CN1575892A - 将工作物切削加工成任意曲面的高速曲面加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速曲面加工方法，将滑块往复移动的加速度设定成预先确定的规定加速度，使主轴旋转速度变化，以便使上述加速度尽量保持恒定，使主轴的旋转和X轴工作台的移动与滑块的规定加速度引起的移动相互同步，将与刀具的Y轴移动方向垂直的工作物的对向面切削加工成预先决定的规定曲面，由此能缩短周期。

Description

将工作物切削加工成任意曲面的高速曲面加工方法

技术领域

本发明涉及用NC加工机将树脂制镜片等工作物切削加工成复曲面形状(圆环面形状)等预先决定的任意曲面的工作物的高速曲面加工方法。

背景技术

以前，在光学装置或信息机械装置等中，安装有各种种类的光学镜片。光学镜片一般形成轴对称非球面，对玻璃的表面进行成形或加工，作为精加工用研磨装置研磨而制作。作为用于制作轴对称非球面的研磨装置，以往已开发有各种各样的研磨装置。这样的研磨装置是用于提高表面粗糙度的装置，虽然具有利于精加工的优点，但工作物的旋转速度慢，研磨速度慢，展成加工物的形状是不可能的。

以前，已知有使用NC加工机，对工作物用刀具短时间且高精度地加工非轴对称非球面的加工方法。该加工方法是在加工时固定Z轴工作台，使其不移动，在该Z轴工作台安置主轴台，在主轴的卡盘安装工作物，工作物通过主轴马达绕主轴旋转。另一方面，保持刀具的滑板通过NC控制装置沿Z轴方向往复运动，并且安置了滑板的X轴工作台沿X轴方向往复运动。滑板和X轴工作台的往复运动和工作物的旋转同步进行，同时滑板和X轴工作台相互同步地往复运动(例如，参照特开平11-309602号公报)。

另外，在NC加工机中，已知有用线性马达驱动在Y轴方向往复运动的滑块的NC加工机。该NC加工机用线性马达使设置在刀夹底座上的滑块在Z轴方向往复移动，且能够进行对应于高速高加速度的切削加工，该NC加工机具有滑动部件、滑块以及驱动装置，该滑动部件备有固定在刀夹底座上的沿着与X轴方向垂直的Z轴方向延伸的轨道导轨；该滑块安装了能够相对于滑动部件沿轨道导轨高速高加速度地往复移动的刀具；该驱动装置使滑块沿直线导轨的轨道导轨往复运动。驱动装置由固定在滑动部件的线性马达线圈和安装在滑块上的线性马达磁铁板构成，并设置有检测滑块移动量的线性刻度尺以及线性刻度尺检测器(例如，参照特开2002-126907号公报)。

为了控制NC加工机，已知有学***7-141004号公报)。

另外，已知有对工作物的非轴对称非球面加工法。该非轴对称非球面加工法一面使安装在可旋转主轴上的加工物旋转，一面使工具相对加工物进行相对移动，而形成加工面，与加工位置同步，使加工物在与旋转轴垂直的平面上沿主轴的半径方向移动，使工具位置也随加工位置发生变化，由此对加工物进行非轴对称非球面加工(例如，参照特开平2003-94201号公报)。

但是，关于工作物的加工方法，由于在通过研磨的方法中具有加工需要长时问的问题，所以要求一种在短时间内将工作物加工成非球面的曲面的方法。因此，如上所示，开发了用NC加工机，在短时间内，将工作物的端面切削加工成非轴对称非球面的方法，但是该加工方法停止使主轴往复移动的Z轴方向的移动，而进行工作物的加工，而且不能大幅度地缩短工作物的加工时间。

另外，上述那样的各种以往的曲面加工方法是以通过使其在Y轴方向往复移动的驱动装置的刀具往复移动的最高速度为基准，决定主轴的旋转速度，并将主轴的旋转速度设定成一定，保持工作物的主轴的旋转为恒定，这是基本的技术思想。即，以往的曲面加工方法考虑在安装有刀具的Y轴方向往复移动的滑块的加速度，使主轴的旋转通过工作物的切削加工来决定规定的转速，因此，成为对工作物的切削加工的周期变长的主要原因。对于工作物的中心部和外周部的向Y轴方向的滑块的运动量中心部少，但主轴的转速以外周部为基准进行设定，由于不能由变更主轴转速的控制来构成，所以使滑块以向Y轴方向的最大加速度的移动仅是工作物的外周，不能充分利用Y轴方向的滑块的高加速度性能。

通常关于曲面加工方法，在工作物是眼镜镜片的场合，当加工工作物最外周部时，滑块的Y轴移动量最大，随着从最外周部到中心部加工进展，Y轴移动量最小。对于镜片等工作物的加工顺序，从工作物外周部的大径侧向中心部的小径侧加工下去，对工作物的加工部位的转移是通过滑块的X轴方向的移动进行的。以前的曲面加工方法是，按照工作物最外周部的滑块的Y轴方向的加速度为由机械构造或性能上决定的最大加速度的值以下的方式，决定主轴的转速，以主轴的预先规定的转速使主轴旋转，切削加工工作物，加工中主轴的转速为恒定。其理由是，以前曲面加工方法是由学习控制来控制，由于作为学习控制的周期采用时间，一般必须使主轴旋转1周(360°)的时间相同。由于以前的曲面加工方法中上述条件是基本的，所以工作物加工中的主轴转速恒定，即主轴旋转1周的时间一般是恒定的，例如，在进行从外周部向内周部加工的眼镜用镜片等的工作物的场合，工作物中心部侧的Y轴(安装刀具的滑块)的移动量少，所以Y的加速度随着从外周部向中心部进展而变小。

另一方面，关于在X轴工作台搭载具有滑块的主刀夹(lead turner)的曲面加工装置，滑块向Y轴方向的移动的构成是能在工作物的加工中进行高速高加速度的运动。因而，关于以前的曲面加工方法，随着使工作物从外周部向中心部加工，滑块(Y轴)的加速度下降，这对于滑块(Y轴)的移动，不能十二分地发挥性能。因此，关于工作物的曲面加工方法，由于能缩短工作物的加工周期，所以有如何有效利用滑块(Y轴)的加速度性能的课题。

发明内容

本发明的主要目的是解决上述课题，提供了一种高速曲面加工方法，用使安装有刀具的滑块往复移动的驱动装置代替以前使主轴旋转速度一定并由时间时钟脉冲产生的脉冲指令，将滑块的往复移动的加速度决定为预先确定的规定加速度，例如最高加速度或其以下尽可能高的加速度，按照该规定的加速度尽可能地保持一定的方式使主轴的转速变化并旋转，按照主轴旋转角的角度周期输出脉冲指令，可变地旋转驱动主轴的转速，使工作物中心侧的切削加工的滑块加速度、最好是使最高加速度尽可能地保持一定，使工作物外周侧的加工位置的主轴旋转速度成为低速度，根据随着向中心侧的加工位置靠近使主轴的旋转速度上升的可变旋转速度驱动主轴，缩短将工作物切削加工成预先决定的规定曲面的加工时间，进而缩短周期，可提高对工作物的切削加工效率。

本发明的另一个目的是提供一种工作物的高速曲面加工方法，使主轴向Z轴方向的移动、安装有刀夹的X轴工作台向X轴方向的移动以及安装了有刀具的滑块向Y轴方向的移动与保持有树脂制镜片等工作物的主轴旋转同步，将工作物切削加工成凸镜片面、凹镜片面、复曲面镜片面、累进多焦点镜片面等各种形式的曲面，因此，使滑块在Y轴方向的移动量的行程仅仅缩短主轴在Z轴方向移动的部分，滑块缩小使滑块行程变短的部分，而使滑块形成小型，因滑块的惯性力小而使高速高加速度的往复运动成为可能，完全恢复线性马达的应答性，能在短时间内高精度地将工作物切削加工成预先决定的规定曲面。

本发明涉及工作物的高速曲面加工方法，该加工方法使用具有保持在主轴台上可旋转地支撑的工作物的主轴、使上述主轴在Z轴方向可往复移动的Z轴工作台、配设在与上述主轴对置的位置并沿与上述Z轴方向垂直的X轴方向可往复移动的X轴工作台、安装在上述X轴工作台上的刀夹底座、在上述刀夹底座上能沿与上述Z轴方向平行的Y轴方向往复移动且安装刀具的滑块、使上述滑块在上述Y轴方向往复运动的驱动装置的NC加工机，切削加工上述工作物，其中，设定上述滑块往复移动的加速度为预先确定的规定加速度，改变上述主轴的转速，使其以上述规定的加速度尽可能保持一定地运动，使上述滑块在上述Y轴方向的运动和上述X轴工作台在上述X轴方向的运动相互与上述主轴的可变旋转速度的旋转同步，用上述刀具将与上述刀具的Y轴移动方向垂直的上述工作物的对向面切削加工成预先决定的规定曲面。

上述驱动装置由线性马达或旋转式伺服马达构成。关于使安装了刀具的滑块往复移动的驱动装置，其应答性或往复移动速度，与旋转式伺服马达相比，线性马达能使周期进一步缩短。

上述滑块往复移动的上述规定加速度被设定在上述滑块往复移动的最高加速度以内。上述主轴的旋转速度以使上述滑块的上述规定加速度尽可能保持恒定的方式变化，且能以直线、二维曲线、三维曲线、四维曲线、对数曲线等的适当的任意曲线的变化率上升。

该高速曲面加工方法在用上述刀具切削加工上述工作物时，使安装了上述主轴的上述Z轴工作台沿上述Z轴方向移动，使上述Z轴工作台向上述Z轴方向的运动与上述主轴的上述可变旋转速度的旋转、上述滑块向上述Y轴方向的移动以及上述X轴工作台向上述X轴方向运动相互同步。

对上述工作物的上述规定曲面的切削加工由在考虑通过对上述主轴的角度周期重复的类似指令的重复周期中使用了角度的预知学习控制和学习控制来完成。

该高速曲面加工方法，在将上述工作物切削加工成上述规定的曲面时，安装有上述刀具的上述滑块在上述Y轴方向的往复移动行程被设定成扣除了保持有上述工作物的上述主轴在上述Z轴方向的移动行程部分的值。另外，在Z轴工作台固定或静止时，主轴的移动量为零。

另外，该高速曲面加工方法，在上述工作物上切削加工的上述规定曲面是由底座的R形状半径值和与上述底座垂直的交叉R形状半径值构成的复曲面形状的场合，保持了上述工作物的上述主轴在上述Z轴方向移动被设定成与上述底座的R形状半径值对应的移动量，将安装了上述刀具的上述滑块在上述Y轴方向移动设定成对应于上述交叉R形状半径值的移动量和对应于上述底座的R形状半径值的上述移动量的差值。或者，在近似于复曲面形状的场合，将保持了上述工作物的上述主轴在上述Z轴方向的移动设定成与上述底座的R形状半径值对应的移动量，将固定了上述刀具的上述滑块在上述Y轴方向的移动设定成对应于上述交叉的R形状半径值的移动量和对应于上述底座的R形状半径值的移动量的差值和单独的值。在固定Z轴工作台的场合，主轴向Z轴方向的移动量为零，表示一种特别点。

利用上述刀具切削加工成上述规定曲面的上述工作物是眼镜用镜片。相对于上述主轴的1次旋转，上述滑块被设定成多次往复移动。例如，在工作物上切削加工的规定曲面是复曲面镜片的场合往复2次，另外，在累进多焦点镜片的场合下不特定往复次数，根据累进多形状设定多次、即设定成N次往复移动。

对于上述主轴的1次旋转，上述滑块设定成N次往复移动。另外，使上述滑块往复移动的上述线性马达是由安装在上述滑块或上述刀夹底座中的任一个上的励磁电磁和安装在另一个上的电枢线圈构成。另外，在安装了上述线性马达的上述刀夹底座安装有用于检测上述刀夹底座的位置的线性刻度尺。

由于该高速曲面加工方法如上述那样地构成，所以将滑块往复移动的加速度设定在最高加速度以内，因为能够按照使该滑块的加速度尽可能保持一定的方式使主轴转速变化，所以与将主轴的旋转速度设定成一定的以往的曲面加工方法相比，能使驱动滑块的线性马达或旋转式伺服马达的驱动装置发挥最大限度的功能，能大幅度缩短工作物加工的周期，能够提高树脂制镜片的镜片面等工作物的加工效率。

另外，关于该高速曲面加工方法，在将工作物的对向面利用安装在滑块上的刀具切削加工成复曲面形态的场合，与镜片面垂直的方向(Z轴方向和Y轴方向)的Y轴行程有必要成为在工作物上切削加工的曲面形态部分，但若在使滑块沿Y轴方向移动的同时使主轴沿Z轴方向同步移动，则切削加工的工作物形状是复曲面形状的曲面，若底座的R形状半径值RL大于与其垂直的交叉R形状半径值RS时，则Y轴的滑块可以仅移动与底座的R形状半径值RL对应的移动量RB和与交叉R形状半径值RS对应的移动量RC的差值(RB-RC)，滑块的行程能设计得比固定主轴时短。这时，在由线性马达构成使滑块沿Y轴方向移动的驱动装置的场合，能使线性马达缩小滑块行程变短的部分，而能将线性马达本身设计成小型，能使可动侧的滑块小型化，也能将滑块的质量设计得小，因此，由于线性马达由可动物的质量和输出决定可动物的加速度，所以尽量使可动物即滑块轻量，由此能提高滑块的加速度，能使滑块的最高加速度提高，能够进一步缩短周期。

该高速曲面加工方法，最好用利用控制指令的重复性的学习控制装置或预知学习控制装置来进行控制，有必要使控制指令和实际移动量的差没有限度地成为零的方式进行控制，使控制指令的重复性提高，使最终曲面加工形状的误差量接近零，而能够对工作物高精度地进行切削加工。即，该高速曲面加工方法，通过改变主轴转速，使滑块加速度尽量保持一定，通过用学习控制功能控制主轴，使主轴转速的指令和实际的主轴转速之差在可能的范围内成为零，通过与这样地旋转被控制的主轴的旋转同步，一面使主轴沿Z轴方向移动一面使刀具沿Y轴方向移动，同时使刀夹底座沿X轴方向移动并将镜片面等工作物的对向面切削加工成复曲面形状等的加工形状，由此能在工作物对向面一面描绘螺旋形状的加工轨迹，一面提高控制指令的重复性，另外，控制指令和实际移动之差极少，对工作物能以更高精度、高速地进行曲面加工，能够缩短周期。

如上所述，该工作物的高速曲面加工方法是变化主轴的旋转，以便使利用线性马达或旋转式伺服马达的驱动装置在Y轴方向往复移动的滑块的加速度保持一定的方法，能将加工中的滑块的加速度设定成合适的任意加速度，例如最高加速度，使工作物追随主轴的旋转速度发生变化，以便使滑块的最高加速度尽量保持一定，主轴的旋转速度随着接近中心部高速运转并使在工作物中心部向Y轴方向的滑块即刀具的加速度不下降，大幅地减小工作物切削加工的周期，例如能够缩短到30％～50％左右，能提高工作物的加工效率。该高速曲面加工方法，在需要对工作物的形状精度和表面粗糙度的加工区域，利用加工指令(程序)，通过调整X轴工作台的送给量进行加工，能够确保规定的精度。

另外，该高速曲面加工方法能够将安装了刀具的滑块移动量的行程仅缩短使保持了工作物的主轴沿Z轴方向移动的部分，由于能将用线性马达等驱动装置往复移动的滑块构成小型，所以能使滑块的质量变小，降低惯性力，能以高速高加速度使滑块往复移动，能使主轴的旋转速度追随滑块的往复移动，并提高灵敏度，能够对工作物高精度地加工复曲面形状等的曲面。另外，在作为可动物的滑块以相同加速度移动时，由滑块的质量决定反作用力，由该反作用力的大小决定接受反作用力的固定物(刀夹底座和安装该刀夹底座的X轴工作台)的刚性、衰减性、质量等。所以由可动物发生的反作用力小，装置本身也能够容易地实现小型化，没必要使装置本身的质量变大。

附图说明

图1A～图1C是用于说明使用本发明的工作物高速曲面加工方法的工作物的切削加工周期和以前周期之间的比较的曲线图。

图2是说明用于完成本发明的工作物高速曲面加工方法的NC加工机的概略平面图。

图3是表示图2的NC加工机的刀夹的主视图。

图4是表示图2的NC加工机的刀夹的俯视图。

图5是表示除掉图2的NC加工机的刀具的刀夹的侧面图。

图6是表示用该高速曲面加工方法切削加工的工作物的一例的复曲面镜片的立体图。

图7A～图7C是表示该高速曲面加工方法的Z轴方向和Y轴方向的移动关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的工作物的高速曲面加工方法的实施例。首先，参照图2～图5，说明实施本发明的高速曲面加工方法时使用的NC加工机。

为完成本发明的工作物的高速曲面加工方法的NC加工机1具有在加工机底座2设置的Z轴底座46上能沿主轴14的长度方向的Z轴方向往复移动的Z轴工作台3、在加工机底座2设置的X轴底座47上能沿与Z轴方向垂直的X轴方向往复移动的X轴工作台4。在Z轴工作台3上装置有主轴台5。Z轴工作台3被安装在Z轴底座46上的伺服马达6驱动并沿Z轴方向往复移动。在主轴台5安装有使主轴14旋转的主轴马达7。在主轴14的前端设有卡盘8，由卡盘8保持工作物9。能在与Z轴工作台3的Z轴方向垂直的X轴方向往复移动的X轴工作台4被配置在与安装在主轴14的卡盘8上的工作物9对置的位置。在X轴工作台4直接或者通过刀架工作台固定刀夹11，同时与主轴14对置地设置安装各种刀具44的刀架43。

该高速曲面加工方法一般说来通过使用NC加工机1来完成，该NC加工机1具有：可旋转支撑保持了工作物9的主轴14的主轴台5；使主轴14沿Z轴方向往复移动的Z轴工作台3；配设在与保持在主轴14上的工作物9对置的位置并在与Z轴方向垂直的X轴方向可移动的X轴工作台4；构成在X轴工作台4上设置的刀夹11的刀夹底座16；在刀夹底座16上沿与Z轴方向平行的Y轴方向往复移动且一端安装有刀具15的滑块12；使滑块12在Y轴方向往复运动的线性马达18或旋转式伺服马达的驱动装置。

该高速曲面加工方法，其中，特别是由线性马达18构成使安装了刀具的滑块12移动的驱动装置，将滑块12的往复移动的加速度设定成预先确定的规定(一定)加速度，变化主轴14的旋转速度，使滑块12的规定加速度保持一定地运动，使滑块12向Y轴方向的移动和X轴工作台4向X轴方向的移动与主轴14的可变旋转速度的旋转相互同步，将与刀具15向Y轴方向的移动方向垂直的工作物9的对向面31、在实施例中是镜片的镜片面用刀具15切削加工成预先决定的规定曲面。滑块12的往复移动的规定加速度设定在滑块12往复移动的最高加速度以内，对应于此改变主轴14的转速时，能将工作物9高速地切削加工成预先决定的规定曲面，能缩短工作物加工的周期。滑块12的加速度设定为最高加速度时，能使周期缩短为最小。在该高速曲面加工方法中可以按照如下的方法进行，例如，由主轴14的旋转上升曲线和X轴的每次转动送给量(滑块12的X轴方向送给量)算出X轴(刀夹底座16)的位置，进而算出Y轴(滑块12)的移动量，来决定各轴的相对移动量，制成程序来进行。

该高速曲面加工法在用刀具15切削加工工作物9时，使安装了主轴14的Z轴工作台3沿Z轴方向移动，能使Z轴工作台3向Z轴方向的移动与主轴14的可变转动速度的旋转、滑块12向Y轴方向的移动以及X轴工作台4向X轴方向的移动相互同步，使滑块12的往复移动的行程变短，进而能缩短周期。或者，该高速曲面加工方法无需使Z轴工作台3在Z轴方向移动而进行固定，并使其与主轴14的可变转动速度的旋转、滑块12向Y轴方向的移动以及X轴工作台4向X轴方向的移动相互同步，能对工作物9进行切削加工，这是不言而喻的。在固定设置了主轴14的Z轴工作台3时，主轴14向Z轴方向的移动量为零，这相当于一种特点。

参照图1，说明使用本发明的工作物高速曲面加工方法对工作物的切削加工周期和以前的周期的比较。如图6所示，当工作物9是镜片时，在工作物9上切削加工的规定曲面形成为底座的R形状半径值RL和与底座垂直的交叉R形状半径值RS中RL＞RS的复曲面形状。在图1，设横轴为对工作物9进行曲面加工的周期，设纵轴为刀具的加速度。在图1A表示着以下状态，即在该高速曲面加工方法中，改变主轴14的旋转速度，使滑块12保持一定的规定加速度地运动，使主轴14的旋转速度变化率以适当的任意曲线(例如，二～四维曲线)上升时周期被缩短的状态。图1B表示着以下状态，即在该高速曲面加工方法中，以滑块12的加速度不超过规定加速度的方式，使主轴14的旋转速度直线上升(即变化率一定)的情况下周期被缩短的状态。图1C表示着如下的状态，即在以往的工作物曲面加工方法中，以规定转速、以加工中一定速度旋转主轴14，随着主轴14的旋转速度一定且加工位置移动到工作物9的内径而使滑块12的移动量变少，因此滑块12的加速度降低时不缩短周期的状态，既1的状态。

如图1A～图1C所示，该高速曲面加工方法，滑块的加速度成为控制的基准，与以往的恒定地控制主轴14的转速，来切削加工工作物9的方法相比，能大幅缩短周期。例如，在将滑块12的最高加速度以下的加速度为预先决定的滑块12的规定加速度，并以直线状的变化率提高主轴14的旋转速度，以便使滑块12的规定加速度尽量保持一定的场合，变成图1B那样，例如，能将工作物9的切削加工周期缩短30～40％左右。另外，将滑块12的最高加速度设定成预先决定的滑块12的规定加速度，改变主轴14的旋转速度地使主轴14旋转，以便使该规定加速度尽量保持一定，在该场合，将主轴14的旋转变化率适当化并以任意曲线的变化率上升时，变成图1A那样，工作物9的切削加工周期能缩短50％左右。例如，使主轴14的旋转速度以适当的曲线变化率上升时，从工作物切削加工的最初到结束附近都能确保RB、RC平行延伸的状态。但是，由于工作物9中心部的转速非常高，考虑主轴14转速的上限，当成为利用刀具15的工作物9中心部的切削加工时，有必要变化刀具15的加速度。另外，该高速曲面加工方法，对工作物9的曲面切削加工可由考虑了根据对主轴14的一定周期的角度即角度周期重复的类似指令的预知学习控制来完成，能高精度完成工作物9的曲面加工。

接着，参照图7A~图7C，说明使主轴14向Z轴方向的移动停止的场合和使主轴14向Z轴方向移动与其旋转和滑块12向Y轴方向的移动同步的场合下的滑块12移动量的不同。这里，为了简单地进行说明，在将主轴14的旋转速度设为一定，将主轴14的旋转速度设定成预先决定的转速并改变滑块12的加速度的条件进行说明，但设定为滑块12的预先决定的规定加速度并使主轴14的旋转速度可变，在以恒定保持滑块12(Y轴)的加速度的方式使主轴14的旋转速度变化的场合，使主轴14向Z轴方向移动的控制也同样能适用。

该高速曲面加工方法，其中，使主轴14的旋转与Z轴工作台3、滑块12和Z轴工作台4的移动相互同步，使主轴14的旋转和向Z轴方向的移动同步，使滑块12沿Y轴方向移动，同时使X轴工作台4沿X轴方向移动，用刀具15将与刀具15的移动方向垂直的工作物9的对向面31切削加工成预先决定的规定曲面。在工作物9是镜片时，对向面31是镜片面。该高速曲面加工方法在将工作物9的对向面31切削加工成复曲面形状(圆环面形状)等的曲面时，将固定了刀具15的滑块12的Y轴方向的往复移动的行程设定为扣除保持工作物9的主轴14的Z轴方向移动的行程的值。

图7A~图7C是表示该高速曲面加工方法的Z轴方向和Y轴方向的移动关系的曲线图。在图7A中，纵轴为镜片厚度、横轴为镜片的半径时，符号X是光学轴，对应于主轴14的旋转轴心。图7A是固定了Z轴方向的Z轴工作台3的场合，图7B是使Z轴方向的Z轴工作台3以RB轨迹移动的场合，图7C表示着以直线表示图7A的曲线中心线RO的关系。各曲线图的阴影部分是，在图7B和图7C是表示Y轴方向的滑块12的移动量，在图7C是表示以RO轨迹移动Z轴工作台3时的滑块12的Y轴方向的移动量。

该高速曲面加工方法，例如工作物9是树脂制镜片，如图6所示，在工作物9上切削加工的曲面是由底座的R形状半径值RL和与底座垂直的交叉的R形状半径值RS构成的复曲面形状的场合，设RB是大的半径RL且RC是小的半径RS(RL＞RS)时，使加工图7A表示的半径RB的球轨迹的移动用Z轴工作台3移动时，如图7B所示，将固定了刀具15的滑块12的Y轴方向移动设定成与交叉的R形状半径值RS对应的移动量RC和与底座的R形状半径值对应的移动量RB的差值(RC-RB)。因而，如在纵轴设安装了刀具15的滑块12的移动量(例如，RC)和安装了工作物9的主轴14的移动量(例如，RB)，则安装在滑块12的刀具15的移动量就成为差值(RC-RB)，用于切削加工工作物9的镜片面的刀具15的移动距离比固定Z轴工作台3时短。

对工作物9的对向面31的按预先决定的规定曲面的切削加工，例如，是眼镜用镜片，用刀具15切削加工凹镜片面、凸镜片面、复曲面镜片面、累进多焦点镜片面、凹镜片面或凸镜片面和复曲面镜片面和/或累进多焦点镜片面的复合镜片面等的镜片面，可通过考虑重复指令的预知学习控制和学习控制来完成。

另外，在NC加工机1中，在与工作物9对置的位置，与Z轴工作台3垂直地设置X轴工作台4，由伺服马达10驱动并沿X轴方向往复移动。在X轴工作台4设置有刀夹11。刀夹11由在通过支撑销35设定并固定在X轴工作台4的滑动底座13上安装的刀夹底座16、在刀夹底座16上沿Y轴方向(与Z轴方向平行的方向)往复运动的滑块12和作为在Y轴方向往复移动滑块12的驱动装置的线性马达18或旋转式伺服马达的驱动装置构成。滑块12在前端部有刀杆28，在刀杆28上安装刀具15。在图3～图5中利用线性马达18作为驱动装置，线性马达18被装配在安装于X轴工作台4的滑动底座13上所设置的刀夹11上。滑块12通过在其下面设置的滑动导轨33在构成在Z轴方向可移动支承的轴承的轨道导轨17上往复移动。

在用刀具15切削加工工作物9的对向面31时，工作物9由设置在主轴台5的主轴(C轴)前端的卡盘8保持，通过主轴马达7绕C轴以例如300rpm以上的旋转速度旋转。作为工作物9树脂材料(塑料)或非金属是适合的。保持工作物9的主轴14与其旋转同步并通过伺服马达6的驱动沿Z轴方向往复移动，安装在滑块12前端的刀具15随着滑块12的往复运动而沿Z轴方向往复运动，同时和X轴工作台4一起沿X轴方向往复运动。由于滑块12的重量或安装了刀夹11的X轴工作台4的重量都相当小，所以NC加工机1惯性力也小，因此能以高加速度进行往复运动。

利用NC加工机1对工作物9的切削加工是通过根据数值数据控制主轴旋转驱动用的主轴马达7和驱动X轴工作台4的伺服马达10来进行，但时刻变化的主轴14的旋转角可以由高分辩率的回转式编码器连续检测。对于驱动滑块12的线性马达18，由设置在线性马达18的线性刻度尺21连续检测由滑块12的往复移动引起的刀具15时刻变化的实际移动量，比较该检测值与NC控制装置的存储信息，根据比较信息控制伺服马达6、10、线性马达18和主轴马达7。X轴工作台4的位置也由脉冲编码器检测，对X轴工作台驱动用的伺服马达10进行NC控制。

NC加工机1备有安装了进行由树脂材料构成的镜片面加工等的切削加工的刀具15的能与高速高加速度对应的刀夹11。滑块12通过控制器在与主轴14的旋转运动同步的同时，与Z轴工作台3和X轴工作台4的往复移动同步地进行往复移动，并追随外部数据输入等进行控制，能以高速高加速度往复移动，适用于用刀具15以高速且高加速度切削加工工作物9的镜片面等的对向面31。

刀夹11由分别备有在长度方向延伸的凹部40A、40B的一对刀夹底座构件16A、16B所构成的刀夹底座16以及在刀夹底座16上往复移动的滑块12构成。刀夹底座16在滑动底座13上将刀夹底座构件16A、16B的凹部40A、40B相互配置成对置状态，使1个刀夹底座构件16A与在滑动底座13上形成的阻挡台阶部27接触，使另1个刀夹底座构件16B的对向面41B与刀夹底座构件16A的对向面41A接触，并通过由设置在滑动底座13的宽度决定块26固定来装配，而被固定在滑动底座13上。

通过使刀夹底座构件16A、16B的长度方向的凹部40A、40B对置并固定在滑动底座13上，在刀夹底座构件16A和刀夹底座构件16B之间通过凹部40A、40B形成滑块12的收容室42。在刀夹底座构件16A、16B的上端部安装上盖24，使收容室42的上部封闭。在刀夹底座16的收容室42上，沿X轴方向能往复移动地配设有滑块12。滑块12从形成在收容室42侧面的开口部突出，在其前端部固定着刀具安装构件45。在滑块12的前端部安装的刀具安装构件45上安装着刀杆28。刀具15按可交换地固定在刀杆28上的方式构成。刀具15也可按固定在直接安装于滑块12的刀杆28上的方式构成。

NC加工机1中，使滑块12相对刀夹16沿Y轴方向(和Z轴方向相同的方向)往复移动的驱动装置由线性马达构成。在该实施例中，使滑块12往复移动的线性马达18由移动式电磁线性马达构成，该移动式电磁线性马达由固定在刀夹底座16上的电枢线圈组成的线性马达线圈19和设置在滑块12的励磁电磁组成的线性马达磁铁板20构成。当然，也可由电枢线圈移动的移动线圈式线性马达构成。可在刀夹底座16的多个地方固定构成线性导轨的轨道导轨17，该线性导轨固定在滑动底座13上并沿与X轴方向垂直的Y轴方向(和Z轴方向相同的方向)延伸。在滑块12上固定滑动导轨33，滑块12通过使滑动导轨33沿着设置在刀夹底座16上的轨道导轨17往复移动，能以高速加速度往复移动。

对于滑块12的往复移动范围、即行程，设置有沿线性马达线圈19延伸的线性刻度尺21和线性刻度尺检测器22。因而，滑块12相对刀夹底座16的移动量可由线性刻度尺检测器22直接检测，其移动量的信息被反馈给控制器，由反映到下个滑块12的移动控制的学习控制功能和预知学习控制功能来进行控制。而且，在刀夹底座16和线性刻度尺21之间设置有线性刻度尺21定位用的刻度尺部衬垫39。控制器按照根据预先决定的加工指令，用设置在滑块12的刀具15切削加工工作物9的对向面31，若工作物是镜片则切削加工镜片面的方式进行控制，此时反馈切削加工信息，控制成切削加工信息和加工指令值的差接近于零，控制器还具备在对工作物9的下次切削加工能有效利用的学习控制功能或预知学习控制功能。

在刀夹底座16上设置有用于冷却线性马达线圈19的冷却片23。线性马达磁铁板20随着滑块12的往复移动切割磁力，但此时在线性马达线圈19上产生热，形成高温。冷却片23是为了冷却线性马达线圈19上发生的热而设置的。在X轴工作台4上安装有为了调整滑块底座13的刀夹轴和Z轴工作台3的Z轴之间的平行度的基准块32。由于在滑动底座13设置有调节块36，所以通过设置在调节块36的调整螺栓37，相对于基准块32调整滑动底座13，来调整刀夹轴和Z轴之间的平行度。另外，在刀夹底座16和轨道导轨17之间，设置有用于决定滑块12相对刀夹底座16的移动范围的位置的LM部衬垫38。在刀夹底座16上设置有用于限制滑块12的行程的挡快29、30。在滑块12上设置有与挡块29、30接触并限制滑块12的移动范围的挡块接触构件34。与设置在刀夹11的驱动装置连接的动力线、信号线等的配线，以及用于上述刀夹的冷却、润滑等的配管被随着滑块12的移动可弯曲的导轨罩25、覆盖构件等收容。

Claims (12)

1.一种工作物的高速曲面加工方法，用NC加工机切削上述工作物，该NC加工机具有保持被主轴台可旋转地支撑的工作物的主轴、使上述主轴能够沿Z轴方向往复移动的Z轴工作台、配设在与上述主轴对置的位置并能够沿与上述Z轴方向垂直的X轴方向往复移动的X轴工作台、安装在上述X轴工作台上的刀夹底座、在上述刀夹底座上能够沿与上述Z轴方向平行的Y轴方向往复移动且安装刀具的滑块、以及使上述滑块沿上述Y轴方向往复运动的驱动装置，其特征是，

设定上述滑块往复移动的加速度为预先确定的规定加速度，改变上述主轴的旋转速度，使其以上述规定加速度为基准进行运动，使上述滑块向上述Y轴方向的移动和上述X轴工作台向上述X轴方向的移动与上述主轴的可变旋转速度的旋转相互同步，将与上述刀具的Y轴移动方向垂直的上述工作物的对向面用上述刀具切削加工成预先决定的规定曲面。

2.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，上述驱动装置是线性马达或旋转式伺服马达。

3.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，上述滑块往复移动的上述规定加速度设定在上述滑块往复移动的最高加速度以内。

4.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，上述主轴的旋转速度以使上述滑块的上述规定加速度恒定的方式变化，且以任意的直线或曲线的变化率上升。

5.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，在利用上述刀具切削加工上述工作物时，使安装了上述主轴的上述Z轴工作台沿上述Z轴方向移动，使上述Z轴工作台向上述Z轴方向的移动与上述主轴的上述可变旋转速度的旋转、上述滑块向上述Y轴方向的移动以及上述X轴工作台向X轴方向的移动相互同步。

6.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，对上述工作物的上述规定曲面的切削加工是通过在考虑由对上述主轴的角度周期重复的类似指令的重复周期中使用了角度的预知学习控制和学习控制来完成。

7.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，在将上述工作物切削加工成上述规定的曲面时，安装有上述刀具的上述滑块在上述Y轴方向往复移动的行程设定成扣除了保持有上述工作物的上述主轴在上述Z轴方向移动的行程部分的值。

8.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，在上述工作物上切削加工的上述规定曲面是由底座的R形状半径值和与上述底座垂直的交叉的R形状半径值构成的复曲面形状的场合，将保持有上述工作物的上述主轴在上述Z轴方向的移动设定成与上述底座的R形状半径值对应的移动量，将安装有上述刀具的上述滑块在上述Y轴方向的移动设定成对应于上述交叉的R形状半径值的移动量和对应于上述底座的R形状半径值对应的上述移动量之间的差值。

9.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，利用上述刀具切削加工成上述规定曲面的上述工作物是眼镜用镜片。

10.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，相对上述主轴的1次旋转，设定上述滑块往复移动N次。

11.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，使上述滑块往复运动的上述线性马达由安装在上述滑块或上述刀夹底座中的任一个上的励磁电磁和安装在另一个上的电枢线圈构成。

12.如权利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法，其特征是，在安装了上述线性马达的上述刀夹底座上安装有用于检测上述刀夹底座的位置的线性刻度尺。

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