具备工具夹的工作机械及基于该工作机械的加工方法技术

本发明专利技术提供一种工具旋转半径可变的工具夹以及具备该工具的工作机械以及使用工作机械的加工方法。工具夹由因为在围绕旋转中心轴旋转时产生的离心力而弹性变形的结构体构成，将刀尖朝向旋转中心轴方向的工具的旋转半径从零到任意的值进行变化。该工具夹的结构体包含两个由于离心力分别向相反的方向以相同的大小进行弹性变形的梁，对这两个梁施加的离心力相互抵消，即使工具夹的旋转速度变化也可保持旋转的平衡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工具旋转半径可变的工具夹以及具备该工具夹的工作机械以及使用所述工作机械的加工方法。
技术介绍
为了批量生产在光学部件中使用的镜头，使用高精度加工的模具。一般的透镜是旋转对称的形状，所以在模具的制造中使用单晶金刚石工具进行超精密车削加工。在通常的车削加工中，使安装在主轴上的工件高速旋转，使工具按压工件，来切削加工任意的旋转对称的形状。因此，工件上的旋转中心仅为一个。但是，最近具有排列了数十至数千个直径为数毫米的透镜的形状的透镜阵列模具 (参照图19A-图20B)的需求正在增大。为了通过车削来加工阵列透镜的模具，需要针对车床的主轴，对每个透镜形状调整旋转中心来进行加工。因为难以通过手动精密地调整透镜的加工位置，所以例如在主轴上具备与旋转中心轴垂直方向的2轴直线工作台，如果将工件安装在该工作台上就能任意地变换工件上的旋转中心。但是，在高速旋转的主轴上无法连接驱动用缆绳，并且在技术上难以使工作台具有用于抵抗主轴旋转时的离心力的保持力。此外，作为其他的方法，还考虑了通过车床制造各个不同的透镜模具，通过将这些透镜模具多个组合来成为透镜阵列模具的方法。但是，透镜阵列的用途多，严密地设计了各透镜之间的距离，难以按照正确的透镜间距组装数千个模具。因此，希望有车床以外的透镜阵列的高速、高精度的加工方法。作为透镜阵列形状的加工方法，一般采用通过铣削进行加工的方法。在该加工中， 在主轴上安装小直径的旋转工具，同时驱动工作机械的垂直3轴来描绘螺旋的轨迹，加工透镜形状。如图25所示，在通过一般的铣削加工加工复杂的自由曲面时，如果在加工形状中在一个部位具有半径R的小的凹形状，则使用与其匹配的小直径的端铣刀工具。但是，因为小直径的工具在旋转一周的期间可切削的量少，所以在平坦的面上加工效率非常差。特别是在超精密加工中，有时连因更换工具使工具的位置偏移1 μ m的情况也不允许发生，在精加工中无法更换工具，很多时候通过一个工具加工整个加工面。图2队以及图26B说明作为现有技术的通过一般的铣削加工来加工透镜阵列。图 26A表示通过主轴使切削工具旋转，通过工作机械的直线轴描绘螺旋状的轨迹来进行加工的方法。图26B表示以扫描工具的方式一面通过直线轴动作一面加工的方法。无论哪个方法都是当要高速加工时，各轴的加减速剧烈的加工方法，通过直线轴的加速性能决定加工速度。此外，在工具高速旋转的同时，描绘图2队以及图26B所示的轨迹，所以实际的工具的切削距离远远长于轨迹，还存在工具磨损剧烈的缺点。如上所述，关于该加工方法的缺点，当要高速加工时，在仅仅数毫米的透镜直径中进行高速的螺旋运动，直线轴的方向反转变得剧烈。特别是在透镜中心附近的加工中，需要高速切换加减速，直线轴的加速性能与加工速度具有很大的关联。此外，所谓铣削的加工方法，工具自身高速旋转，由于运转而切削工具磨损剧烈，难以不更换工具地加工数千个透镜形状。作为抑制工具磨损的加工方法，考虑了通过旋转台改变工具的角度，在正交3轴上进行螺旋运动的方法。图27A以及图27B说明作为其他的现有技术，改变工具2的角度， 并且描绘螺旋的轨迹来进行加工的透镜阵列的加工方法。该加工方法从工具2看成为接近车削加工的动作，在抑制工具磨损方面有效。但是，为了进行高速加工，进行螺旋运动的直线轴的加减速剧烈的缺点与图26A以及图^B的加工方法相同。作为抑制工具磨损，还抑制直线轴的高速驱动的加工方法，具有在日本特开 2003-121612号公报、日本特开2000-52217号公报中公开的技术。图28A以及图^B说明作为其他的现有技术(参照日本特开2003-121612号公报)，与透镜的截面形状相匹配地使工具成型后加工工件的加工方法。该方法使用压电元件使工具2微小地上下移动来对工件进行加工，存在无法应对凸形状、以及即使是凹形状但原理上无法加工为旋转对称的形状的缺点。图四说明在与透镜的剖面形状相匹配地使工具成型后加工工件的现有技术(参照日本特开2000-52217号公报)。该现有技术能够应对旋转对称的形状和凸形状。但是， 因为难以将以旋转中心轴4为中心进行旋转的工具2的轮廓精度成型为微米级以下，所以不适合高精度的透镜形状的加工。在上述任一专利文献中公开的公知技术都需要使工具与透镜的截面形状相匹配成型的特殊的工具，形状精度依赖于工具精度，并且还无法修正形状误差，无法用于高精度的透镜模具的制造。
技术实现思路
当从加工速度、加工精度的观点出发，关于透镜形状的加工，可以说车削加工是理想的加工方法。因此，即使在加工透镜阵列时，希望成为无论从工具看还是从工作机械的各轴看，接近车削加工的动作。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够进行无论从工具角度观察还是从工作机械的各轴观察，接近车削加工的动作的工具的旋转半径可变的工具夹以及具备工具夹的工作机械以及使用所述工作机械的加工方法。本专利技术的用于固定工具的工具夹具备由于在围绕旋转中心轴旋转时产生的离心力而弹性变形的结构体，将刀尖朝向所述旋转中心轴方向的所述工具的旋转半径从零到任意的值进行变化。在该工具夹中，可以根据主轴的旋转速度使工具旋转半径变化。所述工具夹的结构体包含两个由于所述离心力向分别相反的方向以相同的大小进行弹性变形的梁，对这两个梁施加的离心力相互抵消，即使所述工具夹的旋转速度变化也可以保持旋转的平衡。在该工具夹中，即使工具的旋转半径变化也可以始终保持旋转的平衡，所以可以防止不平衡引起的与旋转同步的振动。使所述工具夹的两个梁分别与位于比工具夹的旋转半径大的位置上的两个配重连接，在旋转时由于作用于这些配重的离心力使所述工具夹的弹性变形增大。该工具夹中的、把位于旋转半径较大的位置上的配重与梁连接的结构可以对梁施加大的离心力，增大工具旋转半径。可以设为关于所述工具夹的两个梁，能够在一个梁上安装工具，能够在所述工具夹的结构体上附加对包含安装的工具的重量导致的变化量、整个工具夹的旋转平衡进行调整的平衡配重的结构。针对在该工具夹上安装工具导致的重量的变化，可以通过平衡配重进行调整，由此可以防止旋转时的不平衡。所述工具夹的结构体可以具备由于所述离心力分别向相反方向弹性变形的两个梁，各个梁形成平行弹簧的形状，在梁由于离心力进行弹性变形时，相对于旋转的轴恒定地保持这些梁的端面的角度。通过该平行弹簧，即使工具的旋转半径变化，也可以防止工具的角度(姿势)发生变化。还可以为以下的结构在所述旋转中心轴的方向上观察工具夹的坐标系中，所述工具的刀尖的位置在静止时位于从旋转中心轴偏离初始偏置的第一位置上，在使所述旋转速度最大时工具刀尖位于第二位置，并且所述旋转的中心位于连结所述第一位置和第二位置的线段上。通过在该工具夹中赋予偏置，在工具旋转半径小时，可以确保某种程度的加工速度。在静止状态下工具刀尖的位置在旋转中心时，中心部的加工速度(工件相对于工具的相对速度)迟于极端，实际上无法加工。因此，在预定的旋转速度时使工具刀尖来到旋转中心，可以确保加工速度。并且，在本专利技术的工作机械中，在主轴上装配上述本专利技术的工具夹，主轴的轴向与重力方向一致，作为直线轴具备能够在至少主轴的轴向上移动的轴，通过控制所述主轴的旋转速度和所述直线轴的位置，切削加工任意的旋转对称的形状。在该工作机械中，通过能够在主轴的旋转方向上移动的直线轴控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种工具夹，其固定工具，其特征在于，所述工具夹具备由于在绕旋转中心轴旋转时产生的离心力而弹性变形的结构体，并构成为将刀尖朝向所述旋转中心轴方向的所述工具的旋转半径从零到任意的值进行变化。

【技术特征摘要】
2010.06.03 JP 2010-1278841.一种工具夹，其固定工具，其特征在于，所述工具夹具备由于在绕旋转中心轴旋转时产生的离心力而弹性变形的结构体，并构成为将刀尖朝向所述旋转中心轴方向的所述工具的旋转半径从零到任意的值进行变化。2.根据权利要求1所述的工具夹，其特征在于，所述工具夹的结构体包含两个由于所述离心力向彼此相反方向以相同大小进行弹性变形的梁，施加在这两个梁上的离心力相互抵消，即使所述工具夹的旋转速度变化也保持旋转的平衡。3.根据权利要求2所述的工具夹，其特征在于，所述工具夹的两个梁分别与位于比工具夹的旋转半径大的位置上的两个配重连接，在旋转时因施加在这些配重上的离心力使所述工具夹的弹性变形增大。4.根据权利要求2所述的工具夹，其特征在于，所述工具夹的两个梁是能够在一个梁上安装工具并能够在所述工具夹的结构体上附加平衡配重的结构，该平衡配重用于调整整个工具夹的旋转平衡、包含安装的工具的重量导致的变化量。5.根据权利要求2所述的工具夹，其特征在于，所述工具夹的结构体具备两个由于所述离心力向彼此相反方向弹性变形的梁，各个梁形成平行弹簧的形状，在梁由于所述离心力进行了弹性变形时，这些梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：蛯原建三，羽村雅之，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：JP