JPH07100752A - 曲面加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作物と砥石との接触点における自由曲面の
法線と砥石ヘッドの向きの関係を、自由曲面の法線の変
化にもかかわらず、常に同じ状態に維持し、かつ熱変形
の影響の少ない曲面創成精度の向上を可能にする。 【構成】 工作物Ｗを含むワークテーブル２４をＹ軸方
向にピッチフィード送りさせる毎に砥石ヘッド１８をＡ
軸回りに所定角度揺動させ、この状態で砥石ヘッド１８
を含む砥石用スライドテーブル１２をＸ軸方向にトラバ
ース送りしながら、工作物Ｗを含むワークテーブル２４
をＺ軸方向に切込み送りすると同時に、砥石ヘッド１８
をＢ軸回りに揺動させて工作物Ｗを曲面加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アナモフィック曲面の
ような自由曲面を加工するための曲面加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、アナモフィック曲面を有
するレンズの成形用金型を曲面加工する場合は、図５に
示すように、マシニングセンタあるいはグライングセン
タ１に略半球状の形状をした砥石２を装着し、工作物３
をＸ軸方向に移動しながら、砥石２をＺ軸方向に切込み
送り制御することにより、Ｘ軸方向にワンパス加工し、
このワンパス加工が終了したならば、工作物３をＹ軸方
向に１ピッチ分移動し、再びＸ軸とＺ軸方向の同時２軸
制御によりワンパス加工を行う。以下、同様にして、図
６に示すように砥石２を工作物３に対し相対的にトラバ
ース動作させることにより、工作物１の全面を曲面に加
工する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の曲
面加工装置では、砥石２が略半球形状をなしているた
め、Ｘ軸とＺ軸の同時２軸制御により工作物３を曲面加
工すると、工作物と砥石との接触方向がワンパス加工毎
に変化し、このため、砥石２のアールが正確にツルーイ
ングされていないと、アールのツルーイング精度が工作
物の創成精度に反映してしまう。また、工作物３の曲面
中央に位置する頂点３ａ付近では、砥石２の周速がゼロ
に近くなるため、加工しにくく、曲面の形状精度に悪影
響を及ぼす問題がある。さらにまた、砥石２を装着する
グラインディングセンタと砥石の切込み送り方向が同一
であるため、グラインディングセンタに軸方向の熱変形
が生じると、この熱変形が切込み送りに作用し、工作物
の形状精度に悪影響を及ぼす問題があった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、工作物と砥石との接触方向を常に同じ状態に維持で
きるとともに、熱変形の影響の少ない、曲面創成精度の
向上を可能にした曲面加工装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、工作物に三次元の自由曲面を円盤状砥石に
より加工する曲面加工装置であって、工作物を支持する
支持部と、回転駆動される円盤状の砥石を有する砥石ヘ
ッドと、前記工作物と砥石とが互いに接離する切込み送
り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第１
の駆動手段と、前記切込み送り方向と直角なトラバース
送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移動させる第
２の駆動手段と、前記トラバース送り方向と直角なピッ
チフィード送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相対移
動させる第３の駆動手段と、前記砥石ヘッドの砥石回転
軸を前記トラバース送り方向と直角なＢ軸と平行に配置
して該砥石ヘッドを前記Ｂ軸回りに砥石の外周がＢ軸と
接するようにして揺動させる第４の駆動手段と、前記砥
石ヘッドを前記ピッチフィード送り方向と平行でかつ前
記Ｂ軸と直交するＡ軸回りに砥石の外周がＡ軸と接する
ようにして揺動させる第５の駆動手段と、前記工作物と
砥石が接触した点の自由曲面の法線と砥石ヘッドとの関
係が自由曲面の法線が変化しても同じになるように曲面
形状データに基づいて前記第１，第２，第３，第４およ
び第５の駆動手段を制御する制御手段とを備える構成に
した。

【０００６】

【作用】本発明においては、前記第３の駆動手段により
支持部と砥石ヘッドを相対的にピッチフィード送りし、
該ピッチフィード送り毎に第５の駆動手段により砥石ヘ
ッドをＡ軸回りに所定角度揺動させ、そして第２の駆動
手段により支持部と砥石ヘッドをトラバース送り方向に
相対移動させながら、第１の駆動手段により支持部と砥
石ヘッドを相対移動させて切込み送りを与えると同時
に、第４の駆動手段により砥石ヘッドをＢ軸回りに曲面
形状データに応じて揺動させることにより、工作物の曲
面加工につれ自由曲面の法線が変化しても自由曲面の法
線と砥石ヘッドとの関係を常に同じ状態に維持すること
ができる。よって工作物の曲面形状の創成精度が向上さ
れる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の曲面加工機及びその制御部の全
体を示す構成図、図２はその一部切欠きの側面図であ
る。図１および図２において、１０はベッド、１１はベ
ッド１０上に固定した砥石用案内台であり、この案内台
１１上には、砥石用スライドテーブル１２がＸ軸方向
（トラバース送り方向）に移動可能に設置されている。

【０００８】砥石用スライドテーブル１２は、案内台１
１に設置したサーボモータ１３および該サーボモータ１
３により回転される送りねじ機構（図示せず）とによっ
てＸ軸方向に移動される。

【０００９】スライドテーブル１２上に中央には、ター
ンテーブル１４が支持機構１４ａによりＸ軸と直角なＢ
軸を中心にして回転可能に設置されており、このターン
テーブル１４は、支持機構１４ａに設けたサーボモータ
１５および該サーボモータ１５の回転をターンテーブル
１４に伝達する回転伝達機構（図示せず）によってＢ軸
回りに回転される。

【００１０】ターンテーブル１４上には、Ｘ軸方向に長
いブラケット１６の中間部が固定されており、このブラ
ケット１６の両端部１６ａ，１６ｂ間には、砥石架台１
７の両端がＢ軸と直交するＡ軸回りに揺動可能に軸支さ
れていると共に、砥石架台１７の中間部には、砥石ヘッ
ド１８がＢ軸より、円盤状砥石１８２の半径に相当する
量偏心して設置されている。即ち、円盤状砥石１８２の
外周円がＡ軸およびＢ軸に外接する状態にある。

【００１１】砥石架台１７は、ブラケット１６の端部１
６ａに設けたサーボモータ１９および該サーボモータ１
８の回転を砥石架台１７に伝達する回転伝達機構（図示
せず）によってＡ軸回りに揺動される。また、砥石ヘッ
ド１８は、砥石架台１７に固定された砥石支持部材１８
１と、この支持部材１８１にＡ軸と直交する軸線回りに
回転可能に軸支した円盤状の砥石１８２と、支持部材１
８１に固定され砥石１８２を回転駆動する電動機１８３
を備える。

【００１２】図１および図２において、２０は案内台１
１の右側方においてベッド１０上に固定したワーク用案
内台であり、この案内台２０上には、ワーク用スライド
テーブル２１がＸ軸と直角なＺ軸方向（切込み送り方
向）に移動可能に設置されている。ワーク用スライドテ
ーブル２１は、案内台２０に設置したサーボモータ２２
および該サーボモータ２３により回転される送りねじ機
構（図示せず）とによってＺ軸方向に移動される。

【００１３】ワーク用スライドテーブル２１上にはコラ
ム２３が鉛直に設置されており、このコラム２３の砥石
ヘッド１８と対向する側面には、ワークテーブル２４が
Ｚ軸と鉛直でＢ軸と平行なＹ軸方向（ピッチフィード送
り方向）に移動可能に設置されている。ワークテーブル
２４は、コラム２３上に設置したサーボモータ２５およ
び該サーボモータ２５により回転される送りねじ機構
（図示せず）とによってＹ軸方向に移動される。また、
ワークテーブル２４の前面には、曲面加工される工作物
Ｗが取り付けられている。

【００１４】図１において、３０は曲面加工機全体を制
御し管理する数値制御装置であり、加工プログラム・曲
面加工用の形状データを読込むテープリーダおよびキー
パット等からなる入力装置３１が接続されているととも
に、加工プログラム・曲面加工用の形状データ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ）を格納する記憶装置３２が接続されて
いる。

【００１５】さらに、数値制御装置３０には、加工プロ
グラムおよび形状データに基づいて数値制御装置３０か
ら出力される駆動指令信号により、それぞれのサーボモ
ータ１３，１５，１９，２２，２５を駆動する駆動回路
３３〜３７が接続されている。

【００１６】上記構成において、サーボモータ１３は第
２の駆動手段を、サーボモータ１５は第４の駆動手段
を、サーボモータ１９は第５の駆動手段を、サーボモー
タ２２は第１の駆動手段を、サーボモータ２５は第３の
駆動手段を、数値制御装置３０は制御手段を、ワークテ
ーブル２４は支持部をそれぞれ構成する。

【００１７】次に、上記のように構成された本実施例の
曲面加工動作について説明する。工作物Ｗを曲面加工す
る場合は、まず、加工プログラムにしたがい数値制御装
置３０を動作させることにより、曲面加工形状データ
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ）に応じたトラバース駆動指令信
号を駆動回路３３を介してサーボモータ１３に加え、こ
れにより、砥石ヘッド１８を含めた砥石用スライドテー
ブル１２をＸ軸方向に移動させる。この状態で、数値制
御装置３０から切込み駆動指令信号を駆動回路３６を通
してサーボモータ２２に加えることにより、工作物Ｗを
含めたワーク用スライドテーブル２１をＺ軸方向に切込
み送りすると同時に、数値制御装置３０からＸ軸方向の
トラバース送り位置に応じて出力されるＢ軸回りの角度
データＢに応じた駆動指令信号を駆動回路３４を通して
サーボモータ１５に加えることにより、ターンテーブル
１４をＢ軸回りに揺動させ、これにより、工作物ＷをＸ
軸方向にワンパス加工する。

【００１８】なお、工作物Ｗをワンパス加工するに際
し、砥石ヘッド１８を含むターンテーブル１４をＢ軸回
りに揺動しないと、加工曲面に対する砥石１８２と工作
物Ｗとの接触点が曲面の中心からＸ軸と平行な方向の両
端へ行くにしたがいずれてしまい、曲面の創成精度に悪
影響を及ぼすことになるが、砥石ヘッド１８を含むター
ンテーブル１４をＢ軸回りに揺動制御することにより、
加工曲面に対する砥石１８２と工作物Ｗとの接触点はＢ
軸線上に常に維持される。これにより曲面形状の創成精
度が向上される。

【００１９】また、工作物Ｗのワンパス加工に際し、砥
石ヘッド１８を含むターンテーブル１４をＢ軸回りに揺
動制御した場合、図３に示すように砥石１８２が工作物
Ｗの長尺方向（Ｘ軸と平行な方向）において、その一端
Ｐ１から曲面の中心Ｐへ相対的に移動するときは、ター
ンテーブル１４はＢ軸を中心にして矢印Ｄに示す時計回
りに揺動する。これに対し、砥石１８２が曲面の中心Ｐ
から他端Ｐ２へ相対的に移動するときは、ターンテーブ
ル１４はＢ軸を中心にして矢印Ｅに示す反時計回りに揺
動する。

【００２０】このような加工制御を行うことにより、工
作物Ｗと砥石１８２との接触点Ｐ，Ｐ１，Ｐ２における
自由曲面の法線Ｆと砥石ヘッド１８の向きが、自由曲面
の法線が変化しても同じ状態に維持される。

【００２１】一方、工作物Ｗに対する上述のワンパス加
工が終了すると、加工プログラムと形状データに基づき
数値制御装置３０からピッチフィード駆動指令信号を駆
動回路３７を通してサーボモータ２５に加えることによ
り、ワークテーブル２４をＹ軸方向に１ピッチ分移動す
る。

【００２２】さらに、数値制御装置３０からＹ軸方向の
ピッチフィード送り位置に応じて出力されるＡ軸回りの
角度データＡに応じた駆動指令信号を駆動回路３５を通
してサーボモータ１９に供給することにより、砥石ヘッ
ド１８を含む砥石架台１７をＡ軸回りに所定角度揺動さ
せる。これにより、図４に示すように、砥石先端のＲ部
の中心０を通って砥石回転軸線Ｌと直角な面４０を工作
物Ｗと砥石１８２が接触した点における自由曲面の法線
Ｆに一致させる。

【００２３】したがって、いずれのピッチフィード位置
においても、工作物Ｗと砥石１８２との接触点における
自由曲面の法線Ｆが砥石ヘッド１８の向きと同じ関係を
保つから、即ち砥石の回転軸線Ｌと直交しＲの頂点を通
る面４０と自由曲面の法線とが一致するから、自由曲面
の法線が変化しても自由曲面の法線と砥石との接触関係
は同じになり、従来の砥石のように工作物との接触方向
が変化することによる問題を解消できる。

【００２４】ワークテーブル２４のＹ軸方向の１ピッチ
送りが終了した後は、再び上述のＸ，Ｚ，Ｂの３軸制御
を行うことにより、工作物Ｗをワンパス加工する。以
下、同様な動作を繰り返すことにより、工作物Ｗの全面
を曲面形状データに応じ曲面に加工する。

【００２５】以上のような本実施例においては、砥石ヘ
ッド１８を含む砥石用スライドテーブル１２をＸ軸方向
に移動しながら、工作物Ｗを含むワーク用スライドテー
ブル２１をＺ軸方向に切込み送りすると同時に、砥石ヘ
ッド１８を含むターンテーブル１４をＢ軸回りに揺動し
て工作物Ｗをワンパス加工し、そして、工作物Ｗを含む
ワーク用スライドテーブル２１をＹ軸方向に１ピッチ分
移動し、かつ砥石ヘッド１８を含む砥石架台１７をＡ軸
回りに所定角度揺動した後、再び上述のワンパス加工を
繰り返し行う構成にしたから、工作物Ｗと砥石１８２と
の接触方向、即ち接触点における自由曲面の法線Ｆと砥
石ヘッド１８の向きとの関係を常に一定に維持すること
ができる。

【００２６】これに伴い、工作物Ｗの曲面形状の創成精
度を向上できるとともに、砥石先端のＲ部のツルーイン
グ精度をあまり要しない。また、円盤状で大形の砥石を
使用できるため、砥石の摩耗による曲面形状精度への影
響も小さくできる。

【００２７】さらに、砥石１８２は工作物Ｗと平行な軸
方向に軸支されているため、砥石１８２の軸部の熱変化
による伸びの影響が極めて小さくなり、工作物の曲面加
工の精度を向上できる。さらにまた、砥石１８２の外周
がＢ軸と接するように砥石ヘッド１８をＡ軸，Ｂ軸回り
に揺動させるので、Ａ軸，Ｂ軸回りに砥石ヘッド１８を
揺動させても砥石１８２と工作物Ｗの接触点がＢ軸上に
あり、ワークテーブル２４の軸方向の位置を揺動に応じ
て補正する必要がない。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に示す構成のも
のに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しない限
り、種々の変形が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
作物支持部と砥石ヘッドを相対的にピッチフィードさせ
る毎に砥石ヘッドをＡ軸回りに曲面形状データに応じて
所定角度揺動させ、この状態で支持部と砥石ヘッドをト
ラバース送り方向に相対移動させながら、支持部と砥石
ヘッドを切込み送り方向に相対移動させると同時に砥石
ヘッドをＢ軸回り曲面形状データに応じ揺動させて工作
物を加工する構成にしたので、工作物と砥石とが接触し
て曲線加工しているときに、自由曲面の法線が変化して
も、自由曲面の法線と砥石ヘッドとの関係を同じ状態に
維持することができ、工作物の曲面形状の創成精度を向
上できる。

【００３０】また、砥石に円盤状の砥石を使用すること
により、砥石軸の熱変位による伸びの影響が減少し、創
成精度の向上をより期待できる。さらに、砥石の外周が
Ｂ軸と接するように砥石ヘッドをＡ軸，Ｂ軸回りに揺動
させるので、前記揺動に応じた位置補正が不要となり、
砥石ヘッド，支持部をどの位置へ動かすかを決める曲面
形状データの作成が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曲面加工機およびその制御部の全体を
示す構成図である。

【図２】図１の一部切欠きの側面図である。

【図３】本実施例における工作物と砥石との接触関係を
示す説明図である。

【図４】本実施例における工作物と砥石との接触関係を
示す説明図である。

【図５】従来の曲面加工装置の一例を示す説明図であ
る。

【図６】従来における曲面加工法の説明図である。

【符号の説明】 １２ 砥石用スライドテーブル １３ サーボモータ（第２の駆動手段） １４ ターンテーブル １５ サーボモータ（第４の駆動手段） １６ ブラケット １７ 砥石架台 １８ 砥石ヘッド １８２ 砥石 １９ サーボモータ（第５の駆動手段） ２１ ワーク用スライドテーブル ２２ サーボモータ（第１の駆動手段） ２３ コラム ２４ ワークテーブル（支持部） ２５ サーボモータ（第３の駆動手段） ３０ 数値制御装置 ３２ メモリＷ 工作物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物に三次元の自由曲面を円盤状砥石
   により加工する曲面加工装置であって、 工作物を支持する支持部と、回転駆動される円盤状の砥
   石を有する砥石ヘッドと、前記工作物と砥石とが互いに
   接離する切込み送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを相
   対移動させる第１の駆動手段と、前記切込み送り方向と
   直角なトラバース送り方向に前記支持部と砥石ヘッドを
   相対移動させる第２の駆動手段と、前記トラバース送り
   方向と直角なピッチフィード送り方向に前記支持部と砥
   石ヘッドを相対移動させる第３の駆動手段と、前記砥石
   ヘッドの砥石回転軸を前記トラバース送り方向と直角な
   Ｂ軸と平行に配置して該砥石ヘッドを前記Ｂ軸回りに砥
   石の外周がＢ軸と接するようにして揺動させる第４の駆
   動手段と、前記砥石ヘッドを前記ピッチフィード送り方
   向と平行でかつ前記Ｂ軸と直交するＡ軸回りに砥石の外
   周がＡ軸と接するようにして揺動させる第５の駆動手段
   と、前記工作物と砥石が接触した点の自由曲面の法線と
   砥石ヘッドとの関係が自由曲面の法線が変化しても同じ
   になるように曲面形状データに基づいて前記第１，第
   ２，第３，第４および第５の駆動手段を制御する制御手
   段とを備えた曲面加工装置。