TW522072B - 4-axis bench apparatus for maching mirror finished surface - Google Patents

Description

五、發明說明（1 [發明所屬技術領域] 本發月係關於種平台上型4轴鏡面加工裝置，係屬 電子•光學裝置、金屬模具組件等之超精密加工技術，詳 言^對硬質脆性材料及超硬金料亦可將複雜形狀以高 精擒度且尚效率加工成鏡面者。 [習知技術] 於豕庭或研究室為了機械加工小組件大多使用平台上 型車床、平台上型銑床等。此等平台上型加工裝置之對象 為較易加工之材料，你,1 ‘細 t 何t叶例如銅、銘、木材、塑膠等。相對於 此’難以加工之材料’例如電子·光學裝置用之精密陶瓷、 光予玻璃、半導體單結晶等硬質脆性材料及金屬模具組件 等超硬金屬等’即使被加工物（WGrk，工件）為小型，向來 :不得不使用一般大型機械。因& ’從以前便希望有一種 2平台上型車床等使用方便、且遇硬質脆性材料或超硬 金屬等亦能以高精密度且高效率進行加工之平台上工 裝置。 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 題 但是為實現此等平台上型加工裝£，則有如下心 (1)為加工硬質脆性材料或超硬金屬成自由形狀，需將二 件以高精密度於三次元移動（例如χ、γ、z方向^ 時，通常係將工件在水平面内移動於2方向（例如X Y方向），但因此而在Χ、γ方向有直進導件或NC馬 動機器突出，使平台上型加工裝置之設置面積變得超 大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵“挪公爱） 1 311860

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 522072 五、發明說明（2 ) (2) 有避免此問題，使工件在水平面内僅移動於丨方向（例 如Y方向），使工具在垂直面内移動於2方向（例如x、 Z方向），則用以導引工具之直進導件將變為大型。特 別是為了易於交換工具，而自直進導件或NC驅動機器 於單邊支撐之安裝夾頭上固定工具時，因加工阻力所 致之安裝夾頭之撓曲等遂無法有高精密度加工。再 者，加工硬質脆性材料及超硬金屬等，係使用砂輪之 研磨加工最為適宜，但研磨加工之加工阻力較一般切 削加工為大，因此夾頭之撓曲等變位將變得更大。 (3) 使用砂輪進行研磨加工時，需旋轉工具（砂輪）本身以加 工工件。此時，砂輪旋轉軸之方向僅為單方向時（例如 為Z方向），工件之加工形狀受限很大。為此，砂輪旋 轉軸需設在2方向（例如γ、z方向），如此砂輪驅動機 構又將複雜而大型化，使平台上型加工裝置更加大型 化。 [發明要點] 本發明係為解決上述問題所創者。即本發明之目的在 於提供-種平台上型4軸鏡面加工裝置，其固定工具用之 安裝夾頭之撓曲等變位少，而可因應2方向之砂輪旋轉， 且設置面積小使裝置可小型化，由此對硬質脆性材料及超 硬金屬等亦能以高精密度且高效率進行加工。 研磨加工所用之砂輪在短時間内將會堵塞，因而通常 難以有效率化。又，為解決此問題，本發明之發明者等開 發了一一種電解過磨法（以下簡磁ELID研磨 Μ氏張尺度過料關家標準（CNS’)A4規格⑵Q χ挪公爱1 ----------------------_一 311860 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（3 ) / )。本發明係應用該£LID研磨而減低加工阻力以獲得平 台上型4軸鏡面加工裝置。 即，依據本發明可提供一種平台上型4軸鏡面加工裝 置，其特徵係具備：0平台，為安裝被加工件，並以 垂直之B軸為中心由數值控制而驅動旋轉；主軸（6),為安 裝導電性砂輪（2)，並以其軸心為中心而驅動旋轉；砂輪安 裝夾頭（8)，為將主軸之旋轉轴c對平行於3軸之z軸方 向及與B軸水平正交之γ軸方向安裝成可裝卸自如；扭曲 防止導件（10)，為防止砂輪安裝夾頭之χ軸周邊及2軸周 邊之扭曲；X· Z平台（12)，為以數值控制使砂輪安裝夾頭 向X軸方向及z軸方向直線移動；γ平台（14)，為以數值 控制使（9平台向與χ_Ζ面水平正交之γ軸方向直線移動，· 及電氣加工裝置，為用以電氣加工電極及（或）被加工件。 由此構成’係以Υ平台（14)使工件在水平面内僅向γ 方向移動，以Χ·Ζ平台（12)使砂輪在垂直面内向χ、ζ方 向移動，因此無X方向之突出而可縮小設置面積。又，係 以扭曲防止導件（10)防止砂輪安裝夾頭（8)之χ軸周邊及Ζ 軸周邊之扭曲，因此可與χ·ζ平台（12)合作以引導砂輪安 裝夾頭（8)之同8#，可縮小其撓曲等變位。再者，砂輪安裝 夾頭（8)係使主軸（6)旋轉軸（^於冗軸方向及γ軸方向安裝 成可裝卸自如，因此，只要裝卸砂輪安裝夾頭，即可因應 2方向之砂輪旋轉，而可避免砂輪驅動機構之複雜、大型 化。 依據本發明之較佳實施形態，前述扭曲防止導件（J 〇) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311860 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

·11111111 I — II----------I - 1--I 522072 A7 五、發明說明（4 ) (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 係由：平行之2軸導桿（11a)，用以引導砂輪安裝夾頭（8) 向X軸方向；兩端支持塊（lib)，用以支持該2軸導桿之兩 端；及平行之2軸導桿（11c)，用以引導兩端支持塊向z軸 方向所構成。 依此構成，係以不含數值控制機構等之簡單構成之扭 曲防止導件（10)防止X軸周邊及z軸周邊之扭曲，且以χ· ζ平台（12)數值控制X軸方向及ζ軸方向，因而可使砂輪 安裝夾頭之變位縮小，且可高精密度地數值控制X軸及Υ 〇 又，上述主轴（6)具有平行於Χ-Ζ面之X· Ζ安裝面（6a) 及平行於X-Y面之Χ· Y安裝面（6b)，而Χ·Ζ安裝面與χ· Υ安裝面係構成可互成相反地安裝於砂輪安裝夾頭（8)。 依此構成，僅需將Χ·Ζ安裝面（6a)與X· γ安裝面（6b) 相反安裝於砂輪安裝夾頭（8)，即可使主軸（6)之旋轉軸c 因應Y軸方向與Z軸方向二方向之砂輪旋轉，且可使砂輪 驅動機構小型化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 刖述電氣加工裝置係由隔著旋轉供電體使砂輪作為陽 極，以前述電極為陰極之電力供給裝置（16)，及在前述砂 輪與電極間供給導電性加工液之加工液供給裝置（18)所 成，且係使前述電極與砂輪以接觸或非接觸狀加工被加工 件或間歇性地加工電極。 依此構成，可適用以非接觸電解電極之電解修整加工 (dressing)及接觸之放電整形加工（tooling)雙方而可進行 電極之高精密度整形及一邊進行加工之ELID研磨。因此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 4 311860 522072 A7 B7 五、發明說明（ 對硬質脆性材料及超硬金屬等亦可以高精密度且高效率進 行加工。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又/、備對Θ平台、Χ·Ζ平台、γ平台以數值控制之數 值控制裝置（20)，藉由3直進軸（X、Y、z)& i旋轉軸（Θ) 之同時或逐次控制，對被加工件進行自由曲面之eud研 磨加工。 由此構成，以數值控制裝置（20)(例如個人電腦）控制， 即可實施簡易的數值控制，並可實現高精密度加工。 前述導電性砂輪（2)係使導電性粉末與非導電性粉末 以燒結或電鍍而固化為宜。由此構成，可易於製造圓板狀、 圓筒形、球端形（Ball-nose)等導電性旋轉砂輪。 前述導電性砂輪（2)係具有底面、外周面、邊緣部之旋 轉體，且係藉由此等部位之全部或任一以上之部位加工被 加工件。由此構成，可一面旋轉導電性砂輪，一面將被加 工件加工成複雜形狀。 前述被加工件（1)係由導電性材料所成，且與前述導電 性砂輪成電性絕緣，而在加工中與前述電極接觸。由此構 成’可避免被加工件與導電性砂輪間之放電之同時，使被 加工件與電極接觸而對被加工件施以放電加工。 另具備用以檢測出導電性砂輪（2 )與被加工件（1)之接 觸的AE感測器（sensor)，或在前述導電性材料所成之被加 工件與前述導電性砂輪間施加電壓而檢測因其接觸所產生 之電位差、電流變化的接觸檢測裝置，並藉由該接觸檢測 裝置，實施前述電氣加工裝置之ON-OFF控制。依此構成， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 5 311860 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 ^ ·11111111 — — — — — — — — — — — — 1 — — — — — — . A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 522072 五、發明說明（6 ) 可與導電性砂輪（2)及被加工件（〖）之接觸連動而控制電氣 加工裝置之ON-OFF。 本發明之其他目的及有利特徵’由參照附圖之以下說 明即可明瞭。 [圖示之簡單說明] 第1圖為本發明之平台上型4軸鏡面加工襞置之敕 斜視圖； $ _ 第2圖為第1圖之正面圖； 第3圖為第1圖之左側面圖。 [符號之說明] 1 被加工件（工件） 2 導電性砂輪（工具） 4 0平台 4a 脈衝馬達 6 主轴 6a X · Z安裝面 6b X · γ安裝面 8 砂輪安裝夾頭 9 蓋子 10 扭曲防止導件 11a 2軸導桿 lib 兩端支持塊 11c 2軸導桿 12 X · z平台 12a 脈衝馬達 14 Y平台 14a 脈衝馬達 16 電力供給裝置 18 加工液供給裝置 20 數值控制裝置 22 電極 [較佳實施例] 以下參照圖面說明本發明之實施形態。另於各圖之共 同部分附同一符號並省略重複說明。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311860 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) ，•--------訂------------------------------- 522072 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

五、發明說明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 及平行於X-Y而夕γ V ^ 之 ·Υ安裝面6b。此兩個安裝面6a、 b係、可例如藉由 Ώ . 由螺检之裝卸，使主軸之旋轉軸C對平行於 軸之Ζ抽方向及欠羊丄 ^ ^ 及水十正父於Β軸之Υ軸方向安裝成可裝 卸狀而構成。 α由此構成，安裝成如第1至第3圖所示，可將主軸6 2旋轉軸C固定於γ軸方向，反之，僅將χ·ζ安裝面“ ” Y安裝面6b相反安裝於砂輪安裝夾頭8，即可將主 抽6之旋轉軸c固定於z轴方向。再者，此時，導電性砂 f 2以將用圓筒形砂輪 '杯形砂輪、球端砂輪等為宜。如 疋主軸6之旋轉轴c可因應丫軸方向及z軸方向2方向 之砂輪旋轉，且砂輪驅動機構可小型化。 扭曲防止導件1〇係由：平行之2軸導桿Ua，用以引 導砂輪安裝炎頭8向X軸方向；兩端支持塊n，用以支持 該2軸導杯Ua之兩端；及平行之2軸導桿lie，用以引 導兩端支持塊lib向Z軸方向所構成。於兩端支持塊lib 組裝有用以引導2軸之平行桿成直線之線形軸承（Unear bearing) ’可使砂輪安裝夾頭8於上下左右以低阻力自由移 動’且可防止X軸周邊及Z軸周邊之扭曲。 由此構成，將作用於砂輪2之加工阻力經由砂輪安裝 夾頭8而由2軸導桿iia、Ub承受，可防止砂輪安裝夾頭 8之X軸周邊及Z軸周邊之扭曲。又，於此構成，係以χ· Ζ平台12數值控制X軸方向及冗軸方向，因此可使χ·ζ 平台12之導件縮小，且可將砂輪安裝夾頭8之變位抑制成 較小，以高精密度地數值控制X軸及Ζ軸。 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂·丨 •線— ϋ n n n 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 311860 522072 A7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) χ·ζ平台12係由v溝及十字型滾柱引導至χ軸方向 及Ζ軸方向，並藉由脈衝馬達12a數值控制砂輪安裝夾頭 8向Z轴方向直線移動，另藉由無圖示之脈衝馬達i2a數 值控制砂輪安裝夾頭8向X軸方向直線移動。另，丫平台 14同樣係由v溝及十字型滾柱引導至γ軸方向，並藉由 脈衝馬達14a數值控制0平台4向γ軸方向直線移動。另胃， 不使用脈衝馬達之開放式電路，而改用由線性感測器之回 饋控制進行數值控制亦可。 由此構成，可將砂輪安裝夾頭8之撓曲等變位抑制成 較小，故可藉由X· Ζ平台12與γ平台14，使工件i及 工具2相對移動且精度良好地進行3軸NC控制。又，γ 平台14可以0平台4之半徑分加工直徑分量，因此可使 工作量（stroke)減半，且可防止脈衝馬達14a等之突出。 又，9為整體或部分透明之蓋子，覆蓋著平台上型4軸鏡 面加工裝置，且在動作中可觀察内部。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電氣加工裝置係用以電氣加工電極22及（或）被加工件 卜此電氣加工包含電解修整加工及放電整形加工。此電氣 加工裝置係由··隔著旋轉供電體（無圖示）使砂輪2作為陽 極（+)，並以電極22為陰極之電力供給裝置16;及在砂輪 2與電極22間供給導電性加工液之加工液供給裝置i 8所 成。電極22與砂輪2之加工面之間以隔有一定間隔為宜， 但電極與砂輪構成暫時接觸亦無妨。 由此構成可適用，以非接觸狀態電解電極22而去除之 電解修整加工，及暫時或間歇性接觸之放電整形加工〇因 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（2Κ)χ 297公餐）——-------- 9 311860 五、發明說明（ίο 此，電極之高精密度整形及一邊進行加工之elid研 :進行’對硬f脆性材料及超硬金屬等亦能以高精密= 尚效率進行加工，而可達成平均粗链度在Rai〇nm以= 鏡面加工。 之 數值控制裝置20係數值控制0平台4、χ·ζ平台ο 及Υ平台14,且同時或逐次控制了直進軸χ、γ、ζ及— 2編以進行被加工件1之自由曲面之獅研磨： 又，具備接觸檢測裝置（無圖示），該裝置具有用以檢 測導電性砂輪2與被加工件！之接觸的ΑΕ感測器，藉由 此接觸檢測裝置進行電氣加工裝置之〇n_〇ff控制，並與 導電性砂輪2與被加工件！之接觸連動而控制電氣加工裝 置之 ON_OFF。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 由上述本發明之構成，係以Y平台14使工件丨在水 平面内僅移動於Y方向，以Χ·ζ平台12使砂輪2在垂直 面内移動於χ、ζ方向，因此無又方向之突出而可縮小設 置面積。又，係以扭曲防止導件10防止砂輪安裝夾頭8 之X軸周邊及Ζ軸周邊之扭曲，故可與χ·ζ平台12合 作以引導砂輪安裝夾頭8之同時，使其挽曲等變位縮小。 再者，蛉輪女裝夹頭8係將主軸6之旋轉軸c安裝成於ζ 軸方向與Υ軸方向成可裝卸自如狀，因此只要裝卸砂輪安 裝夾頭8即可因應2方向之砂輪旋轉，而可避免砂輪驅動 機構之複雜、大型化。 丨又，係以簡單構成之扭曲防止導件10防止χ軸周邊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮）- 10 311860 522072 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 A7 B7 五、發明說明（11 ) 及Z軸周邊之扭曲，並由X.Z平台12數值控制X耗t 向及Z軸方向，故可使砂輪安裝夾頭8之變位縮小，且可 高精密度地數值控制X轴及Z轴。再者，僅將Χ·Ζ安裝 面6a及Χ·γ安裝面6b相反安裝於砂輪安裝夾頭8，gp 可使主軸6之旋轉轴C因應砂輪之Y軸方向及Z軸方向之 2方向旋轉，並可使砂輪驅動機構小型化。再者，可應用 以非接觸狀電解電極之電解修整加工，及接觸之放電整形 加工兩者，而可進行電極之高精密度整形與一邊進行加工 之ELID研磨，因此對硬質脆性材料及超硬金屬等亦能以 高精密度且高效率進行加工。 因此，本發明之平台上型4軸鏡面加工裝置具有：安 裝工具用之安裝夾頭之撓曲等變位少而可因應2方向之砂 輪旋轉，且設置面積小使裝置可小型化，由此，對硬質脆 性材料及超硬金屬等亦可以高精密度且高效率進行加工等 優異效果。 此外，雖以幾個較佳實施例說明了本發明，但本發明 包含之權利範圍並不受限於上述實施例。本發明之權利範 圍係包含申請專利範圍所含之所有改良、修正及均等物 者0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 311860 ---------------------訂---------線 ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 522072 六 1· A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 -種平台上型4軸鏡面加工裝置，其特徵為具備·· Θ平 台（4)，為安裝被加工件（1)，並以垂直之β軸為中心由 數值控制而驅動旋轉；主軸（6)，為安裝導電性砂輪（2)， 並以其軸心為中心而驅動旋轉；砂輪安裝夾頭，為 將主軸之旋轉軸C對平行於Β軸之Ζ軸方向及水平正 交於Β軸之Υ軸方向安裝成可裝卸自如；扭曲防止導 件（1 〇)，為防止砂輪安裝夾頭之X軸周邊及ζ軸周邊之 扭曲；X · Ζ平台（12)，為以數值控制使砂輪安裝夾頭 向X軸方向及ζ軸方向直線移動；γ平台（14)，為以數 值控制使（9平台向與χ-ζ面水平正交之γ軸方向直線 移動，及電氣加工裝置，為用以電加工電極及（或）被加 工件。 2·如申請專利範圍第1項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中前述扭曲防止導件（1〇)係由：平行之2轴導桿 (11a)，用以引導砂輪安裝夾頭（8)向又軸方向；兩^支持 塊（11b)，用以支持該2軸導桿之兩端；及平行之2轴 導桿（lib)，用以引導兩端支持塊向z軸方向所構成。 3·如申請專利範圍第1項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中前述主軸（6)係具有平行於χ_ζ面之χ · z安梦 (6a) ’及平行於X-Y面之χ· γ安裝面（6b)，而安 裝面與Χ-Υ安裝面係構成可互成相反地安裝於砂輪 裝夾頭（8)。 4.申專利範圍第1項之平台上型4軸鏡面加工裝置，其中 前述電氣加工裝置係由：隔著旋轉供電體使砂輪作為陽 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------- 12 3Π8^Γ^ 1 --------訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 522072 六、申請專利範圍 極而前述電極為陰極之電力供給裝置（16);及供給加工 液於前述砂輪與電極間之加工液供給裝置（i 8)所構 成，而使前述電極與砂輪接觸或非接觸，得以加工被加 工件之同時，或間歇性地加工電極。 5·如申請專利範圍第i項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中又具備數值控制0平台、χ·ζ平台、¥平台之數 值控制裝置（20)，並藉由3直進軸（χ、γ、幻及1旋轉 軸（Θ)之同時或逐次控制，以進行被加工件之自由曲面 之ELID研磨加工。 6.如申請專利範圍帛！項之平台上型4轴鏡面加工裝置， 其中前述導電性砂輪（2)係使導電性粉末與非導電性粉 末以燒結或電鍍而固化者。 7·如申請專利範圍第！項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中前述導電性砂輪⑺係具底面、外周面及邊緣部之 旋轉體，並藉由此等部位之全部或任一以上之部位加工 被加工件。 8. 如申請專利範圍第i項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中前述被加工件（1)係由導電性材料所成，且斑前述 導電性砂輪為電性絕緣，而在加工中與前述電極接觸。 9. 如申請專利範圍第i項之平台上型4軸鏡面加工裝置， 其中又具備用以檢測導電性砂輪⑺與被加工件⑴之接 觸的AE感測器，或施加電M於前述導電性材料所成之 被加工件與前述導電性砂輪之間，而檢㈣其接觸所產 生之電位差、電流變化的接觸檢測裝 |__饿列裒置並藉由該接觸檢 本紙張尺度適用中關家標準(CNS)A4規袼（210 X 297公爱 311860 填 Μ I 522072 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 測裝置控制前述電氣加工裝置之ON-OFF 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 311860 I--------------------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)