JP2001162426A - 曲面切削装置及び曲面切削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は回転軸に荒加工用と仕上げ加工用の切
削刃を取り付け鏡面駒曲面を効率的に切削加工する曲面
切削装置及び曲面切削方法を提供する。 【解決手段】工具スピンドル１は、工具回転軸２に仕上
げ加工用切削刃７の固定された仕上げ加工用切削フラン
ジ３と荒加工用切削刃８の固定された荒加工用切削フラ
ンジ５が刃間隔設定用ナット４を挟んで、固定ナット６
により固定されており、その刃先間隔が仕上げ加工用切
削刃７と荒加工用切削刃８が同時に鏡面駒を切削しない
距離となっている。自由曲面加工機は、Ｘ軸テーブル上
に固定された鏡面駒に対して、工具スピンドル１の工具
回転軸２を回転駆動させて、荒加工用切削刃８により、
予め求めた除去量まで荒加工を行い、次に、仕上げ加工
用切削刃７に切り換えて、鏡面駒を仕上げ加工用切削刃
７で仕上げ加工を行う。したがって、荒加工と仕上げ加
工を切削刃を取り換えて交換する作業を行うことなく、
無人での連続作業を可能とし、作業効率を向上させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲面切削装置及び
曲面切削方法に関し、詳細には、軸非対称曲面を対象と
する光学素子の機能面や光学素子を形成する鏡面駒の生
産性を向上させる曲面切削装置及び曲面切削方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、非軸対象の光学素子成型用鏡面
駒の鏡面加工前のブランク形状を加工するには、マシニ
ングセンター（位置決め分解能１μｍ）を用いて位置調
整を行い、その後、単結晶ダイヤモンド工具を用いて鏡
面切削を行えるように、Ｎｉメッキが施される。このマ
シミングセンターを用いると、加工機の誤差と加工に用
いる工具のボールエンドミルの刃先形状の誤差から、加
工後のブランク誤差が数μｍとなる。

【０００３】一方、鏡面加工を行う自由曲面加工機（位
置決め分解能０．０１μｍ）においては、単結晶ダイヤ
モンド工具を用いた場合、刃先が、０．０１μｍオーダ
の鋭利さで作られているため、切り込み量を多くする
と、刃先にチッピングが生じ、通常、５μｍ程度の切り
込み量で加工が行われる。

【０００４】また、鏡面駒としては、鏡面駒の一端を基
準として、そこから一定の距離だけ離れた点が加工時の
原点となるが、マシニングセンターと自由曲面加工機と
では、段取り変えにより誤差が生じる。

【０００５】そして、従来、図１１に示すような自由曲
面加工機１００を用いて非軸対称形状の鏡面駒１０１を
加工している。

【０００６】すなわち、図１１に示すように、自由曲面
加工機１００は、Ｘ軸テーブル１０１、Ｙ軸テーブル１
０２及びＺ軸テーブル１０３を備えており、各テーブル
１０１、１０２、１０３は、図１１に矢印で示す各軸方
向に移動制御される。

【０００７】Ｘ軸テーブル１０１上には、被工作物であ
る鏡面駒１０４が固定され、Ｙ軸テーブル１０２には、
工具スピンドル１０５が固定されている。工具スピンド
ル１０５の先端には、工具ホルダー１０６が取り付けら
れ、工具ホルダー１０６には、工具である切削刃１０７
が固定される。工具スピンドル１０５は、工具ホルダー
１０６を介して切削刃１０７を工具スピンドル１０５の
回転軸回りに回転させる。

【０００８】３軸制御の自由曲面加工機１００は、図１
２に示すように、工具スピンドル１０５により切削刃１
０７を回転させながら、Ｘ−Ｚ軸の同時２軸制御により
鏡面駒１０４の１ラインを加工し、次に、Ｙ軸テーブル
１０２を制御して、切削刃１０７をＹ軸方向に所定の送
りピッチ量だけ送って次のラインを同様に加工する。自
由曲面加工機１００は、この工程を繰り返すことにより
鏡面駒１０４の加工面全面を切削加工し、この鏡面駒１
０４の加工面の形状精度を電気変位計用プローブ１０８
により測定する。

【０００９】そして、従来、長尺の鏡面駒１０４のブラ
ンクを鏡面加工する場合、まず、自由曲面加工機１００
にて複数回の荒加工を行い、全面加工を確認した後、工
具を交換して仕上げの加工が行われる。

【００１０】仕上げ前に工具の交換を行うのは、全面加
工までの荒加工回数が多いため、切削刃の工具摩耗、ま
た、マイクロチッピング等が発生して劣化し、仕上げ時
に所望の粗さ等の加工精度が得られなくなるためであ
る。

【００１１】その後、仕上げに用いた切削刃を用いて別
の鏡面駒の荒加工を行い、切削刃を交換して仕上げ加工
を行うという工程が行われる。ただし、切削刃に用いら
れている単結晶ダイヤモンドは大変高価である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の鏡面加工技術にあっては、長尺の鏡面駒のブ
ランクを鏡面加工する場合、自由曲面加工機にて複数回
の荒加工を行い全面加工を確認した後、加工機に荒加工
用の工具から仕上げ加工用の工具に付け換えるという工
具の交換作業を行った後、仕上げの加工を行っているた
め、荒加工用の切削刃と仕上げ加工用を交換する作業が
必要があり、作業効率が悪いという問題がある。また、
従来では、荒加工用と仕上げ加工用とで、切削刃として
高価な単結晶ダイヤモンドを用いていたため、コストが
高くつくという問題があった。

【００１３】そこで、請求項１記載の発明は、回転軸に
取り付けられた所定の曲率半径の切削刃を、所定の工具
半径で回転軸周りに回転させながら、鏡面駒の切削曲面
に対して相対的に移動させて鏡面駒曲面を切削するに際
して、切削刃として、鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用
切削刃と仕上げ加工する仕上げ加工用切削刃を、回転軸
に軸方向に少なくとも鏡面駒の厚み寸法に荒加工用切削
刃または仕上げ加工用切削刃による切削刃幅を加算した
距離を越える刃先間隔を空けて固定し、荒加工用切削刃
で荒加工した後、仕上げ加工用切削刃で仕上げ加工し
て、鏡面駒曲面を切削することにより、荒加工と仕上げ
加工を切削刃を取り換えて交換する作業を行うことな
く、無人での連続作業を可能とし、作業効率を向上させ
ることのできる曲面切削装置を提供することを目的とし
ている。

【００１４】請求項２記載の発明は、荒加工用切削刃と
して、ＣＢＮ、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモン
ドのいずれかを用い、仕上げ加工用切削刃として、真円
度が０．１μｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いること
により、非常に鋭利な切削刃の破損を防止するととも
に、荒加工用切削刃として安価な材料のものを用い、ま
た、仕上げ加工用切削刃として使用した単結晶ダイヤモ
ンドを荒加工用切削刃として利用し、作業効率を向上さ
せることができるとともに、安価かつ高精度に鏡面駒曲
面を切削することのできる曲面切削装置を提供すること
を目的としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、荒加工用切削刃と
仕上げ加工用切削刃を、それぞれ異なるホルダーに固定
し、各ホルダーを、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削
刃との間隔が上記刃先間隔となる所定間隔を空けて回転
軸に固定することにより、荒加工用切削刃と仕上げ加工
用切削刃が同時に鏡面駒を切削することを適切かつ容易
に防止し、作業効率を向上させることができるととも
に、高精度に鏡面駒曲面を切削することのできる曲面切
削装置を提供することを目的としている。

【００１６】請求項４記載の発明は、予め、荒加工用切
削刃と仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付く
ように切削して、当該切削痕を測定して求めた荒加工用
切削刃と仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切削刃の
刃先の回転半径の差異に基づいて、荒加工用切削刃及び
仕上げ加工用切削刃と鏡面駒との相対位置を制御するこ
とにより、従来行われていた仕上げ用切削刃の加工原点
を求める工程を省くとともに、形状加工することなく仕
上げ加工用切削刃の回転半径を正確に算出し、作業効率
を向上させることができるとともに、より一層高精度に
鏡面駒曲面を切削することのできる曲面切削装置を提供
することを目的としている。

【００１７】請求項５記載の発明は、回転軸に取り付け
られた所定の曲率半径の切削刃を、所定の工具半径で回
転軸周りに回転させながら、鏡面駒の切削曲面に対して
相対的に移動させて鏡面駒曲面を切削するに際して、切
削刃として、鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃と
仕上げ加工する仕上げ加工用切削刃を、回転軸に軸方向
に少なくとも鏡面駒の厚み寸法に荒加工用切削刃または
仕上げ加工用切削刃による切削刃幅を加算した距離を越
える刃先間隔を空けて固定し、荒加工用切削刃で荒加工
した後、仕上げ加工用切削刃で仕上げ加工して、鏡面駒
曲面を切削することにより、荒加工と仕上げ加工を切削
刃を取り換えて交換する作業を行うことなく、無人での
連続作業を可能とし、作業効率を向上させることのでき
る曲面切削方法を提供することを目的としている。

【００１８】請求項６記載の発明は、予め、荒加工用切
削刃と仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付く
ように切削して、当該切削痕を測定して求めた荒加工用
切削刃と仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切削刃の
刃先の回転半径の差異に基づいて、荒加工用切削刃及び
仕上げ加工用切削刃と鏡面駒との相対位置を制御するこ
とにより、従来行われていた仕上げ用切削刃の加工原点
を求める工程を省くとともに、形状加工することなく仕
上げ加工用切削刃の回転半径を正確に算出し、作業効率
を向上させることができるとともに、より一層高精度に
鏡面駒曲面を切削することのできる曲面切削方法を提供
することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の曲
面切削装置は、回転軸に取り付けられた所定の曲率半径
の切削刃を、所定の工具半径で前記回転軸周りに回転さ
せながら、鏡面駒の切削曲面に対して相対的に移動させ
て鏡面駒曲面を切削する曲面切削装置において、前記切
削刃として、前記鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削
刃と仕上げ加工する仕上げ加工用切削刃が、前記回転軸
に軸方向に少なくとも前記鏡面駒の厚み寸法に前記荒加
工用切削刃または前記仕上げ加工用切削刃による切削刃
幅を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定されて
おり、前記荒加工用切削刃で荒加工した後、前記仕上げ
加工用切削刃で仕上げ加工して、前記鏡面駒曲面を切削
することにより、上記目的を達成している。

【００２０】上記構成によれば、回転軸に取り付けられ
た所定の曲率半径の切削刃を、所定の工具半径で回転軸
周りに回転させながら、鏡面駒の切削曲面に対して相対
的に移動させて鏡面駒曲面を切削するに際して、切削刃
として、鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃と仕上
げ加工する仕上げ加工用切削刃を、回転軸に軸方向に少
なくとも鏡面駒の厚み寸法に荒加工用切削刃または仕上
げ加工用切削刃による切削刃幅を加算した距離を越える
刃先間隔を空けて固定し、荒加工用切削刃で荒加工した
後、仕上げ加工用切削刃で仕上げ加工して、鏡面駒曲面
を切削しているので、荒加工と仕上げ加工を切削刃を取
り換えて交換する作業を行うことなく、無人での連続作
業を可能とすることができ、作業効率を向上させること
ができる。

【００２１】この場合、例えば、請求項２に記載するよ
うに、前記荒加工用切削刃は、ＣＢＮ、多結晶ダイヤモ
ンド、単結晶ダイヤモンドのいずれかであり、前記仕上
げ加工用切削刃は、真円度が０．１μｍ以下の単結晶ダ
イヤモンドであってもよい。

【００２２】上記構成によれば、荒加工用切削刃とし
て、ＣＢＮ、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド
のいずれかを用い、仕上げ加工用切削刃として、真円度
が０．１μｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いているの
で、非常に鋭利な切削刃の破損を防止することができる
とともに、荒加工用切削刃として安価な材料のものを用
い、また、仕上げ加工用切削刃として使用した単結晶ダ
イヤモンドを荒加工用切削刃として利用し、作業効率を
向上させることができるとともに、安価かつ高精度に鏡
面駒曲面を切削することができる。

【００２３】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記荒加工用切削刃と前記仕上げ加工用切削刃は、
それぞれ異なるホルダーに固定されており、各ホルダー
は、前記荒加工用切削刃と前記仕上げ加工用切削刃との
間隔が前記刃先間隔となる所定間隔を空けて前記回転軸
に固定されていてもよい。

【００２４】上記構成によれば、荒加工用切削刃と仕上
げ加工用切削刃を、それぞれ異なるホルダーに固定し、
各ホルダーを、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃と
の間隔が上記刃先間隔となる所定間隔を空けて回転軸に
固定しているので、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削
刃が同時に鏡面駒を切削することを適切かつ容易に防止
することができ、作業効率を向上させることができると
ともに、高精度に鏡面駒曲面を切削することができる。

【００２５】さらに、例えば、請求項４に記載するよう
に、前記曲面切削装置は、予め、前記荒加工用切削刃と
前記仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付くよ
うに切削して、当該切削痕を測定して求めた前記荒加工
用切削刃と前記仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切
削刃の刃先の回転半径の差異に基づいて、前記荒加工用
切削刃及び前記仕上げ加工用切削刃と前記鏡面駒との相
対位置を制御するものであってもよい。

【００２６】上記構成によれば、予め、荒加工用切削刃
と仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付くよう
に切削して、当該切削痕を測定して求めた荒加工用切削
刃と仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切削刃の刃先
の回転半径の差異に基づいて、荒加工用切削刃及び仕上
げ加工用切削刃と鏡面駒との相対位置を制御しているの
で、従来行われていた仕上げ用切削刃の加工原点を求め
る工程を省くことができるとともに、形状加工すること
なく仕上げ加工用切削刃の回転半径を正確に算出するこ
とができ、作業効率を向上させることができるととも
に、より一層高精度に鏡面駒曲面を切削することができ
る。

【００２７】請求項５記載の発明の曲面切削方法は、回
転軸に取り付けられた所定の曲率半径の切削刃を、所定
の工具半径で前記回転軸周りに回転させながら、鏡面駒
の切削曲面に対して相対的に移動させて鏡面駒曲面を切
削する曲面切削方法において、前記切削刃として、前記
鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃と仕上げ加工す
る仕上げ加工用切削刃を、前記回転軸に軸方向に少なく
とも前記鏡面駒の厚み寸法に前記荒加工用切削刃または
前記仕上げ加工用切削刃による切削刃幅を加算した距離
を越える刃先間隔を空けて固定し、前記荒加工用切削刃
で荒加工した後、前記仕上げ加工用切削刃で仕上げ加工
して、前記鏡面駒曲面を切削することにより、上記目的
を達成している。

【００２８】上記構成によれば、回転軸に取り付けられ
た所定の曲率半径の切削刃を、所定の工具半径で回転軸
周りに回転させながら、鏡面駒の切削曲面に対して相対
的に移動させて鏡面駒曲面を切削するに際して、切削刃
として、鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃と仕上
げ加工する仕上げ加工用切削刃を、回転軸に軸方向に少
なくとも鏡面駒の厚み寸法に荒加工用切削刃または仕上
げ加工用切削刃による切削刃幅を加算した距離を越える
刃先間隔を空けて固定し、荒加工用切削刃で荒加工した
後、仕上げ加工用切削刃で仕上げ加工して、鏡面駒曲面
を切削しているので、荒加工と仕上げ加工を切削刃を取
り換えて交換する作業を行うことなく、無人での連続作
業を可能とすることができ、作業効率を向上させること
ができる。

【００２９】この場合、例えば、請求項６に記載するよ
うに、前記曲面切削方法は、予め、前記荒加工用切削刃
と前記仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付く
ように切削して、当該切削痕を測定して前記荒加工用切
削刃と前記仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切削刃
の刃先の回転半径の差異を測定し、当該測定した刃先間
隔及び刃先の回転半径の差異に基づいて前記荒加工用切
削刃及び前記仕上げ加工用切削刃と前記鏡面駒との相対
位置を制御するものであってもよい。

【００３０】上記構成によれば、予め、荒加工用切削刃
と仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕が付くよう
に切削して、当該切削痕を測定して求めた荒加工用切削
刃と仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両切削刃の刃先
の回転半径の差異に基づいて、荒加工用切削刃及び仕上
げ加工用切削刃と鏡面駒との相対位置を制御しているの
で、従来行われていた仕上げ用切削刃の加工原点を求め
る工程を省くことができるとともに、形状加工すること
なく仕上げ加工用切削刃の回転半径を正確に算出するこ
とができ、作業効率を向上させることができるととも
に、より一層高精度に鏡面駒曲面を切削することができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００３２】図１〜図１０は、本発明の曲面切削装置及
び曲面切削方法の一実施の形態を示す図であり、図１
は、本発明の曲面切削装置及び曲面切削方法の一実施の
形態の適用されるＸＹＺの３軸制御の自由曲面加工機の
工具スピンドル１の正面図で、図２は、図１の工具スピ
ンドル１の底面図である。

【００３３】なお、本実施の形態の工具スピンドル１
は、上記従来の説明で利用した自由曲面加工機１００と
同様の自由曲面加工機の工具スピンドルとして適用され
る。

【００３４】図１において、工具スピンドル１は、工具
回転軸２を備え、工具回転軸２には、順次、仕上げ加工
用切削フランジ（ホルダー）３、刃間隔設定用ナット
４、荒加工用切削フランジ（ホルダー）５及び固定ナッ
ト６が取り付けられている。

【００３５】工具スピンドル１は、工具回転軸２を回転
駆動することにより、上記仕上げ加工用切削フランジ
３、刃間隔設定用ナット４、荒加工用切削フランジ５及
び固定ナット６を回転駆動する。

【００３６】この工具回転軸２への上記仕上げ加工用切
削フランジ３、刃間隔設定用ナット４、荒加工用切削フ
ランジ５及び固定ナット６の取り付けは、以下の手順で
行う。

【００３７】まず、仕上げ加工用切削フランジ３に仕上
げ加工用切削刃７を取り付け、固定する。この仕上げ加
工用切削フランジ３の構造は、後述する荒加工用切削フ
ランジ５の構造と同様である。

【００３８】仕上げ加工用切削フランジ５への仕上げ加
工用切削刃７の取り付けを行うと、仕上げ加工用切削刃
７を取り付けた仕上げ加工用切削フランジ５を工具回転
軸２に取り付け、刃間隔設定ナット４で固定する。

【００３９】この刃間隔設定ナット４は、仕上げ加工用
切削刃７と荒加工用切削刃８が同時に鏡面駒を切削しな
い距離となる厚み、すなわち、少なくとも鏡面駒の厚み
寸法に荒加工用切削刃８または仕上げ加工用切削刃７に
よる切削刃幅を加算した距離を越える刃先間隔を空ける
厚みを有している。

【００４０】仕上げ加工用フランジ５を工具回転軸２に
取り付けると、仕上げ加工用切削刃７の刃先の回転半径
を求める。この仕上げ加工用切削刃７の刃先の回転半径
の測定は、既知の測定方法で行うことができ、ここで
は、その説明を省略する。この仕上げ加工用切削刃７の
刃先の回転半径の測定精度は、鏡面駒の切削精度から、
数μｍ程度で充分である。

【００４１】この仕上げ加工用切削刃７は、真円度が
０．１μｍ以下の単結晶ダイヤモンドで形成されてい
る。

【００４２】次に、図３に示すように、荒加工用切削フ
ランジ５に、荒加工用切削刃８を固定する。荒加工用切
削フランジ５は、略円盤形状をしており、その中心に工
具回転軸２の貫通する貫通孔５ａが形成されている。荒
加工用切削刃８は、図４（ａ）にその平面図を、図４
（ｂ）にその正面図を示すように、ピン８ａが設けられ
ており、所定の刃幅ｗを有している。そして、荒加工用
切削刃８の荒加工用切削フランジ５への固定は、固定ネ
ジ９により行われる。また、荒加工用切削フランジ５に
は、荒加工用切削フランジ５の中心を対象中心として、
荒加工用切削刃８と反対側の位置に、バランサー１０が
固定ネジ１１で固定される。

【００４３】この荒加工用切削刃８は、安価なＣＢＮ
（窒化ホウ素）、多結晶ダイヤモンドあるいは単結晶ダ
イヤモンドで形成されている。なお、荒加工用切削刃８
として単結晶ダイヤモンドを用いるときは、単結晶ダイ
ヤモンドを、まず、仕上げ加工用切削刃７として使用
し、仕上げ加工精度が得られなくなると、当該単結晶ダ
イヤモンドを荒加工用切削刃８として用いる。このよう
にすると、切削刃としての単結晶ダイヤモンドを有効利
用することができ、切削刃にかかる費用を削減すること
ができる。

【００４４】この荒加工用切削刃８の荒加工用切削フラ
ンジ５への固定においては、仕上げ加工用切削刃７の回
転半径との差異を小さくするするために、図５に示す刃
先突出量調整治具２０を用いる。

【００４５】刃先突出量調整治具２０は、円盤状のベー
ス２１、円盤状の調整板２２、変位計プローブ２３、変
位計プローブ２３を支持するエアーベアリング２４等を
備えている。

【００４６】ベース２１は、鉛直方向に所定長さで延在
するベース軸２５を備えており、ベース２１の上面に
は、図６に示すように、荒加工用切削刃８の位置決めを
行うための位置決めピン２６と、バランサー１０の位置
決めを行うための位置決めピン２７が設けられている。

【００４７】また、調整板２２は、図７に示すように、
ベース２１のベース軸２５が進入可能な貫通孔２２ａが
形成されているとともに、荒加工用切削刃８のピン８ａ
とバランサー１０のピン（図示略）の進入するピン溝２
８がそれぞれ形成されている。

【００４８】この刃先突出量調整治具２０を用いて荒加
工用切削フランジ５に固定する荒加工用切削刃８の刃先
突出量の調整は、以下の手順で行う。

【００４９】まず、荒加工用切削刃８を固定ネジ９によ
り荒加工用切削フランジ５に仮固定し、この荒加工用切
削刃８を仮固定した荒加工用切削フランジ５の貫通孔５
ａをベース２１のベース軸２５に挿入して、荒加工用切
削フランジ５をベース２１上に設置する。このとき、荒
加工用切削フランジ５の荒加工用切削刃８の挿入されて
いる溝にベース２１の位置決めピン２６を合わせる。

【００５０】荒加工用切削フランジ５をベース２１上に
設置すると、調整板２２の貫通孔２２ａにベース軸２５
を挿入し、ピン溝２８に荒加工用切削刃８のピン及びバ
ランサー１０のピンを挿入する状態で調整板２２を荒加
工用フランジ５上にセットする。

【００５１】荒加工用フランジ５上に調整板２２をセッ
トすると、エアーベアリング２４により支持された変位
計プローブ２３の先端を荒加工用切削刃８に接触させ
て、調整板２２を微回転させて荒加工用切削刃８を移動
させ、仕上げ用切削刃７の回転半径と合う位置で、固定
ネジ９により荒加工用切削刃８をクランプ（固定）す
る。なお、変位計プローブ２３の基準位置点は、ベース
２１の軸中心（すなわち、ベース軸２５の中心）から既
知の位置に予め設定する。また、バランサー１０も固定
ネジ１１で固定する。

【００５２】荒加工用切削刃８を固定すると、変位計プ
ローブ２３の測定値から荒加工用切削刃８の刃先回転半
径を求める。

【００５３】荒加工用切削刃８の固定と刃先回転半径の
測定を完了すると、荒加工用切削フランジ５を刃先突出
量調整治具２０から取り外し、工具スピンドル１の工具
回転軸２に取り付け、上述のように、固定ナット６によ
り固定する。固定ナット６には、図２に示すように、固
定穴６ａが形成されており、この固定穴６ａに図示しな
い固定治具を挿入して、固定ナット６を工具回転軸２に
螺合させて固定する。なお、荒加工用切削刃８を工具回
転軸２に固定する際、上述のように、荒加工用切削刃８
が工具回転軸２を挟んで仕上げ用切削刃７と反対側に位
置するように固定する。

【００５４】このようにして、工具スピンドル１の工具
回転軸２に、仕上げ加工用切削刃７の固定された仕上げ
加工用切削フランジ３、刃間隔設定用ナット４、荒加工
用切削刃８の固定された荒加工用切削フランジ５及び固
定ナット６を取り付けると、次に、仕上げ加工用切削刃
７と荒加工用切削刃８の刃先間隔α及び刃先回転半径の
差異βを求める。

【００５５】仕上げ加工用切削刃７と荒加工用切削刃８
の刃先間隔α及び刃先回転半径の差異βは、図８に示す
ように、取り付けの完了した工具スピンドル１で回転工
具軸２を回転駆動させて、平面ワーク３０に対して、仕
上げ加工用切削刃７と荒加工用切削刃８で切り込みを行
って、図９及び図１０に示すような切削痕３１、３２を
つける。

【００５６】これらの切削痕３１と切削痕３２の頂点
（最深点）の間の距離を電位変位計プローブで測定し
て、刃先間隔αとして取得する。

【００５７】すなわち、自由曲面加工機に取り付けられ
た電位変位計のプローブを図９に矢印Ａ１で示す測定方
向に移動させて、切削痕３０と切削痕３１のそれぞれに
ついて最も深い位置のＸ軸方向の座標値を求め、次に、
この求めたＸ軸座標値のうち、例えば、切削痕３０の最
も深い位置のＸ軸方向の座標値に電位変位計のプローブ
を位置設定して、図９に矢印Ａ２で示す測定方向に移動
させて、切削痕３０と切削痕３１の最も深い位置のＹ軸
方向の座標値を求める。

【００５８】この切削痕３０と切削痕３１の最も深い位
置のＹ軸方向の座標値の間隔が、図１０に示すように、
仕上げ加工用切削刃７と荒加工用切削刃８の刃先間隔α
となり、切削痕３０と切削痕３１の最も深い位置での当
該深さ方向の差異が、仕上げ加工用切削刃７と荒加工用
切削刃８の回転半径の差異βとなる。

【００５９】このようにして、荒加工用切削刃８の刃先
回転半径及び仕上げ加工用切削刃７と荒加工用切削刃８
の刃先間隔αと刃先回転半径の差異βを求めると、荒加
工用の加工プログラム及び仕上げ加工用ＮＣプログラム
を作成する。

【００６０】すなわち、荒加工用切削刃８の刃先回転半
径に基づいて荒加工用の加工プログラムを作成し、この
荒加工用切削刃８の刃先回転半径に荒加工用切削刃８と
仕上げ加工用切削刃７の刃先回転半径の差異βを加算し
て仕上げ加工用切削刃７の刃先回転半径を算出し、算出
した仕上げ加工用切削刃７の刃先回転半径を用いて仕上
げ加工用ＮＣプログラムを作成する。

【００６１】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態の工具スピンドル１を用いた自由曲面加工機
による鏡面駒曲面の加工は、切削刃として荒加工用切削
刃８と仕上げ加工用切削刃７を工具スピンドル１の工具
回転軸２に付け換えることなく、鏡面駒の加工を高精度
に行えるところにその特徴がある。

【００６２】すなわち、工具スピンドル１は、その工具
回転軸２に、仕上げ加工用切削刃７の固定された仕上げ
加工用切削フランジ３と荒加工用切削刃８の固定された
荒加工用切削フランジ５が刃間隔設定用ナット４を挟ん
で、固定ナット６により固定されており、仕上げ加工用
切削刃７と荒加工用切削刃８が工具回転軸２を中心とし
て反対側の位置に位置する状態で固定されているととも
に、その刃間隔が仕上げ加工用切削刃７と荒加工用切削
刃８が同時に鏡面駒を切削しない距離となっている。

【００６３】そして、上述のように、荒加工用切削刃８
の刃先回転半径及び仕上げ加工用切削刃７と荒加工用切
削刃８の刃先間隔αと刃先回転半径の差異βを求めて、
荒加工用の加工プログラム及び仕上げ加工用ＮＣプログ
ラムを作成している。

【００６４】このようにプログラムが作成された状態
で、実際に鏡面駒を切削加工するには、まず、鏡面駒を
自由曲面加工機のＸ軸テーブル上に固定し、自由曲面加
工に取り付けられている機上計測用プローブでＸ軸テー
ブル上に固定した鏡面駒の形状を測定し、設計値からの
誤差、すなわち、荒加工での除去量を求める。

【００６５】次に、工具スピンドル１の工具回転軸２を
回転駆動させて、荒加工用切削刃８により、上記算出し
た除去量に達するまで荒加工を行う。

【００６６】荒加工を完了すると、仕上げ加工用切削刃
７により仕上げ加工を行う。この仕上げ加工において
は、その加工原点を、Ｘ軸方向では、荒加工と同じ座標
値、Ｙ軸方向では、上記荒加工用切削刃８と仕上げ加工
用切削刃７との刃先間隔αだけ荒加工時での原点のＹ軸
座標値からＹ軸方向に移動させた座標値、Ｚ軸方向で
は、荒加工時の原点のＺ軸座標値から上記仕上げ加工用
切削刃７と荒加工用切削刃８の回転半径の差異βだけ移
動させた座標値に設定する。

【００６７】そして、この設定した仕上げ加工原点に仕
上げ加工用切削刃７を移動させ、工具回転軸２を回転駆
動させて、仕上げ加工用切削刃７で鏡面駒を切削加工し
て、仕上げ加工を行う。

【００６８】この場合、荒加工用の加工プログラムと仕
上げ加工用ＮＣプログラムを合わせると、荒加工から仕
上げ加工までを連続して無人で加工する無人連続加工を
行うことができる。

【００６９】このように、本実施の形態は、切削刃とし
て、鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃８と仕上げ
加工する仕上げ加工用切削刃７を、工具スピンドル１の
工具回転軸２に軸方向に少なくとも鏡面駒の厚み寸法に
荒加工用切削刃８または仕上げ加工用切削刃７による切
削刃幅を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定
し、荒加工用切削刃８で荒加工した後、仕上げ加工用切
削刃７で仕上げ加工して、鏡面駒曲面を切削している。

【００７０】したがって、荒加工と仕上げ加工を切削刃
７、８の交換作業を行うことなく、無人での連続作業を
可能とすることができ、作業効率を向上させることがで
きる。

【００７１】また、荒加工用切削刃８として、ＣＢＮ、
多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドのいずれかを
用い、仕上げ加工用切削刃７として、真円度が０．１μ
ｍ以下の単結晶ダイヤモンドを用いている。

【００７２】したがって、非常に鋭利な仕上げ加工用切
削刃７の破損を防止することができるとともに、荒加工
用切削刃８として安価な材料のものを用い、また、仕上
げ加工用切削刃７で使用した単結晶ダイヤモンドを荒加
工用切削刃８として利用し、作業効率を向上させること
ができるとともに、安価かつ高精度に鏡面駒曲面を切削
することができる。

【００７３】さらに、荒加工用切削刃８と仕上げ加工用
切削刃７を、それぞれ異なるホルダーである荒加工用切
削フランジ５と仕上げ加工用切削フランジ３に固定し、
各フランジ３、５を、荒加工用切削刃８と仕上げ加工用
切削刃７との間隔が上記刃先間隔となる所定間隔を空け
て工具回転軸２に固定している。

【００７４】したがって、荒加工用切削刃８と仕上げ加
工用切削刃７が同時に鏡面駒を切削することを適切かつ
容易に防止することができ、作業効率を向上させること
ができるとともに、高精度に鏡面駒曲面を切削すること
ができる。

【００７５】また、予め、荒加工用切削刃８と仕上げ加
工用切削刃７で所定の平面ワーク３０に切削痕３１、３
２が付くように切削して、当該切削痕３１、３２を測定
して求めた荒加工用切削刃８と仕上げ加工用切削刃７の
刃先間隔α及び両切削刃の刃先の回転半径の差異βに基
づいて、荒加工用切削刃８及び仕上げ加工用切削刃７と
鏡面駒との相対位置を制御している。

【００７６】したがって、従来行われていた仕上げ加工
用切削刃７の加工原点を求める工程を省くことができる
とともに、形状加工することなく仕上げ加工用切削刃７
の回転半径を正確に算出することができ、作業効率を向
上させることができるとともに、より一層高精度に鏡面
駒曲面を切削することができる。

【００７７】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００７８】

【発明の効果】請求項１記載の発明の曲面切削装置によ
れば、回転軸に取り付けられた所定の曲率半径の切削刃
を、所定の工具半径で回転軸周りに回転させながら、鏡
面駒の切削曲面に対して相対的に移動させて鏡面駒曲面
を切削するに際して、切削刃として、鏡面駒曲面を荒加
工する荒加工用切削刃と仕上げ加工する仕上げ加工用切
削刃を、回転軸に軸方向に少なくとも鏡面駒の厚み寸法
に荒加工用切削刃または仕上げ加工用切削刃による切削
刃幅を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定し、
荒加工用切削刃で荒加工した後、仕上げ加工用切削刃で
仕上げ加工して、鏡面駒曲面を切削しているので、荒加
工と仕上げ加工を切削刃を取り換えて交換する作業を行
うことなく、無人での連続作業を可能とすることがで
き、作業効率を向上させることができる。

【００７９】請求項２記載の発明の曲面切削装置によれ
ば、荒加工用切削刃として、ＣＢＮ、多結晶ダイヤモン
ド、単結晶ダイヤモンドのいずれかを用い、仕上げ加工
用切削刃として、真円度が０．１μｍ以下の単結晶ダイ
ヤモンドを用いているので、非常に鋭利な切削刃の破損
を防止することができるとともに、荒加工用切削刃とし
て安価な材料のものを用い、また、仕上げ加工用切削刃
として使用した単結晶ダイヤモンドを荒加工用切削刃と
して利用し、作業効率を向上させることができるととも
に、安価かつ高精度に鏡面駒曲面を切削することができ
る。

【００８０】請求項３記載の発明の曲面切削装置によれ
ば、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃を、それぞれ
異なるホルダーに固定し、各ホルダーを、荒加工用切削
刃と仕上げ加工用切削刃との間隔が上記刃先間隔となる
所定間隔を空けて回転軸に固定しているので、荒加工用
切削刃と仕上げ加工用切削刃が同時に鏡面駒を切削する
ことを適切かつ容易に防止することができ、作業効率を
向上させることができるとともに、高精度に鏡面駒曲面
を切削することができる。

【００８１】請求項４記載の発明の曲面切削装置によれ
ば、予め、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃で所定
の平面に切削痕が付くように切削して、当該切削痕を測
定して求めた荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃の刃
先間隔及び両切削刃の刃先の回転半径の差異に基づい
て、荒加工用切削刃及び仕上げ加工用切削刃と鏡面駒と
の相対位置を制御しているので、従来行われていた仕上
げ用切削刃の加工原点を求める工程を省くことができる
とともに、形状加工することなく仕上げ加工用切削刃の
回転半径を正確に算出することができ、作業効率を向上
させることができるとともに、より一層高精度に鏡面駒
曲面を切削することができる。

【００８２】請求項５記載の発明の曲面切削方法によれ
ば、回転軸に取り付けられた所定の曲率半径の切削刃
を、所定の工具半径で回転軸周りに回転させながら、鏡
面駒の切削曲面に対して相対的に移動させて鏡面駒曲面
を切削するに際して、切削刃として、鏡面駒曲面を荒加
工する荒加工用切削刃と仕上げ加工する仕上げ加工用切
削刃を、回転軸に軸方向に少なくとも鏡面駒の厚み寸法
に荒加工用切削刃または仕上げ加工用切削刃による切削
刃幅を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定し、
荒加工用切削刃で荒加工した後、仕上げ加工用切削刃で
仕上げ加工して、鏡面駒曲面を切削しているので、荒加
工と仕上げ加工を切削刃を取り換えて交換する作業を行
うことなく、無人での連続作業を可能とすることがで
き、作業効率を向上させることができる。

【００８３】請求項６記載の発明の曲面切削方法によれ
ば、予め、荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃で所定
の平面に切削痕が付くように切削して、当該切削痕を測
定して求めた荒加工用切削刃と仕上げ加工用切削刃の刃
先間隔及び両切削刃の刃先の回転半径の差異に基づい
て、荒加工用切削刃及び仕上げ加工用切削刃と鏡面駒と
の相対位置を制御しているので、従来行われていた仕上
げ用切削刃の加工原点を求める工程を省くことができる
とともに、形状加工することなく仕上げ加工用切削刃の
回転半径を正確に算出することができ、作業効率を向上
させることができるとともに、より一層高精度に鏡面駒
曲面を切削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曲面切削装置及び曲面切削方法の一実
施の形態を適用した自由曲面加工機の工具スピンドルの
拡大正面図。

【図２】図１の工具スピンドルの底面図。

【図３】図１の荒加工用切削フランジの拡大平面図。

【図４】図３の荒加工用切削刃の平面図（ａ）と正面図
（ｂ）。

【図５】荒加工用切削刃の刃先突出量調整治具の正面部
分断面図。

【図６】図５の刃先突出量調整治具のベースと変位計プ
ローブの平面図。

【図７】図５の刃先突出量調整治具の調整板の平面図。

【図８】図１の工具スピンドルの荒加工用切削刃と仕上
げ加工用切削刃で平面ワークに切削痕を形成している状
態の正面図。

【図９】図８の切削痕の形成された平面ワークの正面
図。

【図１０】図９の平面ワークの側面断面図。

【図１１】従来の自由曲面加工機の斜視図。

【図１２】図１１の自由曲面加工機のスピンドルと鏡面
駒の拡大斜視図。

【符号の説明】 １ 工具スピンドル ２ 工具回転軸 ３ 仕上げ加工用切削フランジ ４ 刃間隔設定用ナット ５ 荒加工用切削フランジ ５ａ 貫通孔 ６ 固定ナット ７ 仕上げ加工用切削刃 ８ 荒加工用切削刃 ８ａ ピン ９ 固定ネジ １０ バランサー １１ 固定ネジ ２０ 刃先突出量調整治具 ２１ ベース ２２ 調整板 ２２ａ 貫通孔 ２３ 変位計プローブ ２４ エアーベアリング ２５ ベース軸 ２６、２７ 位置決めピン ２８ ピン溝 ３０ 平面ワーク ３１、３２ 切削痕

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に取り付けられた所定の曲率半径の
   切削刃を、所定の工具半径で前記回転軸周りに回転させ
   ながら、鏡面駒の切削曲面に対して相対的に移動させて
   鏡面駒曲面を切削する曲面切削装置において、前記切削
   刃として、前記鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃
   と仕上げ加工する仕上げ加工用切削刃が、前記回転軸に
   軸方向に少なくとも前記鏡面駒の厚み寸法に前記荒加工
   用切削刃または前記仕上げ加工用切削刃による切削刃幅
   を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定されてお
   り、前記荒加工用切削刃で荒加工した後、前記仕上げ加
   工用切削刃で仕上げ加工して、前記鏡面駒曲面を切削す
   ることを特徴とする曲面切削装置。
2. 【請求項２】前記荒加工用切削刃は、ＣＢＮ、多結晶ダ
   イヤモンド、単結晶ダイヤモンドのいずれかであり、前
   記仕上げ加工用切削刃は、真円度が０．１μｍ以下の単
   結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１記載
   の曲面切削装置。
3. 【請求項３】前記荒加工用切削刃と前記仕上げ加工用切
   削刃は、それぞれ異なるホルダーに固定されており、各
   ホルダーは、前記荒加工用切削刃と前記仕上げ加工用切
   削刃との間隔が前記刃先間隔となる所定間隔を空けて前
   記回転軸に固定されていることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の曲面切削装置。
4. 【請求項４】前記曲面切削装置は、予め、前記荒加工用
   切削刃と前記仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕
   が付くように切削して、当該切削痕を測定して求めた前
   記荒加工用切削刃と前記仕上げ加工用切削刃の刃先間隔
   及び両切削刃の刃先の回転半径の差異に基づいて、前記
   荒加工用切削刃及び前記仕上げ加工用切削刃と前記鏡面
   駒との相対位置を制御することを特徴とする請求項１か
   ら請求項３のいずれかに記載の曲面切削装置。
5. 【請求項５】回転軸に取り付けられた所定の曲率半径の
   切削刃を、所定の工具半径で前記回転軸周りに回転させ
   ながら、鏡面駒の切削曲面に対して相対的に移動させて
   鏡面駒曲面を切削する曲面切削方法において、前記切削
   刃として、前記鏡面駒曲面を荒加工する荒加工用切削刃
   と仕上げ加工する仕上げ加工用切削刃を、前記回転軸に
   軸方向に少なくとも前記鏡面駒の厚み寸法に前記荒加工
   用切削刃または前記仕上げ加工用切削刃による切削刃幅
   を加算した距離を越える刃先間隔を空けて固定し、前記
   荒加工用切削刃で荒加工した後、前記仕上げ加工用切削
   刃で仕上げ加工して、前記鏡面駒曲面を切削することを
   特徴とする曲面切削方法。
6. 【請求項６】前記曲面切削方法は、予め、前記荒加工用
   切削刃と前記仕上げ加工用切削刃で所定の平面に切削痕
   が付くように切削して、当該切削痕を測定して前記荒加
   工用切削刃と前記仕上げ加工用切削刃の刃先間隔及び両
   切削刃の刃先の回転半径の差異を測定し、当該測定した
   刃先間隔及び刃先の回転半径の差異に基づいて前記荒加
   工用切削刃及び前記仕上げ加工用切削刃と前記鏡面駒と
   の相対位置を制御することを特徴とする請求項５記載の
   曲面切削方法。