JPH10230448A - 自由曲面の研磨方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自由曲面の回転軸非対称の非球面を効率的且
つ高精度に研磨する。 【解決手段】 工具２３Ａの先端を所定圧力でワーク９
表面へ押圧した状態で、ワーク９を載置したワーク取付
テーブル１８を、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻
りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を研磨する自由
曲面の研磨方法において、前記ワーク取付テーブル１８
を、さらに、Ｙ軸線に平行な軸線廻りのＢ方向で移動制
御可能に構成し、ワーク形状から予め計算しておいた加
工データに基づき、前記Ｘ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の４方向
を制御して、前記工具２３Ａと前記ワーク９とを相対的
に位置決めし、ワークの各加工点における法線方向に前
記工具２３Ａの回転軸芯もしくは前記工具表面の任意の
部位を一致させて研磨加工することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自由曲面を工具に
より倣わせながら研磨する研磨方法及び装置、更に詳し
くは、工具先端を所定圧力でワーク表面へ押圧した状態
で、ワークを載置したワーク取付テーブルを、ＸＹ方
向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に移動制御し
つつ、更にＹ軸線に平行な軸線廻りのＢ方向に移動制御
しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面の研磨方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、自由曲面を工具により倣わせな
がら研磨する研磨方法及び装置は、特開昭５３−１４０
６９４号公報（先行例１）及び特公平１−５５９４６号
公報（先行例２）として知られている。

【０００３】前記先行例１は、工具と被加工物の面とが
点接触をし、被加工物表面にマークが生じて、高精度の
表面粗さが得られないとの理由から、工具を弾性体で形
成し、被加工物の表面に倣って工具が変形するようにな
したものである。

【０００４】しかしながら、工具を弾性体で形成したと
しても、被加工物の研磨面と工具軸が一致しないと、工
具が被加工物の面に偏接触し、工具の研磨面が一定せ
ず、工具が偏摩耗するとともに、被加工物表面への工具
の押圧力が一定せず、高精度の表面粗さが得られないと
いう問題があるが、これを解決するものとして、被加工
物の研磨面と工具軸が一致する先行例２が知られてい
る。

【０００５】この先行例２は、被加工物を載置台に取付
て、該載置台を回転させるとともに、前記載置台が半径
方向に移動し、回転する工具により被加工物表面を螺旋
状に研磨するものである。そして、この先行例２は載置
台の回転中心軸上対称の非球面を研磨するものであるた
めに、工具の回転軸芯をＺ軸とし、載置台の回転中心軸
を前記Ｚ軸に合わせ、前記回転中心軸上対称の非球面の
Ｙ軸方向に、前記工具が倣うように載置台を移動させる
と、載置台が回転しているので、載置台の前記回転中心
軸から一方の半径方向に載置台を移動させることによっ
て、この半径方向の非球面を前記工具が倣うだけで非球
面の研磨を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示すように、被加工物１８０Ａ，１８０Ｂの非球面Ｎ
１，Ｎ２（ａ）、またはＲ１，Ｒ２（ｂ）が載置台の回
転中心軸Ｋ上非対称な面Ｐ１，Ｐ２（ａ）、またはＱ
１，Ｑ２（ｂ）であると、回転中心軸Ｋから等距離にあ
るＰ１及びＰ２、または、Ｑ１及びＱ２は、基準面Ｖか
ら矢印方向に等距離にはなく、非球面を形成するライン
Ｌ，もしくはＳ上にある。

【０００７】従って、前記先行例２は、回転している載
置台の前記回転中心軸Ｋから一方の半径方向に載置台を
移動させて、この半径方向の非球面を前記工具が倣うだ
けでは非対称の非球面の研磨を行うことはできずに、ラ
インＬもしくはＳに倣う補正を行うことが必要である。

【０００８】上述の事情に鑑み、本発明は、自由曲面の
なかで回転軸非対称の非球面を効率的且つ高精度に研磨
できる方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の第１発明は、工具先端を所定圧力でワー
ク表面へ押圧した状態で、ワークを載置したワーク取付
テーブルを、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りの
Ａ方向に移動制御しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面
の研磨方法において、前記ワーク取付テーブルを、さら
に、Ｙ軸線に平行な軸線廻りのＢ方向で移動制御可能に
構成し、ワーク形状から計算した加工データに基づき、
前記Ｘ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の４方向を制御して、前記工
具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワークの各加
工点における法線方向に前記工具の回転軸芯もしくは前
記工具表面の任意の部位を一致させて研磨加工すること
を特徴とする。

【００１０】本第１発明は、図１及び図２に示すよう
に、工具２３Ａの先端を所定圧力でワーク表面へ押圧し
た状態で、ワークを載置したワーク取付テーブル１８
を、Ｘ軸テーブル１２及びＹ軸テーブル１３によりＸＹ
方向へ、また、Ａ軸位置決め機構１７によってＸ軸線に
平行な軸線廻りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を
研磨する自由曲面の研磨方法である。

【００１１】そして、前記ワーク取付テーブル１８を、
さらに、Ｂ軸位置決め機構１５によって、Ｙ軸線に平行
な軸線廻りのＢ方向で移動制御可能に構成し、ワーク形
状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ、Ｙ，Ａ及
びＢ方向の４方向を制御して、前記工具２３Ａと前記ワ
ークとを相対的に位置決めし、ワークの各加工点におけ
る法線方向に前記工具２３Ａの回転軸芯もしくは前記工
具表面の任意の部位を一致させて研磨加工する。

【００１２】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ，Ａ方向の制御に加え
て、さらに、Ｂ軸位置決め機構１５によって、Ｙ軸線に
平行な軸線廻りのＢ方向の移動制御が可能であるため
に、該Ｂ軸位置決め機構１５により自由曲面のなかで回
転軸非対称の非球面を効率良く研磨することができる。

【００１３】請求項２の第２発明は、工具先端を所定圧
力でワーク表面へ押圧した状態で、ワークを載置したワ
ーク取付テーブルを、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸
線廻りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を研磨する
自由曲面の研磨方法において、工具を軸端に取り付ける
手段を有するとともに垂直軸線に対し傾斜位置決め可能
なスピンドルを備え、ワーク形状から計算した加工デー
タに基づき、前記Ｘ、Ｙ，Ａ及びスピンドルの傾斜移動
方向の４方向を制御して、前記工具と前記ワークとを相
対的に位置決めし、ワークの各加工点における法線方向
に前記工具の回転軸芯もしくは前記工具表面の任意の部
位を一致させて研磨加工することを特徴とする。

【００１４】請求項１と請求項２とは、ワーク取付テー
ブルを、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方
向に移動制御する点に関しては同じである。そして、請
求項１は前記ワーク取付テーブルを、さらに、Ｙ軸線に
平行な軸線廻りのＢ方向で移動制御可能に構成している
のに対して、請求項２は、工具を軸端に取り付ける手段
を有するとともに垂直軸線に対し傾斜位置決め可能なス
ピンドル軸９Ｂ（図３）を備え、前記Ｘ、Ｙ，Ａ及びス
ピンドルの傾斜移動方向の４方向を制御している。

【００１５】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ，Ａ方向の制御に加え
て、さらに、工具２３Ｂを軸端に取り付ける手段を有す
るスピンドル２２Ｂによって、工具２３Ｂを、垂直軸線
に対し傾斜位置制御が可能であるために、該スピンドル
２２Ｂにより自由曲面のなかで回転軸非対称の非球面を
効率良く研磨することができる。

【００１６】また、請求項１及び２記載の自由曲面の研
磨方法において、前記ワーク取付テーブルを、Ｘ軸線に
平行な軸線廻りのＡ方向に移動可能な角度割り出し機能
を有するＡ位置決め機構上に、回転可能に載置し、前記
ワーク取付テーブルの回転により研磨加工するように構
成することも、本第１、または第２発明の有効な手段で
ある。

【００１７】このように、さらに、ワークの回転を制御
することで、請求項１のＸ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の移動制
御に前記ワークの回転を加えて５方向による位置制御が
できる。また、請求項２のＸ、Ｙ，Ａ及びスピンドルの
傾斜移動方向制御に、前記ワークの回転を加えて５方向
による位置制御ができる。従って、自由曲面のなかで回
転軸非対称の非球面をさらに効率良く研磨することがで
きる。

【００１８】請求項４の第３発明は、工具先端を所定圧
力でワーク表面へ押圧した状態で、ワークを載置したワ
ーク取付テーブルを、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸
線廻りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を研磨する
自由曲面の研磨装置において、Ｘ軸線に平行な軸線廻り
で回転位置決めする角度割り出し機能を有するＡ軸位置
決め機構と、Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めす
る角度割り出し機能を有するＢ軸位置決め機構と、前記
Ｂ軸位置決め機構とＡ軸位置決め機構の内、上部に位置
する位置決め機構上に配置されたワーク取付テーブルと
を備え、ワーク形状から計算した加工データに基づき、
前記Ｘ軸位置決め機構、前記Ｙ軸位置決め機構、前記Ｂ
軸位置決め機構、前記Ａ軸位置決め機構の４手段によっ
て前記工具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワー
クの各加工点における法線方向に前記スピンドルの回転
軸もしくは前記工具表面の任意の部位を一致させ研磨加
工することを特徴とする。

【００１９】本第３発明は、図１及び図２に示すよう
に、工具２３Ａの先端を所定圧力でワーク表面へ押圧し
た状態で、ワークを載置したワーク取付テーブル１８
を、Ｘ軸テーブル１２及びＹ軸テーブル１３によりＸＹ
方向へ、また、Ａ軸位置決め機構１７によってＸ軸線に
平行な軸線廻りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を
研磨する自由曲面の研磨装置である。

【００２０】そして、Ｘ軸線に平行な軸線廻りで回転位
置決めする角度割り出し機能を有するＡ軸位置決め機構
１７と、Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めする角
度割り出し機能を有するＢ軸位置決め機構１５とを備
え、これらのＡ軸位置決め機構１７とＢ軸位置決め機構
１５との取付位置は、図上互いに上下を問わない。すな
わち、図１においては、Ｂ軸位置決め手段１５に植立し
た支持部１６に回動可能にＡ軸位置決め機構１７が取付
られているが、これはＡ軸位置決め機構１７に支持部を
植立して、該支持部に回動可能にＢ軸位置決め機構１５
が取付られていてもよい。

【００２１】さらに、前記Ｂ軸位置決め機構１５とＡ軸
位置決め機構の内、上部に位置する位置決め機構上に配
置されたワーク取付テーブル１８が備えられている。そ
して、ワーク形状から計算した加工データに基づき、前
記Ｘ軸位置決め機構（Ｘ軸テーブル）１２、前記Ｙ軸位
置決め機構（Ｙ軸テーブル）１３、前記Ｂ軸位置決め機
構１５、前記Ａ軸位置決め機構１７の４機構によって前
記工具２３Ａと前記ワークとを相対的に位置決めし、ワ
ークの各加工点における法線方向に前記スピンドル２２
Ａの回転軸もしくは前記工具表面の任意の部位を一致さ
せ研磨加工する。

【００２２】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ、Ａ方向の制御に加え
て、さらに、Ｂ軸位置決め機構１５によって、Ｙ軸線に
平行な軸線廻りのＢ方向の移動制御が可能であるため
に、該Ｂ軸位置決め機構１５により自由曲面のなかで回
転軸非対称の非球面を効率良く研磨することができる。

【００２３】また、ワークの各加工点における法線方向
に前記スピンドル２２Ａの回転軸を一致させ研磨加工す
るため、工具の所定の下面がワークの研磨面の法線方向
と一致するので、工具の研磨面が一定し、その所定の面
に角等がなく、望ましくは、Ｒ面、曲面等により形成さ
れていれば、ワーク表面の加工面に工具が偏当たりして
ワーク面にマークを生じさせることがない。

【００２４】また、ワークの各加工点における法線方向
に前記スピンドル２２Ａの回転軸を一致させなくても、
前記工具表面の任意の部位を一致させると、上述と同じ
ように工具の研磨面が一定し、その所定の面に角等がな
く、望ましくは、Ｒ面、曲面等により形成されていれ
ば、ワーク表面の加工面に工具が偏当たりしてワーク面
にマークを生じさせることがない。

【００２５】請求項５の第４発明は、工具先端を所定圧
力でワーク表面へ押圧した状態で、ワークを載置したワ
ーク取付テーブルを、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸
線廻りのＡ方向に移動制御しつつ、ワーク面を研磨する
自由曲面の研磨装置において、Ｘ軸線に平行な軸線廻り
で回転位置決めする角度割り出し機能を有するＡ軸位置
決め機構と、Ａ軸位置決め機構上に配置され、角度割り
出し機能を持たせて回転制御するワーク取付テーブル
と、工具を軸端に取り付ける手段を有するとともに、垂
直軸線に対し傾斜位置決め可能なスピンドルと、ワーク
形状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ、Ｙ，Ａ
及びスピンドルの傾斜移動方向の４方向を制御して、前
記工具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワークの
各加工点における法線方向に前記工具の回転軸芯もしく
は前記工具表面の任意の部位を一致させて研磨加工する
ことを特徴とする。

【００２６】請求項４と請求項５とは、工具に所望の押
圧力を発生しＺ方向に移動制御し、ワーク取付テーブル
を、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りで回転位置
決めする角度割り出し機能を有するＡ軸位置決め機構を
備え、Ａ方向に移動制御する点に関しては同じである。

【００２７】そして、請求項４は前記ワーク取付テーブ
ルを、さらに、Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決め
する角度割り出し機能を有するＢ軸位置決め機構と、Ａ
軸位置決め機構の内、上部に位置する位置決め機構上に
配置しているのに対して、請求項５は、ワーク取付テー
ブルを、Ａ軸位置決め機構上に配置して、角度割り出し
機能を持たせて回転制御させるとともに、工具を軸端に
取り付ける手段を有するスピンドル２２Ｂ（図３）を、
垂直軸線に対し傾斜位置決め可能に構成し、前記Ｘ、
Ｙ，Ａ及びスピンドル軸の傾斜移動方向の４方向を制御
している。

【００２８】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ，Ａ方向の制御に加え
て、さらに、工具２３Ｂを軸端に取り付ける手段を有す
るスピンドル２２Ｂによって、工具２３Ｂを、垂直軸線
に対し傾斜位置制御が可能であるために、該スピンドル
２２Ｂにより自由曲面のなかで回転軸非対称の非球面を
効率良く研磨することができる。

【００２９】また、請求項４及び５記載の自由曲面の研
磨装置において、前記ワーク取付テーブルを、Ｘ軸線に
平行な軸線廻りのＡ方向に移動可能な角度割り出し機能
を有するＡ位置決め機構上に、回転可能に載置し、前記
ワーク取付テーブルの回転により研磨加工するように構
成することも、本第３、または第４発明の有効な手段で
ある。

【００３０】このように、さらに、ワークの回転を制御
することで、請求項４のＸ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の移動制
御に前記ワークの回転を加えて５方向による位置制御が
できる。また、請求項５のＸ、Ｙ，Ａ及びスピンドルの
傾斜移動方向制御に、前記ワークの回転を加えて５方向
による位置制御ができる。従って、自由曲面のなかで回
転軸非対称の非球面をさらに効率良く研磨することがで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施の
形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に
記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置
などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲を
それのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎな
い。

【００３２】図１は、本発明の実施の形態に係る研磨装
置の正面図、及び図２は、図１の側面図である。これら
の図において、研磨機１は、ベース１０の後端に直立し
たコラム１１に設けられた工具制御部３１と、ベース１
０に設けられたワーク制御部３２により構成される。

【００３３】ワーク制御部３２は、ベース１０上におい
てＹ軸方向に往復動可能なＹ軸テーブル１３と、このＹ
軸テーブル１３上にＸ方向に往復動可能なＸ軸テーブル
１２と、このＸ軸テーブル１２の後端部に直立した支持
部１４に設けられ、Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置
決めする角度割り出し機能を有するＢ軸位置決め機構１
５と、このＢ軸位置決め機構１５の一端に直立した支持
部１６に設けられ、Ｘ軸線に平行な軸線廻りで回転位置
決めする角度割り出し機能を有するＡ軸位置決め機構１
７と、このＡ軸位置決め機構１７上に取付られたワーク
取付テーブル１８とで構成されている。

【００３４】また、工具制御部３１は、コラム１１に対
してＺ方向（鉛直）に上下動可能に配設されたＺ軸位置
決め機構１９、このＺ軸位置決め機構１９上部へ一体に
取り付けた支持部３０を有しており、コラム１１上部側
には、このＺ軸位置決め機構１９を駆動するモータ２０
が取付けてある。又、該支持部３０上には、空気圧シリ
ンダ２５が装着してあり、ピストン２５Ａに連結された
ピストンロッド２４が前記支持部３０を貫通して突出
し、後述するスピンドル２２Ａへ接続される。

【００３５】前記Ｚ軸位置決め機構１９の側部にはスピ
ンドル支持部２１Ａが取付られてあり、この中にスピン
ドル２２ＡがＺ軸線と平行に配置され、上端側で前述の
ピストンロッド２４と軸方向に連結されている。又、ス
ピンドル２２Ａはスピンドル支持部２１Ａに対して回転
自在に装着されており、しかし、ピストンロッド２４へ
は回転は伝達されないよう構成されている。そして、Ｚ
軸位置決め手段１９の側部へ取り付けたモータ４により
スピンドル２２Ａが回転駆動される。このスピンドル２
２Ａの下端に、工具２３Ａが装着されるよう構成されて
いる。

【００３６】又、空気シリンダ２５の外部中間部分にピ
ストン位置検出器２が設けてあり、ピストン２５Ａが下
降して、この検出器近くまで来た時を検知して、その信
号を後述する制御回路へスタート信号として送出するも
のである。空気シリンダ２５は、図示していない圧力制
御弁を介して空気圧源へ接続しており、この圧力制御弁
で設定された一定空気圧力がピストン２５ａ上側室へ加
わるものである。

【００３７】次に、前記ワーク制御部３２を構成する構
成要素をさらに詳しく説明する。ワーク制御部３２のＹ
軸テーブル１３には、Ｙ軸制御モータ８が内蔵されると
ともに、該モータ８の回転角を検出するエンコータ１３
１が配設され、ベース１０上においてＹ軸方向に往復動
可能であり、その移動量が検出される。Ｘ軸テーブル１
２には、Ｘ軸制御モータ７が内蔵されるとともに、該モ
ータ７の回転角を検出するエンコーダ１２１が配設さ
れ、Ｙ軸テーブル上でＸ軸方向に往復動可能であり、そ
の移動量が検出される。

【００３８】Ｘ軸テーブル１２の後端部に直立した支持
部１４には、Ｂ軸制御モータ６が内蔵されるとともに、
該モータ６の回転角を検出するエンコーダ１５１が配設
され、Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めが可能で
あり、その移動量が検出される。Ｂ軸位置決め機構１５
の一端に直立した支持部１６には、Ａ軸制御モータ５が
配置されるとともに、該モータ５の回転角を検出するエ
ンコーダ１７１が設けられ、Ｘ軸線に平行な軸線廻りで
回転位置決め可能であり、その移動量が検出される。

【００３９】次に、上述の研磨装置の諸機構を制御す
る、研磨装置の電気的ブロック構成図を説明する。図６
は本実施の形態に係る電気的ブロック構成を示す一基本
構成図である。ＣＰＵ１００には、被加工物形状記憶手
段９８、被加工物の表面形状に倣って研磨用工具を移動
させる工具経路データ記憶手段９０、及び、研磨装置が
加工物表面を研磨するための制御プログラムが記憶され
ている制御プログラム記憶手段８９が接続されている。

【００４０】また、ＣＰＵ１００はインターフェイス１
１０を介して制御回路１２０に接続され、前記諸記憶手
段からのデータ及び制御回路１２０から受け取ったデー
タを演算して、制御回路１２０に指令信号を送出可能に
構成されている。

【００４１】制御回路１２０は、工具制御手段９７Ａ、
ワーク制御手段９６Ａが接続され、これらの各制御手段
のうち、工具制御手段９７Ａは制御回路１２０からのス
タート信号１２４によりＺ軸位置決め手段９４が作動
し、更に、位置検出器２からの検出信号がその後の駆動
信号となって、該Ｚ軸位置決め手段９４の停止、工具回
転開始及び、ワーク制御手段へ動作信号が送信されるよ
うに構成されている。そして、強制停止信号１２５、も
しくは、ワーク制御手段９６Ａの動作終了に同期して制
御回路１２０から送出される停止信号により、Ｚ軸位置
決め手段９４を介してモータ２０に信号を送り、モータ
２０を逆転させ、Ｚ軸位置決め機構１９を初期位置に復
帰させるとともに、工具回転モータ４を停止する。ま
た、ワーク回転制御手段８８は、必要に応じて接続構成
され、後述する実施の形態において被加工物表面の研磨
動作に寄与するもので、詳細は後述する。

【００４２】図７に示すように、工具制御手段９７Ａ
は、工具位置決め、Ｚ軸位置決め機構１９の初期位置へ
の復帰及び工具回転駆動をするためのものであり、スタ
ート信号１２４により回転し、Ｚ軸位置決め機構１９を
駆動するモータ２０と、該モータ２０により工具２３Ａ
がワーク９へ当接してから、更にピストン２５Ａが後退
して中間位置まで来ると検知信号を送出し、前記モータ
２０を停止する位置検出器２（図２）と、強制的停止信
号もしくはワーク制御手段９６Ａの駆動終了により送出
される停止信号により前記モータ２０を逆転させてＺ軸
位置決め機構１９を初期位置に復帰するＺ軸位置決め手
段９４と、そして、制御回路１２０からの信号により作
動を開始するスピンドル回転用モータ４から構成してお
り、制御回路１２０はモータ４への回転信号が定速度に
達するとワーク制御手段９６Ａへ駆動信号を送出するよ
うに構成されている。

【００４３】図８に示すように、ワーク制御手段９６Ａ
は、制御回路１２０を介してそれぞれＣＰＵ１００に接
続され、ワーク取付テーブル１８を、Ｘ，Ｙ，Ａ，Ｂ軸
方向に移動制御する制御手段を有している。Ａ軸制御手
段９３は、Ｘ軸と平行の軸芯廻りにワークを移動制御す
る制御手段であって、Ａ軸制御モータ５及びエンコーダ
１７１に接続して、前記エンコーダ１７１から前記モー
タ５の回動量を検出するとともに、前記モータ５を回動
制御するように構成されている。

【００４４】また、Ｂ軸制御手段９２は、Ｙ軸と平行の
軸芯廻りにワークを移動制御する制御手段であって、Ｂ
軸制御モータ６及びエンコーダ１５１に接続して、前記
エンコーダ１５１から前記モータ６の回動量を検出する
とともに、前記モータ６を回動制御するように構成され
ている。

【００４５】また、Ｘ軸制御手段９１は、Ｘ軸方向にワ
ークを移動制御する制御手段であって、Ｘ軸制御モータ
７及びエンコーダ１２１に接続して、前記エンコーダ１
２１から前記モータ７の回動量を検出するとともに、前
記モータ７を回動制御するように構成されている。

【００４６】また、Ｙ軸制御手段９０は、Ｙ軸方向にワ
ークを移動制御する制御手段であって、Ｙ軸制御モータ
８及びエンコーダ１３１に接続して、前記エンコーダ１
３１から前記モータ８の回動量を検出するとともに、前
記モータ８を回動制御するように構成されている。

【００４７】次に、このように構成した本実施の形態の
動作を説明する。図示しない制御盤のスイッチをＯＮす
ると、スタート信号１２４が制御回路１２０を介してモ
ータ２０へ入来して、該モータ２０が駆動してＺ位置決
め機構１９が下降を開始する。同時に、予め設定された
加工開始点にワークの所定位置がくるようにワーク取付
テーブル１８が位置決めされる。

【００４８】なおもＺ軸位置決め機構１９が下降を続け
るが、図２において、スピンドル２２Ａと連結している
ピストンロッド２４及びピストン２５Ａは、ワーク表面
へ当接した位置に停止しているので、ピストン２５Ａ位
置は上昇することにより中間位置にくると、位置検出器
２がＯＮし、この信号によりモータ２０がＯＦＦとな
り、Ｚ軸位置決め機構１９は停止すると共に、制御回路
１２０からの信号によりモータ４がＯＮし、工具回転を
開始する。そして、この回転が一定回転数に達すると、
図６の制御回路１２０から駆動信号が送出される。

【００４９】この駆動信号を受けると加工が開始され
る。即ち、予めワークにおける加工開始位置へ定圧で工
具が当接されているため、ＣＰＵ１００に予め記憶され
ている被加工物形状及び工具経路データから、ワーク制
御手段９６Ａ（図８）のＸ，Ｙ，Ａ，Ｂ軸制御手段を動
作させ、常時、ワーク加工点へ工具先端が法線状に接す
るようにワーク位置が制御されるから加工が行われる。
そして、研磨開始点から完了点まで従来公知である、Ｎ
Ｃ制御における直線補間機能や円弧補間機能を利用して
補間させ、連続的に研磨される。

【００５０】研磨操作中に強制的に停止信号１２５（図
６、図９）が制御回路１２０に入来した場合、もしく
は、所定の研磨操作が完了した場合は、図７及び図１０
に示すように、制御回路１２０は停止信号をＺ軸位置決
め手段９４に送り、該Ｚ軸位置決め手段９４は、工具回
転モータ４を停止させるとともに、モータ２０を逆転さ
せてＺ軸位置決め機構１９を上昇させ、初期位置に復帰
させる。

【００５１】本実施の形態は、上述のように構成されて
いるので、工具先端を所定の一定圧力でワーク表面へ押
圧した状態で、ワークを載置したワーク取付テーブル
を、ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に
移動制御しつつ、前記ワーク取付テーブルを、さらに、
Ｙ軸線に平行な軸線廻りのＢ方向で移動制御可能である
ために、ワーク形状から予め計算しておいた加工データ
に基づき、前記Ｘ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の４方向を制御し
て、前記工具２３Ａと前記ワークとを相対的に位置決め
し、ワークの各加工点における法線方向に前記工具２３
Ａの回転軸芯を一致させて研磨加工する。

【００５２】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ，Ａ方向の制御に加え
て、さらに、Ｂ軸位置決め機構１５によって、Ｙ軸線に
平行な軸線廻りのＢ方向の移動制御が可能であるため
に、該Ｂ軸位置決め機構１５により自由曲面のなかで回
転軸非対称の非球面を効率良く研磨することができる。

【００５３】次に図３に示す第２の実施形態を説明す
る。前述した第１の実施形態との相違は、第１実施の形
態においては、ワーク取付テーブル１８を、Ｙ軸に平行
な軸線中心に回動可能なＢ軸制御手段９２を設けて調整
可能であるのに対して、本第２実施の形態においては、
前記Ｂ軸制御手段９２の代わりに、Ｂ軸制御方向と同じ
方向に工具を保持したスピンドルを傾斜制御するように
構成したものであり、機構的には、図３に示すように、
Ａ軸位置決め機構１７が直接Ｘ軸テーブルの支持部１４
Ｂに取付られ、工具傾斜モータ２７が設けられ、該モー
タ２７によって工具が傾動可能に構成され、その他は後
述するように、工具制御部及びワーク制御部の構成が異
なっている。

【００５４】図１０に示すように、第２の実施の形態に
おける工具制御手段９７Ｂは、図７に示す第１実施の形
態における工具制御手段９７Ａに、工具傾斜制御手段８
７を付設したものである。

【００５５】第２の実施の形態における工具スピンドル
傾斜制御手段８７は、前述したＢ軸制御手段９２の代わ
りに設けたもので、同様な作用をするものであり、従っ
て、図３に示すように、工具スピンドル傾斜制御手段８
７は、前述のピストンロッド側と軸方向に連結され、ス
ピンドル支持部２１Ｂへ装着され、垂直軸線に対し傾斜
位置決め可能なスピンドル２２Ｂをモータ２７（エンコ
ーダ付き）によって、傾斜駆動するものである。

【００５６】そして、図８に示す、第１の実施形態にお
けるＢ軸制御手段と同様に作用し、他のＸ、Ｙ，Ａ各軸
の制御と連動して研磨するワークの表面形状の工具接触
状態が、常時法線方向に向くよう制御しながら研磨加工
が行われるものである。

【００５７】よって、前記ワーク取付テーブル１８を、
従来用いられている前記Ｘ、Ｙ，Ａ方向の制御に加え
て、さらに、工具２３Ｂを軸端に取り付ける手段を有す
るスピンドル２２Ｂによって、工具２３Ｂを、垂直軸線
に対し傾斜位置制御が可能であるために、前述したＢ軸
制御をした場合と同じように、該スピンドル２２Ｂによ
り自由曲面のなかで回転軸非対称の非球面を効率良く研
磨することができる。

【００５８】図４は、第１の実施の形態におけるＡ軸位
置決め機構１７とワーク取付テーブル１８との間にワー
ク回転モータ２８を内蔵したワーク回転駆動機構２６を
介在させた第３の実施の形態を示すものである。図６に
示すように、前記ワーク回転駆動機構２６は制御回路１
２０に接続されるとともに、前記ワーク回転モータ２８
と接続し、該モータ２８を回転させるとともに、エンコ
ーダ１２８からのモータ移動量の信号をフィードバック
するようにエンコーダ１２８とも接続され、これらの前
記ワーク回転駆動機構２６、前記ワーク回転モータ２
８、及びエンコーダ１２８からワーク回転制御手段８８
を構成している。

【００５９】図５は、第２の実施の形態におけるＡ軸位
置決め機構１７とワーク取付テーブル１８との間にワー
ク回転モータ２８を内蔵したワーク回転駆動機構２６を
介在させた第４の実施の形態を示すものである。図９に
示すように、前記ワーク回転駆動機構２６は制御回路１
２０に接続されるとともに、前記ワーク回転モータ２８
と接続し、該モータ２８を回転させるとともに、エンコ
ーダ１２８からのモータ移動量の信号をフィードバック
するようにエンコーダ１２８とも接続され、これらの前
記ワーク回転駆動機構２６、前記ワーク回転モータ２
８、及びエンコーダ１２８からワーク回転制御手段８８
を構成している。

【００６０】これら、第３及び第４の実施の形態は、前
記ワーク取付テーブルを、Ｘ軸線に平行な軸線廻りのＡ
方向に移動可能な角度割り出し機能を有するＡ位置決め
機構上に、回転可能に載置し、前記ワーク取付テーブル
の回転により研磨加工するように構成しているので、こ
のように、さらに、ワークの回転を制御することで、
Ｘ、Ｙ，Ａ及びＢ方向の移動制御に前記ワークの回転を
加えて５方向による位置制御ができる。また、Ｘ、Ｙ，
Ａ及びスピンドルの傾斜移動方向制御に、前記ワークの
回転を加えて５方向による位置制御ができる。従って、
自由曲面のなかで回転軸非対称の非球面をさらに効率良
く研磨することができる。

【００６１】以上詳述したように本実施の形態は、ワー
クの各加工点における法線方向に前記スピンドルの回転
軸を一致させ研磨加工するため、工具の所定の下面がワ
ークの研磨面の法線方向と一致するので、工具の研磨面
が一定し、その所定の面に角等がなく、望ましくは、Ｒ
面、曲面等により形成されていれば、ワーク表面の加工
面に工具が偏当たりしてワーク面にマークを生じさせる
ことがない。

【００６２】また、ワークの各加工点における法線方向
に前記スピンドルの回転軸を一致させなくても、前記工
具表面の任意の部位を一致させると、上述と同じように
工具の研磨面が一定し、その所定の面に角等がなく、望
ましくは、Ｒ面、曲面等により形成されていれば、ワー
ク表面の加工面に工具が偏当たりしてワーク面にマーク
を生じさせることがない。

【００６３】尚、各軸方向の位置決め機構は説明上、支
持部に片持ちの形で示しているが、両端支持、その他実
用上好ましい変更は本実施の形態の範囲であることは勿
論のことである。また、図７において、位置検出器２か
らの信号をワーク制御手段への駆動信号として用いた例
を示しており、同図で工具回転モータ４に、前記位置検
出器２からの信号が入ってから回転を始めた後、所定回
転速度まで上昇し工具スピンドルが定速回転に達したこ
とを検出した後に、駆動信号をワーク制御手段へ送出す
るように構成しているので、より最適な制御が可能にあ
る。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、自由曲
面のなかで回転軸非対称の非球面を効率的且つ高精度に
研磨できる方法及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る研磨装置の正面
図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】本発明の第２実施の形態に係る研磨装置の正面
図である。

【図４】本発明の第３実施の形態に係る研磨装置の要部
を示す図である。

【図５】本発明の第４実施の形態に係る研磨装置の要部
を示す図である。

【図６】第１及び第３実施の形態に係る電気的ブロック
構成図である。

【図７】図６における工具制御部内のブロック構成を示
す図である。

【図８】図６におけるワーク制御部内のブロック構成を
示す図である。

【図９】第２及び第４実施の形態に係る電気的ブロック
構成図である。

【図１０】図９における工具制御部内のブロック構成を
示す図である。

【図１１】図９におけるワーク制御部内のブロック構成
を示す図である。

【図１２】回転軸非対称の非球面の研磨の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 研磨機 ９ ワーク １２ Ｘ軸テーブル（Ｘ軸位置決め機構） １３ Ｙ軸テーブル（Ｙ軸位置決め機構） １５ Ｂ軸位置決め機構 １７ Ａ軸位置決め機構 １８ ワーク取付テーブル １９ Ｚ軸位置決め機構 ２１ スピンドル支持部（２１Ａ，２１Ｂ） ２２ スピンドル（２２Ａ，２２Ｂ） ２３ 工具（２３Ａ，２３Ｂ） ２６ ワーク回転駆動機構 ８７ 工具スピンドル傾斜制御手段 ８８ ワーク回転制御手段 ９０ Ｙ軸制御手段 ９１ Ｘ軸制御手段 ９２ Ｂ軸制御手段 ９３ Ａ軸制御手段 ９４ Ｚ軸位置決め手段 ９６ ワーク制御部（９６Ａ，９６Ｂ） ９７ 工具制御部（９７Ａ，９７Ｂ） １２０ 制御回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具先端を所定圧力でワーク表面へ押圧
   した状態で、ワークを載置したワーク取付テーブルを、
   ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に移動
   制御しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面の研磨方法に
   おいて、 前記ワーク取付テーブルを、さらに、Ｙ軸線に平行な軸
   線廻りのＢ方向で移動制御可能に構成し、 ワーク形状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ、
   Ｙ，Ａ及びＢ方向の４方向を制御して、前記工具と前記
   ワークとを相対的に位置決めし、ワークの各加工点にお
   ける法線方向に前記工具の回転軸芯もしくは前記工具表
   面の任意の部位を一致させて研磨加工することを特徴と
   する自由曲面の研磨方法。
2. 【請求項２】 工具先端を所定圧力でワーク表面へ押圧
   した状態で、ワークを載置したワーク取付テーブルを、
   ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に移動
   制御しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面の研磨方法に
   おいて、 工具を軸端に取り付ける手段を有するとともに垂直軸線
   に対し傾斜位置決め可能なスピンドルを備え、 ワーク形状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ、
   Ｙ，Ａ及びスピンドルの傾斜移動方向の４方向を制御し
   て、前記工具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワ
   ークの各加工点における法線方向に前記工具の回転軸芯
   もしくは前記工具表面の任意の部位を一致させて研磨加
   工することを特徴とする自由曲面の研磨方法。
3. 【請求項３】 前記ワーク取付テーブルを、Ｘ軸線に平
   行な軸線廻りのＡ方向に移動可能な角度割り出し機能を
   有するＡ位置決め機構上に、回転可能に載置し、 前記ワーク取付テーブルの回転により研磨加工すること
   を特徴とする請求項１及び２記載の自由曲面の研磨方
   法。
4. 【請求項４】 工具先端を所定圧力でワーク表面へ押圧
   した状態で、ワークを載置したワーク取付テーブルを、
   ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に移動
   制御しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面の研磨装置に
   おいて、 Ｘ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めする角度割り出
   し機能を有するＡ軸位置決め機構と、 Ｙ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めする角度割り出
   し機能を有するＢ軸位置決め機構と、 前記Ｂ軸位置決め機構とＡ軸位置決め機構の内、上部に
   位置する位置決め機構上に配置されたワーク取付テーブ
   ルとを備え、 ワーク形状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ軸
   位置決め機構、前記Ｙ軸位置決め機構、前記Ｂ軸位置決
   め機構、前記Ａ軸位置決め機構の４機構によって前記工
   具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワークの各加
   工点における法線方向に前記スピンドルの回転軸もしく
   は前記工具表面の任意の部位を一致させ研磨加工する自
   由曲面の研磨装置。
5. 【請求項５】 工具先端を所定圧力でワーク表面へ押圧
   した状態で、ワークを載置したワーク取付テーブルを、
   ＸＹ方向、及びＸ軸線に平行な軸線廻りのＡ方向に移動
   制御しつつ、ワーク面を研磨する自由曲面の研磨装置に
   おいて、 Ｘ軸線に平行な軸線廻りで回転位置決めする角度割り出
   し機能を有するＡ軸位置決め機構と、 Ａ軸位置決め機構上に配置され、角度割り出し機能を持
   たせて回転制御するワーク取付テーブルと、 工具を軸端に取り付ける手段を有するとともに、垂直軸
   線に対し傾斜位置決め可能なスピンドルと、 ワーク形状から計算した加工データに基づき、前記Ｘ、
   Ｙ，Ａ及びスピンドルの傾斜移動方向の４方向を制御し
   て、前記工具と前記ワークとを相対的に位置決めし、ワ
   ークの各加工点における法線方向に前記工具の回転軸芯
   もしくは前記工具表面の任意の部位を一致させて研磨加
   工することを特徴とする自由曲面の研磨装置。
6. 【請求項６】 前記ワーク取付テーブルを、Ｘ軸線に平
   行な軸線廻りのＡ方向に移動可能な角度割り出し機能を
   有するＡ位置決め機構上に、回転可能に載置し、 前記ワーク取付テーブルの回転により研磨加工すること
   を特徴とする請求項４及び５記載の自由曲面の研磨装
   置。