JPH05269659A - 表面を機械加工するための多軸数値制御機械および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短い機械加工時間を以て高い機械加工精度が
得られ、機械加工さるべき表面に関する工具通路の選択
およびその他機械加工パラメータの選択に関してより大
きい自由を有する多軸数値制御機械およひ機械加工方法
を提供する。 【構成】 フレーム２上に回転工具即ち研磨ホイール３
とワークピースホルダ４が配置され、ワークピースホル
ダ４はスピンドルを介してキャリッジ７に取付けられ
る。キャリッジ７は高精密ニードルレール１２によって
案内される。研磨ホイール３はキャリッジ１６に組付け
られ、キャリッジ１６は高精密ニードルレール１７によ
って案内される。研磨ホイール３は支持要素２３即ち円
筒形のバレルによって担持され、スピンドル２５の一端
に結合される。電動機１３がキャリッジ７のために設置
され、そして電動機３６が支持要素２３のために設置さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワークピースにおいて要
求されるあらゆる任意の形状と有限の大きさとを有する
表面を形成するのに使用され得る多軸の数値制御される
機械に関し、特にそれにワークピースが結合され得そし
て第１の幾何軸線を中心として回転可能に取付けられる
ワークピースホルダと、ワークピースホルダにそれを第
１の幾何軸線を中心として回転させるため結合された第
１の駆動手段と、ワークピースホルダに結合されたワー
クピースを機械加工するための回転可能の工具であって
その回転軸線を中心とする回転面である作用面を有する
ものと、工具をその回転軸線を中心として回転させるた
め工具に結合された第２の駆動手段と、二つの要素、即
ちワークピースホルダおよび工具、の一つを支持しそし
て第１の幾何軸線に平行の第２の幾何軸線に沿って直線
運動可能である第１のキャリッジと、第１のキャリッジ
にそれを前記第２の幾何軸線に沿って変位させるため結
合された第３の駆動手段と、前記二つの要素の一つを支
持しそして第１の幾何軸線に対し垂直でありそしてそれ
と交差する第３の幾何軸線に沿って直線運動可能である
第２のキャリッジと、第２のキャリッジにそれを前記第
３の幾何軸線に沿って変位させるため結合された第４の
駆動手段とを有し、前記工具の回転面が第１および第３
の幾何軸線によって画成される平面に常時包含される中
心を有し、制御手段が工具およびワークピースホルダを
互いに対して前記ワークピース上に形成さるべき要求面
に対応するデータに応答して変位させるため前記１、第
３および第４の駆動手段に結合されているタイプの多軸
数値制御機械に係る。本発明はさらに、そのような機械
を使用する機械加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】この
タイプの機械は既に知られている（例えば、欧州特許願
第０２８１７５４号参照）。このタイプの機械は非球
面、凹面または凸面、例えば“漸進面”または可変倍率
面と呼称される表面、を形成するために、直接に眼レン
ズブランク材に対して、または熱サギングによって眼レ
ンズを製造するためのサギング形状として爾後使用する
のに好適な材料のブロックに対して、または有機材料の
成形による眼レンズの製造のための型として爾後使用す
るのに好適な材料のブロックに対してすら使用され得る
ことが注目される。

【０００３】前記欧州特許願に開示される既知機械は３
軸機械、即ち工具の回転軸線を中心とする該工具の固有
回転運動に加えて、工具とワークピースホルダまたはブ
ランクホルダとの間において相対運動、即ち第１の幾何
軸線を中心とするワークピースホルダの回転運動、第１
の幾何軸線に平行の第２の幾何軸線に沿う、第１のキャ
リッジによって支持される、ワークピースホルダの並進
運動、および第１の幾何軸線に垂直であってそれと交差
する第３の幾何軸線に沿う、第２のキャリッジによって
支持される、工具の並進運動、の３本の軸線が存在す
る。この既知機械においては、三つの前記運動はワーク
ピースの表面における要求螺旋通路と、切削深さまたは
除去される厚さ、即ち工具が前記螺旋通路の沿って連続
的に離間された諸点において連続して除去しなくてはな
らない材料の量、とをともに達成するために使用され
る。その結果、ワークピースホルダを支持するキャリッ
ジは、その振動の大きさが比較的高い値に達し得る振動
直線運動を行わなくてはならず、特に、機械加工さるべ
き光学面が機械加工さるべき表面の赤道平面および主子
午線平面において極めて異なる値を有する曲率半径を有
する場合、即ち第１の幾何軸線を中心とする９０°にわ
たるワークピースホルダの連続回転によって、工具と機
械加工さるべき表面との間の接点が赤道平面から主子午
線平面へ移動し、次いで赤道平面へ戻るときなど常にそ
うである。そのような運動様式は機械加工精度、機械加
工時間の観点からそして機械加工通路またはその他の機
械加工パラメータの選択の自由に関連して不利である。
機械加工精度および時間に関して、これら二つの値は密
接に関係づけられることが注目さるべきである。実際に
おいて、工具またはワークピースホルダの変位または振
動速度が遅いほど、機械加工時間はより長くなるが、機
械加工精度は増す。各種運動軸線と関連する位置制御装
置（数値制御）によって発生されるトラッキング誤差が
より小さくなるからである。

【０００４】本発明の主目的は、以上述べた諸欠点を除
去し、それにより特に、短い機械加工時間を以て高機械
加工精度が得られることを可能にする、そして機械加工
さるべき表面に関連する工具の通路の選択に関して、ま
たは、その他の機械加工パラメータの選択に関してより
大きい自由を提供する、前記タイプの機械を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は工具を
支持しそして第１および第３の幾何軸線に対し直角の第
４の幾何軸線を中心として回転運動する支持要素と、前
記支持要素にそれを前記制御手段の制御下で第４の幾何
軸線を中心として回転させるため結合された第５の駆動
手段とをさらに有することを特徴とする機械を提供す
る。

【０００６】本発明の一実施例によれば、工具は好まし
くはその回転軸線が第４の幾何軸線に平行するように前
記支持要素によって支持される。好ましくは、第１のキ
ャリッジは前記支持要素および前記第２および第５の駆
動手段を支持し、一方、第２のキャリッジはワークピー
スホルダおよび前記第１の駆動手段を支持する。

【０００７】工具は第４の幾何軸線を中心として回転運
動し得るから、第１、第２および第３の幾何軸線を中心
とするそしてそれらに沿う他の三つの運動は、ワークピ
ースの表面に工具の通路を画成することに専ら寄与し
得、一方、第４の幾何軸線を中心とする工具の回転運動
は、切削深さ即ちワークピースの表面上の工具の通路の
連続点のおのおのにおいて除去される厚さを達成するこ
とに寄与し得る。

【０００８】本発明の他の一局面によれば、本発明は回
転工具およびワークピースが結合され得るワークピース
ホルダを有する多軸数値制御機械によってあらゆる任意
の要求形状と有限の大きさとを有する表面をワークピー
ス上に形成するための機械加工方法であって、ワークピ
ースホルダを第１の幾何軸線を中心とする歩進回転運動
を以て回転させることと、工具とワークピースホルダと
の間に、第１の幾何軸線に対しその一方が平行しそして
他方が垂直に交差する第２および第３の幾何軸線にそれ
ぞれ沿って、第１と第２の相対直線運動を生じさせるこ
ととから成り、前記歩進回転運動および前記第１と第２
の相対直線運動が前記ワークピース上に形成さるべき要
求表面に対応するデータに応答して制御される方法にお
いて、さらに、前記データに応答して、第１と第３の幾
何軸線に対し直角の第４の幾何軸線を中心とする相対回
転運動を工具とワークピースホルダとの間に生じさせる
ことと、専らワークピースの表面に工具の螺旋通路を画
成するため前記歩進回転運動および前記第１と第２の相
対直線運動を使用することと、前記螺旋通路の諸連続点
において除去される要求厚さを達成するため第４の幾何
軸線を中心とする前記相対回転運動を使用することとか
ら成ることを特徴とする表面を機械加工する方法を提供
する。

【０００９】

【発明の効果】従って、より大きい選択の自由が機械加
工パラメータ（螺旋通路の形状およびピッチ、など）に
関して行使され得ることは明らかである。さらに、工具
の中心と第４の幾何軸線とを含む平面が、少なくとも工
具が機械加工さるべき表面の中心区域と接触していると
き、おおむね垂直（第１の幾何軸線が垂直であるとき）
に保たれるように構成することによって、後述する細部
説明において理解されるように、第４の幾何軸線を中心
とする支持要素の運動に関する工具運動のデマルチプリ
ケーション（ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）即ち
減少効果を得ることが可能であり、そのような減少効果
は除去される厚さに影響し、従って、表面におけるその
曲率半径方向の機械加工精度の向上に、従って、眼レン
ズの場合、レンズによって得られる光学倍率の修正の質
の向上に特に有利である。

【００１０】さらにまた、それが提供するより大きい精
度の故に、減少効果はより急速な位置決め制御装置が使
用されることを可能にし、従って、表面を機械加工する
ため要求される時間の量が実質的に減じられることを可
能にする。

【００１１】本発明のさらなる特徴および利点は、対応
する添付図面において図解されるごとき一例として提供
される本発明の好的実施例に関し以下記述する明細な説
明から明らかになるであろう。

【００１２】

【実施例】本発明は以下多軸数値制御機械、特に眼レン
ズのブランク材の機械加工のために設計されたそのよう
な機械、に関して説明される。図１から図５に図示され
る機械１は、例えば下フレーム２ａおよび上フレーム２
ｂであって図２に示されるように互いに重ね合わされて
結合されたものから構成されるフレーム２を有する。フ
レーム２上には、例えば円形の研磨ホイールから構成さ
れる回転工具３と、ワークピース、例えば眼レンズのブ
ランク材５、受けて保持するのに適する任意の既知構造
のワークピースホルダ４とが取付けられる。ワークピー
スホルダ４は垂直軸線Ｚを有する回転するスピンドル６
に結合され、スピンドル６は可動テーブル即ちキャリッ
ジ７によって支持されそしてキャリッジ７に回転可能に
取付けられる。スピンドル６の下端は駆動システムに結
合される。駆動システムは直流電動機８および減速歯車
９であって垂直軸線Ｚを中心とする回転運動がスピンド
ル６、従ってブランク材５、に伝達されることを可能に
するものを有する。角度位置センサ１１が前記スピンド
ル６の角度位置、従ってブランク材のそれ、を探知する
ためスピンドル６と結合される。角度位置センサ１１は
０．００１度の角度電子分解能が得られることを可能に
する精密回転エンコーダ（９０００スケールマーク）で
あって円弧の±２．５秒（±０．０００７度）のエンコ
ーダ最大精度をも提供し得るものから構成され得る。直
流電動機８および減速歯車９は、例えばスピンドル６の
最大速度が１３５ｒｐｍでありそして回転方向の逆転時
における減速歯車９のアウトプットでの機械的遊びが零
であるように寸法を決定される。

【００１３】キャリッジ７は垂直軸線Ｚ（以下、Ｚ軸と
言う）に対して垂直でありそしてそれと交差する水平軸
線Ｘ（以下、Ｘ軸と言う）に沿って並進運動を行い得る
ように上フレーム２ｂ上に取付けられる。このため、キ
ャリッジ７は２本の高精密ニードルレール１２（図２お
よび図４）によって上フレーム２ｂ上に取付けられる。
キャリッジ７は例えば電動機１３およびウォーム・ナッ
ト歯車装置１４であって電動機の回転運動を並進運動に
変換し得るものを有する駆動システムによってＸ軸に沿
って変位され得る。歯車装置１４のウォーム１４ａは例
えば電動機１３の出力軸１３ａに結合され、そして歯車
装置のナット１４ｂはキャリッジ７に結合される。ウォ
ーム１４ａは例えば衛星ローラを有するウォームであり
得、そして２ｍｍのピッチを有し得る。Ｘ軸に沿うキャ
リッジ７の位置、従ってＸ軸に垂直でありそして後に定
義される軸線Ｚ′を含む機械１の固定垂直面に関するＺ
軸の位置、は直線位置センサ１５、例えば０．１μｍの
電子分解能を有するインクレメンタルルーラ、によって
探知され得る。従って、前記ルーラの精度は±２μｍで
あり得る。機械１の電子制御装置に測定誤差曲線を統合
することによって、前記精度は増進され得そして±１μ
ｍの変位制御精度が達成され得る。電動機１３および歯
車装置１４は、例えば、キャリッジ７の最大変位速度が
３ｍ／分であるように、そして変位行程が１５０ｍｍで
あるように寸法を決定され得る。

【００１４】回転工具３即ち研磨ホイール３は他の可動
テーブル即ちキャリッジ１６であって中空のケーソンの
形式にされておりそして機械１のフレームに関して固定
された垂直幾何軸線Ｚ' に沿って並進変位され得るもの
に取付けられる。このため、キャリッジ１６即ちケーソ
ンテーブルは上フレーム２ｂに取付けられそしてキャリ
ッジ７を案内する高精密ニードルレール１２と同様の２
本の高精密ニードルレール１７によって上フレームに沿
って垂直方向に案内される。前記キャリッジ１６は電動
機１３およびウォーム・ナット歯車装置１４と同様の例
えば電動機１８およびウォーム・ナット歯車装置１９を
有する他の駆動システムによって垂直軸線Ｚ' に沿って
変位され得る。電動機１８は下フレーム２ａのビーム２
１に結合されそしてその出力軸１８ａは歯車装置１９の
ウォーム１９ａに結合され、一方、歯車装置のナット１
９ｂはキャリッジ１６に結合される（図２および図
３）。ウォーム１４ａと同様に、ウォーム１９ａは衛星
ローラを有するウォームであって２ｍｍのピッチを有す
るものから構成され得る。電動機１８および歯車装置１
９は、例えば、キャリッジ１６の最大変位速度が１．５
ｍ／分であるように、そしてキャリッジ１６の垂直行程
が１００ｍｍの大きさを有するように寸法を決定され
る。垂直軸線Ｚ' に沿うキャリッジ１６の位置は、直線
位置センサ２２（図４）によって探知され得る。直線位
置センサ２２はキャリッジ７と一緒に使用される直線位
置センサ１５と同様であり得そして同じ電子分解能を有
し得る。

【００１５】本発明の特徴によれば、研磨ホイール３は
支持要素２３によって担持される。支持要素２３はＸ軸
およびＺ軸に対し直角のＹ軸を中心として回転し得る。
支持要素２３は、例えば、Ｙ軸と一体化する軸線を有す
る円筒形のバレルから構成され得る。支持要素２３即ち
バレル２３はスラスト軸受としても働く複数の玉軸受２
４によってキャリッジ１６に回転可能に取付けられる。
研磨ホイール３の作用面は、例えば、８０ｍｍの直径と
２５ｍｍの幅とを有する球面ゾーンの形式にされる。機
械１は研磨ホイール３の中心Ｏが、Ｚ' 軸に沿うキャリ
ッジ１６の全運動を通じてそしてＹ軸を中心とする円筒
形のバレル２３の全回転運動を通じて、Ｘ軸およびＺ軸
によって画成される平面内に常に止どまるように設計さ
れる。研磨ホイール３は、好ましくはその軸線がＹ軸に
平行して延びそしてそれが円筒形のバレル２３内に回転
可能に取付けられるスピンドル２５の両端の一つに結合
される。スピンドル２５の前記軸線は円筒形のバレル２
３のＹ軸から予決定された距離に位置される。

【００１６】スピンドル２５は図５に示される別の駆動
システムによって０から７０００ｒｐｍまでの様々の速
度で回転するように駆動され得る。該駆動システムはキ
ャリッジ１６に結合された電動機２６と、電動機２６の
出力軸２６ａを円筒形のバレル２３と同軸の中間駆動軸
２８に運動的に結合する第１の無端のベルトトランスミ
ッション２７と、中間駆動軸２８をスピンドル２５の他
端、即ち研磨ホイール３を支持する端とは反対のその
端、に運動的に結合する第２の無端のベルトトランスミ
ッション２９とを有する。中間駆動軸２８およびベルト
トランスミッション２９が円筒形のバレル２３内に据付
けられることを可能にするために、円筒形のバレル２３
は図示されない手段によって互いに結合される３個の部
分２３ａ、２３ｂ、２３ｃに軸方向にセグメント化され
ている。その周辺面に部分２３ｃはベルトトランスミッ
ションが通ることを可能にする大きい開口３１を有す
る。これに関して、バレル２３は決して完全な回転を通
じて回転せず、単にＹ軸を中心とする限定振動運動を通
じてのみ回転することとが留意さるべきである。これら
条件下において、開口３１はＹ軸を中心とするバレル２
３の最大振幅より少し大きい角度範囲を有するならば十
分である。

【００１７】円筒形のバレル２３は別の駆動システムに
よりＹ軸を中心として回転され得、該駆動システムは例
えばＹ軸に対し直角のＷ軸に沿って並進運動可能のキャ
リッジ３２（図３及び図５）と、Ｗ軸の沿って変位する
ようにキャリッジ３２に作動的に結合された駆動手段３
３と、少なくとも２個の可撓であるが伸びないバンドま
たは金属フォイル３４ａ、３４ｂであっておのおの一端
を円筒形のバレル２３に結合されたものとを有する。図
３および図６において一層明瞭に見られるように、バン
ド３４ａは円筒形のバレル２３の周面の一部に第１の方
向に巻付けられそしてその他端をキャリッジ３２の端に
結合され、一方、他のバンド３４ｂは円筒形のバレルの
周面の一部に第１の方向とは反対の方向に巻付けられそ
してその他端をキャリッジ３２の他端に結合される。バ
ンド３４ａおよび３４ｂによって円筒形のバレル２３に
加えられる力の供給点を釣り合わせるため、２個のバン
ドの一つ、例えばバンド３４ｂ、は好ましくは図６に示
されるように二つの平行するバンドに分割され、分割さ
れた各バンドはバンド３４ａの幅の半分に等しい幅を有
しそしてそれぞれバンド３４ａの両側に配置される。

【００１８】キャリッジ３２はケーソン形のキャリッジ
１６の内側において、その広くされた上部分１６ａ内
で、Ｗ軸に平行して延びる２本の高精密ニードルレール
３５によって運動し得る。この場合Ｗ軸は水平でありそ
してＸ軸に平行しているが、Ｙ軸に垂直に任意の他方式
で定向され得る。図３においてより明瞭に見られるよう
に、駆動手段３３は例えば電動機３６と、電動機３６の
回転運動をキャリッジ３２のための並進運動に変換する
ウォーム・ナット歯車装置３７とを有する。歯車装置３
７のウォーム３７ａは電動機３６の出力軸３６ａに結合
され、一方、歯車装置３７のナット３７ｂはキャリッジ
３２に固定される。ウォーム３７ａは既に説明されたウ
ォーム１４ａおよび１９ａと同様のウォームであり得
る。原動機３６および歯車装置３７は、例えば、バレル
２３が１／３１４の減速比を以て概ね６．４ｒｐｍの最
大速度で回転するように寸法を決定される。そのような
駆動システムによって、円筒形のバレル２３は原動機を
何れかの方向に回転させることによってＹ軸を中心とす
る何れかの方向に自在に回転され得る。そのような駆動
システムは比較的複雑に見えるかもしれないが、それは
キャリッジ３２の変位方向が逆転される都度円筒形のバ
レル２３とキャリッジ３２との間に遊びを生じさせない
伝動を提供し、かくして、円筒形のバレル２３のために
精密な角度位置を得ることを可能にするという利点を有
する。

【００１９】角度位置センサ３８かバレル２３の角度位
置、従ってＹ軸上に定心された円上における研磨ホイー
ル３の中心Ｏの角度位置、を探知するために設置され
る。図５において示されるように、角度位置センサ３８
は、例えば、キャリッジ１６の後部の開口を通じてキャ
リッジ１６の端を越えて突出するバレル２３の部分２３
ｃに作動的に結合され得、そして保護ケーシング３９に
よって支持され得る。保護ケーシング３９はそれ自体キ
ャリッジ１６に結合されそして部分的にベルトトランス
ミッション２７を掩蔽する。角度位置センサ３８は、例
えば、高精密回転エンコーダ（３６０００スケールマー
ク）であって０．０００１度の角度電子分解能を有しそ
して±０．０００２７度（円弧の±１秒）の最大精度を
提供するものから構成され得る。

【００２０】機械加工間研磨ホイール３の球面と機械加
工さるべきブランク材５の表面との間の接触点は、一般
的に、研磨ホイール３の球面の同一円上に常に止どまる
ことなしに、前記球面上を動き回る事実に鑑み、研磨ホ
イール３の摩耗は回避され得ない。これを未然に防ぐた
め、本発明の機械は研磨ホイール３のための再システム
を有する。図２においてのみ示されるこの再生システム
は、例えば、電動機４２によって回転駆動され得るカッ
プホイール４１から構成され得る。電動機４２は、例え
ば、通常は研磨ホイール３とワークピースホルダとを包
囲しそしてまた通常は機械加工間に研磨ホイール３とブ
ランク材５とに対し投射される冷却液のための収集タン
クとしても使用される保護ケーシング４３によって支持
され得る。カップホイール４１は、例えば、研磨ホイー
ル３が８０ｍｍの直径を有するとき３８ｍｍの内径を有
し得る。研磨ホイール３が再生されなくてはならないと
きは、その都度、電動機４２が始動されそして研磨ホイ
ール３はキャリッジ１６およびそれと結合された駆動シ
ステム即ち電動機１８およびウォーム・ナット歯車装置
１９によってカップホイール４１と接触させられる。

【００２１】本発明の機械１の電動機８、１３、１８、
２６、３６および４２のごとき各種能動要素は、ブロッ
ク４４の形で図１に概略的に表されたコンピュータによ
って制御される。前記能動要素に対するそのアウトプッ
トに加えて、コンピュータ４４は機械１のまたはそれと
連結された他の諸要素、例えば、前記冷却液を投射する
装置、ワークピースホルダ４上にブランク材５を送り込
みそしてそれを位置決めしそしてブランク材の機械加工
の完了と同時にそれを撤退させるためのトランスファ装
置（図示せず）、ブランク材機械加工運転間ワークピー
スホルダ４内においてブランク材５を積極的に維持する
ための維持装置（図示せず）、ブランク材の機械加工の
完了と同時にワークピースホルダ４からのブランク材の
取出しを容易にするための突出し装置（図示せず）な
ど、を制御するための少なくとも一つの他のアウトプッ
ト４５、そのほかデータまたはメッセージの表示のため
表示装置に結合されるアウトプットを有し得る。

【００２２】コンピュータ４４は前に説明された各種の
センサ１１、１５、２２及び３８から来る情報を受取
る。コンピュータ４４はさらにその他の情報、例えばこ
のタイプの機械に通常設置される行程終端探知器または
リミットスイッチから来入する情報、それによってオペ
レータがデータをコンピュータ４４にキーで打込み得る
キーボード（図示せず）から来入する情報、コンピュー
タ４４が指令を受取る／または遠隔サイトとデータを交
換することを可能にするテレマティーク線から来入する
情報、を受取るための少なくとも一つの他のインプット
を有する。

【００２３】以上説明された本発明の機械１によれば、
ブランク材５において要求される表面上のあらゆる点
は、欧州特許願第０２８１７５４号に示されるごとく、
ブランク材５に関して固定される３個の座標軸ｘ、ｙお
よびｚの系において３個の座標によって限定され得る。
この固定座標系はそれぞれワークピースホルダ４内にそ
してブランク材５に固定されそしてワークピースホルダ
４内に受けられる取付ブロック上に設置される協働する
相補性要素によって通常限定される。軸ｘ、ｙおよびｚ
は例えば前に説明された軸Ｘ、ＹおよびＺと平行であり
得または合同され得る。反対に、本発明の機械によれ
ば、要求表面の各点の３個の座標は研磨ホイール３の中
心Ｏのための４個の座標に交換され得る。これら４個の
座標は２個の軸線Ｘ及びＺに沿って測定される２個の座
標ＸおよびＺ、座標α（軸線Ｚを中心とする回転角度）
および座標β（軸線Ｙを中心とする回転角度）である。
最初の３個の前記座標Ｘ、Ｚおよびαは、ブランク材５
の表面に関する研磨ホイール３の瞬間回転中心即ち振動
中心ＣＯの位置を限定する。この点ＣＯは軸線Ｙと、軸
線ＸおよびＺによって限定されそしてまた研磨ホイール
３の中心Ｏを含む垂直面との交点に位置される。この点
ＣＯの位置は前に説明されたセンサ１１、１５および２
２に提供される位置データによって制御され得る。座標
βは研磨ホイール３の中心Ｏの位置が限定されることを
可能にし、そして従って研磨ホイール３と機械加工さる
べきブランク材５の表面Ｓとの間の接点Ｃ（図７および
図８参照）の位置が限定されることを可能にする。この
ようにして、４個の座標Ｘ，Ｚ，αおよびβを知り、そ
して研磨ホイール３の半径ＲＭ（この半径は設計デー
タ、例えば前に説明された例においては４０ｍｍ、であ
りまたは研磨ホイール３の各再生の後に測定され得る）
および点ＯとＣＯとを結ぶセグメント４７の長さ（この
長さもまた設計データでありそして円筒形のバレル２３
の軸線Ｙとスピンドル２５の幾何軸線との間の距離に等
しい）を知るならば、研磨ホイール３と機械加工さるべ
きブランク材５の表面Ｓとの間の接点Ｃの位置を限定
し、従って研磨ホイール３によって機械加工さるべき要
求表面の任意の点を限定することが可能である。

【００２４】４個の軸線（軸線ＸおよびＺに沿う並進、
軸線Ｚを中心とする回転αおよび軸線Ｙを中心とする回
転β）による本発明の機械１の設計は、歪曲面（非球
面）、凹面または凸面が形成されることを可能にする。
これら４個の軸線の利用はワークピースの表面における
研磨ホイール３の通路の全てを測定する利点を有する。
異なる種々の螺旋がかくして最初に適用される機械加工
の法則に従って得られる。例えば、下記のどれもが螺旋
通路に適用され得る： − トロイドの赤道および子午線における円弧値に基づ
く定ピッチ； − 赤道及び子午線における定螺旋溝深さ； − レンズの縁において同時に完成される子午線および
赤道； − レンズの縁において赤道の前に完成される子午線； − レンズの縁において子午線の前に完成される赤道；
など。

【００２５】最初に選択される機械加工の法則に従っ
て、点ＯおよびＣＯのための結果として生じる運動学
は、凹面Ｓの場合において図７および図８を参照して以
下説明される機械加工精度に寄与するセグメント４７の
オリエンテーションに帰着する。図７および図８におい
て、Ｒは加工さるべき表面Ｓの曲率半径を表し、その中
心Ｑは研磨ホイール３の中心Ｏおよび研磨ホイール３と
表面Ｓとの間の接点Ｃとに整合される。±εは機械的誤
差（剛性）と軸線Ｙを中心とする回転運動β（瞬間回転
中心ＣＯを中心とする研磨ホイール３の中心Ｏの回転）
に関する数値制御トラッキング誤差との和による円弧誤
差を表す。この誤差±εは、要求表面の一点に対応する
Ｏの各計算位置に対し、図７および図８において円弧

【外１】 によって表される位置Ｏ誤差範囲を必然的に伴う。βは
垂直軸線Ｚ' と点Ｏと点ＣＯとを結ぶセグメント４７
（セグメント４７は以下において振動棒と呼ばれる；こ
の振動棒は軸線Ｙに対し垂直に延びそしてこの軸線を中
心として振動し得る）との間の角度を表す。β' は振動
棒４７と点Ｑ、ＯおよびＣを結ぶ直線との間の角度を表
す。点ＣはＯに中心を有する研磨ホイール３によって通
常機械加工さるべきである。Ｏから±εへの精密でない
位置決めは点Ｃの生成誤差を生じさせ、点Ｃの限度はＣ
₁ とＣ₂ とを以て示される。この生成誤差は要求表面に
おける被工作点における曲率半径の生成における誤差±
△および軸線ｘに沿う誤差±ρを必然的に伴う。図７に
よれば、角度βおよびβ' が比較的低い値を有すると
き、即ち振動棒４７が垂直に近く方向づけられるときそ
して工作される点Ｃが表面Ｓの中心区域に位置されると
き、誤差±△は誤差±εより小さいことが認められ得
る。振動棒４７は円弧の矢の長さに対する円弧の長さの
比の逆数に対応する比において減少効果を得る。もし
β' ＜２０°ならば、±△＜０．５μｍであることが示
され得る。これに関して、円弧

【外２】 の長さは図７および図８において前記減少効果をより明
瞭にするために説明の目的で極めて誇張されていること
が留意さるべきである。軸線ｘに沿って生じる誤差±ρ
は表面Ｓ上の研磨ホイール３の螺旋通路においてピッチ
誤差を生じる。このピッチ誤差は無視され得る（点Ｃの
位置における±ρの入射角は被工作半径Ｒの値の関数で
ありそして±０．１μｍのオーダーである）。図７と図
８とを比較することによって、角度β' は点Ｃが表面Ｓ
の中心から遠ざかるとき、即ちそれが前記表面の縁に接
近するとき、増大することが認められ得る。使用される
運動学および被工作半径Ｒに応じて、β' は１００ｍｍ
の直径に対し３０°から９０°まで変わり得、そしてこ
れら条件下で±△はβ' の値に応じて０．７５μｍから
２．１μｍまで変わることが示され得る。表面Ｓの縁の
区域での螺旋通路のピッチの生成における誤差は、角度
β' 値が増すから、前記表面の中心の区域での誤差に対
し減少することが留意さるべきである。

【００２６】このようにして、研磨ホイール３（幾何軸
線Ｙを中心とする回転β）のための振動棒４７および結
果として生じる減少効果を有する本発明の機械１の独創
的設計は、瞬間回転中心ＣＯの位置に応じて、機械加工
さるべき表面上で要求される通路および眼レンズに関す
る機械加工精度の最良の最適化を可能にする。例えば、
表面の光学中心において最高でありそして表面の縁に向
かって漸減する精度を得ることが可能である。また、角
度β' が常に表面の中心からその縁まで２０°より小さ
く止どまり、それにより同一精度が表面全体にわたって
維持されることを可能にするような運動学も構想され得
る。

【００２７】図９および図１０は、それぞれ凹面および
凸面に対する、瞬間回転中心ＣＯおよび研磨ホイール３
の中心Ｏのための運動学の二つの可能な例を図解する。
図９および図１０において、参照符号４８は研磨ホイー
ル３と機械加工さるべき表面との間の接点Ｃが前記表面
の中心からその縁へ、またはその逆に、移動するときに
おける瞬間回転中心ＣＯの通路を示す。Ｓ₁ およびＳ₂
はそれぞれ表面の子午線および赤道、即ち軸線Ｚ（また
はｚ）を含む垂直面による表面の二つの断面、を示す。
符号４７は振動棒、即ち点ＯとＣＯとを結ぶセグメン
ト、を示す。ダッシュ（' ）、二重ダッシュ（''）およ
び三重ダッシュ（''' ）が対応要素の連続する異なる位
置を示すために参照符号ＣＯ、Ｏ、Ｃおよび４７に付与
された。さらに、添え数字１および２が表面の子午線Ｓ
₁ および赤道Ｓ₂ とそれぞれ関連する対応要素の位置を
識別するために前記参照符号に付与された。例えば、瞬
間回転中心が通路４８上においてＣＯ' によって表され
る位置を占めるとき、振動棒、研磨ホイール３の中心お
よび研磨ホイールと表面との間の接点は、それぞれ、子
午線Ｓ₁ のために４７'₁、Ｏ'₁およびＣ'₁によって示さ
れる位置を占め、そして赤道Ｓ₂ のために４７'₂、Ｏ'₂
およびＣ'₂によって示される位置を占める。図９は機械
加工法則が、赤道Ｓ₂ が無限値の半径Ｒ₂ を有しそして
子午線Ｓ₁ が５０ｍｍに等しい半径Ｒ₁ を有する凹面の
場合において、螺旋通路が赤道および子午線のために定
円弧ピッチを有するように適用される場合に相当する。
図１０は機械加工法則が、表面の赤道及び子午線が７．
５ベースレンズに対して、３．５の追加および８５ｍｍ
の直径を以て、同時に完成されるように、子午線Ｓ₁ お
よび赤道Ｓ₂ がそれぞれ４５ｍｍの半径Ｒ₁ および６７
ｍｍの半径Ｒ₂ を有するときに適用される場合に相当す
る。

【００２８】以上説明された本発明の実施例は純粋に表
示的で非制限的な一例として提供され、そして多くの修
正が本発明の範囲から逸脱することなしに当業者によっ
て容易に行われ得ることは言うまでもない。従って、ワ
ークピースホルダ４をＸ軸に沿って、そして研磨ホイー
ル３をＺ（またはＺ' ）軸に沿って変位させることに代
えて、勿論、研磨ホイール３はＸ軸に沿って、そしてワ
ークピースホルダ４はＺ軸に沿って変位され得る。ま
た、研磨ホイール３にＹ軸を中心とする回転運動βを付
与しそしてワークピースホルダ４に三つの他の運動、即
ちＸ軸およびＺ軸に沿う並進運動とＺ軸を中心とする回
転運動α、を付与することが可能である。また、ワーク
ピースホルダ４にＺ軸を中心とする回転運動αを付与し
そして研磨ホイール３に、その固有の回転運動に加え
て、三つの他の運動、即ちＸ軸およびＺ軸に沿う並進運
動およびＹ軸を中心とする回転運動β、を付与すること
も可能である。さらに、本発明は好適な研磨ホイールお
よび好適なワークピースホルダを使用することによっ
て、眼ブランク材５のための機械に関連して特に説明さ
れたが、本発明の機械はまた熱サギングによる眼レンズ
の製造のためのサギング形として、またはポリマー化可
能の有機材料から眼レンズを製造するための型として、
爾後使用するように意図された材料のブロックを機械加
工するために使用され得る。さらにまた、本発明の機械
は、研磨ホイール３の修正を条件として、非球面のため
の透明磨き仕上げ機械または磨き仕上げ機械としても使
用され得る。最後に、以上の説明において、研磨ホイー
ル３の回転軸線、即ちスピンドル２５の軸線、は図２お
よび図５において明らかに認められるように軸線Ｙに対
し平行しているが、それは軸線Ｙに対し直角であり得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する機械を示す、部分的に構成図
を含む、斜視図。

【図２】部分的に縦断面を以て示される機械加工センタ
ーの部分正面図。

【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図。

【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図。

【図５】図３の線Ｖ−Ｖに沿う、より大きい縮尺に基づ
く、断面図。

【図６】円筒形のバレルの駆動システムに使用されるバ
ンドの取付けの態様を示す斜視図。

【図７】研磨ホイールと表面とに関連して機械の作動を
説明する図面。

【図８】研磨ホイールと表面とに関連して機械の作動を
説明する図面。

【図９】凹面の場合における研磨ホイールのための可能
な運動学を示す図面。

【図１０】凸面の場合における研磨ホイールのための可
能な運動学を示す図面。

【符号の説明】

１ 機械 ３ 研磨ホイール ４ ワークピースホルダ ５ ブランク材 ７ キャリッジ １４ ウォーム・ナット歯車装置 １５ 直線位置センサ １６ キャリッジ １９ ウォーム・ナット歯車装置 ２１ ビーム ２２ 直線位置センサ ２３ 支持要素 ２７ ベルトトランスミッション ２９ ベルトトランスミッション ３２ キャリッジ ３３ 駆動手段 ３４ａ 金属フォイル ３４ｂ 金属フォイル ３７ ウォーム・ナット歯車装置 ３８ 角度位置センサ ４１ カップホイール ４４ コンピュータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークピースにおいてあらゆる任意の形
   状と有限の大きさとを有する要求された表面を形成する
   のに使用される多軸の数値制御される機械であって、そ
   れに前記ワークピースが結合され得そして第１の幾何軸
   線を中心として回転可能に取付けられるワークピースホ
   ルダと、前記ワークピースホルダにそれを前記第１の幾
   何軸線を中心として回転させるため結合された第１の駆
   動手段と、前記ワークピースホルダに結合されたワーク
   ピースを機械加工するための回転可能の工具であってそ
   の回転軸線を中心とする回転面である作用面を有するも
   のと、前記工具をその回転軸線を中心として回転させる
   ため前記工具に結合された第２の駆動手段と、二つの要
   素、即ち前記ワークピースおよび工具、の一つを支持し
   そして前記第１の幾何軸線に平行の第２の幾何軸線に沿
   って直線運動可能である第１のキャリッジと、前記第１
   のキャリッジにそれを前記第２の幾何軸線にそって変位
   させるため結合された第３の駆動手段と、前記二つの要
   素の一つを支持しそして前記第１の幾何軸線に対して垂
   直でありそれと交差する第３の幾何軸線に沿って直線運
   動可能である第２のキャリッジと、前記第２のキャリッ
   ジにそれを前記第３の幾何軸線に沿って変位させるため
   結合された第４の駆動手段とを有し、前記工具の前記回
   転面が前記第１および第３の幾何軸線によって画成され
   る平面に常時包含される中心を有し、さらに、前記工具
   および前記ワークピースホルダを互いに対して前記ワー
   クピース上に形成さるべき要求面に対応するデータに応
   答して変位させるため前記第１、第３および第４の駆動
   手段に結合された制御手段と、前記工具を支持しそして
   前記第１および第３の幾何軸線に対し直角の第４の幾何
   軸線を中心として回転運動可能である支持要素と、前記
   支持要素にそれを前記制御手段の制御下で前記第４の幾
   何軸線を中心として回転させるため結合された第５の駆
   動手段とを有するものにおいて、前記支持要素が前記第
   ４の幾何軸線に対して垂直に延びそして前記工具の前記
   回転面の前記中心と前記第４の幾何軸線との間で測定さ
   れる予決定長さを有する振動棒を画成し、それにより前
   記振動棒が前記表面の機械加工間厚さの除去のため使用
   され得ることを特徴とする多軸の数値制御される機械。
2. 【請求項２】 請求項１に記載される機械において、前
   記工具がその回転軸線が前記第４の幾何軸線に平行する
   ように前記支持要素によって支持されることを特徴とす
   る多軸の数値制御される機械。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載される機
   械において、前記第１のキャリッジが前記支持要素およ
   び前記第２および第５の駆動手段を支持することを特徴
   とする多軸の数値制御される機械。
4. 【請求項４】 請求項３に記載される機械において、前
   記支持要素が前記第４の幾何軸線と合体する軸線を有す
   る円筒形のバレルであって前記第４の幾何軸線を中心と
   して前記第１のキャリッジ上に回転可能に取付けられる
   ものから構成され、そして前記工具が前記第４の幾何軸
   線に平行の軸線を有するスピンドルであって前記円筒形
   のバレル内に回転可能に取付けられるものの両端の一つ
   に結合される球面形の研磨ホイールから構成され、前記
   スピンドルの軸線が前記円筒形のバレルの前記軸線から
   予決定距離に位置されることを特徴とする多軸の数値制
   御される機械。
5. 【請求項５】 請求項４に記載される機械において、前
   記第２の駆動手段が前記第１のキャリッジに結合された
   電動機と、前記電動機の出力軸と前記円筒形のバレルと
   同軸の中間駆動軸との間に取付けられた第１の無端のベ
   ルトトランスミッションと、前記中間駆動軸と前記スピ
   ンドルの他端との間に取付けられた第２の無端のベルト
   トランスミッションとを有することを特徴とする多軸の
   数値制御される機械。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載される機
   械において、前記第５の駆動手段が前記第４の幾何軸線
   に対し直角の方向に前記第１のキャリッジに関して直線
   運動可能に取付けられた第３のキャリッジと、前記第３
   のキャリッジにそれを前記直角の方向に沿って変位させ
   るため作動的に結合された駆動手段と、少なくとも２本
   の撓むが伸びないバンドであっておのおの一端を前記円
   筒形のバレルに結合されたものとを有し、前記バンドの
   最初の一つが前記円筒形のバレルの周面の一部に沿って
   第１の方向に巻付けられそしてその他端を前記第３のキ
   ャリッジの端に結合され、一方、他のバンドが前記円筒
   形のバレルの周面の一部に沿って前記第１の方向とは反
   対の方向に巻付けられそしてその他端を前記第３のキャ
   リッジの他端に結合されることを特徴とする多軸の数値
   制御される機械。
7. 【請求項７】 請求項４から請求項６の何れか一つの項
   に記載される機械において、さらに、前記第１のキャリ
   ッジによって支持されそして前記円筒形のバレルの角度
   位置を探知するため前記バレルに作動的に結合される角
   度位置センサを有することを特徴とする多軸の数値制御
   される機械。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７の何れか一つの項
   に記載される機械において、前記第２のキャリッジが前
   記ワークピースホルダおよび前記第１の駆動手段を支持
   することを特徴とする多軸の数値制御される機械。
9. 【請求項９】 回転する工具および機械加工さるべきワ
   ークピースが結合され得るワークピースホルダを有する
   多軸数値制御機械によってあらゆる任意の形状と有限の
   大きさとを有する要求された表面をワークピース上に形
   成するための機械加工の方法であって、前記ワークピー
   スホルダを第１の幾何軸線を中心とする歩進回転運動を
   以て回転させることと、前記工具と前記ワークピースホ
   ルダとの間に、前記第１の幾何軸線に対してその一方が
   平行しそして他方が垂直に交差する第２および第３の幾
   何軸線にそれぞれ沿って、第１と第２の相対直線運動を
   生じさせることと、前記第１と第３の幾何軸線に対して
   直角の第４の幾何軸線を中心として前記工具と前記ワー
   クピースホルダとの間に相対回転運動を生じさせること
   とから成り、前記歩進回転運動、前記第１と第２の相対
   直線運動、および前記工具と前記ワークピースホルダと
   の間の前記相対回転運動が前記ワークピース上に形成さ
   るべき要求表面に対応するデータに応答して制御される
   方法において、専ら前記機械加工さるべきワークピース
   の表面に前記工具の螺旋通路を画成するため前記歩進回
   転運動および前記第１と第２の相対直線運動を使用する
   ことと、前記螺旋通路の諸連続点において除去される要
   求厚さを達成するため前記第４の幾何軸線を中心とする
   前記相対回転運動を使用することとを特徴とする多軸数
   値制御機械による機械加工の方法。