JP2005103668A - 自由曲面加工法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 研削加工と、研削砥石と遊離砥粒との連れ回り加工による研磨加工が可能な自由曲面加工方法及び装置を提供。
【解決手段】回転軸先端3aにワーク2を固定し、加工先端部が円柱状外面の角部7bとされた棒状の研削砥石7をZ軸4、X軸5、B軸14aを制御して、角部7bによりワーク端面2aを所定の自由曲面形状に研削加工し、研削砥石の角部を逃げ方向に所定の間隔となるように再度移動させ、遊離砥粒含有研磨液10をワーク端面2aと研削砥石の角部7bとの隙間9に供給し遊離砥粒含有研磨液に研削砥石により高速加速力を付与して研削砥石の連れ回りによる研磨加工を行う。
【選択図】 図3
【解決手段】回転軸先端3aにワーク2を固定し、加工先端部が円柱状外面の角部7bとされた棒状の研削砥石7をZ軸4、X軸5、B軸14aを制御して、角部7bによりワーク端面2aを所定の自由曲面形状に研削加工し、研削砥石の角部を逃げ方向に所定の間隔となるように再度移動させ、遊離砥粒含有研磨液10をワーク端面2aと研削砥石の角部7bとの隙間9に供給し遊離砥粒含有研磨液に研削砥石により高速加速力を付与して研削砥石の連れ回りによる研磨加工を行う。
【選択図】 図3
Description
本発明は、光学部品用の超精密金型等の球面、非球面等の自由曲面を有するワークの端面を研削し、かつ研削に使用した砥石を用いて、研磨加工を行う自由曲面加工方法及び装置に関する。
非球面、自由曲面加工機等の超精密加工機で金型を研削で加工するが、光学部品として使用するには、加工物の面粗さが不足しているという問題点があった。従来は、金型の面粗さを向上するため、超精密加工機で研削加工した金型を研磨(ポリッシュ)機に搭載して、研磨を行ない金型の面粗さの向上を図っている。しかし、現在、非球面、自由曲面金型は、金型の形状要求精度が高くなり、深い形状や複雑な曲率分布の形状が要求されるようになった。このため、研磨加工機は、研磨ヘッドの面圧を一定に制御したり、加工面に合わせて研磨(ポリッシュ)ヘッドの向きを制御したりする機能により金型の研磨を行なっている。しかし、金型の形状が複雑なもの、あるいは深い形状のものの場合には、加工ワーク面の傾きを考慮して面圧を一定にすること、加工面に合わせて研磨(ポリッシュ)ヘッドの向きを制御することが困難になっている。
一方、要求精度の高い金型は、研削加工を実施した後、研磨加工→形状測定→研磨加工を繰り返し行ない、金型の形状、面粗さの改善を行なっている。しかし、超精密研削加工機に研磨機能を付加するためには、砥石スピンドルとポリッシャヘッドを両方搭載、または、研削ヘッドとポリッシャヘッドを着脱する必要が生じる。この場合は、小径の研削加工機の場合は、工具を工具旋回軸(B軸)の上に搭載する必要があるが、両方搭載すると、機械サイズ、ストロークが大きくなる等の問題点がある。また、研削ヘッドとポリッシャヘッドを着脱する場合には、研削ヘッドの着脱による形状誤差を小さく押えるためには、0.1μm以下の着脱再現性が必要となり困難であるという問題があった。
そこで、特許文献1のものは、光ファイバーコネクタ端面の加工であるが、粗加工から仕上げ加工までをカップ砥石を用いた研削手段による研削加工により所定形状に加工し、さらに、カップ砥石と端面との間に微少隙間を設け、この微少隙間に遊離砥粒をカップ砥石による連れ回り加工により研磨加工し、研削、研磨加工を連続一工程で加工処理している。この連れ回り加工は図5に示すように、加工液中20の遊離砥粒21が高速回転するカップ砥石22により加速され加工中のコネクタ23の端面23aに衝突し、カップ砥石が非接触状態で加工を行う。この非接触加工は、非常にワークに与えるダメージが少なく、適当な時間保持すれば、遊離砥粒21による非接触加工のみによって加工が行われ、面のきれいな端面加工が可能となる。また、特許文献2においては、棒状材の切断と端面研磨を円盤状の剛性体による遊離砥粒の連れ回り加工により行っている。また、特許文献3においては、タービンブレードのR部をタービンブレードより高硬度のセラミック円盤とR部との間に遊離砥粒を介在させている。但しこの場合は砥粒をタービンブレード側に押しつけているので、特許文献1,2の連れ回り加工とは異なる。
特開平9−248750号公報
特公平6−047228号公報
特開平6−312358号公報
しかしながら、特許文献1のものはカップ砥石面に対し所定角のワーク面を押しつけて研削加工し、さらに一定隙間にして、遊離砥粒を供給するだけであり、単純な形状に限られる。また、特許文献2のものは、砥石の平面形状を転写するに留まり、平面しか加工できない。また、特許文献3のものは砥粒を押しつけるので、特許文献1,2のような良好な面は得られない。このように、かかる遊離砥粒による連れ回り加工又は類似の加工は前述したレンズの金型のような、自由曲面加工への適用については示唆も開示もされていない。
本発明の課題は、前述した問題点に鑑みて、研削砥石による研削加工と、研削砥石と遊離砥粒との連れ回り加工による研磨を自由曲面加工で行える自由曲面加工方法及び装置を提供することである。
本発明者等は、遊離砥粒による連れ回り加工において、砥石形状を転写するのみでなく、砥石の軌跡による加工の場合についての可能性について検討した。その結果、最も隙間の小さい部分は先端に円柱状の外径を有する角部で加工する棒状の砥石の角部とワーク加工面とが一番隙間が少なく、他の部分では隙間が大きいので、ワーク加工面に対して、送り等を適当に選択すれば、十分な連れ回り加工が可能であることを知得した。この知得により、本発明においては、回転軸先端にワークを固定し、砥石軸回りに回転する棒状の研削砥石を前記回転軸と同方向のZ軸方向、前記回転軸と直角方向のX軸方向、前記Z及びX軸と直角方向の回転軸B軸回りに移動させ、前記研削砥石の加工先端部である円柱状外面の角部の軌跡により、前記ワーク端面を所定の自由曲面に研削加工した後、前記研削砥石の角部を前記所定の自由曲面の軌跡とは、逃げ方向に所定の間隔となるように再度移動させ、かつ、遊離砥粒含有研磨液を前記自由曲面に加工された前記ワーク端面と前記研削砥石の角部との隙間に供給し前記遊離砥粒含有研磨液に前記研削砥石により高速加速力を付与して前記研削砥石の連れ回りによる研磨加工をし、前記ワーク端面に自由曲面を形成する自由曲面加工方法を提供することにより上記課題を解決した。
即ち、非球面レンズ金型、自由曲面レンズ金型の研削加工と面粗さを向上させる方法として、超精密加工機に搭載した砥石軸スピンドルで研削加工を行ない金型の端面の形状を仕上げる。このとき実際の加工は研削砥石の先端の円柱状外面の角部で行われる。次に、好ましくは、加工した金型の形状計測を行い、金型の形状誤差を求める。そして、誤差を含み、研削加工面に対して砥石の角部とワーク間の隙間が所定に値になるようにNCプログラム等により軌跡制御する(形状誤差に応じて、送り速度を設定すればよい)。次にノズル等により遊離砥粒含有研磨液を研削砥石の角部との隙間に供給した状態で、砥石軸スピンドルを回転させ、遊離砥粒含有研磨液を砥石外周、さらに角部に連れ回りさせ、加工ワークと砥石角部間に流れる遊離砥粒の流れによりワーク表面の磨き加工を行なうのである。加工先端部は円柱状外面の角部としているので、角部以外の部分の加工面との隙間は、角部と加工面との隙間よりはるかに大きい。従って、遊離砥粒の影響も少ない。
かかる方法を実施する装置としては、請求項2に記載の発明において、先端にワークが固定される回転軸と、加工先端部が円柱状外面の角部とされた棒状の研削砥石と、棒状の研削砥石が回転自在に設けられる砥石軸と、前記砥石軸が載置され、相対的に前記回転軸と同方向のZ軸方向、前記回転軸と直角方向のX軸方向、前記Z及びX軸と直角方向の回転軸B軸回りに移動可能にされた工具取付部と、前記研削砥石の加工先端である円柱状外面の角部の軌跡により研削加工された自由曲面と、前記研削砥石の角部との間が所定の隙間になるように再度研削砥石の角部の軌跡を制御できる手段と、前記自由曲面と前記研削砥石の角部との間に遊離砥粒含有研磨液を供給するノズルとを有する自由曲面加工装置とすればよい。
本発明によれば、加工先端部が円柱状外面の角部となる棒状の研削砥石を用いて、研削加工した後、角部と研削加工面との隙間が所定の隙間になるように制御するようにしたので、レンズ等の金型の自由曲面や非球面、球面等の自由曲面加工において、研削砥石による研削加工と、研削砥石と遊離砥粒との連れ回り加工による研磨加工方法及び装置を提供するものとなった。連れ回り加工による研磨ができるので高精度の加工ができる。さらには、金型の形状要求精度が高く、深い形状や複雑な形状になった非球面、自由曲面形状の光学部品の金型に対しても、砥石、砥石軸スピンドルをそのまま用いて研磨加工を行なうことが可能となり、加工面の面粗さの改善を図ることができる。また、研磨加工に用いた砥石は、遊離砥粒含有研磨液との作用により、ドレス効果がえられ、砥石の切れ味の回復を図る効果がえられるものとなった。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態を示す自由曲面加工装置の平面図、図2は同側面図、図3はワークと研削砥石との関係を示す拡大断面平面図、図4は側面図である。図1、2において、本自由曲面加工装置1は、基台6上にZ軸4方向に移動可能なワークテーブル12とZ軸と直角(X軸5)方向に移動可能な工具テーブル13が載置され、ワークテーブル12上にZ軸と同方向の回転軸3が設けられている。回転軸3の端部3aにワーク2が取付けられるようにされ、ワークは回転軸回りに回転可能にされている。工具テーブル13の上にはテーブル面13aに垂直に旋回軸であるB軸14b回りに旋回可能にされた旋回ステージ14、さらに、旋回ステージ上14aに工具取付部15が設けられ、工具取付部には砥石軸7a回りに軸回転可能に棒状の研削砥石7が取付けられている。研削砥石7は円柱状に形成され、円柱状外面の角部7bをワーク端面2aに対して移動させてワーク端面を加工する加工先端部としている。研削砥石7の軸心7aは基台面6aに対して平行にされ、回転軸3に対して傾けて取り付けられ、また高さは回転軸3と同じにされている。回転軸3やワークテーブル12,工具テーブル13、旋回ステージ14、砥石軸7a等の送りには流体軸受や、高精度転がり軸受が使用されており、さらにX軸5、Z軸4、旋回軸14bはサーボモータを使用したNC制御により高精度に制御され、超精密非球面加工が可能にされている。なお、回転軸3、砥石軸7aもNC制御することが好ましい。また、上下方向にNC制御できるようにしてもよいが、少なくともX、Z、B軸が制御されることが必要である。なお、図1に点線で示す符号8は計測用のプローブ接触式計測器であり、加工工程中に必要に応じて都度取付けられワーク端面形状を測定する。
特に、本発明においては、研磨工程時には、図3に示すように、ワーク3の自由曲面2aと研削砥石7の角部7bとの隙間9に遊離砥粒含有研磨液10が供給可能にノズル11が設けられる。ノズルはできる限り加工面に近いのが好ましい。ワーク端面2aの下方には受皿18が設けられ下方に落下する遊離砥粒含有研磨液10を受け、図示しない研磨液タンクへ戻すようにされている。ワーク端面2aの研削加工は、回転軸3、Z軸4、X軸5、B軸14b、砥石軸7aを相対移動させ角部7bにより自由曲面研削を行うようにされている。また、研磨加工時においては、研削加工された自由曲面2aと角部7bとの間(自由曲面の逃げ方向)が所定の隙間9、例えば数nm(ナノメータ)〜数μm(ミクロンメータ)の隙間を保ちながら再度研削砥石の角部7bの軌跡を制御できるようにされている。
かかる自由曲面加工装置において、まず、回転軸3の端面3aに加工ワーク2を取付け、棒状砥石7を用いて、角部7bにより、ワーク端面の自由曲面(図では凹面)2aの研削加工を行なう。研削加工ワーク2は、機械上に搭載された形状測定装置8を用いて形状測定を行なう。研削加工で仕上げた軌跡に対して、棒状砥石7の角部7bとワーク2の自由曲面2aの隙間9が所定の値になるように、研磨加工用のNC制御させる。また、ノズル11から角部7bと自由曲面2aとの間の隙間に向かって、温度調整された遊離砥粒含有研磨液10を供給する。砥石軸7aスピンドルを回転させ、砥石7の角部7bとワーク2の自由曲面2aとの間が所定の隙間になるように、NCプログラムにて軸移動を行なう。これにより、棒状砥石の回転につれ回りして遊離砥粒含有研磨液10に回転が生じ、遊離砥粒がワーク自由曲面2aに当る箇所で、研磨の効果が得られ、加工面2aの面粗さが改善する。なお、棒状砥石7の回転速度、遊離砥粒の大きさ等は、前述した研削砥石と遊離砥粒による連れ回り研磨が可能な速度(例えば、数千〜数万回転)、大きさ(0.1〜0.5μm)、砥粒材質(超微粒子シリカ)等適宜選択するのはいうまでもない。また、棒状砥石は円筒状、円柱状、外形が異なる円筒又は円柱状の砥石が軸方向に連接された段付状等の種々の形状が可能であり、加工に携わる加工先端部が円柱の角部となっていればよいことはいうまでもない。
1 自由曲面加工装置
2 ワーク
2a ワーク端面(自由曲面)
3 回転軸
3a 回転軸先端
4 Z軸
5 X軸
7 棒状の研削砥石
7a 砥石軸
7b 角部
9 隙間
10 遊離砥粒含有研磨液
11 ノズル
14b B軸
15 工具取付部
2 ワーク
2a ワーク端面(自由曲面)
3 回転軸
3a 回転軸先端
4 Z軸
5 X軸
7 棒状の研削砥石
7a 砥石軸
7b 角部
9 隙間
10 遊離砥粒含有研磨液
11 ノズル
14b B軸
15 工具取付部
Claims (2)
- 回転軸先端にワークを固定し、砥石軸回りに回転する棒状の研削砥石を前記回転軸と同方向のZ軸方向、前記回転軸と直角方向のX軸方向、前記Z及びX軸と直角方向の回転軸B軸回りに移動させ、前記研削砥石の加工先端部である円柱状外面の角部の軌跡により、前記ワーク端面を所定の自由曲面に研削加工した後、前記研削砥石の角部を前記所定の自由曲面の軌跡とは、逃げ方向に所定の間隔となるように再度移動させ、かつ、遊離砥粒含有研磨液を前記自由曲面に加工された前記ワーク端面と前記研削砥石の角部との隙間に供給し前記遊離砥粒含有研磨液に前記研削砥石により高速加速力を付与して前記研削砥石の連れ回りによる研磨加工をし、前記ワーク端面に自由曲面を形成することを特徴とする自由曲面加工方法。
- 先端にワークが固定される回転軸と、加工先端部が円柱状外面の角部とされた棒状の研削砥石と、棒状の研削砥石が回転自在に設けられる砥石軸と、前記砥石軸が載置され、相対的に前記回転軸と同方向のZ軸方向、前記回転軸と直角方向のX軸方向、前記Z及びX軸と直角方向の回転軸B軸回りに移動可能にされた工具取付部と、前記研削砥石の加工先端である円柱状外面の角部の軌跡により研削加工された自由曲面と、前記研削砥石の角部との間が所定の隙間になるように再度研削砥石の角部の軌跡を制御できる手段と、前記自由曲面と前記研削砥石の角部との間に遊離砥粒含有研磨液を供給するノズルと、を有することを特徴とする自由曲面加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003336795A JP2005103668A (ja) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | 自由曲面加工法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003336795A JP2005103668A (ja) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | 自由曲面加工法及び装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005103668A true JP2005103668A (ja) | 2005-04-21 |
Family
ID=34532792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003336795A Pending JP2005103668A (ja) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | 自由曲面加工法及び装置 |
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---|---|
JP (1) | JP2005103668A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102320023A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-01-18 | 南京航空航天大学 | 高速工具约束磨料零件表面可控精密光整加工工艺 |
JP2012148390A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-09 | Disco Corp | 硬質基板の研削方法 |
CN114952436A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-30 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种金属槽腔结构打磨方法 |
-
2003
- 2003-09-29 JP JP2003336795A patent/JP2005103668A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012148390A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-09 | Disco Corp | 硬質基板の研削方法 |
CN102320023A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-01-18 | 南京航空航天大学 | 高速工具约束磨料零件表面可控精密光整加工工艺 |
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