專利名稱:將工作物切削加工成任意曲面的高速曲面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用NC加工機(jī)將樹脂制鏡片等工作物切削加工成復(fù)曲面形狀(圓環(huán)面形狀)等預(yù)先決定的任意曲面的工作物的高速曲面加工方法。
背景技術(shù):
以前,在光學(xué)裝置或信息機(jī)械裝置等中,安裝有各種種類的光學(xué)鏡片。光學(xué)鏡片一般形成軸對稱非球面,對玻璃的表面進(jìn)行成形或加工,作為精加工用研磨裝置研磨而制作。作為用于制作軸對稱非球面的研磨裝置,以往已開發(fā)有各種各樣的研磨裝置。這樣的研磨裝置是用于提高表面粗糙度的裝置,雖然具有利于精加工的優(yōu)點(diǎn),但工作物的旋轉(zhuǎn)速度慢,研磨速度慢,展成加工物的形狀是不可能的。
以前,已知有使用NC加工機(jī),對工作物用刀具短時(shí)間且高精度地加工非軸對稱非球面的加工方法。該加工方法是在加工時(shí)固定Z軸工作臺,使其不移動,在該Z軸工作臺安置主軸臺,在主軸的卡盤安裝工作物,工作物通過主軸馬達(dá)繞主軸旋轉(zhuǎn)。另一方面,保持刀具的滑板通過NC控制裝置沿Z軸方向往復(fù)運(yùn)動,并且安置了滑板的X軸工作臺沿X軸方向往復(fù)運(yùn)動。滑板和X軸工作臺的往復(fù)運(yùn)動和工作物的旋轉(zhuǎn)同步進(jìn)行,同時(shí)滑板和X軸工作臺相互同步地往復(fù)運(yùn)動(例如,參照特開平11-309602號公報(bào))。
另外,在NC加工機(jī)中,已知有用線性馬達(dá)驅(qū)動在Y軸方向往復(fù)運(yùn)動的滑塊的NC加工機(jī)。該NC加工機(jī)用線性馬達(dá)使設(shè)置在刀夾底座上的滑塊在Z軸方向往復(fù)移動,且能夠進(jìn)行對應(yīng)于高速高加速度的切削加工,該NC加工機(jī)具有滑動部件、滑塊以及驅(qū)動裝置,該滑動部件備有固定在刀夾底座上的沿著與X軸方向垂直的Z軸方向延伸的軌道導(dǎo)軌;該滑塊安裝了能夠相對于滑動部件沿軌道導(dǎo)軌高速高加速度地往復(fù)移動的刀具;該驅(qū)動裝置使滑塊沿直線導(dǎo)軌的軌道導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動。驅(qū)動裝置由固定在滑動部件的線性馬達(dá)線圈和安裝在滑塊上的線性馬達(dá)磁鐵板構(gòu)成,并設(shè)置有檢測滑塊移動量的線性刻度尺以及線性刻度尺檢測器(例如,參照特開2002-126907號公報(bào))。
為了控制NC加工機(jī),已知有學(xué)習(xí)控制裝置中的預(yù)知學(xué)習(xí)控制裝置。該預(yù)知學(xué)習(xí)控制裝置,在具有m個(gè)輸入和p個(gè)輸出,并在當(dāng)前時(shí)刻輸入目標(biāo)指令矢量和控制對象的輸出矢量及狀態(tài)矢量,使以狀態(tài)空間表現(xiàn)表示的控制對象的輸出矢量追隨在周期L重復(fù)相同圖形的目標(biāo)指令矢量,在將控制輸入矢量向控制對象輸出的學(xué)習(xí)控制裝置中,具有由目標(biāo)指令矢量和輸出矢量求出偏差矢量的部件、存儲學(xué)習(xí)控制用常數(shù)排列的部件,以及決定當(dāng)前時(shí)刻的控制輸入矢量,使規(guī)定的評價(jià)函數(shù)最小的部件(例如,參照特開平7-141004號公報(bào))。
另外,已知有對工作物的非軸對稱非球面加工法。該非軸對稱非球面加工法一面使安裝在可旋轉(zhuǎn)主軸上的加工物旋轉(zhuǎn),一面使工具相對加工物進(jìn)行相對移動,而形成加工面,與加工位置同步,使加工物在與旋轉(zhuǎn)軸垂直的平面上沿主軸的半徑方向移動,使工具位置也隨加工位置發(fā)生變化,由此對加工物進(jìn)行非軸對稱非球面加工(例如,參照特開平2003-94201號公報(bào))。
但是,關(guān)于工作物的加工方法,由于在通過研磨的方法中具有加工需要長時(shí)問的問題,所以要求一種在短時(shí)間內(nèi)將工作物加工成非球面的曲面的方法。因此,如上所示,開發(fā)了用NC加工機(jī),在短時(shí)間內(nèi),將工作物的端面切削加工成非軸對稱非球面的方法,但是該加工方法停止使主軸往復(fù)移動的Z軸方向的移動,而進(jìn)行工作物的加工,而且不能大幅度地縮短工作物的加工時(shí)間。
另外,上述那樣的各種以往的曲面加工方法是以通過使其在Y軸方向往復(fù)移動的驅(qū)動裝置的刀具往復(fù)移動的最高速度為基準(zhǔn),決定主軸的旋轉(zhuǎn)速度,并將主軸的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定成一定,保持工作物的主軸的旋轉(zhuǎn)為恒定,這是基本的技術(shù)思想。即,以往的曲面加工方法考慮在安裝有刀具的Y軸方向往復(fù)移動的滑塊的加速度,使主軸的旋轉(zhuǎn)通過工作物的切削加工來決定規(guī)定的轉(zhuǎn)速,因此,成為對工作物的切削加工的周期變長的主要原因。對于工作物的中心部和外周部的向Y軸方向的滑塊的運(yùn)動量中心部少,但主軸的轉(zhuǎn)速以外周部為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定,由于不能由變更主軸轉(zhuǎn)速的控制來構(gòu)成,所以使滑塊以向Y軸方向的最大加速度的移動僅是工作物的外周,不能充分利用Y軸方向的滑塊的高加速度性能。
通常關(guān)于曲面加工方法,在工作物是眼鏡鏡片的場合,當(dāng)加工工作物最外周部時(shí),滑塊的Y軸移動量最大,隨著從最外周部到中心部加工進(jìn)展,Y軸移動量最小。對于鏡片等工作物的加工順序,從工作物外周部的大徑側(cè)向中心部的小徑側(cè)加工下去,對工作物的加工部位的轉(zhuǎn)移是通過滑塊的X軸方向的移動進(jìn)行的。以前的曲面加工方法是,按照工作物最外周部的滑塊的Y軸方向的加速度為由機(jī)械構(gòu)造或性能上決定的最大加速度的值以下的方式,決定主軸的轉(zhuǎn)速,以主軸的預(yù)先規(guī)定的轉(zhuǎn)速使主軸旋轉(zhuǎn),切削加工工作物,加工中主軸的轉(zhuǎn)速為恒定。其理由是,以前曲面加工方法是由學(xué)習(xí)控制來控制,由于作為學(xué)習(xí)控制的周期采用時(shí)間,一般必須使主軸旋轉(zhuǎn)1周(360°)的時(shí)間相同。由于以前的曲面加工方法中上述條件是基本的,所以工作物加工中的主軸轉(zhuǎn)速恒定,即主軸旋轉(zhuǎn)1周的時(shí)間一般是恒定的,例如,在進(jìn)行從外周部向內(nèi)周部加工的眼鏡用鏡片等的工作物的場合,工作物中心部側(cè)的Y軸(安裝刀具的滑塊)的移動量少,所以Y的加速度隨著從外周部向中心部進(jìn)展而變小。
另一方面,關(guān)于在X軸工作臺搭載具有滑塊的主刀夾(lead turner)的曲面加工裝置,滑塊向Y軸方向的移動的構(gòu)成是能在工作物的加工中進(jìn)行高速高加速度的運(yùn)動。因而,關(guān)于以前的曲面加工方法,隨著使工作物從外周部向中心部加工,滑塊(Y軸)的加速度下降,這對于滑塊(Y軸)的移動,不能十二分地發(fā)揮性能。因此,關(guān)于工作物的曲面加工方法,由于能縮短工作物的加工周期,所以有如何有效利用滑塊(Y軸)的加速度性能的課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決上述課題,提供了一種高速曲面加工方法,用使安裝有刀具的滑塊往復(fù)移動的驅(qū)動裝置代替以前使主軸旋轉(zhuǎn)速度一定并由時(shí)間時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生的脈沖指令,將滑塊的往復(fù)移動的加速度決定為預(yù)先確定的規(guī)定加速度,例如最高加速度或其以下盡可能高的加速度,按照該規(guī)定的加速度盡可能地保持一定的方式使主軸的轉(zhuǎn)速變化并旋轉(zhuǎn),按照主軸旋轉(zhuǎn)角的角度周期輸出脈沖指令,可變地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動主軸的轉(zhuǎn)速,使工作物中心側(cè)的切削加工的滑塊加速度、最好是使最高加速度盡可能地保持一定,使工作物外周側(cè)的加工位置的主軸旋轉(zhuǎn)速度成為低速度,根據(jù)隨著向中心側(cè)的加工位置靠近使主軸的旋轉(zhuǎn)速度上升的可變旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動主軸,縮短將工作物切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面的加工時(shí)間,進(jìn)而縮短周期,可提高對工作物的切削加工效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工作物的高速曲面加工方法,使主軸向Z軸方向的移動、安裝有刀夾的X軸工作臺向X軸方向的移動以及安裝了有刀具的滑塊向Y軸方向的移動與保持有樹脂制鏡片等工作物的主軸旋轉(zhuǎn)同步,將工作物切削加工成凸鏡片面、凹鏡片面、復(fù)曲面鏡片面、累進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片面等各種形式的曲面,因此,使滑塊在Y軸方向的移動量的行程僅僅縮短主軸在Z軸方向移動的部分,滑塊縮小使滑塊行程變短的部分,而使滑塊形成小型,因滑塊的慣性力小而使高速高加速度的往復(fù)運(yùn)動成為可能,完全恢復(fù)線性馬達(dá)的應(yīng)答性,能在短時(shí)間內(nèi)高精度地將工作物切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面。
本發(fā)明涉及工作物的高速曲面加工方法,該加工方法使用具有保持在主軸臺上可旋轉(zhuǎn)地支撐的工作物的主軸、使上述主軸在Z軸方向可往復(fù)移動的Z軸工作臺、配設(shè)在與上述主軸對置的位置并沿與上述Z軸方向垂直的X軸方向可往復(fù)移動的X軸工作臺、安裝在上述X軸工作臺上的刀夾底座、在上述刀夾底座上能沿與上述Z軸方向平行的Y軸方向往復(fù)移動且安裝刀具的滑塊、使上述滑塊在上述Y軸方向往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動裝置的NC加工機(jī),切削加工上述工作物,其中,設(shè)定上述滑塊往復(fù)移動的加速度為預(yù)先確定的規(guī)定加速度,改變上述主軸的轉(zhuǎn)速,使其以上述規(guī)定的加速度盡可能保持一定地運(yùn)動,使上述滑塊在上述Y軸方向的運(yùn)動和上述X軸工作臺在上述X軸方向的運(yùn)動相互與上述主軸的可變旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)同步,用上述刀具將與上述刀具的Y軸移動方向垂直的上述工作物的對向面切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面。
上述驅(qū)動裝置由線性馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)構(gòu)成。關(guān)于使安裝了刀具的滑塊往復(fù)移動的驅(qū)動裝置,其應(yīng)答性或往復(fù)移動速度,與旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)相比,線性馬達(dá)能使周期進(jìn)一步縮短。
上述滑塊往復(fù)移動的上述規(guī)定加速度被設(shè)定在上述滑塊往復(fù)移動的最高加速度以內(nèi)。上述主軸的旋轉(zhuǎn)速度以使上述滑塊的上述規(guī)定加速度盡可能保持恒定的方式變化,且能以直線、二維曲線、三維曲線、四維曲線、對數(shù)曲線等的適當(dāng)?shù)娜我馇€的變化率上升。
該高速曲面加工方法在用上述刀具切削加工上述工作物時(shí),使安裝了上述主軸的上述Z軸工作臺沿上述Z軸方向移動,使上述Z軸工作臺向上述Z軸方向的運(yùn)動與上述主軸的上述可變旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)、上述滑塊向上述Y軸方向的移動以及上述X軸工作臺向上述X軸方向運(yùn)動相互同步。
對上述工作物的上述規(guī)定曲面的切削加工由在考慮通過對上述主軸的角度周期重復(fù)的類似指令的重復(fù)周期中使用了角度的預(yù)知學(xué)習(xí)控制和學(xué)習(xí)控制來完成。
該高速曲面加工方法,在將上述工作物切削加工成上述規(guī)定的曲面時(shí),安裝有上述刀具的上述滑塊在上述Y軸方向的往復(fù)移動行程被設(shè)定成扣除了保持有上述工作物的上述主軸在上述Z軸方向的移動行程部分的值。另外,在Z軸工作臺固定或靜止時(shí),主軸的移動量為零。
另外,該高速曲面加工方法,在上述工作物上切削加工的上述規(guī)定曲面是由底座的R形狀半徑值和與上述底座垂直的交叉R形狀半徑值構(gòu)成的復(fù)曲面形狀的場合,保持了上述工作物的上述主軸在上述Z軸方向移動被設(shè)定成與上述底座的R形狀半徑值對應(yīng)的移動量,將安裝了上述刀具的上述滑塊在上述Y軸方向移動設(shè)定成對應(yīng)于上述交叉R形狀半徑值的移動量和對應(yīng)于上述底座的R形狀半徑值的上述移動量的差值?;蛘?,在近似于復(fù)曲面形狀的場合,將保持了上述工作物的上述主軸在上述Z軸方向的移動設(shè)定成與上述底座的R形狀半徑值對應(yīng)的移動量,將固定了上述刀具的上述滑塊在上述Y軸方向的移動設(shè)定成對應(yīng)于上述交叉的R形狀半徑值的移動量和對應(yīng)于上述底座的R形狀半徑值的移動量的差值和單獨(dú)的值。在固定Z軸工作臺的場合,主軸向Z軸方向的移動量為零,表示一種特別點(diǎn)。
利用上述刀具切削加工成上述規(guī)定曲面的上述工作物是眼鏡用鏡片。相對于上述主軸的1次旋轉(zhuǎn),上述滑塊被設(shè)定成多次往復(fù)移動。例如,在工作物上切削加工的規(guī)定曲面是復(fù)曲面鏡片的場合往復(fù)2次,另外,在累進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片的場合下不特定往復(fù)次數(shù),根據(jù)累進(jìn)多形狀設(shè)定多次、即設(shè)定成N次往復(fù)移動。
對于上述主軸的1次旋轉(zhuǎn),上述滑塊設(shè)定成N次往復(fù)移動。另外,使上述滑塊往復(fù)移動的上述線性馬達(dá)是由安裝在上述滑塊或上述刀夾底座中的任一個(gè)上的勵磁電磁和安裝在另一個(gè)上的電樞線圈構(gòu)成。另外,在安裝了上述線性馬達(dá)的上述刀夾底座安裝有用于檢測上述刀夾底座的位置的線性刻度尺。
由于該高速曲面加工方法如上述那樣地構(gòu)成,所以將滑塊往復(fù)移動的加速度設(shè)定在最高加速度以內(nèi),因?yàn)槟軌虬凑帐乖摶瑝K的加速度盡可能保持一定的方式使主軸轉(zhuǎn)速變化,所以與將主軸的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定成一定的以往的曲面加工方法相比,能使驅(qū)動滑塊的線性馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)的驅(qū)動裝置發(fā)揮最大限度的功能,能大幅度縮短工作物加工的周期,能夠提高樹脂制鏡片的鏡片面等工作物的加工效率。
另外,關(guān)于該高速曲面加工方法,在將工作物的對向面利用安裝在滑塊上的刀具切削加工成復(fù)曲面形態(tài)的場合,與鏡片面垂直的方向(Z軸方向和Y軸方向)的Y軸行程有必要成為在工作物上切削加工的曲面形態(tài)部分,但若在使滑塊沿Y軸方向移動的同時(shí)使主軸沿Z軸方向同步移動,則切削加工的工作物形狀是復(fù)曲面形狀的曲面,若底座的R形狀半徑值RL大于與其垂直的交叉R形狀半徑值RS時(shí),則Y軸的滑塊可以僅移動與底座的R形狀半徑值RL對應(yīng)的移動量RB和與交叉R形狀半徑值RS對應(yīng)的移動量RC的差值(RB-RC),滑塊的行程能設(shè)計(jì)得比固定主軸時(shí)短。這時(shí),在由線性馬達(dá)構(gòu)成使滑塊沿Y軸方向移動的驅(qū)動裝置的場合,能使線性馬達(dá)縮小滑塊行程變短的部分,而能將線性馬達(dá)本身設(shè)計(jì)成小型,能使可動側(cè)的滑塊小型化,也能將滑塊的質(zhì)量設(shè)計(jì)得小,因此,由于線性馬達(dá)由可動物的質(zhì)量和輸出決定可動物的加速度,所以盡量使可動物即滑塊輕量,由此能提高滑塊的加速度,能使滑塊的最高加速度提高,能夠進(jìn)一步縮短周期。
該高速曲面加工方法,最好用利用控制指令的重復(fù)性的學(xué)習(xí)控制裝置或預(yù)知學(xué)習(xí)控制裝置來進(jìn)行控制,有必要使控制指令和實(shí)際移動量的差沒有限度地成為零的方式進(jìn)行控制,使控制指令的重復(fù)性提高,使最終曲面加工形狀的誤差量接近零,而能夠?qū)ぷ魑锔呔鹊剡M(jìn)行切削加工。即,該高速曲面加工方法,通過改變主軸轉(zhuǎn)速,使滑塊加速度盡量保持一定,通過用學(xué)習(xí)控制功能控制主軸,使主軸轉(zhuǎn)速的指令和實(shí)際的主軸轉(zhuǎn)速之差在可能的范圍內(nèi)成為零,通過與這樣地旋轉(zhuǎn)被控制的主軸的旋轉(zhuǎn)同步,一面使主軸沿Z軸方向移動一面使刀具沿Y軸方向移動,同時(shí)使刀夾底座沿X軸方向移動并將鏡片面等工作物的對向面切削加工成復(fù)曲面形狀等的加工形狀,由此能在工作物對向面一面描繪螺旋形狀的加工軌跡,一面提高控制指令的重復(fù)性,另外,控制指令和實(shí)際移動之差極少,對工作物能以更高精度、高速地進(jìn)行曲面加工,能夠縮短周期。
如上所述,該工作物的高速曲面加工方法是變化主軸的旋轉(zhuǎn),以便使利用線性馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)的驅(qū)動裝置在Y軸方向往復(fù)移動的滑塊的加速度保持一定的方法,能將加工中的滑塊的加速度設(shè)定成合適的任意加速度,例如最高加速度,使工作物追隨主軸的旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化,以便使滑塊的最高加速度盡量保持一定,主軸的旋轉(zhuǎn)速度隨著接近中心部高速運(yùn)轉(zhuǎn)并使在工作物中心部向Y軸方向的滑塊即刀具的加速度不下降,大幅地減小工作物切削加工的周期,例如能夠縮短到30%~50%左右,能提高工作物的加工效率。該高速曲面加工方法,在需要對工作物的形狀精度和表面粗糙度的加工區(qū)域,利用加工指令(程序),通過調(diào)整X軸工作臺的送給量進(jìn)行加工,能夠確保規(guī)定的精度。
另外,該高速曲面加工方法能夠?qū)惭b了刀具的滑塊移動量的行程僅縮短使保持了工作物的主軸沿Z軸方向移動的部分,由于能將用線性馬達(dá)等驅(qū)動裝置往復(fù)移動的滑塊構(gòu)成小型,所以能使滑塊的質(zhì)量變小,降低慣性力,能以高速高加速度使滑塊往復(fù)移動,能使主軸的旋轉(zhuǎn)速度追隨滑塊的往復(fù)移動,并提高靈敏度,能夠?qū)ぷ魑锔呔鹊丶庸?fù)曲面形狀等的曲面。另外,在作為可動物的滑塊以相同加速度移動時(shí),由滑塊的質(zhì)量決定反作用力,由該反作用力的大小決定接受反作用力的固定物(刀夾底座和安裝該刀夾底座的X軸工作臺)的剛性、衰減性、質(zhì)量等。所以由可動物發(fā)生的反作用力小,裝置本身也能夠容易地實(shí)現(xiàn)小型化,沒必要使裝置本身的質(zhì)量變大。
圖1A~圖1C是用于說明使用本發(fā)明的工作物高速曲面加工方法的工作物的切削加工周期和以前周期之間的比較的曲線圖。
圖2是說明用于完成本發(fā)明的工作物高速曲面加工方法的NC加工機(jī)的概略平面圖。
圖3是表示圖2的NC加工機(jī)的刀夾的主視圖。
圖4是表示圖2的NC加工機(jī)的刀夾的俯視圖。
圖5是表示除掉圖2的NC加工機(jī)的刀具的刀夾的側(cè)面圖。
圖6是表示用該高速曲面加工方法切削加工的工作物的一例的復(fù)曲面鏡片的立體圖。
圖7A~圖7C是表示該高速曲面加工方法的Z軸方向和Y軸方向的移動關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下,參照附圖,說明本發(fā)明的工作物的高速曲面加工方法的實(shí)施例。首先,參照圖2~圖5,說明實(shí)施本發(fā)明的高速曲面加工方法時(shí)使用的NC加工機(jī)。
為完成本發(fā)明的工作物的高速曲面加工方法的NC加工機(jī)1具有在加工機(jī)底座2設(shè)置的Z軸底座46上能沿主軸14的長度方向的Z軸方向往復(fù)移動的Z軸工作臺3、在加工機(jī)底座2設(shè)置的X軸底座47上能沿與Z軸方向垂直的X軸方向往復(fù)移動的X軸工作臺4。在Z軸工作臺3上裝置有主軸臺5。Z軸工作臺3被安裝在Z軸底座46上的伺服馬達(dá)6驅(qū)動并沿Z軸方向往復(fù)移動。在主軸臺5安裝有使主軸14旋轉(zhuǎn)的主軸馬達(dá)7。在主軸14的前端設(shè)有卡盤8,由卡盤8保持工作物9。能在與Z軸工作臺3的Z軸方向垂直的X軸方向往復(fù)移動的X軸工作臺4被配置在與安裝在主軸14的卡盤8上的工作物9對置的位置。在X軸工作臺4直接或者通過刀架工作臺固定刀夾11,同時(shí)與主軸14對置地設(shè)置安裝各種刀具44的刀架43。
該高速曲面加工方法一般說來通過使用NC加工機(jī)1來完成,該NC加工機(jī)1具有可旋轉(zhuǎn)支撐保持了工作物9的主軸14的主軸臺5;使主軸14沿Z軸方向往復(fù)移動的Z軸工作臺3;配設(shè)在與保持在主軸14上的工作物9對置的位置并在與Z軸方向垂直的X軸方向可移動的X軸工作臺4;構(gòu)成在X軸工作臺4上設(shè)置的刀夾11的刀夾底座16;在刀夾底座16上沿與Z軸方向平行的Y軸方向往復(fù)移動且一端安裝有刀具15的滑塊12;使滑塊12在Y軸方向往復(fù)運(yùn)動的線性馬達(dá)18或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)的驅(qū)動裝置。
該高速曲面加工方法,其中,特別是由線性馬達(dá)18構(gòu)成使安裝了刀具的滑塊12移動的驅(qū)動裝置,將滑塊12的往復(fù)移動的加速度設(shè)定成預(yù)先確定的規(guī)定(一定)加速度,變化主軸14的旋轉(zhuǎn)速度,使滑塊12的規(guī)定加速度保持一定地運(yùn)動,使滑塊12向Y軸方向的移動和X軸工作臺4向X軸方向的移動與主軸14的可變旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)相互同步,將與刀具15向Y軸方向的移動方向垂直的工作物9的對向面31、在實(shí)施例中是鏡片的鏡片面用刀具15切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面。滑塊12的往復(fù)移動的規(guī)定加速度設(shè)定在滑塊12往復(fù)移動的最高加速度以內(nèi),對應(yīng)于此改變主軸14的轉(zhuǎn)速時(shí),能將工作物9高速地切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面,能縮短工作物加工的周期?;瑝K12的加速度設(shè)定為最高加速度時(shí),能使周期縮短為最小。在該高速曲面加工方法中可以按照如下的方法進(jìn)行,例如,由主軸14的旋轉(zhuǎn)上升曲線和X軸的每次轉(zhuǎn)動送給量(滑塊12的X軸方向送給量)算出X軸(刀夾底座16)的位置,進(jìn)而算出Y軸(滑塊12)的移動量,來決定各軸的相對移動量,制成程序來進(jìn)行。
該高速曲面加工法在用刀具15切削加工工作物9時(shí),使安裝了主軸14的Z軸工作臺3沿Z軸方向移動,能使Z軸工作臺3向Z軸方向的移動與主軸14的可變轉(zhuǎn)動速度的旋轉(zhuǎn)、滑塊12向Y軸方向的移動以及X軸工作臺4向X軸方向的移動相互同步,使滑塊12的往復(fù)移動的行程變短,進(jìn)而能縮短周期?;蛘?,該高速曲面加工方法無需使Z軸工作臺3在Z軸方向移動而進(jìn)行固定,并使其與主軸14的可變轉(zhuǎn)動速度的旋轉(zhuǎn)、滑塊12向Y軸方向的移動以及X軸工作臺4向X軸方向的移動相互同步,能對工作物9進(jìn)行切削加工,這是不言而喻的。在固定設(shè)置了主軸14的Z軸工作臺3時(shí),主軸14向Z軸方向的移動量為零,這相當(dāng)于一種特點(diǎn)。
參照圖1,說明使用本發(fā)明的工作物高速曲面加工方法對工作物的切削加工周期和以前的周期的比較。如圖6所示,當(dāng)工作物9是鏡片時(shí),在工作物9上切削加工的規(guī)定曲面形成為底座的R形狀半徑值RL和與底座垂直的交叉R形狀半徑值RS中RL>RS的復(fù)曲面形狀。在圖1,設(shè)橫軸為對工作物9進(jìn)行曲面加工的周期,設(shè)縱軸為刀具的加速度。在圖1A表示著以下狀態(tài),即在該高速曲面加工方法中,改變主軸14的旋轉(zhuǎn)速度,使滑塊12保持一定的規(guī)定加速度地運(yùn)動,使主軸14的旋轉(zhuǎn)速度變化率以適當(dāng)?shù)娜我馇€(例如,二~四維曲線)上升時(shí)周期被縮短的狀態(tài)。圖1B表示著以下狀態(tài),即在該高速曲面加工方法中,以滑塊12的加速度不超過規(guī)定加速度的方式,使主軸14的旋轉(zhuǎn)速度直線上升(即變化率一定)的情況下周期被縮短的狀態(tài)。圖1C表示著如下的狀態(tài),即在以往的工作物曲面加工方法中,以規(guī)定轉(zhuǎn)速、以加工中一定速度旋轉(zhuǎn)主軸14,隨著主軸14的旋轉(zhuǎn)速度一定且加工位置移動到工作物9的內(nèi)徑而使滑塊12的移動量變少,因此滑塊12的加速度降低時(shí)不縮短周期的狀態(tài),既1的狀態(tài)。
如圖1A~圖1C所示,該高速曲面加工方法,滑塊的加速度成為控制的基準(zhǔn),與以往的恒定地控制主軸14的轉(zhuǎn)速,來切削加工工作物9的方法相比,能大幅縮短周期。例如,在將滑塊12的最高加速度以下的加速度為預(yù)先決定的滑塊12的規(guī)定加速度,并以直線狀的變化率提高主軸14的旋轉(zhuǎn)速度,以便使滑塊12的規(guī)定加速度盡量保持一定的場合,變成圖1B那樣,例如,能將工作物9的切削加工周期縮短30~40%左右。另外,將滑塊12的最高加速度設(shè)定成預(yù)先決定的滑塊12的規(guī)定加速度,改變主軸14的旋轉(zhuǎn)速度地使主軸14旋轉(zhuǎn),以便使該規(guī)定加速度盡量保持一定,在該場合,將主軸14的旋轉(zhuǎn)變化率適當(dāng)化并以任意曲線的變化率上升時(shí),變成圖1A那樣,工作物9的切削加工周期能縮短50%左右。例如,使主軸14的旋轉(zhuǎn)速度以適當(dāng)?shù)那€變化率上升時(shí),從工作物切削加工的最初到結(jié)束附近都能確保RB、RC平行延伸的狀態(tài)。但是,由于工作物9中心部的轉(zhuǎn)速非常高,考慮主軸14轉(zhuǎn)速的上限,當(dāng)成為利用刀具15的工作物9中心部的切削加工時(shí),有必要變化刀具15的加速度。另外,該高速曲面加工方法,對工作物9的曲面切削加工可由考慮了根據(jù)對主軸14的一定周期的角度即角度周期重復(fù)的類似指令的預(yù)知學(xué)習(xí)控制來完成,能高精度完成工作物9的曲面加工。
接著,參照圖7A~圖7C,說明使主軸14向Z軸方向的移動停止的場合和使主軸14向Z軸方向移動與其旋轉(zhuǎn)和滑塊12向Y軸方向的移動同步的場合下的滑塊12移動量的不同。這里,為了簡單地進(jìn)行說明,在將主軸14的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為一定,將主軸14的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定成預(yù)先決定的轉(zhuǎn)速并改變滑塊12的加速度的條件進(jìn)行說明,但設(shè)定為滑塊12的預(yù)先決定的規(guī)定加速度并使主軸14的旋轉(zhuǎn)速度可變,在以恒定保持滑塊12(Y軸)的加速度的方式使主軸14的旋轉(zhuǎn)速度變化的場合,使主軸14向Z軸方向移動的控制也同樣能適用。
該高速曲面加工方法,其中,使主軸14的旋轉(zhuǎn)與Z軸工作臺3、滑塊12和Z軸工作臺4的移動相互同步,使主軸14的旋轉(zhuǎn)和向Z軸方向的移動同步,使滑塊12沿Y軸方向移動,同時(shí)使X軸工作臺4沿X軸方向移動,用刀具15將與刀具15的移動方向垂直的工作物9的對向面31切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面。在工作物9是鏡片時(shí),對向面31是鏡片面。該高速曲面加工方法在將工作物9的對向面31切削加工成復(fù)曲面形狀(圓環(huán)面形狀)等的曲面時(shí),將固定了刀具15的滑塊12的Y軸方向的往復(fù)移動的行程設(shè)定為扣除保持工作物9的主軸14的Z軸方向移動的行程的值。
圖7A~圖7C是表示該高速曲面加工方法的Z軸方向和Y軸方向的移動關(guān)系的曲線圖。在圖7A中,縱軸為鏡片厚度、橫軸為鏡片的半徑時(shí),符號X是光學(xué)軸,對應(yīng)于主軸14的旋轉(zhuǎn)軸心。圖7A是固定了Z軸方向的Z軸工作臺3的場合,圖7B是使Z軸方向的Z軸工作臺3以RB軌跡移動的場合,圖7C表示著以直線表示圖7A的曲線中心線RO的關(guān)系。各曲線圖的陰影部分是,在圖7B和圖7C是表示Y軸方向的滑塊12的移動量,在圖7C是表示以RO軌跡移動Z軸工作臺3時(shí)的滑塊12的Y軸方向的移動量。
該高速曲面加工方法,例如工作物9是樹脂制鏡片,如圖6所示,在工作物9上切削加工的曲面是由底座的R形狀半徑值RL和與底座垂直的交叉的R形狀半徑值RS構(gòu)成的復(fù)曲面形狀的場合,設(shè)RB是大的半徑RL且RC是小的半徑RS(RL>RS)時(shí),使加工圖7A表示的半徑RB的球軌跡的移動用Z軸工作臺3移動時(shí),如圖7B所示,將固定了刀具15的滑塊12的Y軸方向移動設(shè)定成與交叉的R形狀半徑值RS對應(yīng)的移動量RC和與底座的R形狀半徑值對應(yīng)的移動量RB的差值(RC-RB)。因而,如在縱軸設(shè)安裝了刀具15的滑塊12的移動量(例如,RC)和安裝了工作物9的主軸14的移動量(例如,RB),則安裝在滑塊12的刀具15的移動量就成為差值(RC-RB),用于切削加工工作物9的鏡片面的刀具15的移動距離比固定Z軸工作臺3時(shí)短。
對工作物9的對向面31的按預(yù)先決定的規(guī)定曲面的切削加工,例如,是眼鏡用鏡片,用刀具15切削加工凹鏡片面、凸鏡片面、復(fù)曲面鏡片面、累進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片面、凹鏡片面或凸鏡片面和復(fù)曲面鏡片面和/或累進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片面的復(fù)合鏡片面等的鏡片面,可通過考慮重復(fù)指令的預(yù)知學(xué)習(xí)控制和學(xué)習(xí)控制來完成。
另外,在NC加工機(jī)1中,在與工作物9對置的位置,與Z軸工作臺3垂直地設(shè)置X軸工作臺4,由伺服馬達(dá)10驅(qū)動并沿X軸方向往復(fù)移動。在X軸工作臺4設(shè)置有刀夾11。刀夾11由在通過支撐銷35設(shè)定并固定在X軸工作臺4的滑動底座13上安裝的刀夾底座16、在刀夾底座16上沿Y軸方向(與Z軸方向平行的方向)往復(fù)運(yùn)動的滑塊12和作為在Y軸方向往復(fù)移動滑塊12的驅(qū)動裝置的線性馬達(dá)18或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)的驅(qū)動裝置構(gòu)成。滑塊12在前端部有刀桿28,在刀桿28上安裝刀具15。在圖3~圖5中利用線性馬達(dá)18作為驅(qū)動裝置,線性馬達(dá)18被裝配在安裝于X軸工作臺4的滑動底座13上所設(shè)置的刀夾11上。滑塊12通過在其下面設(shè)置的滑動導(dǎo)軌33在構(gòu)成在Z軸方向可移動支承的軸承的軌道導(dǎo)軌17上往復(fù)移動。
在用刀具15切削加工工作物9的對向面31時(shí),工作物9由設(shè)置在主軸臺5的主軸(C軸)前端的卡盤8保持,通過主軸馬達(dá)7繞C軸以例如300rpm以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。作為工作物9樹脂材料(塑料)或非金屬是適合的。保持工作物9的主軸14與其旋轉(zhuǎn)同步并通過伺服馬達(dá)6的驅(qū)動沿Z軸方向往復(fù)移動,安裝在滑塊12前端的刀具15隨著滑塊12的往復(fù)運(yùn)動而沿Z軸方向往復(fù)運(yùn)動,同時(shí)和X軸工作臺4一起沿X軸方向往復(fù)運(yùn)動。由于滑塊12的重量或安裝了刀夾11的X軸工作臺4的重量都相當(dāng)小,所以NC加工機(jī)1慣性力也小,因此能以高加速度進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。
利用NC加工機(jī)1對工作物9的切削加工是通過根據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù)控制主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動用的主軸馬達(dá)7和驅(qū)動X軸工作臺4的伺服馬達(dá)10來進(jìn)行,但時(shí)刻變化的主軸14的旋轉(zhuǎn)角可以由高分辯率的回轉(zhuǎn)式編碼器連續(xù)檢測。對于驅(qū)動滑塊12的線性馬達(dá)18,由設(shè)置在線性馬達(dá)18的線性刻度尺21連續(xù)檢測由滑塊12的往復(fù)移動引起的刀具15時(shí)刻變化的實(shí)際移動量,比較該檢測值與NC控制裝置的存儲信息,根據(jù)比較信息控制伺服馬達(dá)6、10、線性馬達(dá)18和主軸馬達(dá)7。X軸工作臺4的位置也由脈沖編碼器檢測,對X軸工作臺驅(qū)動用的伺服馬達(dá)10進(jìn)行NC控制。
NC加工機(jī)1備有安裝了進(jìn)行由樹脂材料構(gòu)成的鏡片面加工等的切削加工的刀具15的能與高速高加速度對應(yīng)的刀夾11?;瑝K12通過控制器在與主軸14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同步的同時(shí),與Z軸工作臺3和X軸工作臺4的往復(fù)移動同步地進(jìn)行往復(fù)移動,并追隨外部數(shù)據(jù)輸入等進(jìn)行控制,能以高速高加速度往復(fù)移動,適用于用刀具15以高速且高加速度切削加工工作物9的鏡片面等的對向面31。
刀夾11由分別備有在長度方向延伸的凹部40A、40B的一對刀夾底座構(gòu)件16A、16B所構(gòu)成的刀夾底座16以及在刀夾底座16上往復(fù)移動的滑塊12構(gòu)成。刀夾底座16在滑動底座13上將刀夾底座構(gòu)件16A、16B的凹部40A、40B相互配置成對置狀態(tài),使1個(gè)刀夾底座構(gòu)件16A與在滑動底座13上形成的阻擋臺階部27接觸,使另1個(gè)刀夾底座構(gòu)件16B的對向面41B與刀夾底座構(gòu)件16A的對向面41A接觸,并通過由設(shè)置在滑動底座13的寬度決定塊26固定來裝配,而被固定在滑動底座13上。
通過使刀夾底座構(gòu)件16A、16B的長度方向的凹部40A、40B對置并固定在滑動底座13上,在刀夾底座構(gòu)件16A和刀夾底座構(gòu)件16B之間通過凹部40A、40B形成滑塊12的收容室42。在刀夾底座構(gòu)件16A、16B的上端部安裝上蓋24,使收容室42的上部封閉。在刀夾底座16的收容室42上,沿X軸方向能往復(fù)移動地配設(shè)有滑塊12?;瑝K12從形成在收容室42側(cè)面的開口部突出,在其前端部固定著刀具安裝構(gòu)件45。在滑塊12的前端部安裝的刀具安裝構(gòu)件45上安裝著刀桿28。刀具15按可交換地固定在刀桿28上的方式構(gòu)成。刀具15也可按固定在直接安裝于滑塊12的刀桿28上的方式構(gòu)成。
NC加工機(jī)1中,使滑塊12相對刀夾16沿Y軸方向(和Z軸方向相同的方向)往復(fù)移動的驅(qū)動裝置由線性馬達(dá)構(gòu)成。在該實(shí)施例中,使滑塊12往復(fù)移動的線性馬達(dá)18由移動式電磁線性馬達(dá)構(gòu)成,該移動式電磁線性馬達(dá)由固定在刀夾底座16上的電樞線圈組成的線性馬達(dá)線圈19和設(shè)置在滑塊12的勵磁電磁組成的線性馬達(dá)磁鐵板20構(gòu)成。當(dāng)然,也可由電樞線圈移動的移動線圈式線性馬達(dá)構(gòu)成??稍诘秺A底座16的多個(gè)地方固定構(gòu)成線性導(dǎo)軌的軌道導(dǎo)軌17,該線性導(dǎo)軌固定在滑動底座13上并沿與X軸方向垂直的Y軸方向(和Z軸方向相同的方向)延伸。在滑塊12上固定滑動導(dǎo)軌33,滑塊12通過使滑動導(dǎo)軌33沿著設(shè)置在刀夾底座16上的軌道導(dǎo)軌17往復(fù)移動,能以高速加速度往復(fù)移動。
對于滑塊12的往復(fù)移動范圍、即行程,設(shè)置有沿線性馬達(dá)線圈19延伸的線性刻度尺21和線性刻度尺檢測器22。因而,滑塊12相對刀夾底座16的移動量可由線性刻度尺檢測器22直接檢測,其移動量的信息被反饋給控制器,由反映到下個(gè)滑塊12的移動控制的學(xué)習(xí)控制功能和預(yù)知學(xué)習(xí)控制功能來進(jìn)行控制。而且,在刀夾底座16和線性刻度尺21之間設(shè)置有線性刻度尺21定位用的刻度尺部襯墊39??刂破靼凑崭鶕?jù)預(yù)先決定的加工指令,用設(shè)置在滑塊12的刀具15切削加工工作物9的對向面31,若工作物是鏡片則切削加工鏡片面的方式進(jìn)行控制,此時(shí)反饋切削加工信息,控制成切削加工信息和加工指令值的差接近于零,控制器還具備在對工作物9的下次切削加工能有效利用的學(xué)習(xí)控制功能或預(yù)知學(xué)習(xí)控制功能。
在刀夾底座16上設(shè)置有用于冷卻線性馬達(dá)線圈19的冷卻片23。線性馬達(dá)磁鐵板20隨著滑塊12的往復(fù)移動切割磁力,但此時(shí)在線性馬達(dá)線圈19上產(chǎn)生熱,形成高溫。冷卻片23是為了冷卻線性馬達(dá)線圈19上發(fā)生的熱而設(shè)置的。在X軸工作臺4上安裝有為了調(diào)整滑塊底座13的刀夾軸和Z軸工作臺3的Z軸之間的平行度的基準(zhǔn)塊32。由于在滑動底座13設(shè)置有調(diào)節(jié)塊36,所以通過設(shè)置在調(diào)節(jié)塊36的調(diào)整螺栓37,相對于基準(zhǔn)塊32調(diào)整滑動底座13,來調(diào)整刀夾軸和Z軸之間的平行度。另外,在刀夾底座16和軌道導(dǎo)軌17之間,設(shè)置有用于決定滑塊12相對刀夾底座16的移動范圍的位置的LM部襯墊38。在刀夾底座16上設(shè)置有用于限制滑塊12的行程的擋快29、30。在滑塊12上設(shè)置有與擋塊29、30接觸并限制滑塊12的移動范圍的擋塊接觸構(gòu)件34。與設(shè)置在刀夾11的驅(qū)動裝置連接的動力線、信號線等的配線,以及用于上述刀夾的冷卻、潤滑等的配管被隨著滑塊12的移動可彎曲的導(dǎo)軌罩25、覆蓋構(gòu)件等收容。
權(quán)利要求
1.一種工作物的高速曲面加工方法,用NC加工機(jī)切削上述工作物,該NC加工機(jī)具有保持被主軸臺可旋轉(zhuǎn)地支撐的工作物的主軸、使上述主軸能夠沿Z軸方向往復(fù)移動的Z軸工作臺、配設(shè)在與上述主軸對置的位置并能夠沿與上述Z軸方向垂直的X軸方向往復(fù)移動的X軸工作臺、安裝在上述X軸工作臺上的刀夾底座、在上述刀夾底座上能夠沿與上述Z軸方向平行的Y軸方向往復(fù)移動且安裝刀具的滑塊、以及使上述滑塊沿上述Y軸方向往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動裝置,其特征是,設(shè)定上述滑塊往復(fù)移動的加速度為預(yù)先確定的規(guī)定加速度,改變上述主軸的旋轉(zhuǎn)速度,使其以上述規(guī)定加速度為基準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)動,使上述滑塊向上述Y軸方向的移動和上述X軸工作臺向上述X軸方向的移動與上述主軸的可變旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)相互同步,將與上述刀具的Y軸移動方向垂直的上述工作物的對向面用上述刀具切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,上述驅(qū)動裝置是線性馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)。
3.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,上述滑塊往復(fù)移動的上述規(guī)定加速度設(shè)定在上述滑塊往復(fù)移動的最高加速度以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,上述主軸的旋轉(zhuǎn)速度以使上述滑塊的上述規(guī)定加速度恒定的方式變化,且以任意的直線或曲線的變化率上升。
5.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,在利用上述刀具切削加工上述工作物時(shí),使安裝了上述主軸的上述Z軸工作臺沿上述Z軸方向移動,使上述Z軸工作臺向上述Z軸方向的移動與上述主軸的上述可變旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)、上述滑塊向上述Y軸方向的移動以及上述X軸工作臺向X軸方向的移動相互同步。
6.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,對上述工作物的上述規(guī)定曲面的切削加工是通過在考慮由對上述主軸的角度周期重復(fù)的類似指令的重復(fù)周期中使用了角度的預(yù)知學(xué)習(xí)控制和學(xué)習(xí)控制來完成。
7.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,在將上述工作物切削加工成上述規(guī)定的曲面時(shí),安裝有上述刀具的上述滑塊在上述Y軸方向往復(fù)移動的行程設(shè)定成扣除了保持有上述工作物的上述主軸在上述Z軸方向移動的行程部分的值。
8.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,在上述工作物上切削加工的上述規(guī)定曲面是由底座的R形狀半徑值和與上述底座垂直的交叉的R形狀半徑值構(gòu)成的復(fù)曲面形狀的場合,將保持有上述工作物的上述主軸在上述Z軸方向的移動設(shè)定成與上述底座的R形狀半徑值對應(yīng)的移動量,將安裝有上述刀具的上述滑塊在上述Y軸方向的移動設(shè)定成對應(yīng)于上述交叉的R形狀半徑值的移動量和對應(yīng)于上述底座的R形狀半徑值對應(yīng)的上述移動量之間的差值。
9.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,利用上述刀具切削加工成上述規(guī)定曲面的上述工作物是眼鏡用鏡片。
10.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,相對上述主軸的1次旋轉(zhuǎn),設(shè)定上述滑塊往復(fù)移動N次。
11.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,使上述滑塊往復(fù)運(yùn)動的上述線性馬達(dá)由安裝在上述滑塊或上述刀夾底座中的任一個(gè)上的勵磁電磁和安裝在另一個(gè)上的電樞線圈構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1所述的工作物的高速曲面加工方法,其特征是,在安裝了上述線性馬達(dá)的上述刀夾底座上安裝有用于檢測上述刀夾底座的位置的線性刻度尺。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高速曲面加工方法,將滑塊往復(fù)移動的加速度設(shè)定成預(yù)先確定的規(guī)定加速度,使主軸旋轉(zhuǎn)速度變化,以便使上述加速度盡量保持恒定,使主軸的旋轉(zhuǎn)和X軸工作臺的移動與滑塊的規(guī)定加速度引起的移動相互同步,將與刀具的Y軸移動方向垂直的工作物的對向面切削加工成預(yù)先決定的規(guī)定曲面,由此能縮短周期。
文檔編號B24B13/00GK1575892SQ20041003259
公開日2005年2月9日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者平山忍, 森川敏郎, 蓑原昌宏, 新貝幸樹 申請人:西部電機(jī)株式會社