JP2002126907A - Nc加工機 - Google Patents
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Abstract
ライダをリニアモータでZ軸方向に往復移動させ,高速
高加速度に対応する切削加工を可能にする。 【解決手段】 このNC加工機は,ターナベース1に固
定されたX軸方向に直交するZ軸方向に延びる軌道レー
ル17を備えたスライドブロック16,スライドブロッ
ク16に対して軌道レール17に沿って高速高加速度で
往復移動するバイトを取り付けたスライダ18,及びス
ライダ18をリニアガイドの軌道レール17に沿って往
復移動させる駆動装置を有する。駆動装置は,スライド
ブロック16に固定されたリニアモータコイル19とス
ライダ18に組み込まれたリニアモータ磁石板20から
構成され,スライダ18の移動量を検出するリニアスケ
ール21とリニアスケール検出器22が設けられてい
る。
Description
リード加工等の切削加工を行うバイトを取り付けたスラ
イダを備え,スライダを主軸に同期させて,外部データ
追従等によって高速高加速度で往復運動させて工作物を
切削加工するNC加工機に関する。
等には,種々の種類の光学レンズが組み込まれている。
光学レンズは一般に軸対称非球面をしており,ガラスの
表面を成形又は加工し,仕上げとして研磨装置で研磨し
て製作される。また,非軸対称非球面を研磨して製作す
る方法として,特開平8−192348号公報に記載さ
れた研削研磨方法がある。該研削研磨方法は,位置が固
定された工作物を,X軸,Y軸及びZ軸の方向の位置を
制御することによって位置制御がなされる砥石を回転さ
せて研削する第1の工程と,次いで,工作物を研磨剤と
してダイヤモンドペーストを使用して砥石と略同サイズ
とされ且つ位置制御と同様に位置制御されるポリッシャ
を回転させて研磨する第2の工程と,次いで,工作物を
砥石と同サイズとされ且つ位置制御と同様に位置制御さ
れる電極と共に,微細砥粒を分散,帯電させたコロイド
溶液中に浸し,該電極を回転させ,該電極周辺に形成さ
れる該微細砥粒の凝集層を工作物に接触させて研磨する
第3の工程とからなる。しかしながら,上記研削研磨方
法及び上記の非球面研削機を使用した研削方法は,いず
れにしても,研磨による方法であるから,加工速度が遅
く,加工に長時間を要するという問題がある。
可能にしたNC加工機として,特開平11−30960
2号公報に開示されたNC加工機が知られている。該公
報に開示されたNC加工機は,図5及び図6に示すよう
に,主軸Cの長手方向であるZ軸方向に移動可能なZ軸
テーブル3と,Z軸方向に直交するX軸方向に移動可能
なX軸テーブル4とが加工機ベース2に載置されてい
る。Z軸テーブル3には,主軸台5が載置されている。
Z軸テーブル3は,ベース2に取り付けられたサーボモ
ータ6によって駆動され,Z軸方向に往復運動すること
ができる。また,主軸台5には,主軸Cを回転させるモ
ータ,特に,スピンドルモータ7が組み込まれている。
主軸Cの先端にはチャック8が設けられており,チャッ
ク8には工作物9が保持されている。
する位置に設置され,サーボモータ10によって駆動さ
れ,X軸方向に移動可能である。また,X軸テーブル4
にはターナ11が載置されている。ターナ11は,Z軸
方向に往復運動し得るスライダ12と,スライダ12を
駆動する駆動装置とから構成されている。スライダ12
は,先端部にバイトホルダ46を有しており,バイトホ
ルダ46にはバイト15が取り付けられる。また,駆動
装置はX軸テーブル4に取り付けられたスライドベース
13上に載置されたサーボモータ14と,スライダ12
をZ軸方向に移動可能に支持する軸受を備えている。ス
ライダ12は,サーボモータ14の駆動軸と一体構造の
回転軸に形成した雄ねじに螺合するナット部材に固定さ
れており,回転軸の回転運動に応じて往復運動すること
ができる。
は,主軸台5を載置したZ軸テーブル3は動かないよう
に固定される。工作物9は,主軸台5の主軸(C軸)の
先端に設けられたチャック8によって保持され,スピン
ドルモータ7によってC軸回りに,例えば,500rp
mの回転速度で回転する。工作物9としては,プラスチ
ック材や非金属が好適である。一方,スライダ12の先
端に取り付けられたバイト15は,スライダ12の往復
運動に伴ってZ軸方向に往復運動すると共に,X軸テー
ブル4と一緒にX軸方向にも往復運動する。NC加工機
は,スライダ12の重量やターナ11を載置したX軸テ
ーブル4の重量がそれぞれかなり小さいので,慣性力も
小さくなり,高速往復運動が可能となる。
工は,上記数値データに基づいて主軸駆動用のサーボモ
ータ6及びスライダ12を駆動するサーボモータ14を
制御することにより行われるが,刻々変化する主軸の回
転角は高分解能のロータリエンコーダによって連続的に
検出され,スライダ12の往復運動によるバイト15の
刻々変わる実際の移動量はサーボモータ14に設けられ
たパルスコーダにより連続的に検出され,該検出値はN
C制御装置の記憶情報と比較され,比較情報に基づいて
サーボモータ7及びサーボモータ14は制御される。ま
た,X軸テーブル4の位置もパルスコーダによって検出
され,X軸テーブル4駆動用のサーボモータ10がNC
制御される。
加工機では,テーブルの慣性力が大きいためにテーブル
が高速で追従できないという理由から,加工物の回転速
度も低くなり,バイトで切削して非軸対称非球面を製作
することは困難であると考えられてきた。しかしなが
ら,研磨による方法は加工に長時間を要するという問題
があることから,非軸対称非球面を短時間で製作するこ
とが求められていた。また,従来のNC加工機は,ボー
ルねじによるモータ回転をエンコーダによって検出した
位置データをフィードバックし,セミクロス制御をして
いたが,高精度の制御や高速精度加工が期待できなかっ
た。
課題を解決することであり,NC加工機が有する慣性力
の小さい高速往復運動性能に着目し,工作物に対してリ
ード,非軸対称非球面等を精度よく加工するものであ
り,従来からリード加工等の専用機として使用されてき
た装置をリニアモータを利用してスライダを高速高加速
度に往復移動させ,スライダの往復移動を主軸の回転に
同期させると共に,外部データに追従できる加工を達成
し,工作物の加工を精度よく短時間で加工することがで
きるNC加工機を提供することである。
物を取り付けられた主軸が配置された主軸台,前記主軸
台を載置し且つ前記主軸の長手方向であるZ軸方向に移
動可能なZ軸テーブル,前記Z軸方向に直交するX軸方
向に移動可能なX軸テーブル,前記主軸に対向して前記
X軸テーブルに固定されたターナベースと各種バイトを
取り付け得る刃物台,前記ターナベース上に固定された
前記X軸方向に直交するZ軸方向に延びる軌道レールを
備えたスライドブロック,前記スライドブロックに対し
て前記軌道レールに沿って高速で往復移動し且つ前記工
作物に切削加工するバイトを取り付けたスライダ,及び
前記スライダを前記軌道レールに沿って前記スライドブ
ロック上で往復移動させる駆動装置を有し,前記駆動装
置は前記軌道レールに沿って前記スライドブロックに固
定されたリニアモータコイルと前記スライダに組み込ま
れた前記リニアモータ磁石板とから構成されていること
から成るNC加工機に関する。
範囲において前記リニアモータコイルに沿って延びるリ
ニアスケールが設けられている。
記軌道レールを備えている。
指令値に基づいて前記スライダに設けた前記バイトによ
って前記工作物を切削加工を行わせ,その切削加工情報
をフィードバックさせ,前記切削加工情報と前記加工指
令値との差を零に近づける制御をして次の切削加工に活
かす学習機能を備えたコントローラが設けられている。
能力を考慮して前記スライダに設けた前記バイトによっ
て前記工作物を切削加工を行わせる予見機能を備えてい
る。
は,前記スライダに直接又は前記スライダに固定された
刃物取付部材に取り付けられる。
ータコイルを冷却するための冷却プレートが設けられて
いる。
ターナ軸と前記Z軸との平行度を調整するため基準ブロ
ックが前記X軸テーブルに取り付けられている。
のストロークを規制するためのストッパが設けられてい
る。
クは対向する一対のスライドブロック部材から成り,前
記スライドブロック部材は前記ターナベース上で互いに
対向状態に幅決めブロックで位置決めされ,対向した前
記スライドブロック部材間に前記スライダが往復移動可
能に配設されている。
られた前記駆動装置に接続される動力線,信号線等の配
線,及び前記ターナのための冷却,潤滑等の配管は,前
記スライダの移動に伴って屈曲可能なガイドカバーに収
容されている。
ているので,従来のボールねじによるモータ回転をエン
コーダによって検出した位置データをフィードバック制
御したNC加工機に比較して,スライダが高速高加速度
の往復移動に追従できるので,主軸の回転速度をアップ
して工作物を高速に切削加工することができ,特に,ス
ライダの往復移動にリニアモータを利用しているので,
スライダにリニアモータを構成するリニアモータ磁石板
のみの組み込みであり,往復移動するスライダそのもの
を極めて軽量に構成でき,スライダに発生する慣性力を
小さく抑えることができ,主軸の回転速度を上昇させて
も,主軸の高速度に追従してスライダの動きを高速高加
速度に高精度に制御することができ,特に,リニアスケ
ールによって直接的に高精度に制御することができ,工
作物に対する高精度高速度加工を達成することができ,
ボールねじを使用していないので,それらの部品に対す
る摩耗等を考慮する必要がなく,NC加工機そのものの
寿命を延ばすことができる。
によるNC加工機の実施例を説明する。図1はこの発明
によるNC加工機を説明する概略平面図,図2はこの発
明によるNC加工機の要部を示す概略正面図,図3は図
2に示すNC加工機の要部の平面図,及び図4は図2に
示すNC加工機の要部の側面図である。この発明による
NC加工機は,図5及び図6に示すNC加工機と比較し
て,主軸,Z軸方向に移動可能なZ軸テーブル及びX軸
方向に移動可能なX軸テーブルは対応するので,それら
の部品には同一の符号を付して説明することとする。ま
た,この発明によるNC加工機におけるターナベース1
は,図5及び図6に示すNC加工機におけるスライドベ
ース13に対応している。
ド加工,VTR用ドラム加工,プラスチックレンズ加工
等の切削加工を行うバイト31を取り付けた高速高加速
度に対応できるスライダ18を備えている。スライダ1
8は,コントローラによって,主軸Cの回転運動に同期
させて往復移動させられると共に,外部データ入力等に
追従して制御されて高速高加速度で往復移動可能であ
り,バイト31で工作物9を高速に切削加工するもので
ある。
るZ軸方向に移動可能なZ軸テーブル3と,Z軸テーブ
ル3とは独立してZ軸方向に直交するX軸方向に移動可
能なX軸テーブル4とが加工機ベース2に載置されてい
る。Z軸テーブル3には主軸台5が載置され,Z軸テー
ブル3は加工機ベース2に取り付けられたサーボモータ
6によって駆動され,Z軸方向に往復運動することがで
きる。また,主軸台5には,主軸Cを回転させるモータ
7が組み込まれている。主軸Cの先端にはチャック8が
設けられており,チャック8には工作物9が保持され,
工作物9は回転駆動される。主軸台5は,主軸Cの長手
方向であるZ軸方向に移動可能なZ軸テーブル3上に載
置されている。
るX軸方向に移動可能なX軸テーブル4は,主軸Cのチ
ャック8に取り付けられた工作物9と対向する位置に配
置されている。X軸テーブル4には,直接或いは刃物台
テーブルを介在してターナベース1が固定されると共
に,主軸Cに対向して各種のバイト44が取り付けられ
る刃物台43が固定されている。ターナベース1には,
長手方向に延びる凹部40A,40Bをそれぞれ備えた
一対のスライドブロック部材16A,16Bから成るス
ライドブロック16が取り付けられている。スライドブ
ロック16は,ターナベース1上にスライドブロック部
材16A,16Bの凹部40A,40Bを互いに対向状
態に配置し,一方のスライドブロック部材16Aをター
ナベース1に形成された係止段部27に当接させ,スラ
イドブロック部材16Aの対向面41Aに他方のスライ
ドブロック部材16Bの対向面41Bを当接させてター
ナベース1に設けた幅決めブロック26で固定すること
によって組み立てられ,ターナベース1に固定されてい
る。
手方向の凹部40A,40Bを対向させてターナベース
1に固定することによって,スライドブロック部材16
Aとスライドブロック部材16Bと間に凹部40A,4
0Bによってスライダ18の収容室42が形成される。
スライドブロック部材12A,12Bの上端部には上蓋
24が取り付けられ,収容室42の上部が閉鎖されてい
る。スライドブロック16の収容室42には,スライダ
18がZ軸方向に往復移動可能に配設されている。収容
室42の側方に形成された開口部からスライダ12が突
出し,その先端部にバイト取付部材45が固定されてい
る。スライダ18の先端部に取り付けられたバイト取付
部材45には,バイトホルダ28が取り付けられてい
る。バイト31は,バイトホルダ28に交換可能にセッ
トされるように構成されている。バイト31は,スライ
ダ18に直接取り付けたバイトホルダ28にセットする
ように構成することもできる。
スライドブロック16に対してY軸方向(Z軸方向と同
一方向)に往復移動させる駆動装置に特徴を有してい
る。スライダ18を往復移動させる駆動装置は,スライ
ドブロック16に固定されたリニアモータコイル19
と,スライダ18に設けられたリニアモータ磁石板20
とから構成されている。スライドブロック16には,タ
ーナベース1上に固定されたX軸方向に直交するZ軸方
向(又はY軸方向という)に延びるリニアガイドを構成
する軌道レール17が複数箇所(図2では長手方向に二
箇所,図4では下部と側部)に固定されている。スライ
ダ18には,スライドガイド33が固定されており,ス
ライダ18は,スライドブロック16に設けた軌道レー
ル17に沿ってスライドガイド33を往復移動させるこ
とによって高速高加速度で往復移動することができる。
モータコイル19に沿って延びるリニアスケール21と
リニアスケール検出器22が設けられている。従って,
スライダ18のスライドブロック16に対する移動量
は,リニアスケール検出器22によって直ちに検出さ
れ,その移動量の情報はコントローラにフィードバック
され,次のスライダ18の移動制御に反映される。更
に,スライドブロック16とリニアスケール21との間
には,リニアスケール21の位置決めのためスケール部
ライナ39が設けられている。このNC加工機に設けら
れたコントローラは,予め決められた加工指令値に基づ
いてスライダ18に設けたバイト31によって工作物9
の切削加工を行わせ,その切削加工情報をフィードバッ
クさせ,切削加工情報と加工指令値との差を零に近づけ
る制御をし,工作物9に対する次の切削加工に活かす学
習機能を備えている。また,コントローラは,予め備え
ている切削能力を考慮してスライダ18に設けたバイト
31によって工作物9の切削加工を行わせる予見機能を
備えている。
コイル19を冷却するための冷却プレート23が設けら
れている。リニアモータコイル19には,リニアモータ
磁石板20がスライダ18の往復移動に伴って磁力を切
るが,その時に熱が発生し,高温になる。そこで,冷却
プレート23は,リニアモータコイル19に発生した熱
を冷却するため設けられている。また,ターナベース1
のターナ軸とZ軸テーブル3のZ軸との平行度を調整す
るため基準ブロック32がX軸テーブル4に取り付けら
れている。ターナベース1には調節ブロック36が設け
られているので,調節ブロック36に設けた調整ねじ3
7によって,ターナベース1を基準ブロック32に対し
て調整し,ターナ軸とZ軸との平行度が調整される。
17との間には,スライダ12のスライドブロック16
に対する移動範囲の位置決めをするためLM部ライナ3
8が設けられている。スライドブロック16には,スラ
イダ18のストロークを規制するためのストッパ29,
30が設けられている。スライダ18には,ストッパ2
9,30に当接してスライダ18の移動範囲を規制する
ストッパ当接部材34が設けられている。図示していな
いが,スライダ18に設けられた駆動装置に接続される
動力線,信号線等の配線,及び前記ターナのための冷
却,潤滑等の配管は,スライダ18の移動に伴って屈曲
可能なガイドカバー,被覆部材等に収容されている。
うに,工作物がZ軸方向に移動設定できる主軸にセット
され,工作物を切削加工するバイトがZ軸方向と同方向
のY軸方向に移動するターナベースに設けられたZ軸方
向に往復移動するスライダにセットされている。特に,
スライダは,リニアモータコイルとリニアモータ磁石板
から成るリニアモータで往復移動されるので,高速高加
速度に対応でき,バイトによる工作物の切削加工が高速
で,しかも高精度に行うことができる。また,スライダ
は,X軸テーブルに固定されたターナベースに固定され
たスライドブロックで往復移動するように構成され,ス
ライダとスライドブロックとの共働でリニアモータが構
成されているので,往復移動するスライダを極めて軽量
に構成することができ,高速高加速度の往復移動にスラ
イダを対応させて追従性,応答性を向上させ,高精度の
切削加工を可能にすることができる。しかも,スライド
及びX軸テーブルを高速で往復運動することができるた
め,主軸の回転速度を上げることができ,短時間で工作
物を加工することができる。上記のように,この発明に
よるNC加工機はスライダをリニアモータで駆動する構
成であるので,従来のNC加工機に比較して,高速高加
速度の切削加工が可能になり,工作物に対して短時間で
しかも高精度の切削加工ができるようになった。
図である。
示す正面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 モータで回転駆動される工作物を取り付
けられた主軸が配置された主軸台,前記主軸台を載置し
且つ前記主軸の長手方向であるZ軸方向に移動可能なZ
軸テーブル,前記Z軸方向に直交するX軸方向に移動可
能なX軸テーブル,前記主軸に対向して前記X軸テーブ
ルに固定されたターナベースと各種バイトを取り付ける
刃物台,前記ターナベース上に固定された前記X軸方向
に直交するZ軸方向に延びる軌道レールを備えたスライ
ドブロック,前記スライドブロックに対して前記軌道レ
ールに沿って高速で往復移動し且つ前記工作物に切削加
工するバイトを取り付けたスライダ,及び前記スライダ
を前記軌道レールに沿って前記スライドブロック上で往
復移動させる駆動装置を有し,前記駆動装置は前記軌道
レールに沿って前記スライドブロックに固定されたリニ
アモータコイルと前記スライダに組み込まれた前記リニ
アモータ磁石板とから構成されていることから成るNC
加工機。 - 【請求項2】 前記スライダの移動範囲において前記リ
ニアモータコイルに沿って延びるリニアスケールが設け
られていることから成る請求項1に記載のNC加工機。 - 【請求項3】 前記スライドブロックには複数箇所に前
記軌道レールを備えていることから成る請求項1に記載
のNC加工機。 - 【請求項4】 予め決められた加工指令値に基づいて前
記スライダに設けた前記バイトによって前記工作物を切
削加工を行わせ,その切削加工情報をフィードバックさ
せ,前記切削加工情報と前記加工指令値との差を零に近
づける制御をして次の切削加工に活かす学習機能を備え
たコントローラが設けられていることから成る請求項1
に記載のNC加工機。 - 【請求項5】 前記コントローラは,予め備えている切
削能力を考慮して前記スライダに設けた前記バイトによ
って前記工作物を切削加工を行わせる予見機能を備えて
いることから成る請求項4に記載のNC加工機。 - 【請求項6】 前記スライダに取り付けられた前記バイ
トは,前記スライダに直接又は前記スライダに固定され
た刃物取付部材に取り付けられることから成る請求項1
に記載のNC加工機。 - 【請求項7】 前記スライドブロックには,前記リニア
モータコイルを冷却するための冷却プレートが設けられ
ていることから成る請求項1に記載のNC加工機。 - 【請求項8】 前記ターナベースのターナ軸と前記Z軸
との平行度を調整するため基準ブロックが前記X軸テー
ブルに取り付けられていることから成る請求項1に記載
のNC加工機。 - 【請求項9】 前記スライドブロックには,前記スライ
ダのストロークを規制するためのストッパが設けられて
いることから成る請求項1に記載のNC加工機。 - 【請求項10】 前記スライドブロックは対向する一対
のスライドブロック部材から成り,前記スライドブロッ
ク部材は前記ターナベース上で互いに対向状態に幅決め
ブロックで位置決めされ,対向した前記スライドブロッ
ク部材間に前記スライダが往復移動可能に配設されてい
ることから成る請求項1に記載のNC加工機。 - 【請求項11】 前記スライダに設けられた前記駆動装
置に接続される動力線,信号線等の配線,及び前記ター
ナのための冷却,潤滑等の配管は,前記スライダの移動
に伴って屈曲可能なガイドカバーに収容されていること
から成る請求項1に記載のNC加工機。
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