  無補正ＮＣプログラム
１１  誤差データ
１２  補正データ
１３  補正ＮＣプログラム
１４  被加工物を加工することによって蓄積した設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係のデータ
１５  設定切込み量と実切込み量の差と被加工物の回転中心からの距離との関係のデータベース
１６  初期加工用補正ＮＣプログラム
【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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【図８】
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【図９】
2005271173.tif 000011
【図１０】
2005271173.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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