JPH07164201A

JPH07164201A - 切削加工装置

Info

Publication number: JPH07164201A
Application number: JP5342192A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hachisuga; 勝蜂須賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で、取扱いが容易な切削加工装置を得る
ことを目的とする。特に、光学的ガラスレンズを切削加
工するために好適な切削加工装置を得る。【構成】高周波駆動信号を出力する駆動用発振装置
と、前記駆動用発振装置から供給される高周波駆動信号
により超音波ねじり振動を発生する超音波振動器と、加
工対象であるワークを切削するための工具チップを保持
するチップ保持手段と、前記チップに前記超音波振動器
からの前記超音波ねじり振動を伝達する振動伝達手段と
を備えた切削加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば硬脆材料等から
なるワークの切削加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、一般的に硬脆材料からなるワ
ークの形状創成加工を行う場合、研削加工、研磨加工に
より、その形状が創成されている。例えば、光学部品で
あるガラスレンズの加工においては、ＣＧ（カーブジェ
ネレータ）による研削加工、砂かけ、つや出し研磨加工
により、その形状が創成され製品となっている。

【０００３】また、ガラスの切削加工においては、金属
材料を加工する通常の切削方法を適用することは不可能
であり、最近では、超音波振動切削による切削加工の試
みが行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の研削加工、研磨加工においては、工程数が多く、又
加工量も小さいため、一つの部品を完成させるために
は、長時間を必要とし、加えて、機種の切り替えも煩雑
であるため、多品種少量生産には適していないという問
題点があった。特に研削加工については、工具として砥
石を用いているため、機上でドレッシング、ツルーイン
グをしなければならないという問題点があった。更に、
工具を高速で回転させるため、動バランスの調整などが
必要であり、そのための調整が煩雑であるという問題点
があった。

【０００５】また、従来の超音波振動切削加工装置にお
いては、縦振動系とたわみ振動系とから構成されている
ため、装置全体が大きくなり、ＮＣ旋盤に取り付けるこ
とが難しく、球面形状や非球面形状を要求されるレンズ
加工には適していないという問題点があった。加えて、
縦振動系とたわみ振動系とから構成されているため、装
置の調整が極めて微妙であるため熟練を要し、また、縦
振動系とたわみ振動系との接続部分が発熱し易く、光学
部品であるガラスレンズを高精度に加工することは困難
であるという問題点もあった。

【０００６】本発明は、上記課題を鑑みて成されたもの
であり、小型で、取扱いが容易な切削加工装置を得るこ
とを目的とする。特に、光学的ガラスレンズを切削加工
するために好適な切削加工装置を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る切削加工装置は、上記目的を達成するために、高周
波駆動信号を出力する駆動用発振装置と、前記駆動用発
振装置から供給される高周波駆動信号により超音波ねじ
り振動を発生する超音波振動器と、加工対象であるワー
クを切削するための工具チップを保持するチップ保持手
段と、前記チップに前記超音波振動器からの前記超音波
ねじり振動を伝達する振動伝達手段とを備えたことを特
徴とするものである。

【０００８】

【作用】一般に、ガラス材料は、もろい材質であり、衝
撃力には弱く、金属材料を切削する加工方法で加工を行
うのは極めて困難であるが、工具の切れ刃を主分力方向
に超音波振動させながら切削する超音波振動切削加工方
法を用いてガラス加工物の表面に連続した衝撃力を加え
ることによりガラス材料の切削加工が可能となる。

【０００９】尚、切削速度をバイト刃先の振動速度より
十分遅くし、微小切り込みの切削条件を与えると、一般
的にガラス材料等の硬脆材料も塑性流動することが知ら
れており、良好な仕上げ面を得ることができる。

【００１０】また、超音波ねじり振動による切削方法を
用いることにより、従来の縦振動系とたわみ振動系とか
ら構成された超音波振動切削装置と比較して、大幅な装
置の小型化を図ることができ、ＮＣ旋盤等の刃物台への
取り付けが可能になるとともに、装置自身が単体で構成
されているため、調整が極めて簡単で、発熱も殆ど生じ
ず、光学部品であるガラスレンズを高精度に加工するこ
とが可能である。

【００１１】請求項１に記載の発明による切削加工装置
は、駆動用発振装置と、超音波振動器と、チップ保持手
段と、振動伝達手段とから主に構成されている。

【００１２】前記駆動用発振装置は、機械振動系の共振
周波数またはその近傍の周波数をもつ高周波駆動信号を
出力する。前記超音波振動器は、前記駆動用発振装置か
ら供給される高周波駆動信号により励振されて対応する
周波数の超音波ねじり振動を発生し、これは例えばラン
ジュバン型電歪ねじり振動子で構成できる。

【００１３】前記チップ保持手段は、加工対象であるワ
ークを切削するための工具チップを保持する。前記振動
伝達手段は、前記チップに前記超音波振動器からの前記
超音波ねじり振動を好ましくはその振幅を拡大して伝達
する。

【００１４】このような構成の切削装置においては、前
記超音波ねじり振動によるワークとのねじり衝撃によっ
て工具チップが前記ワークと連続的に主分力方向に超音
波ねじり振動するため、良好な表面あらさで切削加工さ
れる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る切削加工装
置１の概略構成図である。本実施例に係る切削加工装置
１は、図１に示すように、ボルト締めランジュバン型電
歪ねじり振動子１１と、振幅拡大伝達用ホーン１２と、
切削用チップ１３と、高周波発振器１６とから主に構成
されている。

【００１６】前記振動子１１は、振動子冷却用ファン１
５を備えたケース１７内に配設されており、給電用コネ
クタ１４を介して前記発振器１６から出力される高周波
電気信号で駆動されることにより、超音波ねじり振動を
発生する。

【００１７】前記振幅拡大伝達用ホーン１２は前記振動
子１１の下方に備えられ、さらにその先端部には前記切
削用チップ１３が例えばねじで固定されており、前記振
動子１１から発生した超音波ねじり振動がその振幅を拡
大して前記切削用チップ１３へ伝達されるようになって
いる。

【００１８】上記のように構成された本実施例に係る切
削加工装置においては、前記発振器１６から高周波電気
信号が出力されると、前記振動子１１から超音波ねじり
振動が発生し、前記振幅拡大伝達用ホーン１２によって
前記超音波ねじり振動の振幅が数倍に拡大され、その拡
大された超音波ねじり振動によって、前記切削用チップ
１３がねじり振動を行う。

【００１９】また、図２は、前記切削用チップ１３の取
り付け部分を示す概略構成図であり、（Ａ）は正面図、
（Ｂ）は側面図である。図２に示すように、切削用チッ
プ１３は振幅拡大伝達用ホーン１２の先端切り欠き部分
に固定用ねじ２３によって取り付けられており、前記振
幅拡大伝達用ホーン１２を介して拡大された超音波ねじ
り振動は、前記ホーン１２端面中心より切削チップ１３
先端までの距離を半径とした、円弧状の振動（矢印２４
方向）となる。

【００２０】この結果、前記切削用チップ１３は、前記
超音波ねじり振動によるねじり衝撃を伴って、加工対象
であるワーク（図示せず）と主分力方向に超音波ねじり
振動するため、良好な表面あらさで切削加工することが
できる。

【００２１】尚、この場合、前記振動子１１と振幅拡大
用ホーン１２と切削用チップ１３とからなる機械振動系
には、前記振動子１１の固有振動数とほぼ同じ振動数の
定在波が発生しているため、この機械振動系は一つの共
振系となっている。従って、前記振幅拡大伝達用ホーン
１２は、振動系に発生する定在波１９の節（振幅が０の
部分）に相当する部分でフランジ１８によって前記ケー
ス１７に固定するのがよく、このような位置でフランジ
１８に前記振動系を固定することにより、超音波ねじり
振動を減衰させることなく高効率で切削用チップ１３に
伝達することが可能である。

【００２２】また、本実施例においては、無負荷時の振
動系の共振周波数は約２０．４ｋＨｚ、切削用チップ刃
先先端での振幅は、発振器の出力２０Ｗのとき約２５μ
ｍで、ユニットの重量は４．２ｋｇ、全長は２４０ｍｍ
程度である。尚、この他にも、無負荷時の振動系の共振
周波数は約２８．１ｋＨｚ、切削用チップ刃先先端での
振幅は、発振器の出力１５Ｗのとき約２０μｍで、ユニ
ットの重量は１．７ｋｇ、全長は１８０ｍｍ程度とした
ものもある。

【００２３】図３は、数値制御された旋盤（ＮＣ旋盤）
に、図１において示した切削加工装置１を取り付けたと
きの概略構成図である。図３に示すように、ＮＣ旋盤
は、Ｚ軸移動用ＡＣサーボモータ３２と、Ｚ軸ポジショ
ンスケール３３と、搬送テーブル３４と、Ｘ軸移動用Ａ
Ｃサーボモータ３５と、Ｘ軸ポジションスケール３６
と、主軸モータ３１０と、制御装置３１１とから主に構
成されている。

【００２４】搬送テーブル３４は、前記切削加工装置１
を保持するとともに、Ｚ軸移動用ＡＣサーボモータ３２
及びＸ軸移動用ＡＣサーボモータ３５の駆動に伴ってＺ
軸及びＸ軸方向へ移動する。また、Ｚ軸移動用ＡＣサー
ボモータ３２及びＸ軸移動用ＡＣサーボモータ３５は、
制御装置３１１に入力されるデータによって駆動する。
また、Ｚ軸ポジションスケール３３及びＸ軸ポジション
スケール３６は、前記搬送テーブル３４のＺ軸上及びＸ
軸上の位置を前記制御装置３１１に伝達している。

【００２５】また、ワーク３７は、旋盤主軸３９の先端
に取り付けられたチャック３８、あるいは雇によって把
持されており、制御装置３１１に入力されたデータによ
って主軸モータ３１１が前記旋盤主軸３９を回転させ、
これに伴って前記ワーク３７も回転する。

【００２６】上記のように構成されたＮＣ旋盤に、前記
切削加工装置１を取り付けることにより、前記制御装置
３１１から入力されるデータに基づき、搬送テーブル３
４がＸ軸・Ｚ軸方向に移動し、該搬送テーブル３４上に
保持された前記切削加工装置１の超音波ねじり振動によ
るねじり衝撃によって、前記ワーク３７が、球面あるい
は非球面形状に切削加工される。

【００２７】図４は、図１において示した切削加工装置
１を図３において示したＮＣ旋盤に取り付けて、ガラス
材の端面を球面形状に加工を行なったときの形状精度の
測定結果を示す形状精度特性グラフである。尚、縦軸は
切削加工後のガラス材の理想形状からのずれ（０の位置
が理想形状）［μｍ］を示し、横軸は切削加工後のガラ
ス材の端面中央部を通る加工面上の座標位置［ｍｍ］を
示す。

【００２８】図４に示す形状精度特性グラフの結果、形
状精度は３μｍ程度（絶対値）であった。また、表面あ
らさは０．０９〜０．１７μｍ（Ｒａ）であった。ま
た、表１にガラス材の端面を球面形状に加工を行なった
ときの加工条件を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】また、図５は、図１において示した切削加
工装置１を図３において示したＮＣ旋盤に取り付けて、
ガラス材の端面を平面形状に加工を行なったときの表面
あらさ（Ｒａ）と切削速度の関係を示す表面あらさー切
削速度特性グラフである。

【００３１】図５からも分かるように、切削速度が速く
なるにつれて、表面あらさ（Ｒａ）は大きくなってい
る。また、切り込み量の多きものほど表面あらさ（Ｒ
ａ）が大きくなっていることが分かる。尚、表２にその
時の加工条件を示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】また、図６は、図１において示した切削加
工装置１を図３において示したＮＣ旋盤に取り付けて、
ガラス材の端面を平面形状に加工を行なったときの加工
回数と切削用チップのフランク摩耗幅の関係を示す加工
回数ーフランク摩耗幅特性グラフである。本実施例に係
る切削加工装置１を用いてガラス材の端面を平面形状に
加工した場合、図６に示すグラフのようになった。尚、
表３にその時の加工条件を示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、超音波ね
じり振動を発生する切削加工装置を使用したため、従来
の超音波振動切削装置と比較して、重量で約１／９程
度、大きさも大幅に小型化され、汎用旋盤の刃物台やＮ
Ｃ旋盤の刃物台への取り付けることにより、切削加工で
ガラス材の球面あるいは、非球面の加工が容易に行うこ
とができるという効果がある。特に、ガラス材に対し高
精度、高品位な仕上げ面を創成することができるという
効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る切削加工装置の概略構
成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る切削加工装置の切削用
チップの取り付け部分を示す概略構成図であり、（Ａ）
は正面図、（Ｂ）は側面図である。

【図３】ＮＣ旋盤に、前図（図１）において示した切削
加工装置を取り付けたときの概略構成図である。

【図４】ガラス材の形状精度特性グラフである。

【図５】ガラス材の表面あらさー切削速度特性グラフで
ある。

【図６】加工回数ーフランク摩耗幅特性グラフである。

【符号の説明】

１・・・切削加工装置１１・・・電歪ねじり振動子（超音波振動器）１２・・・振幅拡大伝達用ホーン（振動伝達手段）１３・・・切削用チップ１６・・・高周波発振器（駆動用発振装置）３２・・・Ｚ軸移動用ＡＣサーボモータ３３・・・Ｚ軸ポジションスケール３４・・・搬送テーブル３５・・・Ｘ軸移動用ＡＣサーボモータ３６・・・Ｘ軸ポジションスケール３７・・・ワーク３８・・・チャック３９・・・旋盤の主軸３１０・・主軸モータ３１１・・制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波駆動信号を出力する駆動用発振装
置と、前記駆動用発振装置から供給される高周波駆動信号によ
り超音波ねじり振動を発生する超音波振動器と、加工対象であるワークを切削するための工具チップを保
持するチップ保持手段と、前記チップに前記超音波振動器からの前記超音波ねじり
振動を伝達する振動伝達手段と、を備えたことを特徴と
する切削加工装置。