TWI326233B - Precision roll turning lathe - Google Patents

Description

1326233 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是可對輥子的外周面，加工由三角錐或 排列成縱橫之凹凸花紋的精密輥子車床。 【先前技術】 在用來加工輥子的工作機械中，具有輥子磨床 車床。輥子磨床具備：主軸台、磨床尾座、往復台 往復台設有硏磨石（硏磨輪）。 傳統上，輥子磨床除了利用硏磨石對輥子的外 行硏磨加工之外，也用來對外周面執行溝的加工。 特開2003 -9423 9號公報中記載著在往復台設有溝 置的輥子磨床，該溝加工裝置具有用來切削溝的切 〇 輥子車床，是在往復台設置有安裝著金鋼石刀 具台的車床。其幾本的使用方法爲：利用主軸台促 旋轉，一邊使往復台朝前後方向（X軸）進給並一 周面執行溝的加工。在對軸方向加工溝的場合中， 一邊利用主軸台（C軸）對輥子執行分度（index i 並一邊使往復台朝左右方向（Z軸）高速移動，而 向上產生溝。 近年來，由於機械控制技術的進步，可藉由車 現超精密加工。因此形成：即使是車床也能加工光 成形用的模具。舉例來說，本案的申請人提出一種 四角錐 或輥子 ，並在 周面執 在曰本 加工裝 削鋸刃 具之刀 使輥子 邊對外 可藉由 ng )， 在軸方 床來實 學透鏡 :用來 -4- 1326233 加工菲涅耳透鏡成形用模具的立式車床（日本特開 ’ 2004-358624號公報）。該立式車床，可高精度地 涅耳透鏡成形模具的V型透鏡溝。 . 由於液晶顯示裝置的普及，而使得液晶面板背 ' 用之透鏡片的需求大增。該種透鏡片中，除了前述 * ' 耳透鏡之外，還有著陣列透鏡片、正交陣列透鏡片 片等。 φ 最近則發展出：藉由採用轉印輥子，擠壓成形 鏡片、正交陣列透鏡片、菱鏡片的成形方式。 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 在用來製造陣列透鏡片之轉印輥子的場合中， 一定的節距在輥子的外周面上精密地加工周方向的 ，因此即使是輥子車床也能用來加工。 # 相對於此，在正交陣列透鏡或菱鏡片用的轉印 ^ 場合中，則必須加工四角錐（四角錐體）、三角錐 ' 錐體）形狀的花紋。 其中，爲了加工四角錐形狀的花紋，則發展出 子的表面上縱橫地（交錯地）切削周方向的溝與軸 溝。此外，加工三角錐形狀之花紋的方法，則是發 在輥子的外周面上，結合延伸於軸方向的溝與延伸 狀的溝的加工方法。但是，傳統的輥子車床無法充 應上述的超精密加工。 加工菲 光所使 的菲涅 、菱鏡 陣列透 只要以 溝即可 輥子的 (三角 :在輥 方向的 展出· 成螺旋 分地對 (S ) -5- 1326233 因此，本發明的目的，是解決前述傳統技術所存有的 問題點，並提供一種可在輥子的表面，高精度地加工三角 錐體或四角錐體之立體形狀花紋的精密輥子車床》 [解決課題之手段] 爲達成前述的目的，本發明的特徵爲具備：床台；和 主軸台，該主軸台設置於前述床台上並具有分度軸（c軸 )，該分度軸（C軸）可一邊利用夾頭保持作爲工件之輥 子的一端且一邊促使該輥子旋轉，並執行工件之圓周方向 的分度；和車床尾座，該車床尾座是面向前述主軸台而配 置於前述床台上，並將前述輥子的一端支承成可自由旋轉 :和鞍台，該鞍台是可移動於前述輥子的長軸方向（Z軸 )地設置於前述床台上；和工作台，該工作台是可朝輥子 的長軸方向與直角方向（X軸）移動地設置於前述鞍台上 ;及刀具迴旋台，該刀具迴旋台是配置於前述工作台上， 並具有安裝著刀具的刀具台；前述刀具台，爲了對前述輥 子切削螺旋溝，具有可促使前述刀具迴旋的刀具迴旋軸（ A軸），該刀具迴旋軸（A軸）可使前述刀具之刀刃的切 削面與螺旋溝的方向形成直角。 [發明的效果] 根據本發明，可藉由被稱爲螺旋溝與橫溝之組合的輥 子加工，對輥子加工由三角錐連續成縱横狀的花紋。不僅 如此’在加工三角錐的場合中，由於刀具迴旋台的B軸除 -6 - 1326233 了分度的功能之外，還具有修正刀刃位置並加以定位的功 能，因此可獲得螺旋溝的精密加工面。 【實施方式】 以下，針對根據本發明之精密輥子車床的一個實施形 態，參考圖面進行說明。 第1圖，爲顯示本發明其中一個實施形態之精密輥子 車床的側面圖，第2圖爲該精密輥子車床的俯視圖。 在第1圖及桌2圖中，圖號10表不床台。在該床台 10上，配置著主軸台12、車床尾座14、往復台16。工作 物爲呈輥子形狀的輥子W，並由主軸台12與車床尾座14 支承成可自由旋轉。 主軸台12，配置於床台1〇之長軸方向的其中一端部 。該主軸台12包含：本體部17、主軸18、安裝於該主軸 18前端的夾頭19、用來驅動主軸18的伺服馬達20。主 軸18是由圖面中爲顯示之內藏於本體部17的油靜壓軸承 所支承。夾頭19，把持著輥子W的軸，並將主軸18的旋 轉傳遞至輥子W。在該主軸台12，伺服馬達20爲了使工 件W以高速旋轉而驅動主軸18。除此之外，藉由編碼器 2 2來偵測伺服馬達2 0的旋轉量，並藉由控制伺服馬達2 0 的旋轉量，而賦與主軸台12:作爲執行工件W之圓周方 向分度的分度軸（C軸）功能。而主軸台12的軸承除了 油靜壓軸承以外，也可以是空氣軸承、機械性軸承。 接著，車床尾座14是面對主軸台12而配置於床台 3 ) 1326233 10上。在床台ίο的上面設有圖面中未顯示的導引面， 車床尾座14設置成可移動。車床尾座14具備主軸23 取代傳統一般的心軸，並由安裝於該主軸23的夾頭25 • 輥子W的軸支承成可自由旋轉。上述的車床尾座14, • 了不具有伺服馬達的這點以外，基本的構成與主軸台 相同。 接下來，針對往復台16進行說明。 • 往復台16包含鞍台26，該鞍台26是可朝輥子W 軸方向移動地設置於床台10上。在該鞍台26上設置有 作台28，該工作台28可朝垂直於輥子W之軸方向的方 移動。在本實施形態的精密輥子車床中，驅動鞍台26 軸爲Z軸，在鞍台26上驅動工作台28的軸爲X軸。 第3圖，是顯示刀具迴旋台30在蓋類從床台10或 台26取下之狀態的圖。第4圖則顯示刀具迴旋台30的 面。本實施形態的刀具迴旋台30包含旋轉台本體31。 • 在刀具迴旋台30的天板32，可裝卸地安裝有刀具 . 33。該刀具台33是由刀座34、軸承35、減速機37、 ' 服馬達.3 8等一體形成模組化構造，並形成刀具台3 3可 — 裝於天板32，或從天板32卸下。 在刀座34保持有金鋼石刀具36。該刀座34的軸 是被軸承35支承成可自由旋轉。在該軸承35，連結著 速機37的輸出軸，且該輸入軸連接著伺服馬達38。因 ，伺服馬達38的旋轉，是經減速機37減速後傳遞至刀 3 4。如同稍後所說明，藉由伺服馬達3 8的控制，構成 -8- 且 以 將 除 12 的 工 向 的 鞍 剖 台 伺 安 減 此 座 可 ζ S ) 1326233 促使金鋼石刀具36迴旋的A軸。 第4圖中’於迴旋台本體31的内部設有主軸40。該 主軸40是藉由止推襯套41、徑向襯套42而支承成可自 由旋轉。在該實施形態中，在上述止推襯套41與主軸40 的下端面之間，以及在徑向襯套42與主軸40之間形成約 1 5 /z m的間隙，而分別構成以高壓空氣支承主軸40之止 推荷重、徑向荷重的空氣靜壓軸承。亦可使用油靜壓軸成 來取代空氣靜壓軸承。在主軸40連結著天板32。 驅動軸50是同軸地安裝於天板32。在該驅動軸50 則固定著伺服馬達51的轉子51a，如此一來，內建型的 伺服馬達51則與定子51b —起裝入迴旋台本體31的内部 。藉由利用該伺服馬達51來驅動該驅動軸50旋轉，使刀 具台33與天板32 —起迴旋，而構成對刀具台33之金鋼 石刀具36執行分度的B軸。 第3圖中，在鞍台26的上面，形成有導引面的X軸 導軌43是延伸成逆V型，在該X軸導軌43設有有限型 的滾動導件44，該有限型的滾動導件44排列有複數個由 扣件所保持的滾動件。同樣地，在床台1 0的上面，形成 有導引面的Z軸導軌45是延伸成逆V型，在該Z軸導軌 45也設有有限型的滾動導件46。 再者，驅動鞍台26的Z軸進給驅動裝置、與驅動搭 載著刀具迴旋台30之工作台28的X軸進給驅動裝置， 均由線性馬達所構成。在第3圖中，圖號47是表示構成 X軸進給機構之線性馬達的永久磁鐵列，48則表示延伸

t： S -9- 1326233 成平行於Z軸導軌45的永久磁鐵列。 • 在第4圖中，圖號52表示NC裝置。該NC裝 可對X軸、Z軸、A軸、B軸、C軸執行數値控制。 . 軸的場合中是形成：由A軸伺服機構54、與用來偵 ' 鋼石刀具36之旋轉角度的編碼器53組成位置控制迴 • 並比對來自於NC裝置52的指令、與來自於編碼器' 位置回饋，來控制伺服馬達3 8促使金鋼石刀具3 6的 φ 面形成所指示的角度。此外，就B軸而言，則由B 服機構57與編碼器56組成位置控制迴路，而構成使 40具有分度功能的B軸。 接著，針對採用上述構造之精密輥子車床的輥子 進行說明。 第5圖，是顯示在對輥子W表面執行溝加工時 石刀具36之刀刃的位置，第6圖（a)是用來說明周 的溝60與金鋼石刀具36之刀刃的相對關係位置的圖 • 如該第6圖（a)所示，在周方向上切削溝60的 . 中，金鋼石刀具36的切削面36a對溝方向F形成直 在傳統的輥子車床中，當分度刀具時，通常刀具切削 • 溝之間是固定成上述的關係。 但是在第6圖（a)中，倘若保持金鋼石刀具36 削面的方向，一邊促使輥子W旋轉並一邊於Z軸進 將溝切削成螺旋狀，是無法執行精密的加工。 在本實施形態的刀具台33中，是由A軸來分度 石刀具36之切削面的方向，故如第6圖（b)所示，

置52 在A 測金 路， 53的 切削 軸伺 主軸 加工 金鋼 方向 〇 場合 角。 面與 之切 給地 金鋼 可如 (S -10- 1326233 同所下達的指令，使金鋼石刀具36正確地迴旋並使金鋼 石刀具36的切削面36a與螺旋溝61的方向F形成直角。 如此一來，可獲得螺旋溝61的精密加工面。 接著，第7圖所示的內容，是利用上述刀具台33的 A軸功能來加工輥子，而形成由三角錐排列成縱横狀的凹 凸花紋。在該實施形態中，是藉由在輥子表面加工三角錐 的凹凸花紋，來加工菱鏡片之濟製成形（extrusion molding )所採用的轉印輥子。上述的三角錐花紋，基本 上是組合：一邊相互朝正反方向迴轉並延伸的 V型第1 螺旋溝64、第2螺旋溝65與橫溝62來加工。在該實施 例的場合中，第1螺旋溝64與第2螺旋溝65的蝸線角度 相同。 接下來，第7圖所示的內容，是利用上述刀具台33 的A軸功能來加工輥子，而將三角錐，也就是所謂三角 錐體排列成縱橫的凹凸花紋。在該實施形態中，上述的三 角錐體花紋，基本上是組合：一邊相互朝正反方向迴轉並 延伸的V型第1螺旋溝64、第2螺旋溝65與橫溝62來 加工。在該實施例的場合中，第1螺旋溝64與第2螺旋 溝65的蝸線角度相同。 有鑑於此，針對第1螺旋溝64的加工進行說明，在 第8圖（a)中，使輥子W朝箭號A方向旋轉，一邊使金 鋼石刀具36朝輥子的軸方向進給並一邊加工。換言之， 是利用A軸使刀具台33之金鋼石刀具36的切削面對第1 螺旋溝64形成直角，並利用主軸台12的伺服馬達20使 2 -11 - 1326233 刀具心軸前端的刀座76’是用來增加周速的圓板狀刀座 。在該刀座76的外周部’保持著1個由金鋼石刀具所形 成的翼型刀77。在上述場合中，翼型刀心軸裝置71’刀 具心軸是以直角的姿勢在x軸方向與z軸方向受到支承 ，而使翼型刀77在X— Z平面内高速旋轉。安裝於刀具 台70之金鋼石刀具36的刀刃，是位於與翼型刀77所旋 轉之X— Z平面相同的平面内。 由於在上述的刀具台70設置翼型刀心軸裝置71，故 可如同以下所述地加工橫溝62。 換言之，是由B軸對翼型刀心軸裝置71分度，並由 C軸對輥子W加工橫溝62之周方向的位置分度。 因此，驅動翼型刀心軸裝置71，一邊以高速旋轉並 —邊使翼型刀77切入X軸方向。接著，藉由一邊使往復 台16在Z軸上進給一邊切削橫溝62的方式進行切削。由 於可一邊對翼型刀77賦予理想的切削速度（約300m/分 )並一邊加工，故可高精度地加工橫溝62。在此之後， 一邊利用C軸對輥子W進行分度，並一邊以一定的間距 連續地加工橫溝62而使其通過螺旋溝64、65的交叉部分 (請參考第8圖（c))。 如以上所述，藉由分開使用刀具台33與刀具台70, 而形成能使用一台輥子車床，對輥子表面加工如第7圖所 示的三角錐凹凸花紋，即使是如同菱鏡片之擠製成形用的 轉印輥子般需要超精密加工的製品，也同樣能加工。 1326233 【圖式簡單說明】 第1圖：爲本發明其中一種實施形態的精密輥子車床 的側面圖。 第2圖：爲第1圖之精密輥子車床的俯視圖。 ' 第3圖：爲第丨圖之精密輥子車床所具備之刀具迴旋 - 台的立體圖。 第4圖：爲第1圖之精密輥子車床的刀具迴旋台的局 | 部剖面前視圖。 第5圖：是用來顯示對輥子加工周方向的溝時刀具之 刀刃的姿勢圖。 第6圖：是用來說明促使刀具迴旋之A軸的作用的 圖。 第7圖：爲顯示根據本發明之精密輥子車床加工而成 的三角錐體之凹凸花紋的圖。 第8圖：爲加工三角錐體的順序説明圖。 • 第9圖：爲刀具迴旋台的局部剖面前視圖，該刀具迴 • 旋台已經更換對輥子加工軸方向的溝的刀具台。 [主要元件符號說明】 W :輥子（工件） 1 〇 :床台 1 2 :主軸台 14 :車床尾座 16 :往復台

• 14 - 1326233 17 ： 18: 19 ： 20 ： 22 ： 23 ： 25 :

28 ： 30 ： 3 1: 32 ： 33 ： 34 ： 35 ：

36a 37 ： 3 8 ： 40 ： 41 ： 4 2 ： 43 ： 44 ： 本體部 主軸 夾頭 伺服馬達 編碼器 主軸 夾頭 鞍台 工作台 刀具迴旋台 旋轉台本體 天板 刀具台 刀座 軸承 金鋼石刀具 :金鋼石刀具的切削面 減速機 伺服馬達 主軸 止推襯套 徑向襯套 X軸導軌 有限型的滾動導件 -15- 1326233 45 : Z軸導軌 • 46 :有限型的滾動導件 4 7 :永久磁鐵列 4 8 :永久磁鐵列 ’ 50 :驅動軸 - 5 1 :伺服馬達 5 1 a :轉子 ^ 5 1 b :定子 52 : NC裝置 5 3 :編碼器 54 : A軸伺服機構 56 :編碼器 5 7 : B軸伺服機構 60 :溝 6 1 :螺旋溝 φ 62 :橫溝 _ 64 :第1螺旋溝 _ 65 :第2螺旋溝 • 70 :刀具台 7 1 :翼型刀心軸裝置 7 1 a :本體部 72 :托架 74 :配重 75 :伺服馬達 -16- 1326233 76 :刀座 77 :翼型刀

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Claims (1)

1326233 十、申請專利範圍 1. —種精密輥子車床，其特徵爲： 具備= 床台，和 主軸台，該主軸台設置於前述床台上並具有分度軸 C軸），該分度軸（C軸）可一邊利用夾頭保持作爲工 之輥子的一端且一邊促使該輥子旋轉，並執行工件之圓 方向的分度；和 車床尾座，該車床尾座是面向前述主軸台而配置於 述床台上，並將前述輥子的一端支承成可自由旋轉：和 鞍台，該鞍台是可移動於前述輥子的長軸方向（Z )地設置於前述床台上；和 工作台，該工作台是可朝輥子的長軸方向與直角方 (X軸）移動地設置於前述鞍台上；及 刀具迴旋台，該刀具迴旋台是配置於前述工作台上 並具有安裝著刀具的刀具台， 前述刀具台，爲了對前述輥子切削螺旋溝，具有可 使前述刀具迴旋的刀具迴旋軸（A軸），該刀具迴旋軸 A軸）可使前述刀具之刀刃的切削面與螺旋溝的方向形 直角。 2. 如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床 其中前述刀具台是由以下構件所形成： 驅動源的伺服馬達：和 用來保持刀具的刀座；和 ( 件 周 前 軸 向 促 ( 成 -18- 1326233

和 部 周 用來將前述刀座的軸支承成可自由旋轉的軸承；及 用來將前述伺服馬達的旋轉輸出至前述刀座的軸的減 速機。 3 .如申請專利範圍第2項所記載的精密輥子車床， 其中前述刀具台，是可自由裝卸地安裝於刀具迴旋台，且 可更換成不同形式的其他刀具台。 4 ·如申請專利範圍第3項所記載的精密輥子車床， 其中前述的其他刀具台具備：複數個刀具；及促使翼型刀 旋轉的翼型刀心軸裝置。 5 ·如申請專利範圍第3或4項所記載的精密輥子車 床，其中前述刀具迴旋台具有刀具台迴旋軸（B軸），該 刀具台迴旋軸（B軸）可促使刀具台迴旋，並可對該刀具 台的刀具或翼型刀執行分度。 4 第 圍 範 利 專 請 申 如 6 ’ 外 床 於 車 持 子 保 輥：刀 密成型 精構翼 的所將 載件可 記構座 所下刀 項以的 由狀 是板 置圓 裝該 軸 ， 心座 刀刀 ¾.的 翼狀 述板 前圓 中 其 -lut·JEI· 氣 心 空 具 的 刀 軸 述 心 前 具 動 刀 驅 述 接 前 直 承 來 支 用 來 是 用 達 有 馬 藏 服 內 伺 體 該 本 ， 該 達 ， 馬 澧 艮 a-n 本及伺 承 7.如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中用來導引前述往復台之進給的Z軸導引面，是由在前 述床台的上面，排列複數個與Z軸平行之滾筒的滾動導件 2 -19- 1326233

所形成。 8 .如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中X軸及Z軸的進給驅動裝置，是分別由線性馬達所形 成。 -20-