JP4225192B2 - ツルーイング装置及びツルーイング方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転する砥石を修正するツルーイング方法に関する。

近年、レンズ等の光学部品の金型を超精密加工することのできるＮＣ工作機械が開発されている。この種の超精密加工用のＮＣ工作機械では、小径砥石を用いてワークである金型の凹凸面を高精度に研削加工することができる。ワークの直径が略１０ｍｍ以下のものでは、ワークの凹面の外縁部と砥石の取付いている砥石軸との干渉を避けつつ、できるだけ剛性の高い太い砥石軸が使用できるように、砥石軸を斜めにした斜軸形ＮＣ工作機械がある。この斜軸形ＮＣ工作機械は、小径円筒砥石を使用し砥石先端のエッジ部によりワークの凹面を研削加工する（特許文献１、図６（ｂ）参照）。

この斜軸形ＮＣ工作機械では、前記エッジ部をツルーイングする場合、砥石軸が斜めの状態から垂直となるように砥石軸の姿勢を変更し、ワークを回転させるワーク軸に首振り式のツルアを取付けてワーク軸の揺動運動によりエッジ部に所望の曲率を形成していた（特許文献２、図２（ａ）、（ｂ）参照）。砥石軸が斜めの姿勢の状態でツルーイングする場合は、スティック砥石を用いて作業者が手作業により行なっていた。

特開２００３−１１０５７号公報

特開２０００−２４８９８号公報

従来の問題点として、特許文献２に示された首振り式のツルアをワーク軸に取付けてツルーイングする方法であれば、斜めの砥石軸を垂直な姿勢に変更する旋回装置が必要となりコストがアップする。また、首振り式のツルアをワーク軸に取付けてツルーイングする方法では、ツルアの旋回半径として一定の値が必要となるので、この値より小さい曲率半径は形成できない。つまりシャープエッジが形成できない。また、首振り式のツルアは単石により構成されているためツルアの摩耗が大きい。

シャープエッジを形成するため、スティック砥石を用いて砥石の先端面と円筒部を手作業にてツルーイングすることも可能であるが、作業者の技量によりエッジ部の形状にばらつきが生じる。ばらついた形状のエッジ部で研削加工した場合、加工面の品質、特に形状誤差のばらつきが大きくなる。

本発明は、係る従来の問題点を解消するためになされたもので、斜軸研削用砥石を精度良く修正できるツルーイング方法を提供することである。

請求項１に記載したツルーイング方法は、砥石回転軸線回りに回転する円筒状の砥石を、直交２軸がなす平面内で前記砥石回転軸線と斜交するツルア回転軸線回りに回転する算盤球状のツルアによって、前記砥石回転軸線と前記ツルア回転軸線とが交差して鋭角を構成する側において修正するように前記ツルアと前記砥石とを前記平面内で同期制御するツルーイング方法において、前記ツルアと前記砥石とを前記直交２軸方向に相対移動させて前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とを接触させ、前記ツルーイング点と前記研削点とが接触したときの前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対位置を記憶し、前記記憶された直交２軸方向の相対位置を基にツルーイングの切込み量となるように前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対移動経路を設定し、前記相対移動経路に沿って前記ツルーイング点が前記砥石の外周から回転軸中心に向かって相対移動され前記砥石の前端面を前記ツルアの後部円錐面で修正し、前記相対移動経路に沿って前記ツルーイング点が前記砥石の外周先端から後端まで前記砥石回転軸線方向に相対移動され前記砥石の円筒面を前記ツルアの前部円錐面で修正することを特徴とする。

請求項２に記載したツルーイング方法は、請求項１において、前記ツルアと前記砥石の先端部を前記平面内で拡大して測定する顕微鏡の画像に基いて前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とがピントずれなく前記顕微鏡の画像に結像するように前記ツルアと前記砥石とを前記平面と直角な軸方向に相対移動させ、前記ツルアと前記砥石とを前記顕微鏡の画像に基いて前記直交２軸方向に相対移動させて、前記ツルーイング点と前記研削点とを接触させることを特徴とする。

請求項１に係る発明のツルーイング方法によれば、算盤球状のツルアと砥石とを直交２軸方向に相対移動させることにより前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とが接触したときの前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対位置を記憶し、この相対位置を基にツルーイングの切込み量となるように前記砥石と前記ツルアとの直交２軸方向の相対移動経路を設定し、互いに交差する回転軸線の鋭角を構成する側で回転する砥石とツルアを同期制御して相対移動させるので、斜めの砥石軸を垂直な姿勢に変更することなく斜軸研削用砥石を精度良くツルーイングができる。砥石先端のエッジ部を所望の曲率に形成でき、シャープエッジを形成することも可能となる。算盤球状のツルアを回転させて回転する砥石をツルーイングするためツルアの摩耗を少くできる。また、砥石とツルアが接近して配置されるので設置スペースが少なくできるという効果がある。
請求項２に係る発明のツルーイング方法によれば、ツルア回転軸線が砥石回転軸線と斜交する平面内でツルアと砥石の先端部を拡大して測定する顕微鏡の画像に基いて前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とがピントずれなく前記顕微鏡の画像に結像するように前記ツルアと前記砥石とを前記平面と直角な軸方向に相対移動させる。そして、前記ツルーイング点と前記研削点とが接触するように前記ツルアと前記砥石とを前記顕微鏡の画像に基いて前記平面内で直交２軸方向に相対移動させる。これにより、請求項１に係る発明の効果に加え、前記ツルーイング点と前記研削点とが接触したときの前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対位置を高精度に検出し、ツルーイングの切込み量を正確に設定することができる。

以下、本発明に係るツルーイング装置およびツルーイング方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、ベッド１はベース２上に除振台３を介して設置されている。ベッド１の前面にはＹ軸スライドテーブル４が案内機構５により上下のＹ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｙ軸スライドテーブル４は図示しないリニアモータによりＹ軸方向に直線移動され、図示しないリニアスケールにより移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。

ベッド１の水平上面にはＸ軸スライドテーブル６が案内機構７により左右のＸ軸方向に直線移動可能に装架されている。Ｘ軸スライドテーブル６はリニアモータ８によりＸ軸方向に直線移動されリニアスケール９により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。

Ｘ軸スライドテーブル６には工作物支持台１０が案内機構１１により前後のＺ軸方向に直線移動可能に装架されている。工作物支持台１０は図示しないリニアモータによりＺ軸方向に直線移動されリニアスケール１２により移動量が検出されてフィードバックされ位置制御される。

このようにＹ軸スライドテーブル４、Ｘ軸スライドテーブル６および工作物支持台１０は、案内機構５、７、１１リニアモータおよびリニアスケール等で夫々構成されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸用直線移動装置１３〜１５により直交３軸方向に相対的に直線移動される。

Ｙ軸スライドテーブル４には回転テーブル１６がＹ軸と平行なＢ軸回りに回転可能に装架され、回転テーブル１６に直結されたダイレクトドライブモータ（図示省略）により回転駆動されロータリーエンコーダ（図示省略）により回転量が検出されてフィードバックされ位置制御される。

回転テーブル１６の上面には公知の直角２方向微細移動装置５１が載置され、この直角２方向微細移動装置５１の上面の調整テーブル５２は直交する水平２方向に移動可能となっている。直角２方向微細移動装置５１の前記直角２方向はＸ軸とＹ軸にそれぞれ平行となるように回転テーブル１６の回転原位置が調整されている。

調整テーブル５２の上面には回転テーブル１６の水平な上面に対し傾斜角４５度の傾斜面が形成された傾斜台５３が載置され、傾斜面には静圧空気軸受（図示省略）で回転可能に支持されエアータービン（図示省略）で駆動される砥石軸６１を有する砥石台６２が配設されている。図２に示すように、砥石軸６１は傾斜台５３の傾斜面に平行、すなわち水平面に対し４５度傾斜し、かつ、砥石軸６１の先端部（鉛直方向で下側）には円筒状の砥石Ｔが着脱可能に装着され、砥石Ｔの先端上部がワークＷを研削する研削点Ｔｇとなっている。

なお、前記直角２方向微細移動装置５１は、ワークＷを研削する場合に、研削点Ｔｇが回転テーブルの回転中心であるＢ軸に一致させるように調整するものである。これにより、回転テーブルがどのような角度で旋回しても、砥石Ｔの先端の研削点Ｔｇの位置は、ほとんどずれることなくＢ軸旋回軸線上（Ｂ軸上）に留まっていることができる。

ワーク軸３７の右方で工作物支持台１０の前面にはツルーイング装置７１が、図３に示すように、ツルア軸７２の回転軸をＹ軸と平行（鉛直）になるように配設されている。ツルーイング装置７１にはツルア軸７２が静圧空気軸受（図示省略）で回転可能に支持され、エアータービン（図示省略）により駆動される。ツルア軸７２の先端部（鉛直方向で下側）には頂角が９０度の頭を切った２つの円錐を互いの底面を合わせた形状（算盤球形状）のツルア７３が着脱可能に装着されている。

したがって、ツルーイング時には、ツルーイング装置７１は砥石Ｔの頭上空間に位置し、ツルア軸７２と砥石軸６１が図３に示すように４５度で鋭角に交差する。このように、ツルーイング装置７１が工作物支持台１０の前面で、砥石Ｔの頭上空間に配置されるので、工作機械全体をコンパクトにすることができる。

ベッド１の前面左部には砥石Ｔとツルア７３の先端部を照射可能なようにストロボ８１が固定されている。ベッド１の前面右部にはブラケットを介してスライドベース８４が載置されている。スライドベース８４にはスライダ８２が案内されており、スライダ８２は送りシリンダ（図示省略）によりスライドベース８４上をＸ軸方向に往復移動可能である。スライダ８２の上面には砥石Ｔとツルア７３の先端部を拡大して測定する顕微鏡８３が載置されている。この顕微鏡８３には接眼レンズ側にＣＣＤカメラ（図示省略）が取付けてある。図４に示すように、ＣＣＤカメラには水平軸線１０３と垂直軸線１０４を表示できるモニタ１０１が接続されており、このモニタ１０１の画面１０２には砥石Ｔの先端部及びツルア７３の先端部等が拡大表示され正確に目視できるようになっている。

図５において、９１は数値制御装置（以下ＣＮＣという）であり、インターフェース（図示省略）を介して駆動回路ＤＵＸ、ＤＵＹ、ＤＵＺ、ＤＵＢにつながっており、それぞれのＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動用のリニアモータおよび回転テーブル１６のダイレクトドライブモータを駆動するようになっている。また、ＣＮＣ９１にはインターフェースを介してメモリ（図示省略）を有するプログラム記憶装置９２が接続されている。このプログラム記憶装置９２には、ワークＷの研削を行う研削プログラムと、砥石Ｔのツルーイングを行うツルーイングプログラムが記憶されている。

また、ＣＮＣ９１には、自動・手動切替えスイッチ、各軸操作ボタン、制御軸切替えスイッチ、ツルーイングサイクルボタン、研削サイクルボタン、手動パルス発生器９５、前記モニタ等を備えた入力装置９３が接続されている。さらに、ＣＮＣ９１には公知のパルス分配回路（図示省略）が接続され、このパルス分配回路により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸の相互の同期駆動が可能となっている。

ツルーイングの条件としては、例えば、砥石Ｔとしての直径５ｍｍの砥石、回転速度３０，０００ｒｐｍ、ツルア７３としてのダイヤモンドをメタルボンドで結合した直径１０ｍｍのダイアモンドロール、回転数７０，０００ｒｐｍ、ツルア送り速度５ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量２μｍである。

上記のように構成された本発明の実施の形態の動作を以下に説明する。

入力手段９３の自動・手動切替えスイッチ（図示省略）を手動に切替える。Ｘ軸操作ボタンを操作し、ツルア７３が回転テーブル１６のＢ軸とＸ軸方向において略同じ位置となるように予め機械に設定されている量だけＸ軸スライドテーブル６を移動させる。砥石台６２が回転テーブル１６を介して配設されたＹ軸スライドテーブル４とツルーイング装置７１が配設されたＺ軸スライドテーブル５とは、砥石Ｔとツルアが干渉しないようにＹＺ方向の間隙をあけるように、Ｙ軸スライドテーブル４は下方にＺ軸スライドテーブル５は後方に位置させてある。

ストロボ８１を発光させ顕微鏡送りシリンダを作動させて、砥石Ｔの先端の研削点Ｔｇの画像がモニタ画面１０２に映し出されるようにスライダ８２を回転テーブル１６に近づける。回転している砥石Ｔと回転しているツルア７３がモニタ画面１０２で静止したように視認できる。次に、入力装置９３の図示しない手動切替えスイッチを手動送りモードに、図４に示すように制御軸切替えスイッチ９４をＸ軸に切替える。手動パルス発生器９５のハンドル９６を回してパルスを発生させ、リニアモータを駆動させ、モニタ画面に写し出されたツルア７３のツルーイング点７３ｔがピントずれなく視野に結像する位置までＸ軸スライドテーブル６を微動させる。これよりツルーイング点７３ｔはＢ軸とＸ軸方向で正確に一致する。つまり、ツルーイング点７３ｔは研削点ＴｇとＸ軸方向において一致する。次に、モニタ１０１の水平線位置調整デジタルスイッチ（図示省略）を調整してモニタ画面の水平線１０３をツルーイング点７３ｔに一致させる。

制御軸切替えスイッチをＹ軸に切替え、手動パルス発生器９５により摩耗している研削点Ｔｇをモニタ画面に水平線１０３とＹ軸方向で一致する位置までＹ軸スライドテーブル４を微動上昇させ、このときのＹ軸スライドテーブル４の位置Ｙ１を記憶しておく。制御軸切替えスイッチをＺ軸に切替え、手動パルス発生器９５によりツルーイング点７３ｔが研削点Ｔｇに僅かに接触するまで、Ｚ軸スライドテーブル５を微動前進させ、このときのＺ軸スライドテーブル５の位置Ｚ１を記憶しておく（図４のモニタ画面の状態）。この前記接触位置Ｙ１、Ｚ１を基に上記ツルーイングの切込み量ｔとなるように、ツルーイングプログラムのＹ軸スライドテーブル４とＺ軸スライドテーブル５の移動経路を設定する。

次に、本発明のツルーイングサイクルの動作を説明する。入力装置１３のツルーイングサイクルボタンが作業者により押されると、ＣＮＣ装置によりツルーイングプログラムが開始される。図３（ａ）に示すように、Ｙ軸テーブル４とＺ軸テーブル５は同期駆動され、砥石Ｔの前端面Ｔａを所定の切込み量ｔとなるようにツルーイング点７３ｔは砥石Ｔの外周方向から回転軸中心に向かって移動される。ツルーイング点７３ｔが砥石回転軸中心付近に到達した位置で砥石Ｔとツルア７３による前端面Ｔａのツルーイングは完了する。砥石Ｔの前端面Ｔａは算盤球状のツルア７３の後部円錐面７３ａによりツルーイングされることになる。

次に、Ｙ軸テーブル４とＺ軸テーブル５は同期駆動され、砥石Ｔの円筒面Ｔｂを所定の切込み量ｔとなるようにツルーイング点７３ｔは砥石Ｔの外周先端から後端まで回転軸方向に沿って移動される。砥石Ｔの円筒面Ｔｂは算盤球状のツルア７３の前部円錐面７３ｂによりツルーイングされることになる。

砥石Ｔの前端面Ｔａと円筒面Ｔｂのツルーイングが共に完了すると砥石Ｔの円筒面先端Ｔｇはシャープエッジに形成される。以上の通り、ツルーイングプログラムによる砥石Ｔのツルーイングについて説明した。なお、１回の工程で砥石Ｔの修正が不完全な場合は同様に前記ツルーイングプログラムを繰返せばよい。

上記実施の形態ではシャープエッジを形成する方法を説明したが、図６に示すように砥石Ｔとツルアを所望の曲率半径で相対移動させるようにプログラムすることにより、エッジ部に所望の曲率形状を形成させることが可能である。

また、上記実施の形態では、作業者がモニタの画面を視認して砥石Ｔとツルア７３の接触を検知する方法を示したが、例えば、アコースティックエミッション等の接触検知装置を設けて、予め設定した接触動作プログラムを動作させて接触を自動検知する自動方法であっても良い。

本発明の実施形態に係るＮＣ工作機械の全体を示す斜視図 本発明の実施形態に係る研削加工を説明する図 本発明の実施形態に係るツルーイングを説明する図 本発明の実施形態に係る砥石Ｔとツルアの接触動作を説明する図 本発明の実施形態に係るＮＣ工作機械のブロック図 本発明の実施形態に係るツルーイングの他の実施例を説明する図

符号の説明

１…ベッド、４…Ｙ軸スライドテーブル、５…Ｚ軸スライドテーブル、
６…Ｘ軸スライドテーブル、１０…工作物支持台、１６…回転テーブル
７１…ツルーイング装置、５１…直角２方向微細移動装置、２９…砥石台
３５…光源、３６…顕微鏡、３７…主軸、Ｗ…工作物、Ｔ…砥石、７３…ツルア

Claims (2)

1. 砥石回転軸線回りに回転する円筒状の砥石を、直交２軸がなす平面内で前記砥石回転軸線と斜交するツルア回転軸線回りに回転する算盤球状のツルアによって、前記砥石回転軸線と前記ツルア回転軸線とが交差して鋭角を構成する側において修正するように前記ツルアと前記砥石とを前記平面内で同期制御するツルーイング方法において、
   前記ツルアと前記砥石とを前記直交２軸方向に相対移動させて前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とを接触させ、
   前記ツルーイング点と前記研削点とが接触したときの前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対位置を記憶し、
   前記記憶された直交２軸方向の相対位置を基にツルーイングの切込み量となるように前記ツルアと前記砥石との前記直交２軸方向の相対移動経路を設定し、
   前記相対移動経路に沿って前記ツルーイング点が前記砥石の外周から回転軸中心に向かって相対移動され前記砥石の前端面を前記ツルアの後部円錐面で修正し、
   前記相対移動経路に沿って前記ツルーイング点が前記砥石の外周先端から後端まで前記砥石回転軸線方向に相対移動され前記砥石の円筒面を前記ツルアの前部円錐面で修正することを特徴とするツルーイング方法。
2. 請求項１において、前記ツルアと前記砥石の先端部を前記平面内で拡大して測定する顕微鏡の画像に基いて前記ツルアのツルーイング点と前記砥石の研削点とがピントずれなく前記顕微鏡の画像に結像するように前記ツルアと前記砥石とを前記平面と直角な軸方向に相対移動させ、前記ツルアと前記砥石とを前記顕微鏡の画像に基いて前記直交２軸方向に相対移動させて、前記ツルーイング点と前記研削点とを接触させることを特徴とするツルーイング方法。

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