JP2002103102A - 加工装置および加工方法 - Google Patents
加工装置および加工方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アクチュエータにより加工工具に振動を付与
して加工する際に、アクチュエータの駆動に伴う発熱に
よって生じる加工工具の熱変位による加工誤差を低減
し、加工精度および生産性を向上させる加工装置と加工
方法を提供する。 【解決手段】 振動切削ユニット１における直交する２
個の駆動系２ａ、２ｂのアクチュエータの駆動により加
工工具４に振動を与えて加工する際に、冷却装置２４に
より冷却用冷媒を駆動系２ａ、２ｂ内に循環させて、ア
クチュエータの駆動により生じる発熱を冷却する。ま
た、アクチュエータの駆動により生じる発熱に伴う駆動
系２ａ、２ｂの温度変化を複数の温度センサー２１で測
定し温度検出装置２０で検出して、その温度情報を制御
装置２３を介して冷却装置２４にフィードバックして冷
媒の温度や流量を制御して温度補正を行う。これによ
り、加工工具４の刃先位置の熱変位の加工誤差を低減し
て加工精度を向上させる。
して加工する際に、アクチュエータの駆動に伴う発熱に
よって生じる加工工具の熱変位による加工誤差を低減
し、加工精度および生産性を向上させる加工装置と加工
方法を提供する。 【解決手段】 振動切削ユニット１における直交する２
個の駆動系２ａ、２ｂのアクチュエータの駆動により加
工工具４に振動を与えて加工する際に、冷却装置２４に
より冷却用冷媒を駆動系２ａ、２ｂ内に循環させて、ア
クチュエータの駆動により生じる発熱を冷却する。ま
た、アクチュエータの駆動により生じる発熱に伴う駆動
系２ａ、２ｂの温度変化を複数の温度センサー２１で測
定し温度検出装置２０で検出して、その温度情報を制御
装置２３を介して冷却装置２４にフィードバックして冷
媒の温度や流量を制御して温度補正を行う。これによ
り、加工工具４の刃先位置の熱変位の加工誤差を低減し
て加工精度を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子や磁歪素
子等のアクチュエータによって加工工具に超音波振動あ
るいは楕円振動等を付与して加工する加工装置および加
工方法に関し、特に、アクチュエータの駆動に伴う発熱
によって生じる加工工具の刃先位置の熱変位による加工
誤差を抑制する加工装置および加工方法に関するもので
ある。
子等のアクチュエータによって加工工具に超音波振動あ
るいは楕円振動等を付与して加工する加工装置および加
工方法に関し、特に、アクチュエータの駆動に伴う発熱
によって生じる加工工具の刃先位置の熱変位による加工
誤差を抑制する加工装置および加工方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子、磁歪素子等のアクチュエータ
によって超音波振動あるいは一方向以上の直動振動の組
み合わせによる楕円振動等の運動を加工工具に付与して
加工する振動切削加工法により、難削材の加工を可能に
し、そして、加工工具であるバイトの寿命の向上が図ら
れている。
によって超音波振動あるいは一方向以上の直動振動の組
み合わせによる楕円振動等の運動を加工工具に付与して
加工する振動切削加工法により、難削材の加工を可能に
し、そして、加工工具であるバイトの寿命の向上が図ら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、光学素子部品の
金型加工に代表されるようにサブミクロン単位での高精
度加工の要求が高まっている。しかし、前述したような
振動切削加工法における振動系は、アクチュエータを数
１００Ｈｚ以上の周波数で振動させるために、アクチュ
エータは発熱が大きく、そのため、加工工具の刃先位置
に熱変位が生じ、加工精度の劣化を招いていた。また、
発熱が大きすぎると、振動切削加工装置の構造が許容す
る変位量を超え、装置構造を破損する恐れもある。
金型加工に代表されるようにサブミクロン単位での高精
度加工の要求が高まっている。しかし、前述したような
振動切削加工法における振動系は、アクチュエータを数
１００Ｈｚ以上の周波数で振動させるために、アクチュ
エータは発熱が大きく、そのため、加工工具の刃先位置
に熱変位が生じ、加工精度の劣化を招いていた。また、
発熱が大きすぎると、振動切削加工装置の構造が許容す
る変位量を超え、装置構造を破損する恐れもある。
【０００４】そこで、本発明は、前述した従来技術の有
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、アク
チュエータにより加工工具に振動を付与して加工する際
に、アクチュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加
工工具の刃先位置の熱変位による加工誤差を抑制あるい
は低減し、加工精度および生産性を向上させることがで
きる加工装置および加工方法を提供することを目的とす
るものである。
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、アク
チュエータにより加工工具に振動を付与して加工する際
に、アクチュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加
工工具の刃先位置の熱変位による加工誤差を抑制あるい
は低減し、加工精度および生産性を向上させることがで
きる加工装置および加工方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の加工装置は、アクチュエータによって加工
工具に振動を付与して加工する加工装置において、アク
チュエータの駆動により発生する熱を冷却する冷却手段
を備えていることを特徴とする。
め、本発明の加工装置は、アクチュエータによって加工
工具に振動を付与して加工する加工装置において、アク
チュエータの駆動により発生する熱を冷却する冷却手段
を備えていることを特徴とする。
【０００６】本発明の加工装置においては、前記冷却手
段は、前記アクチュエータを保持する構造体に設けられ
た冷媒を流すための冷媒流路および冷媒を循環させるた
めの循環手段を具備することが好ましい。
段は、前記アクチュエータを保持する構造体に設けられ
た冷媒を流すための冷媒流路および冷媒を循環させるた
めの循環手段を具備することが好ましい。
【０００７】本発明の加工装置においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段により検出された温度情報に基づい
て前記冷却手段を制御する制御手段とをさらに備えてい
ることが好ましい。
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出する温度検出手段
と、該温度検出手段により検出された温度情報に基づい
て前記冷却手段を制御する制御手段とをさらに備えてい
ることが好ましい。
【０００８】本発明の加工装置においては、前記冷却手
段および前記温度検出手段はそれぞれ少なくとも２箇所
以上の部位毎に独立して設けられ、前記制御手段は、前
記温度検出手段により検出される各部位の温度情報に基
づいて各部位に対応する冷却手段をそれぞれ制御するこ
とが好ましい。
段および前記温度検出手段はそれぞれ少なくとも２箇所
以上の部位毎に独立して設けられ、前記制御手段は、前
記温度検出手段により検出される各部位の温度情報に基
づいて各部位に対応する冷却手段をそれぞれ制御するこ
とが好ましい。
【０００９】本発明の加工装置においては、前記アクチ
ュエータは、圧電素子、磁歪素子等の機能性固体素子、
または電磁力を使用するもので構成することができ、ま
た、アクチュエータおよび／または加工工具を保持する
部材を低熱膨張材で形成することが好ましい。
ュエータは、圧電素子、磁歪素子等の機能性固体素子、
または電磁力を使用するもので構成することができ、ま
た、アクチュエータおよび／または加工工具を保持する
部材を低熱膨張材で形成することが好ましい。
【００１０】さらに、本発明の加工方法は、アクチュエ
ータによって加工工具に振動を付与して加工する加工方
法において、アクチュエータを保持する構造体に設けら
れた冷媒流路に温度管理した冷媒を循環させ、アクチュ
エータの駆動により発生する熱を冷却することを特徴と
する。
ータによって加工工具に振動を付与して加工する加工方
法において、アクチュエータを保持する構造体に設けら
れた冷媒流路に温度管理した冷媒を循環させ、アクチュ
エータの駆動により発生する熱を冷却することを特徴と
する。
【００１１】本発明の加工方法においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出し、検出された温
度情報に基づいて冷媒の温度や循環流量を制御して、前
記アクチュエータの駆動により発生する熱を冷却するこ
とが好ましい。
ュエータの駆動に伴う温度変化を検出し、検出された温
度情報に基づいて冷媒の温度や循環流量を制御して、前
記アクチュエータの駆動により発生する熱を冷却するこ
とが好ましい。
【００１２】本発明の加工方法においては、前記アクチ
ュエータの駆動に伴う温度変化を少なくとも２箇所以上
の部位で検出し、検出される各部位の温度情報に基づい
て各部位毎に個別に冷媒の温度や循環流量を制御して、
各部位毎に冷却することが好ましい。
ュエータの駆動に伴う温度変化を少なくとも２箇所以上
の部位で検出し、検出される各部位の温度情報に基づい
て各部位毎に個別に冷媒の温度や循環流量を制御して、
各部位毎に冷却することが好ましい。
【００１３】
【作用】本発明の加工装置および加工方法によれば、ア
クチュエータにより加工工具に振動を付与して加工する
際に、アクチュエータの駆動に伴う発熱を冷却して温度
補正することにより、さらに、アクチュエータの駆動に
伴う発熱による温度変化を測定し、この測定結果に基づ
いて冷却手段を制御して温度補正を行うことにより、加
工工具の熱変位に伴う加工精度の劣化を低減させ、加工
精度および生産性を向上させる。
クチュエータにより加工工具に振動を付与して加工する
際に、アクチュエータの駆動に伴う発熱を冷却して温度
補正することにより、さらに、アクチュエータの駆動に
伴う発熱による温度変化を測定し、この測定結果に基づ
いて冷却手段を制御して温度補正を行うことにより、加
工工具の熱変位に伴う加工精度の劣化を低減させ、加工
精度および生産性を向上させる。
【００１４】また、アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも２箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
化を少なくとも２箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１６】図１は、本発明の振動切削加工装置の構成
を示す概略図であり、図２は、本発明の振動切削加工装
置における振動切削ユニットの概略図であり、図３は、
本発明の振動切削加工装置における駆動系の概略図であ
る。
を示す概略図であり、図２は、本発明の振動切削加工装
置における振動切削ユニットの概略図であり、図３は、
本発明の振動切削加工装置における駆動系の概略図であ
る。
【００１７】図１に図示する振動切削加工装置は、自由
曲面加工で、０．３μｍ以下の寸法精度と、０．１μｍ
以下の表面粗さを得ようとするものであって、１０は、
ＸＹテーブルであり、その上面にワーク１１を保持する
ワークテーブル１２が設置され、ワークテーブル１２で
保持するワーク１１をＸＹ方向に移動しうるように構成
されており、また、ＸＹテーブル１０の上方には、枠体
１３に沿ってＺ方向に移動可能なＺ軸スライダ１４が配
設され、このＺ軸スライダ１４には、下部に加工工具
（バイト）４を備えた振動切削ユニット１が取り付けら
れている。振動切削ユニット１には、Ｚ方向の直動振動
を発生するＺ方向の駆動系２ａとＸ方向の直動振動を発
生する駆動系２ｂの直交する２つの駆動系が設けられて
いる。この構成により、ワーク１１の加工時には、ＸＹ
テーブル１０によりワーク１１をＸＹ方向に移動させ、
Ｚ軸スライダ１４により振動切削ユニット１をＺ方向に
上下動させることによって、３軸制御によりワーク１１
と加工工具４の位置制御を行う。
曲面加工で、０．３μｍ以下の寸法精度と、０．１μｍ
以下の表面粗さを得ようとするものであって、１０は、
ＸＹテーブルであり、その上面にワーク１１を保持する
ワークテーブル１２が設置され、ワークテーブル１２で
保持するワーク１１をＸＹ方向に移動しうるように構成
されており、また、ＸＹテーブル１０の上方には、枠体
１３に沿ってＺ方向に移動可能なＺ軸スライダ１４が配
設され、このＺ軸スライダ１４には、下部に加工工具
（バイト）４を備えた振動切削ユニット１が取り付けら
れている。振動切削ユニット１には、Ｚ方向の直動振動
を発生するＺ方向の駆動系２ａとＸ方向の直動振動を発
生する駆動系２ｂの直交する２つの駆動系が設けられて
いる。この構成により、ワーク１１の加工時には、ＸＹ
テーブル１０によりワーク１１をＸＹ方向に移動させ、
Ｚ軸スライダ１４により振動切削ユニット１をＺ方向に
上下動させることによって、３軸制御によりワーク１１
と加工工具４の位置制御を行う。
【００１８】また、１５は、振動切削ユニット１の駆動
系２ａ、２ｂを駆動して加工工具４に任意の工具軌跡を
描かせるための発振装置であり、発振装置１５から発せ
られる信号は、増幅器１６にて増幅されて任意波形をな
す駆動電流として、入力ケーブル１７を介して駆動系２
ａ、２ｂにそれぞれ供給され、振動切削ユニット１を駆
動させる。２０は、温度検出装置であり、振動切削ユニ
ット１の内部に設置した複数の熱電対温度計等の温度セ
ンサー２１（図１においては各駆動系２ａ、２ｂにそれ
ぞれ３個設けられている）に接続され、温度センサー２
１を介して振動切削ユニット１内部の温度を測定し検出
する。２３は制御装置であり、温度検出装置２０により
測定され検出される振動切削ユニット１の内部の温度デ
ータに基づいて冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）を制御
する。冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）は、振動切削ユ
ニット１の内部を冷却するための冷媒を冷却用配管２５
（２５ａ、２５ｂ）を介して振動切削ユニット１に供給
して各駆動系２ａ、２ｂ内を循環させ、振動切削ユニッ
ト１および各駆動系２ａ、２ｂを冷却する作用をし、冷
媒の温度や流量は、制御装置２３によって、振動切削ユ
ニット１の内部の温度データに基づいて制御調整され
る。冷却用配管２５（２５ａ、２５ｂ）は、加工装置の
内部を通りＺ軸スライダ１４から振動切削ユニット１の
駆動系２ａ、２ｂへそれぞれ接続され、各駆動系２ａ、
２ｂにおいて複数の系統に分岐して設けられている冷媒
流路２７（図３においては、３系統とし、それぞれを２
７ａ、２７ｂ、２７ｃとする）にそれぞれ連通されてい
る。
系２ａ、２ｂを駆動して加工工具４に任意の工具軌跡を
描かせるための発振装置であり、発振装置１５から発せ
られる信号は、増幅器１６にて増幅されて任意波形をな
す駆動電流として、入力ケーブル１７を介して駆動系２
ａ、２ｂにそれぞれ供給され、振動切削ユニット１を駆
動させる。２０は、温度検出装置であり、振動切削ユニ
ット１の内部に設置した複数の熱電対温度計等の温度セ
ンサー２１（図１においては各駆動系２ａ、２ｂにそれ
ぞれ３個設けられている）に接続され、温度センサー２
１を介して振動切削ユニット１内部の温度を測定し検出
する。２３は制御装置であり、温度検出装置２０により
測定され検出される振動切削ユニット１の内部の温度デ
ータに基づいて冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）を制御
する。冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）は、振動切削ユ
ニット１の内部を冷却するための冷媒を冷却用配管２５
（２５ａ、２５ｂ）を介して振動切削ユニット１に供給
して各駆動系２ａ、２ｂ内を循環させ、振動切削ユニッ
ト１および各駆動系２ａ、２ｂを冷却する作用をし、冷
媒の温度や流量は、制御装置２３によって、振動切削ユ
ニット１の内部の温度データに基づいて制御調整され
る。冷却用配管２５（２５ａ、２５ｂ）は、加工装置の
内部を通りＺ軸スライダ１４から振動切削ユニット１の
駆動系２ａ、２ｂへそれぞれ接続され、各駆動系２ａ、
２ｂにおいて複数の系統に分岐して設けられている冷媒
流路２７（図３においては、３系統とし、それぞれを２
７ａ、２７ｂ、２７ｃとする）にそれぞれ連通されてい
る。
【００１９】振動切削ユニット１は、Ｚ方向の直動振動
を発生するＺ方向の駆動系２ａとＸ方向の直動振動を発
生する駆動系２ｂの直交する２つの駆動系を備え、これ
らの駆動系２ａ、２ｂは、図２に示すように、それぞれ
弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介して振動伝達機構３に連結さ
れ、振動伝達機構３の先端部に工具ホルダ５を介して加
工工具４が取り付けられている。直交するＺ方向の駆動
系２ａとＸ方向の駆動系２ｂは、発振装置１５からの信
号によって、それぞれ、任意の周波数とストロークで駆
動され、Ｚ方向およびＸ方向の直動振動をそれぞれ発生
し、これらの直動振動は、弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介し
て振動伝達機構３に伝達され、振動伝達機構３の先端部
に取り付けられている加工工具４をＸ−Ｚ平面内で楕円
軌跡を描くように振動させ、この楕円振動により切削加
工を行うように構成されている。
を発生するＺ方向の駆動系２ａとＸ方向の直動振動を発
生する駆動系２ｂの直交する２つの駆動系を備え、これ
らの駆動系２ａ、２ｂは、図２に示すように、それぞれ
弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介して振動伝達機構３に連結さ
れ、振動伝達機構３の先端部に工具ホルダ５を介して加
工工具４が取り付けられている。直交するＺ方向の駆動
系２ａとＸ方向の駆動系２ｂは、発振装置１５からの信
号によって、それぞれ、任意の周波数とストロークで駆
動され、Ｚ方向およびＸ方向の直動振動をそれぞれ発生
し、これらの直動振動は、弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介し
て振動伝達機構３に伝達され、振動伝達機構３の先端部
に取り付けられている加工工具４をＸ−Ｚ平面内で楕円
軌跡を描くように振動させ、この楕円振動により切削加
工を行うように構成されている。
【００２０】次に、振動切削ユニット１の駆動系２（２
ａ、２ｂ）について、図３を参照してさらに詳細に説明
する。なお、Ｚ方向の駆動系２ａを例にとって説明する
が、Ｘ方向の駆動系２ｂも同様の構造を有している。
ａ、２ｂ）について、図３を参照してさらに詳細に説明
する。なお、Ｚ方向の駆動系２ａを例にとって説明する
が、Ｘ方向の駆動系２ｂも同様の構造を有している。
【００２１】図３において、振動の駆動源としての磁歪
素子からなるアクチュエータ３０は、駆動軸ハウジング
３２に取り付けられている高い熱伝導性をもつ固定部材
３３により保持され、アクチュエータ３０に接続された
駆動ロッド３１は、Ｚ方向に移動しうるように固定部材
３３や駆動軸ハウジング３２を貫通して下方に延び、摩
擦による影響がないように弾性ヒンジからなる駆動ロッ
ドガイド３４によりガイドされている。また、アクチュ
エータ３０と固定部材３３の間には熱伝導シート３５を
挿入して、アクチュエータ３０と固定部材３３間に隙間
がないようにする。駆動軸ハウジング３２には、アクチ
ュエータ３０および固定部材３３を包囲するように３系
統の冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃがそれぞれ独立し
て形成され、冷媒流路２７ａと２７ｃはそれぞれ駆動軸
ハウジング３２のＺ方向の上下の部位に配設され、冷媒
流路２７ｂは固定部材３３の側部を取り巻くように配設
され、これらの冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、そ
れぞれ必要な冷却の程度に応じて別個に冷却用冷媒の流
量を変化させて循環できるように構成され、冷媒流路毎
に適宜の冷却を行うことができる。また、熱電対温度計
等の温度センサー２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、アクチュ
エータ３０の駆動に伴う発熱の程度がアクチュエータ３
０の部位によって異なるために、駆動系２ａにおいてア
クチュエータ３０の上下の部位および側部の部位の３箇
所の温度を測定しうるように、固定部材３３のそれぞれ
の部位に配置されており、これらの温度センサー２１
ａ、２１ｂ、２１ｃによってそれぞれの部位の温度を測
定して温度検出装置２０により検出される温度情報は、
制御装置２３へ送られる。駆動軸ハウジング３２は、振
動伝達機構３や工具ホルダ５等とともに主構造体を構成
し、これらは低熱膨張材で形成して、アクチュエータ３
０の発熱の影響を小さくする。
素子からなるアクチュエータ３０は、駆動軸ハウジング
３２に取り付けられている高い熱伝導性をもつ固定部材
３３により保持され、アクチュエータ３０に接続された
駆動ロッド３１は、Ｚ方向に移動しうるように固定部材
３３や駆動軸ハウジング３２を貫通して下方に延び、摩
擦による影響がないように弾性ヒンジからなる駆動ロッ
ドガイド３４によりガイドされている。また、アクチュ
エータ３０と固定部材３３の間には熱伝導シート３５を
挿入して、アクチュエータ３０と固定部材３３間に隙間
がないようにする。駆動軸ハウジング３２には、アクチ
ュエータ３０および固定部材３３を包囲するように３系
統の冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃがそれぞれ独立し
て形成され、冷媒流路２７ａと２７ｃはそれぞれ駆動軸
ハウジング３２のＺ方向の上下の部位に配設され、冷媒
流路２７ｂは固定部材３３の側部を取り巻くように配設
され、これらの冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、そ
れぞれ必要な冷却の程度に応じて別個に冷却用冷媒の流
量を変化させて循環できるように構成され、冷媒流路毎
に適宜の冷却を行うことができる。また、熱電対温度計
等の温度センサー２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、アクチュ
エータ３０の駆動に伴う発熱の程度がアクチュエータ３
０の部位によって異なるために、駆動系２ａにおいてア
クチュエータ３０の上下の部位および側部の部位の３箇
所の温度を測定しうるように、固定部材３３のそれぞれ
の部位に配置されており、これらの温度センサー２１
ａ、２１ｂ、２１ｃによってそれぞれの部位の温度を測
定して温度検出装置２０により検出される温度情報は、
制御装置２３へ送られる。駆動軸ハウジング３２は、振
動伝達機構３や工具ホルダ５等とともに主構造体を構成
し、これらは低熱膨張材で形成して、アクチュエータ３
０の発熱の影響を小さくする。
【００２２】本実施例で用いたアクチュエータ３０は、
磁歪素子を利用したものであり、発振装置１５および増
幅器１６から発生された任意波形をもつ電流により駆動
される。なお、アクチュエータとしては、磁歪素子以外
にも圧電素子等の機能性固体素子を用いることもでき、
さらに、電磁力を用いたもの等も用いることもできる。
磁歪素子を利用したものであり、発振装置１５および増
幅器１６から発生された任意波形をもつ電流により駆動
される。なお、アクチュエータとしては、磁歪素子以外
にも圧電素子等の機能性固体素子を用いることもでき、
さらに、電磁力を用いたもの等も用いることもできる。
【００２３】以上のように構成される振動切削加工装置
において、ワークの加工に際して、ワーク１１はワーク
テーブル１２にセットされてＸＹテーブル１０によりＸ
Ｙ方向に移動され、振動切削ユニット１はＺ軸スライダ
１４によりＺ方向に上下動さされ、ワーク１１と加工工
具４は３軸制御により位置制御が行われる。振動切削ユ
ニット１の駆動系２ａ、２ｂの内部にそれぞれ設けられ
ているアクチュエータ３０は、発振装置１５および増幅
器１６から発生された任意波形をもつ電流により駆動さ
れ、駆動系２ａ、２ｂは、それぞれ、所定の周波数とス
トロークで駆動され、Ｚ方向およびＸ方向の直動振動を
それぞれ発生する。これらの直動振動は、駆動ロッド３
１および弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介して振動伝達機構３
に伝達され、振動伝達機構３の先端部に取り付けられて
いる加工工具４をＸ−Ｚ平面内で楕円軌跡を描くように
振動させ、この楕円振動により切削加工を行う。
において、ワークの加工に際して、ワーク１１はワーク
テーブル１２にセットされてＸＹテーブル１０によりＸ
Ｙ方向に移動され、振動切削ユニット１はＺ軸スライダ
１４によりＺ方向に上下動さされ、ワーク１１と加工工
具４は３軸制御により位置制御が行われる。振動切削ユ
ニット１の駆動系２ａ、２ｂの内部にそれぞれ設けられ
ているアクチュエータ３０は、発振装置１５および増幅
器１６から発生された任意波形をもつ電流により駆動さ
れ、駆動系２ａ、２ｂは、それぞれ、所定の周波数とス
トロークで駆動され、Ｚ方向およびＸ方向の直動振動を
それぞれ発生する。これらの直動振動は、駆動ロッド３
１および弾性ヒンジ６ａ、６ｂを介して振動伝達機構３
に伝達され、振動伝達機構３の先端部に取り付けられて
いる加工工具４をＸ−Ｚ平面内で楕円軌跡を描くように
振動させ、この楕円振動により切削加工を行う。
【００２４】このような切削加工に際して、アクチュエ
ータ３０を備える駆動系２ａ、２ｂが冷却されない場合
には、アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱により短時
間で数１０℃も温度上昇する。この温度上昇によって振
動切削ユニット１の温度も上昇し、振動切削ユニット１
の熱膨張により、加工工具４の刃先位置は熱変位により
数１０μｍも変位することとなり、高精度の切削加工を
行うことができなくなってしまう。そこで、このような
アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱による加工工具４
の刃先位置の熱変位を抑制し低減するためにアクチュエ
ータ３０の駆動による発熱を冷却することを必要とす
る。しかも、アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱の程
度はアクチュエータ３０の部位によって異なるために、
駆動系２（２ａ、２ｂ）においてそれぞれ温度センサー
２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設置された３箇所の部位の温
度を温度検出装置２０により測定検出し、その検出され
た温度情報を受けた制御装置２３は、その温度情報に基
づいて、冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）を制御し、そ
れぞれ独立した冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃを用い
て必要な冷却の程度に見合った冷却用冷媒の流量に調整
し、各冷媒流路毎に所要流量の冷媒を流して、各部位の
冷却を行う。このように、温度センサー２１および温度
検出装置２０により、振動切削ユニット１内の温度を測
定し検出して、その温度情報を制御装置２３により冷却
装置２４（２４ａ、２４ｂ）にフィードバックして冷却
用冷媒の温度や流量を制御調整して振動切削ユニット１
内を冷却する。このようにして、温度の上昇を抑制し、
さらには温度分布をなくして、アクチュエータ３０の駆
動に伴う発熱によって生じる加工工具４の刃先位置の熱
変位を抑制あるいは低減させることができ、熱変位に伴
う加工精度の劣化を低減できる。
ータ３０を備える駆動系２ａ、２ｂが冷却されない場合
には、アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱により短時
間で数１０℃も温度上昇する。この温度上昇によって振
動切削ユニット１の温度も上昇し、振動切削ユニット１
の熱膨張により、加工工具４の刃先位置は熱変位により
数１０μｍも変位することとなり、高精度の切削加工を
行うことができなくなってしまう。そこで、このような
アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱による加工工具４
の刃先位置の熱変位を抑制し低減するためにアクチュエ
ータ３０の駆動による発熱を冷却することを必要とす
る。しかも、アクチュエータ３０の駆動に伴う発熱の程
度はアクチュエータ３０の部位によって異なるために、
駆動系２（２ａ、２ｂ）においてそれぞれ温度センサー
２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設置された３箇所の部位の温
度を温度検出装置２０により測定検出し、その検出され
た温度情報を受けた制御装置２３は、その温度情報に基
づいて、冷却装置２４（２４ａ、２４ｂ）を制御し、そ
れぞれ独立した冷媒流路２７ａ、２７ｂ、２７ｃを用い
て必要な冷却の程度に見合った冷却用冷媒の流量に調整
し、各冷媒流路毎に所要流量の冷媒を流して、各部位の
冷却を行う。このように、温度センサー２１および温度
検出装置２０により、振動切削ユニット１内の温度を測
定し検出して、その温度情報を制御装置２３により冷却
装置２４（２４ａ、２４ｂ）にフィードバックして冷却
用冷媒の温度や流量を制御調整して振動切削ユニット１
内を冷却する。このようにして、温度の上昇を抑制し、
さらには温度分布をなくして、アクチュエータ３０の駆
動に伴う発熱によって生じる加工工具４の刃先位置の熱
変位を抑制あるいは低減させることができ、熱変位に伴
う加工精度の劣化を低減できる。
【００２５】また、上述した実施例では、温度検出装置
２０および制御装置２３により、振動切削ユニット１内
の温度を測定しその温度情報をフィードバックして冷却
を行っているが、予め温度変化の履歴が明らかになって
いる駆動条件と同一の条件で振動切削ユニット１を駆動
させる場合、適切な冷却条件を見つけておくことによ
り、温度測定およびフィードバックによる温度制御を行
わずに、一定の条件で冷却することも可能である。
２０および制御装置２３により、振動切削ユニット１内
の温度を測定しその温度情報をフィードバックして冷却
を行っているが、予め温度変化の履歴が明らかになって
いる駆動条件と同一の条件で振動切削ユニット１を駆動
させる場合、適切な冷却条件を見つけておくことによ
り、温度測定およびフィードバックによる温度制御を行
わずに、一定の条件で冷却することも可能である。
【００２６】次に、駆動系のアクチュエータの駆動に伴
う温度変化について図４を参照して説明する。図４はア
クチュエータの駆動に伴う発熱の温度変化についての実
験の結果を示し、駆動系の温度変化の実例として、駆動
ロッド３１のガイド部分近傍に設置した温度センサー２
１ｃ（図３）によって測定した温度履歴を示す。
う温度変化について図４を参照して説明する。図４はア
クチュエータの駆動に伴う発熱の温度変化についての実
験の結果を示し、駆動系の温度変化の実例として、駆動
ロッド３１のガイド部分近傍に設置した温度センサー２
１ｃ（図３）によって測定した温度履歴を示す。
【００２７】駆動条件は、駆動周波数５００Ｈｚ、駆動
ストローク±１０μｍである。アクチュエータ３０を必
要条件で駆動させるためには数１０Ｗの電力を要するの
に対し、その熱容量は小さく発熱が顕著である。
ストローク±１０μｍである。アクチュエータ３０を必
要条件で駆動させるためには数１０Ｗの電力を要するの
に対し、その熱容量は小さく発熱が顕著である。
【００２８】図４において、アクチュエータを冷却無し
で駆動させた場合、運転時間にしたがって温度が上昇
し、２時間経過後では４０℃以上温度が上昇しており、
その後も温度は上昇し続けている。一方、本発明による
冷却手段を用いて、冷媒流路１系統につき流量１．５Ｌ
／ｍｉｎ、液温１９℃の条件で冷媒を循環させて温度補
正を行った場合には、６０分後には温度はほぼ安定して
いることが分かる。この実験結果によれば、駆動系を冷
却することにより、駆動系はアクチュエータの駆動によ
り発熱するとしても温度を安定させることができ、アク
チュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加工工具の
刃先位置の熱変位を低減させることができ、熱変位に伴
う加工誤差を抑制し、加工精度の劣化を低減できること
が分かる。
で駆動させた場合、運転時間にしたがって温度が上昇
し、２時間経過後では４０℃以上温度が上昇しており、
その後も温度は上昇し続けている。一方、本発明による
冷却手段を用いて、冷媒流路１系統につき流量１．５Ｌ
／ｍｉｎ、液温１９℃の条件で冷媒を循環させて温度補
正を行った場合には、６０分後には温度はほぼ安定して
いることが分かる。この実験結果によれば、駆動系を冷
却することにより、駆動系はアクチュエータの駆動によ
り発熱するとしても温度を安定させることができ、アク
チュエータの駆動に伴う発熱によって生じる加工工具の
刃先位置の熱変位を低減させることができ、熱変位に伴
う加工誤差を抑制し、加工精度の劣化を低減できること
が分かる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加工工具に振動を付与して加工する際に、アクチュエー
タの駆動に伴う発熱を冷却して温度補正することによ
り、さらに、アクチュエータの駆動に伴う発熱による温
度変化を測定し、この測定結果に基づいて冷却手段を制
御して温度補正を行うことにより、加工工具の熱変位に
伴う加工精度の劣化を低減させることができ、加工精度
および生産性を向上させることができる。
加工工具に振動を付与して加工する際に、アクチュエー
タの駆動に伴う発熱を冷却して温度補正することによ
り、さらに、アクチュエータの駆動に伴う発熱による温
度変化を測定し、この測定結果に基づいて冷却手段を制
御して温度補正を行うことにより、加工工具の熱変位に
伴う加工精度の劣化を低減させることができ、加工精度
および生産性を向上させることができる。
【００３０】また、アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも２箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
化を少なくとも２箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却して温度補正
することにより、温度分布を抑制することができ、加工
工具の熱変位を一層低減でき、加工精度および生産性を
さらに向上させることができる。
【図１】本発明の振動切削加工装置の構成を示す概略図
である。
である。
【図２】本発明の振動切削加工装置における振動切削ユ
ニットの概略図である。
ニットの概略図である。
【図３】本発明の振動切削加工装置における駆動系の概
略図である。
略図である。
【図４】振動切削加工装置における駆動系のアクチュエ
ータの駆動に伴う発熱による温度履歴を示すグラフであ
る。
ータの駆動に伴う発熱による温度履歴を示すグラフであ
る。
１ 振動切削ユニット ２ 駆動系 ２ａ Ｚ方向の駆動系 ２ｂ Ｘ方向の駆動系 ３ 振動伝達機構 ４ 加工工具 ５ 工具ホルダ ６（ａ、ｂ） 弾性ヒンジ １０ ＸＹテーブル １１ ワーク １２ ワークテーブル １３ 枠体 １４ Ｚ軸スライダ １５ 発振装置 １６ 増幅器 １７ 入力ケーブル ２０ 温度検出装置 ２１（ａ、ｂ、ｃ） 温度センサー ２３ 制御装置 ２４（ａ、ｂ） 冷却装置 ２５（ａ、ｂ） 冷却用配管 ２７（ａ、ｂ、ｃ） 冷媒流路 ３０ アクチュエータ ３１ 駆動ロッド ３２ 駆動軸ハウジング ３３ 固定部材 ３４ 駆動ロッドガイド
Claims (10)
- 【請求項１】 アクチュエータによって加工工具に振動
を付与して加工する加工装置において、アクチュエータ
の駆動により発生する熱を冷却する冷却手段を備えてい
ることを特徴とする加工装置。 - 【請求項２】 前記冷却手段は、前記アクチュエータを
保持する構造体に設けられた冷媒を流すための冷媒流路
および冷媒を循環させるための循環手段を具備すること
を特徴とする請求項１記載の加工装置。 - 【請求項３】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検
出された温度情報に基づいて前記冷却手段を制御する制
御手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１
または２記載の加工装置。 - 【請求項４】 前記冷却手段および前記温度検出手段は
それぞれ少なくとも２箇所以上の部位毎に独立して設け
られ、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出さ
れる各部位の温度情報に基づいて各部位に対応する冷却
手段をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３記載
の加工装置。 - 【請求項５】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁歪
素子等の機能性固体素子、または電磁力を使用するもの
で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれか１項に記載の加工装置。 - 【請求項６】 アクチュエータおよび／または加工工具
を保持する部材を低熱膨張材で形成することを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれか１項に記載の加工装置。 - 【請求項７】 アクチュエータによって加工工具に振動
を付与して加工する加工方法において、アクチュエータ
を保持する構造体に設けられた冷媒流路に温度管理した
冷媒を循環させ、アクチュエータの駆動により発生する
熱を冷却することを特徴とする加工方法。 - 【請求項８】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を検出し、検出された温度情報に基づいて冷媒の温度
や循環流量を制御して、前記アクチュエータの駆動によ
り発生する熱を冷却することを特徴とする請求項７記載
の加工方法。 - 【請求項９】 前記アクチュエータの駆動に伴う温度変
化を少なくとも２箇所以上の部位で検出し、検出される
各部位の温度情報に基づいて各部位毎に個別に冷媒の温
度や循環流量を制御して、各部位毎に冷却することを特
徴とする請求項８記載の加工方法。 - 【請求項１０】 前記アクチュエータは、圧電素子、磁
歪素子等の機能性固体素子、または電磁力を使用するも
ので構成されていることを特徴とする請求項７ないし９
のいずれか１項に記載の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000297872A JP2002103102A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 加工装置および加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000297872A JP2002103102A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 加工装置および加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002103102A true JP2002103102A (ja) | 2002-04-09 |
Family
ID=18779913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000297872A Pending JP2002103102A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 加工装置および加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002103102A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006334732A (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-14 | Konica Minolta Opto Inc | 切削工具、切削加工方法、切削加工装置、光学素子成形用金型、光学素子及び光学素子成形用金型の切削加工方法 |
| JP2007152466A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Konica Minolta Opto Inc | 切削用振動体、振動切削ユニット、加工装置、成形金型、及び光学素子 |
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| JP2008149456A (ja) * | 2005-12-19 | 2008-07-03 | Konica Minolta Opto Inc | 切削用振動体、振動切削ユニット、加工装置、成形金型、及び光学素子 |
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| DE102015115752A1 (de) | 2014-09-25 | 2016-03-31 | Fanuc Corporation | Werkzeugmaschine, ausgestattet mit einem gerät zum überwachen und steuern der atmosphäre innerhalb eines werkzeugmaschinensteuerpults |
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| JPWO2022114166A1 (ja) * | 2020-11-30 | 2022-06-02 |
-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000297872A patent/JP2002103102A/ja active Pending
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