JPH0825101A - Ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control - Google Patents
Ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position controlInfo
- Publication number
- JPH0825101A JPH0825101A JP15773494A JP15773494A JPH0825101A JP H0825101 A JPH0825101 A JP H0825101A JP 15773494 A JP15773494 A JP 15773494A JP 15773494 A JP15773494 A JP 15773494A JP H0825101 A JPH0825101 A JP H0825101A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cutting
- tool
- tools
- ultra
- holding plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Turning (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複数のバイトを有し、この複数のバイトの刃
先位置を短時間に自由に調整することができ、これによ
り摩耗等で刃先位置が変化してもこれに対応して短時間
に刃先位置を調整し、超精密切削加工を長時間持続で
き、かつ従来方法に比べ高能率に超精密切削を行える圧
電位置制御による超精密切削装置及び方法を提供する。
【構成】 被加工物5を保持し回転駆動する回転駆動装
置12と、複数のバイトを間隔を隔てて保持しかつバイ
ト位置を微小変位させるバイト変位装置20と、バイト
変位装置を回転駆動装置の回転軸に直交して移動させる
移動テーブル16とを備える。バイト変位装置20は、
複数のバイトを保持するバイト保持板22と、バイト保
持板を3点で支持し支持点を前記回転軸と平行に微小変
位させる圧電素子24と、を有し、圧電素子に印加して
バイト保持板を微小変位させて複数のバイトの刃先位置
を調整し、被加工物を複数のバイトで切削加工する。
(57) [Summary] [Purpose] It has a plurality of cutting tools, and the cutting edge position of the cutting tools can be freely adjusted in a short time, thereby coping with the change of the cutting edge position due to wear or the like. The present invention provides an ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control that can adjust the position of a cutting edge in a short time, can continue ultra-precision cutting for a long time, and can perform ultra-precision cutting more efficiently than conventional methods. A rotary driving device for holding and rotating a workpiece, a plurality of tools for holding a plurality of tools at intervals, and a tool for finely displacing a tool position, and a tool for rotating a tool. A moving table 16 that moves orthogonally to the rotation axis. The tool 20 is
It has a cutting tool holding plate 22 for holding a plurality of cutting tools, and a piezoelectric element 24 for supporting the cutting tool holding plate at three points and displacing the supporting point minutely in parallel with the rotation axis. The plate is slightly displaced to adjust the positions of the cutting edges of the plurality of cutting tools, and the workpiece is cut with the plurality of cutting tools.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、複数のバイトを圧電素
子を用いて位置制御する超精密切削装置及び方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-precision cutting device and method for controlling the position of a plurality of cutting tools using a piezoelectric element.
【0002】[0002]
【従来の技術】切削加工の精度の限界は時代とともに向
上し、現在では限定した対象に対して、0.1μm以下
の超精密切削加工が可能となっている。かかる超精密切
削加工の一例は、「シングルポイントダイヤモンドター
ニング」と呼ばれる加工法であり、単結晶ダイヤモンド
バイトと超精密旋盤を用い、ワークを旋盤で回転させな
がら1本のバイトで切削し、軟質金属(アルミニウム、
銅、等)を高精度に鏡面に仕上げることができる。かか
る超精密切削加工は、レーザ用光学部品、コンピュータ
用ディスク素材、VTRシリンダ、レーザディスク等に
適用されている。2. Description of the Related Art The limit of the accuracy of cutting processing has been improved with the times, and at present, ultra-precision cutting of 0.1 μm or less can be performed on a limited object. One example of such ultra-precision cutting is a processing method called “single-point diamond turning”, in which a single-crystal diamond tool and an ultra-precision lathe are used to cut the work with a single tool while rotating the work with a lathe, and then use a soft metal. (aluminum,
Copper, etc.) can be mirror-finished with high precision. Such ultra-precision cutting is applied to laser optical components, computer disk materials, VTR cylinders, laser disks, and the like.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超精密
切削加工では、精密な鏡面を得ることはできるが、1つ
のバイトで切削するため加工能率が低い問題点があっ
た。そのため複数のバイトを同時に使用して加工能率を
高め、かつ鏡面切削加工ができる超精密切削加工法が従
来から要望されていた。However, in the conventional ultra-precision cutting, a precise mirror surface can be obtained, but there is a problem that the cutting efficiency is low because the cutting is performed with one cutting tool. For this reason, there has been a demand for an ultra-precision cutting method capable of increasing the processing efficiency by simultaneously using a plurality of cutting tools and performing mirror surface cutting.
【0004】かかる要望を満たすものとして、レーザー
プリンタ等に用いられるポリゴンミラーの加工法が知ら
れている。この加工法は、図10に模式的に示すよう
に、2つのバイト1を有する工具2(フライカットツー
ル)を回転させて、六角柱のポリゴミラー3の各面を切
削加工するものであり、2つのバイト1は、位置がわず
かにずれており、この2つのバイトを同時に作用させる
ことにより高能率切削ができ、かつ一方のバイトだけを
作用させることにより鏡面を得ることができるようにな
っている。[0004] In order to satisfy such demands, there is known a method of processing a polygon mirror used for a laser printer or the like. In this processing method, as schematically shown in FIG. 10, a tool 2 (fly cut tool) having two cutting tools 1 is rotated to cut each surface of the polygon mirror 3 having a hexagonal prism. The two tools 1 are slightly displaced from each other, so that high efficiency cutting can be performed by simultaneously operating the two tools, and a mirror surface can be obtained by operating only one of the tools. .
【0005】しかし、フライカットツールを用いた加工
では、バイト1が固定されているためバイトの刃先位置
を自由に調整できず、そのため、加工前の刃先位置の調
整に時間がかかり、かつ摩耗等で刃先位置が変化すると
短時間で使用できなくなる問題点があった。[0005] However, in machining using a fly-cut tool, the cutting edge position of the cutting tool cannot be freely adjusted because the cutting tool 1 is fixed, so that it takes time to adjust the cutting edge position before machining and wear and the like. Therefore, when the position of the cutting edge is changed, there is a problem that the blade cannot be used in a short time.
【0006】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数
のバイトを有し、この複数のバイトの刃先位置を短時間
に自由に調整することができ、これにより摩耗等で刃先
位置が変化してもこれに対応して短時間に刃先位置を調
整し、超精密切削加工を長時間持続でき、かつ従来方法
に比べ高能率に超精密切削を行える圧電位置制御による
超精密切削装置及び方法を提供することにある。The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to have a plurality of cutting tools, and to be able to freely adjust the cutting edge positions of the plurality of cutting tools in a short time, thereby coping with the change in the cutting edge position due to wear or the like. It is an object of the present invention to provide an ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control that can adjust the position of a blade edge in a short time and perform ultra-precision cutting for a long time while performing ultra-precision cutting with higher efficiency than conventional methods.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、被加工
物を保持し回転駆動する回転駆動装置と、複数のバイト
を間隔を隔てて保持しかつバイト位置を微小変位させる
バイト変位装置と、該バイト変位装置を回転駆動装置の
回転軸に直交して移動させる移動テーブルとを備え、前
記バイト変位装置は、複数のバイトを保持するバイト保
持板と、該バイト保持板を3点で支持し該支持点を前記
回転軸と平行に微小変位させる圧電素子とを有し、圧電
素子に電圧を印加してバイト保持板を微小変位させて複
数のバイトの刃先位置を調整し、これにより被加工物を
複数のバイトで切削加工する、ことを特徴とする圧電位
置制御による超精密切削装置が提供される。According to the present invention, there is provided a rotary drive device for holding and rotating a workpiece and a bit displacement device for holding a plurality of bits at an interval and minutely displacing the bit position. A moving table for moving the bite displacement device orthogonally to a rotation axis of a rotary driving device, wherein the bite displacement device supports a bite holding plate for holding a plurality of bits, and the bite holding plate at three points. A piezoelectric element for minutely displacing the support point in parallel with the rotation axis, and applying a voltage to the piezoelectric element to minutely displace the bite holding plate to adjust the positions of the cutting edges of the plurality of bits, thereby forming a cover. An ultra-precision cutting device by piezoelectric position control, characterized in that a workpiece is cut with a plurality of cutting tools.
【0008】本発明の好ましい実施例によれば、前記バ
イト変位装置は更に、バイト保持板とほぼ平行に位置し
移動テーブルに固定されるベースと、バイト保持板をベ
ース側に付勢する与圧装置と、バイト保持板を弾性的に
保持しかつ回転軸に直交する移動を防止する弾性支持装
置とを備え、前記圧電素子はバイト保持板とベースとの
間に挟持される。また、前記バイト変位装置は更に、前
記支持点の変位を検知する位置センサーを有する。According to a preferred embodiment of the present invention, the bite displacement device further includes a base positioned substantially parallel to the bite holding plate and fixed to the moving table, and a pressurizing device for urging the bite holding plate toward the base side. An apparatus and an elastic support device for elastically holding the cutting tool holding plate and preventing movement perpendicular to the rotation axis, wherein the piezoelectric element is sandwiched between the cutting tool holding plate and the base. Further, the bite displacement device further has a position sensor for detecting displacement of the support point.
【0009】更に、本発明によれば、被加工物を保持し
て回転駆動し、複数のバイトを保持するバイト保持板を
3つの圧電素子により支持し、圧電素子に電圧を印加し
て支持点を被加工物の回転軸と平行に微小変位させて複
数のバイトの刃先位置を調整し、次いで複数のバイトを
前記回転軸に直交して移動させ、これにより被加工物を
複数のバイトで切削加工する、ことを特徴とする圧電位
置制御による超精密切削方法が提供される。Further, according to the present invention, a work holding plate for holding and rotating a workpiece and supporting a plurality of tools is supported by three piezoelectric elements, and a voltage is applied to the piezoelectric elements to support points. Is finely displaced in parallel with the rotation axis of the workpiece to adjust the positions of the cutting edges of the plurality of tools, and then the plurality of tools are moved orthogonally to the rotation axis, thereby cutting the workpiece with the plurality of tools. An ultra-precision cutting method by piezoelectric position control, characterized by processing.
【0010】[0010]
【作用】上記本発明の装置及び方法によれば、バイト変
位装置が、複数のバイトを保持するバイト保持板と、該
バイト保持板を3点で支持し該支持点を前記回転軸と平
行に微小変位させる圧電素子とを有するので、圧電素子
により前記支持点を被加工物の回転軸と平行に微小変位
させ、これによりバイト保持板を回転軸と平行な微小変
位及び微小傾動をさせることができ、複数のバイトの刃
先位置を短時間に自由に調整することができる。従っ
て、回転駆動装置により被加工物を保持して回転駆動
し、バイト変位装置により複数のバイトの刃先位置を調
整し、移動テーブルにより複数のバイトを前記回転軸に
直交して移動させることにより、超精密切削加工が可能
であり、かつ摩耗等でバイトの刃先位置が変化してもこ
れに対応して短時間に刃先位置を調整して超精密切削加
工を長時間持続できる。According to the apparatus and method of the present invention, a tool for displacing a tool includes a tool for holding a plurality of tools, a tool for supporting the tool at three points, and a support point parallel to the rotation axis. Since the piezoelectric element has a piezoelectric element for performing minute displacement, the supporting point is minutely displaced in parallel with the rotation axis of the workpiece by the piezoelectric element, thereby causing the bite holding plate to perform minute displacement and small tilt parallel to the rotation axis. It is possible to freely adjust the positions of the cutting edges of the plurality of cutting tools in a short time. Therefore, by holding and rotating the workpiece by the rotation drive device, adjusting the cutting edge positions of the plurality of tools by the tool displacement device, and moving the plurality of tools orthogonal to the rotation axis by the moving table, Ultra-precision cutting is possible, and even if the position of the cutting edge of the cutting tool changes due to wear or the like, the position of the cutting edge can be adjusted in a short time in response to the change, and the ultra-precision cutting can be continued for a long time.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図1は、本発明による超精密切削の加工
原理を示す図である。この図において、本発明による超
精密切削装置10は、被加工物5を保持し回転駆動する
回転駆動装置12と、複数のバイト14を間隔を隔てて
保持しかつバイト位置を微小変位させるバイト変位装置
20と、該バイト変位装置20を回転駆動装置12の回
転軸に直交して移動させる移動テーブル16とを備え
る。複数のバイト14はそれぞれ、ダイヤモンド切削工
具であるのがよい。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing the working principle of ultra-precision cutting according to the present invention. In this figure, an ultra-precision cutting device 10 according to the present invention includes a rotary driving device 12 for holding and rotating a workpiece 5 and a bit displacement for holding a plurality of bits 14 at an interval and minutely displacing the bit position. The apparatus includes a device 20 and a moving table 16 for moving the bite displacement device 20 perpendicularly to the rotation axis of the rotary drive device 12. Each of the plurality of cutting tools 14 may be a diamond cutting tool.
【0012】バイト変位装置20は、複数のバイト14
を保持するバイト保持板22と、該バイト保持板22を
3点で支持し該支持点を前記回転軸と平行に微小変位さ
せる圧電素子24とを有しており、圧電素子24に電圧
を印加してバイト保持板22を微小変位(回転軸と平行
な微小変位及び微小傾動)させて複数のバイトの刃先位
置を調整できるようになっている。The tool 20 has a plurality of cutting tools 14.
And a piezoelectric element 24 that supports the bite holding plate 22 at three points and slightly displaces the support point in parallel with the rotation axis. A voltage is applied to the piezoelectric element 24. Then, the tool holding plate 22 is minutely displaced (slightly displaced and slightly tilted in parallel with the rotation axis) so that the positions of the cutting edges of the plurality of bits can be adjusted.
【0013】かかる構成により、図1(B)に模式的に
示すように、圧電素子24を用いたバイト変位装置20
により、各バイト14の刃先位置を揃えた上で、3本の
バイト14の刃先位置を順番に高く、すなわち切り込み
を順番に高くすることによって、1パスで3回分の加工
能率で切削加工が可能となる。また被加工物5(以下、
ワークと呼ぶ)の回転軸を静圧軸受とすることで、ワー
ク5の回転精度を高めることができ、切削加工で鏡面を
得る超精密切削加工が実現できる。なお、本加工原理
で、バイト14を1本のみ利用する場合であっても、バ
イト変位装置20(以下、変位テーブルと呼ぶ)の複数
の圧電素子24の変位によって、バイト14がワーク5
に作用する姿勢を変え(後述する図6参照)、切削屑の
幅・長さなどを制御・変化させることができる。このた
め、加工能率や面粗さのみならず、加工品質や工具寿命
なども改善することができる。With such a structure, as schematically shown in FIG. 1B, a cutting tool displacement device 20 using a piezoelectric element 24 is used.
By aligning the cutting edge positions of the cutting tools 14, the cutting positions of the three cutting tools 14 are sequentially increased, that is, the cuts are sequentially increased, so that cutting can be performed three times in one pass with a machining efficiency of three times. Becomes Also, the workpiece 5 (hereinafter, referred to as
By using a hydrostatic bearing for the rotating shaft of the workpiece (referred to as a workpiece), the rotational accuracy of the workpiece 5 can be improved, and ultra-precision cutting to obtain a mirror surface by cutting can be realized. Even if only one cutting tool 14 is used in the present working principle, the cutting tool 14 is moved by the displacement of the plurality of piezoelectric elements 24 of the cutting tool displacement device 20 (hereinafter, referred to as a displacement table).
(See FIG. 6 described later) to control and change the width and length of the cutting waste. For this reason, not only machining efficiency and surface roughness, but also machining quality and tool life can be improved.
【0014】図2は、バイト変位装置20(変位テーブ
ル)の全体断面図である。この図において、バイト変位
装置20は更に、バイト保持板22とほぼ平行に位置し
移動テーブルに固定されるようになったベース25と、
バイト保持板22をベース側(図で下向き)に付勢する
与圧装置26と、バイト保持板を弾性的に保持しかつ回
転軸に直交する移動(図で水平移動)を防止する弾性支
持装置27とを備えている。また、複数の圧電素子24
はバイト保持板22とベース25との間に挟持されてい
る。更に、バイト変位装置20は、前記支持点の変位を
検知する位置センサー28を有している。FIG. 2 is an overall sectional view of the cutting tool displacement device 20 (displacement table). In this figure, the cutting tool displacement device 20 further includes a base 25 positioned substantially parallel to the cutting tool holding plate 22 and fixed to the moving table.
A pressurizing device 26 that urges the bite holding plate 22 toward the base side (downward in the figure), and an elastic support device that elastically holds the bite holding plate and prevents movement perpendicular to the rotation axis (horizontal movement in the figure). 27. Further, a plurality of piezoelectric elements 24
Are sandwiched between the cutting tool holding plate 22 and the base 25. Further, the bite displacement device 20 has a position sensor 28 for detecting displacement of the support point.
【0015】すなわち、図2に示すように、変位テーブ
ル20は大きく分けベース25とバイト保持板22(以
下、上板)の2つからなり、その間に圧電素子24が3
本(図には1本のみを示す)挟まれた構成となってい
る。また、ベース25と上板22の間に予圧装置26の
スプリング26aにより予圧を与え、上板22と圧電素
子24が離れないようになっている。スプリング26a
は、コイルバネ、皿バネ、或いはゴム等の弾性部材であ
るのがよい。更に、圧電素子24に印加する駆動電圧と
変位テーブル20の実変位の関係を明確にするために、
変位テーブル内には分解能50nmの静電容量式非接触
変位センサ28が内蔵され、実変位がインプロセス計測
できるようになっている。That is, as shown in FIG. 2, the displacement table 20 is roughly divided into a base 25 and a cutting tool holding plate 22 (hereinafter referred to as an upper plate).
The book (only one is shown in the figure) is sandwiched. Further, a preload is applied between the base 25 and the upper plate 22 by a spring 26a of a preload device 26 so that the upper plate 22 and the piezoelectric element 24 are not separated. Spring 26a
Is preferably an elastic member such as a coil spring, a disc spring, or rubber. Further, in order to clarify the relationship between the driving voltage applied to the piezoelectric element 24 and the actual displacement of the displacement table 20,
The displacement table has a built-in capacitance-type non-contact displacement sensor 28 with a resolution of 50 nm, so that the actual displacement can be measured in-process.
【0016】また、弾性支持装置27は、平板状の薄板
27a、ベースケーシング29、及びボルト31等から
なり、薄板27aの周辺がボルト31によりベースケー
シング29を介してベース25に固定され、薄板27a
の中央部がボルト31により上板22に固定されてい
る。かかる構成により、圧電素子24に水平荷重又は引
張荷重を作用させることなく、バイトに作用する水平力
を薄板27aの面内応力としてベース25に伝達するこ
とができる。The elastic support device 27 comprises a flat thin plate 27a, a base casing 29, bolts 31 and the like. The periphery of the thin plate 27a is fixed to the base 25 via the base casing 29 by bolts 31.
Is fixed to the upper plate 22 by bolts 31. With this configuration, the horizontal force acting on the cutting tool can be transmitted to the base 25 as the in-plane stress of the thin plate 27a without applying a horizontal load or a tensile load to the piezoelectric element 24.
【0017】更に、図2において、32は複数のバイト
を直接取り付ける工具板であり、工具板32は、図示し
ないボルト等で上板22に固定されている。また、33
はOリング、34はカバーであり、これらにより、変位
テーブル20の内部を密封し、使用中に作動油や水滴が
内部に入らないようになっている。Further, in FIG. 2, reference numeral 32 denotes a tool plate to which a plurality of cutting tools are directly attached, and the tool plate 32 is fixed to the upper plate 22 by bolts or the like (not shown). Also, 33
Is an O-ring, and 34 is a cover, which seals the inside of the displacement table 20 so that hydraulic oil and water droplets do not enter inside during use.
【0018】表1は使用した圧電素子24の仕様であ
り、最大変位は約16μmである。圧電素子24は固体
アクチュエータであり、剛性・安定性・応答性などの点
で、実切削に十分耐えられる特性を有している。Table 1 shows the specifications of the piezoelectric element 24 used, and the maximum displacement is about 16 μm. The piezoelectric element 24 is a solid actuator, and has characteristics such as rigidity, stability, and responsiveness that can sufficiently withstand actual cutting.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】上述した構成の超精密切削装置10を用
い、被加工物5を保持して回転駆動し、複数のバイト1
4を保持するバイト保持板22を3つの圧電素子24に
より支持し、圧電素子24に電圧を印加して支持点を被
加工物5の回転軸と平行に微小変位させて複数のバイト
14の刃先位置を調整し、次いで複数のバイト14を前
記回転軸に直交して移動させ、これにより被加工物5を
複数のバイト14で切削加工することにより、超精密切
削加工が可能であり、かつ摩耗等でバイト位置が変化し
てもこれに対応して短時間に刃先位置を調整し、超精密
切削加工を長時間持続することができる。Using the ultra-precision cutting device 10 having the above-described configuration, the workpiece 5 is held and rotated and driven to
4 is supported by three piezoelectric elements 24, and a voltage is applied to the piezoelectric elements 24 to slightly displace the supporting points in parallel with the rotation axis of the workpiece 5, thereby cutting the cutting edges of the plurality of cutting tools 14. By adjusting the position and then moving the plurality of cutting tools 14 orthogonally to the rotation axis, thereby cutting the workpiece 5 with the plurality of cutting tools 14, it is possible to perform ultra-precision cutting and wear. Even if the cutting tool position changes, the position of the cutting edge can be adjusted in a short time in response to the change, so that ultra-precision cutting can be continued for a long time.
【0021】以下、本発明の装置及び方法による試験結
果を説明する。なお、表2は、試験に使用した超精密切
削実験システムの構成である。Hereinafter, test results by the apparatus and method of the present invention will be described. Table 2 shows the configuration of the ultra-precision cutting experiment system used for the test.
【0022】[0022]
【表2】 [Table 2]
【0023】表2に示すように、工具(バイト14)に
は、鋭い切れ刃を得るために単結晶ダイヤモンドを用
い、刃先形状はフライスカット用バイトを参考にして図
3に示すように構成した。図3において(A)は正面
図、(B)は平面図、(C)は側面図であり、面14a
が加工面(主切れ刃)である。図3(B)の矢印方向に
バイト14を移動させてワーク5を切削する。またワー
クの粗切削には超硬合金バイトを用いた。As shown in Table 2, a single crystal diamond was used for the tool (tool 14) to obtain a sharp cutting edge, and the shape of the cutting edge was configured as shown in FIG. 3 with reference to a milling tool. . 3A is a front view, FIG. 3B is a plan view, and FIG. 3C is a side view.
Is the processing surface (main cutting edge). The work 5 is cut by moving the cutting tool 14 in the direction of the arrow in FIG. A cemented carbide tool bit was used for rough cutting of the work.
【0024】加工機には、回転精度0.1μm以下の油
静圧軸受を有するロータリ平面研削装置を使用した。切
り込み分解能は同研削装置のみで1μmが達成でき、変
位テーブル20を利用すると約0.1μmが達成でき
る。ロータリ平面研削装置の砥石軸を回転駆動装置12
として用い、ロータリテーブルを移動テーブル16とし
て用いた。すなわち、砥石軸にワーク5を、ロータリテ
ーブル上にバイト14と変位テーブル20を配置した。
被削材(ワーク5)には、アルミニウム合金を使用し
た。図4にそのワーク形状を示す。As the processing machine, a rotary surface grinding device having an hydrostatic bearing having a rotational accuracy of 0.1 μm or less was used. The cutting resolution can be attained by 1 μm only by using the same grinding apparatus, and by using the displacement table 20, about 0.1 μm can be achieved. Rotary driving device 12
And a rotary table was used as the moving table 16. That is, the work 5 was arranged on the grindstone shaft, and the cutting tool 14 and the displacement table 20 were arranged on the rotary table.
An aluminum alloy was used for the work material (work 5). FIG. 4 shows the shape of the work.
【0025】図5は、変位テーブル20の駆動電圧と実
変位との関係図である。最大100Vの駆動電圧におい
て線形性は良好であり、変位の再現性も良好であった。
また、この試験では図示しない圧電素子駆動電源と変位
計測装置を用い、3本の圧電素子24を同時に駆動し
た。図6は、変位テーブル20によるバイト14とワー
ク5との位置関係図である。図6において、(a)は駆
動電圧0Vにおけるバイト14の姿勢であり、副切れ刃
はワーク5と平行に位置している。(b)は駆動電圧5
0V、(c)は100Vにおけるバイト14の姿勢であ
り、それぞれワーク5と0.063°、0.0126°
の角度をなす。なお、これらの角度は、バイト14のバ
イト保持板22への取り付け位置や、テーブル移動方向
と圧電素子の相対位置により、変更することができる。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the drive voltage of the displacement table 20 and the actual displacement. The linearity was good at a driving voltage of 100 V at the maximum, and the reproducibility of the displacement was also good.
In this test, three piezoelectric elements 24 were simultaneously driven using a piezoelectric element driving power supply and a displacement measuring device (not shown). FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the cutting tool 14 and the workpiece 5 based on the displacement table 20. In FIG. 6, (a) shows the attitude of the cutting tool 14 at a driving voltage of 0 V, and the sub cutting edge is positioned parallel to the work 5. (B) is drive voltage 5
0V and (c) are the positions of the cutting tool 14 at 100V, which are 0.063 ° and 0.0126 ° with the workpiece 5, respectively.
At an angle. Note that these angles can be changed by the attachment position of the cutting tool 14 to the cutting tool holding plate 22 or the relative position of the piezoelectric element to the table moving direction.
【0026】図7は本試験における加工方法および加工
経路を示す図であり、(A)は側面図、(B)は(A)
を上方から見た平面図である。図7(B)のA,B,C
の位置に3本のダイヤモンドバイト14をそれぞれ固定
することにより、3本のダイヤモンドバイト14は、ワ
ーク5の下面をA,B,Cの順で順次通過・切削するこ
とができる。なお、バイト14の数は、3本に限定され
ず、2本或いは4本以上であってもよい。また、バイト
14の取り付け位置は、複数のバイト14が同時にワー
ク5に作用しないように配置する。この配置は、図7
(B)のように、圧電素子24と同一位置であってもよ
く、或いはバイト保持板22に一列に配置してもよく、
更にバラバラに配置してもよい。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a processing method and a processing route in this test, wherein FIG. 7A is a side view, and FIG.
FIG. 3 is a plan view when viewed from above. A, B, C in FIG. 7 (B)
By fixing the three diamond cutting tools 14 at the positions, the three diamond cutting tools 14 can sequentially pass and cut the lower surface of the work 5 in the order of A, B, and C. The number of the bytes 14 is not limited to three, but may be two or four or more. In addition, the attachment position of the cutting tool 14 is arranged such that the plurality of cutting tools 14 do not act on the work 5 at the same time. This arrangement is shown in FIG.
As shown in (B), it may be located at the same position as the piezoelectric element 24, or may be arranged in a row on the cutting tool holding plate 22,
Further, they may be arranged separately.
【0027】本試験では、図7に示すように1本のバイ
ト14を変位テーブル20の中心に固定した。また、こ
の試験ではダイヤモンドバイト14はロータリテーブル
(移動テーブル16)上に配置されており、変位テーブ
ル20の中心経路はテーブル回転中心から半径175m
m上にある。そのため、送り速度は変位テーブル中心の
周速度とし、50〜100mm/min(33〜67μ
m/rev)とした。またワーク回転数は1500rp
m(切削速度v297〜509m/min)であり、切
り込み深さは2〜10μm/passとした。In this test, one cutting tool 14 was fixed to the center of the displacement table 20 as shown in FIG. In this test, the diamond cutting tool 14 is placed on a rotary table (moving table 16), and the center path of the displacement table 20 has a radius of 175 m from the center of rotation of the table.
m. Therefore, the feed speed is the peripheral speed at the center of the displacement table, and is 50 to 100 mm / min (33 to 67 μm).
m / rev). The work rotation speed is 1500 rpm
m (cutting speed v297 to 509 m / min), and the cutting depth was 2 to 10 μm / pass.
【0028】図7の装置において、まず単結晶ダイヤモ
ンドバイト14の刃先形状をワーク5に転写する基礎実
験を行い、切削油をミスト状にして供給しながら、ワー
ク5をバイト14に切り込んで転写した。図8は、この
基礎試験により得られたバイト1本の刃先転写を示す断
面形状パターンである。この図からおおまかに、刃先形
状が転写されていることがわかる。しかし、変位テーブ
ル上面の取付精度により、刃面が平行にワーク面に当た
っていないことが考えられたため、ロータリテーブル1
6を回転させながら、変位テーブル20によりダイヤモ
ンドバイト14の刃面に図6に示すように傾きを与えて
鏡面切削を行った。In the apparatus shown in FIG. 7, first, a basic experiment for transferring the cutting edge shape of the single crystal diamond tool 14 to the work 5 was performed, and the work 5 was cut and transferred to the tool 14 while supplying cutting oil in the form of a mist. . FIG. 8 is a cross-sectional pattern showing the cutting edge transfer of one cutting tool obtained by the basic test. It can be seen from this figure that the shape of the cutting edge is roughly transferred. However, it was considered that the blade surface did not hit the work surface in parallel due to the mounting accuracy of the upper surface of the displacement table.
While rotating the cutting tool 6, the blade surface of the diamond cutting tool 14 was inclined by the displacement table 20 as shown in FIG.
【0029】図9は得られた切削面粗さを示す。図9か
ら明らかなように、Rmax 60nm、Ra 13nm前後
の良好を鏡面が得られた。また、この際のバイトの傾き
は、3本の圧電素子のうち、2本に100Vの電圧を印
加し、約12.5μmの変位を得た状態で与えた。FIG. 9 shows the obtained cut surface roughness. As apparent from FIG. 9, R max 60nm, specular good before and after R a 13 nm was obtained. At this time, the inclination of the cutting tool was given in such a state that a voltage of 100 V was applied to two of the three piezoelectric elements and a displacement of about 12.5 μm was obtained.
【0030】上述したように、本発明の装置及び方法に
よれば、バイト変位装置20が、複数のバイト14を保
持するバイト保持板22と、バイト保持板22を3点で
支持し該支持点を前記回転軸と平行に微小変位させる圧
電素子24とを有するので、圧電素子24により前記支
持点を被加工物5の回転軸と平行に微小変位させ、これ
によりバイト保持板22を回転軸と平行な微小変位及び
微小傾動をさせることができ、複数のバイトの刃先位置
を短時間に自由に調整することができる。従って、回転
駆動装置12により被加工物5を保持して回転駆動し、
バイト変位装置20により複数のバイトの刃先位置を調
整し、移動テーブル16により複数のバイトを前記回転
軸に直交して移動させることにより、超精密切削加工が
可能であり、かつ摩耗等でバイト位置が変化してもこれ
に対応して短時間に刃先位置を調整して超精密切削加工
を長時間持続できる。As described above, according to the apparatus and method of the present invention, the bite displacement device 20 supports the bite holding plate 22 for holding the plurality of bits 14 and the bite holding plate 22 at three points. And the piezoelectric element 24, which slightly displaces the support point in parallel with the rotation axis, so that the support point is minutely displaced in parallel with the rotation axis of the workpiece 5 by the piezoelectric element 24, whereby the cutting tool holding plate 22 is moved in parallel with the rotation axis. Parallel minute displacement and minute tilt can be performed, and the cutting edge positions of the plurality of cutting tools can be freely adjusted in a short time. Accordingly, the workpiece 5 is held and rotated by the rotation drive device 12,
By adjusting the positions of the cutting edges of the plurality of cutting tools by the cutting tool displacing device 20 and moving the plurality of cutting tools orthogonally to the rotation axis by the moving table 16, ultra-precision cutting is possible, and the cutting tool position due to wear or the like is possible. Therefore, the position of the cutting edge can be adjusted in a short time in response to the change, so that ultra-precision cutting can be continued for a long time.
【0031】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【0032】[0032]
【発明の効果】上述したように、本発明の圧電位置制御
による超精密切削装置及び方法は、複数のバイトを有
し、この複数のバイトの刃先位置を短時間に自由に調整
することができ、これにより摩耗等で刃先位置が変化し
てもこれに対応して短時間に刃先位置を調整し、超精密
切削加工を長時間持続でき、かつ従来方法に比べ高能率
に超精密切削を行える、等の優れた効果を有する。As described above, the ultra-precision cutting device and method using piezoelectric position control according to the present invention has a plurality of cutting tools, and the cutting edge positions of the plurality of cutting tools can be freely adjusted in a short time. Therefore, even if the cutting edge position changes due to wear, etc., the cutting edge position is adjusted in a short time in response to this, so that ultra-precision cutting can be continued for a long time and ultra-precision cutting can be performed more efficiently than conventional methods , Etc. have excellent effects.
【図1】本発明による超精密切削の加工原理を示す図で
ある。FIG. 1 is a view showing a processing principle of ultra-precision cutting according to the present invention.
【図2】バイト変位装置(変位テーブル)の全体断面図
である。FIG. 2 is an overall sectional view of a cutting tool displacement device (displacement table).
【図3】バイトの刃先形状を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cutting edge shape of a cutting tool.
【図4】ワーク形状を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a work shape.
【図5】変位テーブルの駆動電圧と実変位との関係図で
ある。FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage of a displacement table and an actual displacement.
【図6】変位テーブルによるバイトとワークの位置関係
図である。FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a cutting tool and a workpiece by a displacement table.
【図7】試験における加工方法及び加工経路を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing a processing method and a processing path in a test.
【図8】バイト1本の刃先転写を示す断面形状パターン
である。FIG. 8 is a cross-sectional shape pattern showing the transfer of the cutting edge of one cutting tool.
【図9】試験により得られた切削面粗さを示す図であ
る。FIG. 9 is a view showing a cut surface roughness obtained by a test.
【図10】従来の加工法を模式的に示す図である。FIG. 10 is a view schematically showing a conventional processing method.
1 バイト 2 フライカットツール 3 ポリゴンミラー 5 被加工物(ワーク) 10 超精密切削装置 12 回転駆動装置 14 バイト 16 移動テーブル(ロータリテーブル) 20 バイト変位装置(変位テーブル) 22 バイト保持板(上板) 24 圧電素子 25 ベース 26 予圧装置 26a スプリング 27 弾性支持装置 28 変位センサー 1 byte 2 fly cut tool 3 polygon mirror 5 workpiece (work) 10 ultra-precision cutting device 12 rotation drive device 14 byte 16 moving table (rotary table) 20 byte displacement device (displacement table) 22 byte holding plate (upper plate) 24 Piezoelectric element 25 Base 26 Preload device 26a Spring 27 Elastic support device 28 Displacement sensor
Claims (4)
装置と、複数のバイトを間隔を隔てて保持しかつバイト
位置を微小変位させるバイト変位装置と、該バイト変位
装置を回転駆動装置の回転軸に直交して移動させる移動
テーブルとを備え、 前記バイト変位装置は、複数のバイトを保持するバイト
保持板と、該バイト保持板を3点で支持し該支持点を前
記回転軸と平行に微小変位させる圧電素子とを有し、圧
電素子に電圧を印加してバイト保持板を微小変位させて
複数のバイトの刃先位置を調整し、これにより被加工物
を複数のバイトで切削加工する、ことを特徴とする圧電
位置制御による超精密切削装置。1. A rotary drive device for holding and rotating a workpiece, a bit displacement device for holding a plurality of bits at an interval and minutely displacing the bit position, and a rotary drive device for rotating the bit position device. A moving table that moves orthogonally to a rotation axis; the bite displacement device includes a bite holding plate that holds a plurality of bits; and the bite holding plate is supported at three points, and the support point is parallel to the rotation axis. A micro-displaced piezoelectric element, and applying a voltage to the piezoelectric element to finely displace the bite holding plate to adjust the positions of the cutting edges of the plural bits, thereby cutting the workpiece with the plural bits. An ultra-precision cutting device using piezoelectric position control.
板とほぼ平行に位置し移動テーブルに固定されるベース
と、バイト保持板をベース側に付勢する与圧装置と、バ
イト保持板を弾性的に保持しかつ回転軸に直交する移動
を防止する弾性支持装置とを備え、前記圧電素子はバイ
ト保持板とベースとの間に挟持される、ことを特徴とす
る請求項1に記載の圧電位置制御による超精密切削装
置。2. The tool according to claim 1, further comprising: a base positioned substantially parallel to the tool holding plate and fixed to the moving table; a pressurizing device for urging the tool holding plate toward the base; 2. The piezoelectric device according to claim 1, further comprising: an elastic supporting device that holds the piezoelectric element and prevents movement perpendicular to the rotation axis, wherein the piezoelectric element is sandwiched between a cutting tool holding plate and a base. Ultra-precision cutting device with position control.
の変位を検知する位置センサーを有する、ことを特徴と
する請求項1に記載の圧電位置制御による超精密切削装
置。3. The cutting machine according to claim 1, wherein the cutting tool further includes a position sensor for detecting a displacement of the support point.
バイトを保持するバイト保持板を3つの圧電素子により
支持し、圧電素子に電圧を印加して支持点を被加工物の
回転軸と平行に微小変位させて複数のバイトの刃先位置
を調整し、次いで複数のバイトを前記回転軸に直交して
移動させ、これにより被加工物を複数のバイトで切削加
工する、ことを特徴とする圧電位置制御による超精密切
削方法。4. A workpiece holding and rotating drive is performed, a tool holding plate for holding a plurality of tools is supported by three piezoelectric elements, and a voltage is applied to the piezoelectric elements to rotate a support point of the workpiece. Adjusting the positions of the cutting edges of the plurality of tools by making a small displacement parallel to the axis, and then moving the plurality of tools orthogonally to the rotation axis, thereby cutting the workpiece with the plurality of tools. Ultra-precision cutting method by piezoelectric position control.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15773494A JPH0825101A (en) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15773494A JPH0825101A (en) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0825101A true JPH0825101A (en) | 1996-01-30 |
Family
ID=15656197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15773494A Pending JPH0825101A (en) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | Ultra-precision cutting device and method by piezoelectric position control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0825101A (en) |
-
1994
- 1994-07-11 JP JP15773494A patent/JPH0825101A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5472371A (en) | Method and apparatus for truing and trued grinding tool | |
| JP2011251383A (en) | Tool holder with variable tool rotation radius, machine tool with tool, and machining method using the machine tool | |
| JP3652182B2 (en) | Diffraction grating processing method and processing apparatus | |
| JPS60228063A (en) | Polishing device for generating curved surface | |
| CN112157272A (en) | Machining method and device for polygon scanning mirror | |
| EP1974860A1 (en) | Truing device and truing method for grinding wheel | |
| US4627195A (en) | Computer controller optical surfacing (CCOS) lap pressure control system | |
| JP3753770B2 (en) | Three-dimensional tilting device | |
| JPH09239603A (en) | Groove cutting method | |
| CN1281399A (en) | Device for fastening tool on driveable tool spindle of machine tool in progressively adjustable manner | |
| JP3977800B2 (en) | Polishing apparatus and polishing method | |
| JPH05200616A (en) | Grooving method and groove machining apparatus | |
| JPH09309051A (en) | Lens processing device and lens processing method | |
| JP5318213B2 (en) | Apparatus and method for machining a bearing seat or bearing journal supported therein | |
| JP2001106541A (en) | Scribe device | |
| JPS59219152A (en) | Mirror finishing machine | |
| JP2001162426A (en) | Curved surface cutting device and curved surface cutting method | |
| JPH012853A (en) | tool holding device | |
| JPS62208839A (en) | Machine tool conducting cutting work | |
| JPH0457670A (en) | Tool for surface working of magnetic head slider | |
| JPH08300240A (en) | Rotor machining device with shaft | |
| JPH0372442B2 (en) | ||
| JPH0655322A (en) | Machining method for machine tool | |
| JPH058159A (en) | Rotary work machine | |
| JPH1158227A (en) | Surface grinding device and surface grinding method |