加工方法以及加工装置的制造方法

加工方法以及加工装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种加工方法以及加工装置，即使在形成沿着加工时的半径方向、朝向不一样的立壁的情况下也能防止切削用工具与目标形状干涉而产生形状恶化。该加工方法是一边使工件相对于切削用工具相对旋转一边使切削用工具沿径向相对移动，根据切削用工具的刀尖相对于工件的位置即的工具轴刀尖位置使切削用工具沿刀尖所通过的延伸的方向相对位移来进行工件的切削加工的加工方法。在此，根据相对于工件的刀尖位置调整切削用工具绕工具轴的旋转姿势。由此即使在形成沿着加工时的径向、朝向不一样的立壁的情况下也能够防止切削用工具的刀尖的侧部与目标形状干涉。
【专利说明】
加工方法以及加工装置
技术领域
[0001]本发明涉及通过切削用工具进行车床模具的加工的加工方法以及加工装置，尤其涉及适用于光学元件或者其成型模具等高精度部件的加工方法以及加工装置。
【背景技术】
[0002]作为光学面等的加工方法有利用车床使材料旋转的同时使切削工具沿半径方向移动，由此形成凹面等的方法。通过这种车床加工，能够对材料加工球面等旋转对称的形状，但无法进行离轴面那样的非旋转对称面的加工。作为克服该情况的方法，有以与旋转的工件的旋转位置同步的方式使切削工具的切入方向的位置变化的被称为刀具伺服加工的方法。该刀具伺服加工根据工件的旋转方向或者径向的位置将切削工具推出或收回，能够形成离轴面、自由曲面等非旋转对称的加工面。
[0003]作为刀具伺服加工，公知有快速刀具伺服(Fast Tool Servo或FTS，利用压电元件等驱动控制安装有切削工具的工具台的方法)及慢速刀具伺服(Slow Tool Servo或STSJi载有工具台的工作设备的轴驱动的方法)这两种。
[0004]然而，即使使用如上所述的刀具伺服加工，在工件的加工后的目标形状中存在沿着半径方向、朝向不一样的立壁时，也产生切削工具与目标形状干涉而无法进行高精度的加工的情况。即，例如像螺旋状的衍射光栅那样在形成具有伴随着半径位置的增加、朝向逐渐变化的立壁状的部分的情况下，这样的目标形状的至少一部分与不是工具前刀面的部分(例如侧面)、工具前刀面的周边部之间产生干涉，在破坏目标形状的同时进行加工，从而使加工精度降低。
[0005]此外，作为阵列透镜用的金属模等的精细加工方法，公知有不是使工件旋转而是一边调节切削工具侧的旋转姿势一边使切削工具相对于工件旋转并沿切入方向位移，由此将切削工具顶端的轨迹加工为多个凹面的方法(参照专利文献I)。该精细加工方法不是以存在立壁的形状为前提，可想到会产生与上述刀具伺服加工的情况相同的问题。
[0006]另外，公知如下的切削加工方法:对被保持于车床主轴的工件赋予切入方向的振动来切削工件，并将振动频率、振幅、工具后角、切入磨削角度等设定为满足规定条件的范围内，由此而在振动时避免工具后刀面与工件碰撞(参照专利文献2)。该切削加工方法以使刀尖高速振动的振动切削为前提，无法将该方法原封不动地适用于上述刀具伺服加工。
[0007]专利文献1:日本特开2011-11295号公报
[0008]专利文献2:日本特开2002-96201号公报

【发明内容】

[0009]本发明是鉴于上述【背景技术】的问题而完成的，目的在于提供即使在形成沿着加工时的半径方向、朝向不一样的立壁状的形状部分的情况下也能够防止切削用工具与目标形状干涉而产生形状恶化的加工方法以及加工装置。
[0010]为了实现上述目的，本发明所涉及的加工方法一边使工件相对于在刀尖具有前刀面以及后刀面的切削用工具相对旋转一边使切削用工具沿工件的径向相对移动，根据切削用工具相对于工件的刀尖的位置(具体而言是关于径向、周向的位置)即刀尖位置，使切削用工具沿刀尖所通过的工具轴延伸的方向相对位移，由此进行工件的切削加工，根据切削用工具相对于工件的刀尖位置，调整切削用工具绕工具轴的旋转姿势。在此，切削用工具的旋转姿势具体而言例如是刀尖绕工具轴以上述径向为基准的倾斜角(绕工具轴的倾斜角)。其中，切削用工具的工具轴也被称为工具定位轴，相当于切削用工具相对于加工点(相当于刀尖位置)延伸的方向，通常与前刀面大致平行地延伸，但并不限定于此。
[0011]在上述加工方法中，根据切削用工具相对于工件的刀尖位置调整切削用工具绕工具轴的旋转姿势，因此即使在形成沿着加工时的工件的径向、朝向不一样的立壁等的情况下，也能够防止切削用工具的刀尖的外侧、周边部的形状与目标形状干涉，能够防止所得到的形状产生形状恶化。
[0012]根据本发明的具体的方面，在上述加工方法中，根据工件相对于切削用工具的刀尖的相对旋转角、和刀尖相对于工件的以旋转轴为基准的径向位置，调整刀尖绕工具轴的以径向为基准的倾斜角。在该情况下，根据旋转角以及径向位置，不仅能调整工具轴的方向的切入量，还能调整绕工具轴的倾斜角。
[0013]根据本发明的另一方面，刀尖绕工具轴的倾斜角最大在±45°的范围内变化。在该情况下，能够防止刀尖绕工具轴的倾斜角变大，能够提高与刀尖位置对应的刀尖绕工具轴的旋转姿势的调整精度。
[0014]根据本发明的又一方面，工件相对于切削用工具的旋转速度为500rpm以下。在该情况下，能够防止刀尖位置的变动变大，能够提高基于切削用工具的加工精度。
[0015]根据本发明的又一方面，以沿着形成于工件的立壁状的形状部分的方式使刀尖绕工具轴的旋转姿势变化。在该情况下，能够以高精度形成立壁状的形状部分。此外，立壁状的形状部分的加工是切削用工具的刀尖的上述径向上的外侧等与目标形状干涉的典型的情况。
[0016]根据本发明的又一方面，一边使工件相对于刀尖沿第一旋转方向旋转，一边通过收回刀尖的动作对至少在刀尖的行进方向上规定倾斜角以上的立壁状的形状部分进行选择性加工，一边使工件相对于刀尖沿与上述第一旋转方向不同的第二旋转方向旋转，一边通过收回刀尖的动作对至少在刀尖的行进方向上规定倾斜角以上的立壁状的形状部分进行选择性加工，以伴随上述第一旋转方向的旋转和上述第二旋转方向的旋转中的任一旋转的方式或者独立于上述第一旋转方向的旋转和上述第二旋转方向的旋转的方式，通过切入或者收回刀尖的动作对除了规定倾斜角以上的立壁状的形状部分之外的非立壁状的形状部分进行加工。在该情况下，沿第一旋转方向旋转时，通过收回切削用工具的动作对在行进方向上规定倾斜角以上(比较陡峭地立起的类型)的立壁状的形状部分进行选择性加工，沿第二旋转方向旋转时，通过收回切削用工具的动作对在行进方向上规定倾斜角以上(比较陡峭地立起的类型)的立壁状的形状部分进行选择性加工，所以在沿第一旋转方向以及第二旋转方向中的任意方向旋转时，均不需要加工通过使切削用工具突出地切入而形成的那种陡峭的立壁，能够防止切削用工具的背面侧即后刀面侧与立壁的顶点干涉而产生形状恶化。
[0017]根据本发明的又一方面，形成于工件的立壁状的形状部分的阶梯差量为切削用工具的轴向位置的最大振幅以下。在该情况下，能够进行立壁状的形状部分的精密加工。
[0018]为了实现上述目的，本发明的加工装置具备:切削用工具，其在刀尖具有前刀面和后刀面;第一驱动机构，其使工件相对于切削用工具绕旋转轴相对旋转;第二驱动机构，其使切削用工具沿垂直于旋转轴的径向相对移动；第三驱动机构，其根据切削用工具的刀尖相对于工件的位置即刀尖位置使切削用工具沿切削用工具的刀尖所通过的工具轴的延伸的方向相对位移；以及第四驱动机构，其根据切削用工具相对于工件的刀尖位置来调整切削用工具绕工具轴的旋转姿势。
[0019]在上述加工装置中，第四驱动机构根据切削用工具相对于工件的刀尖位置调整切削用工具绕工具轴的旋转姿势，因此在形成沿加工时的工件的径向、朝向不一样的立壁状的形状部分的情况下，也能够防止切削用工具的刀尖周边的形状与目标形状干涉，能够防止产生形状恶化。
【附图说明】
[0020]图1是说明实施方式所涉及的加工装置的框图。
[0021 ]图2A及2B是切削用工具的侧视图及俯视图。
[0022]图3是说明实施方式的加工方法的示意图。
[0023]图4A是说明切削用工具的旋转姿势的调整的放大图，图4B是说明切削用工具的倾斜角的调整范围的图。
[0024]图5A是说明基于第一旋转方向的旋转的加工的示意剖视图，图5B是说明基于第二旋转方向的旋转的加工的示意剖视图。
[0025]图6A及6B是说明改变图5A及5B后的变形例的示意剖视图。
[0026]图7A是说明基于第一旋转方向的旋转的加工的俯视图，图7B是说明基于第二旋转方向的旋转的加工的俯视图。
[0027]图8A是说明加工例的俯视图，图8B是说明加工例及切削用工具的姿势的立体图。
[0028]图9是说明使用图1的装置的制造方法的流程图。
[0029]图10是说明另一加工例的俯视图。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照附图，说明本发明的一实施方式所涉及的加工装置以及加工方法。
[0031]图1是示意性说明实施方式的加工装置的框图。图示的加工装置100具备能够进行一边使工件W旋转一边使切削用工具80三维位移的车床模具的切削加工的NC驱动机构91、将NC驱动机构91边控制边驱动的驱动控制装置97、以及统一控制装置整体的动作的主控制装置98。
[0032]NC驱动机构91具有在台座94a上载置有第一驱动机构94b和第二驱动机构94c的构造。在此，第一驱动机构94b将工件主轴95a以能够旋转的方式支承。第一驱动机构94b被驱动控制装置97驱动，能够使工件主轴95a绕与Z轴平行且水平延伸的旋转轴RA以所希望的速度正转或者反转，并且能够检测工件主轴95a的旋转角或者旋转姿势并以角度信息输出至驱动控制装置97。另一方面，第二驱动机构94c支承安装有切削用工具80的可动部95b，在该可动部95b内组装有第三驱动机构95c及第四驱动机构95d。第二驱动机构94c支承可动部95b及切削用工具80，能够使它们以所希望的速度移动至沿着水平的X轴方向及铅垂的Y轴方向(与旋转轴RA垂直的径向)的所希望的位置。另外，第三驱动机构95c在可动部95b内被第四驱动机构95d支承，能够根据切削用工具80相对于工件W的刀尖80a的位置即刀尖位置，使切削用工具80以所希望的速度进退移动至沿着水平的Z轴方向(切削用工具80的刀尖80a所通过的工具轴TX延伸的方向)的所希望的位置。第四驱动机构95d能够根据切削用工具80相对于工件W的刀尖位置，使切削用工具80绕水平延伸的Z轴方向旋转。更具体而言，第四驱动机构95d能够使切削用工具80绕与Z轴平行且水平延伸的切削用工具80的工具定位轴或者工具轴TX旋转并调整其旋转姿势。在驱动控制装置97中，能够经由第二驱动机构94c等控制切削用工具80或者其刀尖80a的位置、旋转姿势。
[0033]其中，作为加工对象的工件W由金属、玻璃、陶瓷、树脂等构成，对其本身直接切削形成精细构造，由此形成于特殊的衍射光栅、相位差板等光学元件，但也可以将该工件W作为用于由树脂、玻璃等成型这种光学元件的模具而被加工成相应的形状。
[0034]参照图2A以及2B，说明切削用工具80的主要部位的形状。切削用工具80作为刀尖80a具有刀片部81a和支承刀片部81a的刀柄部81b。刀片部81a具有实际进行切削的顶端部82。刀片部81a具有表面侧的前刀面83a、顶端的第一后刀面83b、以及背面侧的第二后刀面83c。在刀片部81a中，工具轴(工具定位轴)TX以沿Z轴方向延伸的方式从顶端部82的中央或者中心通过。将第一后刀面83b与垂直于工具轴TX的面所成的角γ I称为第一后角，将第二后刀面83c与垂直于工具轴TX的面所成的角γ 2称为第二后角。第二后角γ 2成为刀片部81a的最大后角。将第一后刀面83b的上下方向即Y轴方向的宽度t称为刀刃厚度。切削用工具80的顶端部82是形成于前刀面83a与第一后刀面83b的边界的圆弧，通过相对于图1所示的工件W沿Y轴方向相对移动，切削工件W的表面Wa。在具体的应用例中，第一后角γ I被设定为10?60°，第二后角γ 2被设定为45?60°，刀刃厚度t被设定为0.05mm左右以上。另外，前刀面83a以与XZ面大致平行的方式延伸，但在根部的刀柄部81b侧以成为-Y侧的方式稍微倾斜。其中，图示的刀片部81a虽然具有V字形的顶端形状，但也可以根据用途而采用半圆形等的顶端形状。
[0035]返回图1，驱动控制装置97能够进行高精度的数值控制，通过在主控制装置98的控制下驱动内置于NC驱动机构91的马达、位置传感器等，使第一以及第二驱动机构94b、94c、第三驱动机构95c、第四驱动机构95d等适当地动作到目标状态。例如，通过第一驱动机构94b使工件主轴95a以及工件W绕旋转轴RA以比较高的速度旋转。能够使基于第一驱动机构94b的工件主轴95a的旋转例如仅沿正向，但也可以沿正反双向。此外，将从+Z轴方向观察工件主轴95a时为顺时针方向CW的旋转作为正向的旋转，将从+Z轴方向观察工件主轴95a时为逆时针方向CCW的旋转作为反向的旋转。此时，第一驱动机构94b根据工件主轴95a的旋转角计算工件W的旋转角。
[0036]另一方面，通过第二驱动机构94c，将切削用工具80的顶端部82的加工点最初配置于旋转轴RA上，也就是说使旋转轴RA与工具轴TX—致，使顶端部82沿工件W或者工件主轴95a的径向即X轴方向以比较低的速度移动(进给动作)。与此同时，第三驱动机构95c使切削用工具80的顶端部82沿Z轴方向或者工具轴TX方向以比较高的速度进退移动。在该进退移动中，+Z方向与切削用工具80的切入动作或者前进动作对应，-Z方向与收回切削用工具80的动作或者后退动作对应。在这样的进退时切削用工具80的刀尖80a的Z位置、换言之切削用工具80的刀尖80a的轴向位置根据工件主轴95a或工件W的旋转方向及旋转角和切削用工具80的径向位置来调整。由此，能够在工件W的表面Wa上的任意位置形成具有所希望的形状的镜面等。在工件W的表面Wa上形成的形状除了阶梯差、斜面等立壁形状之外，还包含将这些与平面、球面、自由曲面等复合而成的形状。进而，第四驱动机构95d使切削用工具80的刀尖80a的旋转姿势与以上的动作对应地变化。即，第四驱动机构95d使切削用工具80绕水平延伸的工具轴(工具定位轴)TX旋转，由此防止切削用工具80的刀尖80a的侧部80b等(参照图2B)与目标形状干涉。在此，在成为干涉的原因的侧部80b中除了刀片部81a的侧面之外，还包含前刀面83a的周边部。为了实现这种干涉的避免，根据工件主轴95a或工件W的旋转方向及旋转角和切削用工具80的径向位置来调整切削用工具80或刀尖80a的旋转姿势或者倾斜角。由此，能够防止刀尖80a的侧部80b等与目标形状干涉，防止在刀尖80a自身破坏目标形状的同时进行加工，能够维持形成于表面Wa上的阶梯差、斜面等立壁形状的加工精度。
[0037]主控制装置98具有从外部接收与工件W的加工形状有关的信息并将其保管的存储部(未图示)。主控制装置98成为与驱动控制装置97协作来控制NC驱动机构91的动作的控制部。与工件W的加工形状有关的信息包含相当于使第一驱动机构94b、第二驱动机构94c、第三驱动机构95c、第四驱动机构95d等动作的工序的信息。更具体而言，主控制装置98将工件W的设计形状或者为了实现该形状而加以修改后的修正形状即目标形状作为加工形状信息来接收。该加工形状信息作为例如距离工件主轴95a或者工件W的旋转轴RA的径向位置与该径向位置的工件主轴95a的旋转角的函数，包含切削用工具80的刀尖80a的轴向位置，并且包含切削用工具80的刀尖80a的旋转姿势(具体而言是倾斜角)。由此，能够一边接受距离第二驱动机构94c的径向位置的反馈，一边经由第一驱动机构94b监视工件主轴95a或者工件W的旋转角，通过第三驱动机构95c调整切削用工具80的轴向位置，并且通过第四驱动机构95d调整切削用工具80的旋转姿势，从而能够一边使切削用工具80的顶端部82相对于工件W相对旋转并沿着目标形状移动，一边相对于目标形状适当地保持该倾斜姿势。
[0038]进而，在主控制装置98中，考虑基于具有图2A所示的形状的切削用工具80的加工情况，在目标形状如槽状或者垄状那样包含相反朝向的立壁的情况下，将加工工序准备成分为与正反旋转对应的两个切削工序，而不仅限于正转。即，主控制装置98根据包含上述径向位置、旋转角、轴向位置等的加工形状信息，算出与工件主轴95a的正转对应的第一切削工序中的与切削用工具80的顶端部82对应的加工点的轨迹、与工件主轴95a的反转对应的第二切削工序中的与切削用工具80的顶端部82对应的加工点的轨迹。这样，主控制装置98能够将通常统一进行的切削工序分割为利用工件主轴95a的正转的第一切削工序和利用工件主轴95a的反转的第二切削工序来进行。具体而言，在使工件主轴95a沿第一旋转方向即顺时针方向CW旋转的第一切削工序中，算出与切削用工具80的顶端部82对应的加工点的轨迹及刀尖80a的旋转姿势或倾斜角，并且在使工件主轴95a沿第二旋转方向即逆时针方向CCW旋转的第二切削工序中，算出与切削用工具80的顶端部82对应的加工点的轨迹及刀尖80a的旋转姿势或倾斜角，并将这些分别独立地保管于存储部。其中，上述第一切削工序的轨迹、第二切削工序的轨迹也可以预先在外部准备而被输入至主控制装置98。
[0039 ]以下，参照图3等，说明工件W的加工方法的基本概念。
[0040]图1所示的工件W被支承于第一驱动机构94b，与工件主轴95a—起绕旋转轴RA沿顺时针方向CW或逆时针方向CW旋转。另一方面，如图3所示在将工件W固定而观察的情况下，切削用工具80沿相反方向旋转，描绘出圆形的轨迹A。即，在工件W与工件主轴95a—起沿例如顺时针方向旋转的情况下，距离旋转轴RA在径向R上位于半径位置(径向位置)r的切削用工具80的刀尖80a或者顶端部82相对于工件W沿作为逆时针方向的相对行进方向或者旋转方向Dr旋转。此时，切削用工具80的顶端部82的相对旋转角为O。即，通过控制切削用工具80的刀尖80a或者顶端部82的Z轴方向的坐标值zt即轴向位置，能够设定用圆柱坐标(γ，Θ，zt)表示的刀尖80a或者顶端部82的轨迹A，能够任意设定应向工件W的表面Wa转印的形状。此时，工件主轴95a的转速(工件W相对于切削用工具80的旋转速度)为500rpm以下的比较低的速度。若工件主轴95a、工件W的转速较大，则不容易使切削用工具80的刀尖80a与工件主轴95a的旋转同步，不容易确保加工精度，因此使工件主轴95a的转数为500rpm以下，从而能够容易确保加工精度。
[0041]此外，如果是与切削用工具80的顶端部82的轴向位置即坐标值Zt的变化相当于如现有的光学面那样缓慢变化的路径，则不会特别产生问题，但在顶端部82的坐标值zt是被赋予陡峭变化的路径的坐标值的情况下，产生切削用工具80的刀尖80a与应形成于工件W的目标形状干涉的问题。
[0042]参照图3、图4等，说明切削用工具80的刀尖80a与应形成于工件W的目标形状干涉的现象的一个例子。
[0043]如图2A所示，切削用工具80的刀尖80a不仅具有顶端部82，还在顶端部82的附近具有侧部80b。因此，在对工件W加工的目标形状比较平坦的情况下不会特别产生问题，但在对工件W加工的目标形状形成槽状或者垄状那样的陡峭立壁(规定倾斜角以上的立壁状的形状部分)的情况下，存在目标形状与刀尖80a干涉的可能性。
[0044]图4A示出了目标形状OF为陡峭的立壁OW的情况。在加工这样的立壁OW的情况下，若设成如虚线所示那样刀尖80a的前刀面83a沿径向R延伸而不与目标形状OF的立壁OW平行，则与刀尖80a中顶端部82的外侧相邻的侧部80b被配置成陷入目标形状OF的立壁0W，因此在这些之间产生干涉，在刀尖80a自身破坏目标形状OF的同时进行加工，从而使加工精度降低。另一方面，若刀尖80a的前刀面83a以与目标形状OF的立壁OW平行地延伸的方式配置，则能够防止刀尖80a的侧部80b等与目标形状OF的立壁OW干涉，能够防止在刀尖80a自身一边破坏目标形状OF的同时进行加工，从而维持加工精度。因此，如图3所示，根据刀尖80a的旋转角Θ及径向R的半径位置r(例如rl、r2)，调整刀尖80a的旋转姿势即相对于径向R的倾斜角α，如图4A中实线所示前刀面83a以沿立壁OW延伸的方式配置。此外，在不加工立壁OW的情况下，即加工比较平坦的部分的情况下，原则是将刀尖80a的倾斜角α恢复为零。但是，在像这样加工比较平坦的部分的情况下，即使不将刀尖80a的倾斜角α恢复为零，加工本身也能够进行而没有精度上的恶化。因此，在刀尖80a的旋转角Θ在规定角度以下的范围内接近立壁OW的位置的附近角度区域，使刀尖80a的倾斜角α逐渐增减变化，在到达立壁OW的状态下，使前刀面83a沿着立壁OW延伸。相反，在刀尖80a的旋转角Θ在规定角度以下的范围内远离立壁OW的位置的附近角度区域，使刀尖Soa的倾斜角a以逐渐恢复为零的方式变化。即，在不加工立壁OW的情况下，在刀尖80a的倾斜角α的设定上具有一定程度的自由度，但刀尖80a的倾斜角α的变化优选采用连续且缓慢的变化。
[0045]图4Β是说明刀尖80a的倾斜角α的适当范围的图。若刀尖80a的倾斜角α超过±45°，则前刀面83a相对于刀尖80a的行进方向倾斜得较大，不容易进行基于顶端部82的精密的加工。如图所示，若刀尖80a的倾斜角α在±45°的范围内，则比较容易实现与刀尖80a的轨迹对应的精密的形状加工。另外，在使刀尖80a的倾斜角α以接近45°的较大的角度变化的情况下，从确保加工精度的观点来看，不容易增大工件主轴95a、工件W的转速。这样，在使刀尖80a的倾斜角α以比较大的角度变化的情况下，工件主轴95a的转速优选接近刀尖80a的倾斜角α的变化速度或转速。
[0046]进而，在目标形状如槽状或垄状那样包含相反朝向的一对立壁或者阶梯差的情况下，存在设置于图2Α所示的切削用工具80的顶端部82的第二后刀面(背面)83c等与应形成于工件W的目标形状干涉而产生形状恶化的可能性。这样的现象在目标形状的下降阶梯差的倾斜具有比第二后角γ 2陡峭的倾斜的立壁OW的情况下显著产生。
[0047]图5Α以及图5Β是说明避免切削用工具80的顶端部82以外的第二后刀面83c等与应形成于工件W的目标形状干涉而产生形状恶化的方法的剖视图。该剖面图是切削用工具80的顶端部82沿着图3所示的轨迹A的剖面，图中的纵向表示±Z轴方向的位置，图中的横向表示与顶端部82的相对旋转角对应的位置。
[0048]如图5A所示，在工件W沿第一旋转方向即顺时针方向CW旋转的情况下，即使目标形状OF中存在陡峭的阶梯差，只要是在切削用工具80的旋转方向或者行进方向Dr前端上升的阶梯差，则也能够仅通过使切削用工具80沿-Z轴方向后退并收回来进行精密加工。即，能够使切削用工具80的后刀面83b、83c不与目标形状OF的立壁OWl干涉，不使目标形状OF恶化而进行加工。另一方面，在工件W沿顺时针方向CW旋转的情况下，在切削用工具80的旋转方向或者行进方向Dr前端加工下降的阶梯差时，若使切削用工具80以沿+Z轴方向切入的方式动作来进行切削，则目标形状OF的立壁0W2的顶点等与切削用工具80的后刀面83b、83c干涉，如虚线D所示那样立壁0W2的形状被加工得变钝，在根部产生加工残余。
[0049]此外，立壁0W2与切削用工具80干涉的问题在立壁0W2的倾斜角Δ比切削用工具80的刀片部81a的第二后角γ 2大时产生。但是，在刀片部81a的第一后刀面83b比较大时，立壁0W2的倾斜角Δ比与第一后刀面83b对应的第一后角γ I大时，也会产生同样的干涉问题。
[0050]因此，如图5Β所示，在与图5Α所示的情况相同的轨迹A的一部分，使工件W沿第二旋转方向即逆时针方向CCW旋转。在该情况下，立壁0W2的阶梯差反转。即，在图5Α所示的顺时针方向CW的旋转中沿旋转方向或者行进方向Dr陡峭下降的阶梯差即立壁0W2在图5Β所示的逆时针方向CCW的旋转中成为沿旋转方向或者行进方向Dr陡峭上升的阶梯差。由此，通过以使切削用工具80沿-Z轴方向收回的方式采取动作而进行切削，能够形成立壁0W2，并能够可靠地防止立壁0W2的顶点等与切削用工具80的后刀面83b、83c干涉而使立壁0W2的形状被加工得变钝的情况。
[0051]结论是可知若将基于图5A所示的顺时针方向CW的旋转的加工与基于图5B所示的逆时针方向CCW的旋转的加工合成，则能够在工件W的表面Wa形成目标形状0F。此时，在图示的例子中，对于目标形状OF中不是陡峭的阶梯差的部分(非立壁状的形状部分)0F0也在基于图5A所示的顺时针方向CW的旋转的加工中附加进行。即，在图5A所示的第一切削工序中，加工包含正转方向的立壁OWl和非陡峭的阶梯差的部分(非立壁状的形状部分)0F0在内的图案PAl。之后，在接下来的图5B所示的第二切削工序中，加工包含反转方向的立壁0W2以及与其相连的附带部分在内的图案PA2。但是，对于非陡峭的阶梯差的部分(非立壁状的形状部分)OFO，也可以在基于图5B所示的逆时针方向CCW的旋转的第二切削工序中附加进行。并且，图5A的图案PAl并不局限于包含单一的立壁OWl，也可以包含多个立壁OWl，但在两个第一类的立壁OWl之间存在第二类的立壁0W2的情况下，该立壁0W2周边脱离图案PAl。即，在该情况下，第一图案PAl和第二图案PA2由交替重复多次的要素构成。
[0052]对于图5A所示的加工和图5B所示的加工，由于需要切削用工具80相对于工件W反转，所以一般无法同时进行。因此，即使是一系列的目标形状0F，也需要切换基于顺时针方向CW的旋转的加工和基于逆时针方向CCW的旋转的加工而分别独立地实施，在切换旋转时需要调整为使工件W的旋转角Θ不偏离。进而，在从图5A所示的第一切削工序切换至图5B所示的第二切削工序时，通常需要使切削用工具80的顶端部82沿Z轴方向移动，若该移动量变大，则不容易保持顶端部82的位置精度。因此，在从图5A所示的加工切换至图5B所示的加工时的顶端部82的位移量或者移动量优选为20nm左右以下。但是，即使上述位移量或者移动量超过上述20nm，顶端部82的刀尖位置也能够通过实时处理或使用预先的计测的控制方法等进行精密修正。
[0053]另外，在进行图5A所示的第一切削工序的情况下，需要对阶梯差相反的立壁0W2、其所附带的跟前部分(立壁状的形状部分)不进行加工。即，为了防止使立壁0W2恶化，在切削用工具80通过包含立壁0W2在内的立壁状的形状部分时，需要将切削用工具80以在-Z轴方向具有足够的余量的方式收回的空走K。此时，需要确保收回切削用工具80的余量为立壁0W2的阶梯差量以上，而在存在多个立壁0W2的情况下需要在最大的阶梯差量以上。对于这样的最大阶梯差，需要设为切削用工具80的Z轴方向的可动量即最大振幅以下(切削用工具80的轴向位置的最大振幅以下)，在具体的实施例中设为ΙΟΟΟμπι以下。相反，又在进行图5B所示的第二切削工序的情况下，需要对阶梯差相反的立壁OWl、其所附带的跟前部分(立壁状的形状部分)。因此，在切削用工具80通过包含立壁OWl在内的立壁状的形状部分时，进行将切削用工具80以在-Z轴方向具有足够的余量的方式收回的空走K。
[0054]图6Α及6Β示出了图5Α及5Β所示的加工动作的变形例。在该情况下，先进行基于图6Α所示的逆时针方向CCW的旋转的加工，接着进行基于图6Β所示的顺时针方向CW的旋转的加工。在该情况下，也能够通过将基于图6Α所示的逆时针方向CCW的旋转的第一切削工序与基于图6Β所示的顺时针方向CW的旋转的第二切削工序合成，在工件W的表面Wa形成目标形状0F。此时，对于目标形状OF中非陡峭的阶梯差的部分0F0，虽然在图示的例子中是在基于图6A所示的逆时针方向CCW的旋转的加工中附加进行的，但也可以在基于图6B所示的顺时针方向CW的旋转的加工中附加进行。
[0055]以下，说明连续进行基于图5A所示的顺时针方向CW的旋转的第一切削工序和基于图5B所示的逆时针方向CCW的旋转的第二切削工序的具体方法。
[0056]在图7A所示的第一切削工序中，通过使第二驱动机构94c适当地动作，使切削用工具80的顶端部82即工具轴TX从旋转轴RA的-X轴方向的、工件W的外周位置开始沿+X方向移动至作为工件W的中心的旋转轴RA所通过的位置O。即，从工件W的外周位置到中心的位置O成为顶端部82的驱动范围。此时，不仅仅是第二驱动机构94c，第三驱动机构95c以及第四驱动机构95d也与第一驱动机构94b同步动作。由此，一边适当地保持切削用工具80或刀尖80a的旋转姿势，一边对工件W的表面Wa整体执行图5A中示意性例示的第一图案PAl的加工。此夕卜，在如图7A所示从工件W的外周位置开始加工的情况下，优选进行预先准备动作，以预先调整刀尖80a的旋转姿势或倾斜角α，从而使前刀面83a沿着立壁OW延伸。由此，能够使刀尖80a的旋转姿势的调节较精密，能够确保工件W的外周位置的加工精度。
[0057]然后，在图7B所示的第二切削工序中，通过使第二驱动机构94c适当地动作，使切削用工具80的顶端部82从作为工件W的中心的旋转轴RA所通过的位置O开始沿+X方向移动至旋转轴RA的+X轴方向的、工件W的外周位置。即，从工件W的中心的位置O到外周位置成为顶端部82的驱动范围。此时，不仅仅使第二驱动机构94c，第三驱动机构95c以及第四驱动机构95d也与第一驱动机构94b同步动作。由此，一边适当地保持切削用工具80或刀尖80a的旋转姿势，一边对工件W的表面Wa整体执行图5B中示意性例示的第二图案PA2的加工。结论是通过将两图案PAl、PA2合成，在工件W的表面Wa上得到目标形状。
[0058]该情况下，从图7A所示的工序转移至图7B所示的工序时，由于旋转方向改变，所以优选将切削用工具80的顶端部82稍微沿-Z轴方向收回，但即使收回也几乎不需要使其位移，因此容易维持切削用工具80的加工精度。此外，在从图7A所示的工序转移至图7B所示的工序时，即使切削用工具80保持原状而不旋转，刀尖80a的前刀面83a也会自动朝向旋转方向或者行进方向Dr。即，使切削用工具80的朝向与旋转方向对应而自动地在功能含义上反转。此时，还能够调整切削用工具80的旋转姿势，在该情况下能够得到在刀尖80a的反转增加倾斜角的效果。
[0059]此外，在进行从图7A所示的工序转移至图7B所示的工序的切换时，需要整合工件W的旋转方向的角度关系，即切换与加工位置的旋转角有关的坐标。即，在图7B的加工中，图7A的加工的旋转角Θ的符号反过来并且相位错开180°。
[0060]图7A以及7B所示的切削工序的组合是例示，能够在图7B所示那样的朝外的切削加工后，进行图7A所示的朝内的切削加工。另外，能够在图7A所示的朝内的切削加工后，进行沿-X方向逆行那样的朝外的切削加工。在该情况下，需要进行使切削用工具80的朝向反转的操作。
[0061]参照图8A及图SB，说明应形成于工件W的目标形状的具体例。通过上述方法，能够高效且高精度地在工件W上制作螺旋形状的精细构造。由此，得到高精度的螺旋状的衍射光栅。作为加工形状PA的具体例的螺旋形状以槽Ia或者突起Ib沿径向外侧扩展的方式弯曲并延伸，各槽Ia或者突起Ib的圆周方向剖面呈矩形。在该情况下，目标形状的立壁OW的面方向随着刀尖80a的径向R的半径位置r的增加而逐渐沿顺时针方向旋转，因此需要使刀尖80a的倾斜角α与半径位置r对应地逐渐增加，即需要沿顺时针方向旋转。进而，构成目标形状的突起Ib的立壁OW包含工件W沿顺时针方向CW旋转的情况下的立壁OWl和工件W沿逆时针方向CCW旋转的情况下的立壁0W2，因此如上所述，连续进行基于如图5A所例示的顺时针方向CW的旋转的第一切削工序和基于如图5B所例示的逆时针方向CCW的旋转的第二切削工序。
[0062]参照图9，简单说明使用图1的加工装置100的加工方法的整体。首先，主控制装置98从外部或存储部获取与作为对象的工件W有关的加工形状信息(步骤Sll )。接下来，主控制装置98根据在步骤Sll中获取的加工形状信息，算出关于适合第一旋转方向即顺时针方向CW的旋转的第一切削工序的、加工点的轨迹及刀尖80a的倾斜角，并且算出关于适合逆时针方向CCW的旋转的第二切削工序的、加工点的轨迹及刀尖80a的倾斜角。即，对加工形状信息进行加工从而得到与第一以及第二旋转方向有关的两个分离的加工数据(步骤S12)。此时，像参照图7A及图7B等说明那样，两个加工数据通过使旋转角Θ的符号相反并且相位错开180°来保持整合性。进而，为了避免干涉而针对各加工数据适当地设定空走量。接下来，主控制装置98经由驱动控制装置97使NC驱动机构91适当地动作，以适合第一旋转方向即顺时针方向CW的第一切削工序的方式将工件W的旋转角和切削用工具80的径向位置初始化(步骤S13)。接下来，主控制装置98经由驱动控制装置97使NC驱动机构91适当地动作，执行第一旋转方向的加工即第一切削工序(步骤S14)。由此，一边适当设定刀尖80a的旋转姿势或者倾斜角，一边进行图5A所例示的加工。接下来，主控制装置98经由驱动控制装置97使NC驱动机构91适当地动作，以适合第二旋转方向即逆时针方向CCW的第二切削工序的方式将工件W的旋转角和切削用工具80的径向位置初始化(步骤S15)。接下来，主控制装置98经由驱动控制装置97使NC驱动机构91适当地动作，执行第二旋转方向的加工即第二切削工序(步骤S16)。由此，一边适当地设定刀尖80a的旋转姿势或者倾斜角，一边进行图5B所例示的加工。
[0063]根据本实施方式所涉及的加工方法，根据切削用工具80相对于工件W的刀尖位置来调整切削用工具80绕工具轴TX的旋转姿势，因此即使在形成沿着加工时的径向R、朝向不一样的立壁OW的情况下，也能够防止切削用工具80的刀尖80a的侧部80b与目标形状OF干涉，能够防止所得到的形状产生形状恶化。
[0064]以上说明了本实施方式的加工方法等，但本发明的加工方法不限定于上述内容。例如，虽然在上述实施方式中，使切削用工具80沿Z轴方向进退并且沿X轴方向及Y轴方向扫描移动，但也可以使工件W侧沿Z轴方向进退并且沿X轴方向及Y轴方向扫描移动。即，使切削用工具80及工件W的任意一方相对位移或移动即可。
[0065]另外，虽然在上述实施方式中，使工件W侧旋转，但通过不使工件W侧旋转而是使切削用工具80侧旋转也能够进行同样的加工。即，使工件W及切削用工具80的任意一方相对旋转即可。
[0066]另外，在基于图5A所示的顺时针方向CW的旋转的第一切削工序和基于图5B所示的逆时针方向CCW的旋转的第二切削工序之间例如产生误差的情况下，可以进行对其进行补偿的控制，但若最终形成的非意图性的阶梯差较低也可以事后除去。作为阶梯差的除去方法，例如可以使用GCIB(Gas Cluster 1n beam:气体团簇离子束)那样的光束加工模具的研磨法。
[0067]虽然在上文中分成了第一切削工序和第二切削工序，但也可以分为3个以上的切削工序并依次进行这些工序。例如，第一以及第二切削工序可以独立地加工非立壁状的形状部分。
[0068]虽然在上文中作为加工形状PA图示了螺旋状的衍射光栅的制作，但本发明不限于此，能够根据本发明的方法，将包含多种面的各种光学元件、其成型模具等通过上述加工方法来制作。图10例示了作为加工形状PA在扇形的区域形成由以条纹状延伸的多个突起所构成的衍射光栅的形状。这样的光学元件也能够通过本发明的方法精密且高效地制作。
[0069]另外，应形成于工件W的目标形状不需要限定为图SB等所示那样圆周方向剖面呈矩形的形状，也可以是圆周方向剖面呈三角形或者锯齿状。在该情况下，还能够实现仅通过图5A所示的第一切削工序就完成工件W的加工。
【主权项】
1.一种加工方法，其特征在于， 一边使工件相对于在刀尖具有前刀面以及后刀面的切削用工具相对旋转一边使所述切削用工具沿工件的径向相对移动，根据所述切削用工具的所述刀尖相对于工件的位置即刀尖位置，使所述切削用工具沿所述刀尖所通过的工具轴的延伸的方向相对位移，由此进行工件的切削加工， 根据所述切削用工具相对于工件的所述刀尖位置，调整所述切削用工具绕所述工具轴的旋转姿势。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于， 根据工件相对于所述切削用工具的所述刀尖的相对旋转角和所述刀尖相对于工件的以旋转轴为基准的径向位置，调整所述刀尖绕所述工具轴的以所述径向为基准的倾斜角。3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于， 所述刀尖绕所述工具轴的倾斜角最大在±45°的范围内变化。4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于， 工件相对于所述切削用工具的旋转速度为500rpm以下。5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于， 以沿着形成于工件的立壁状的形状部分的方式使所述刀尖绕所述工具轴的旋转姿势变化。6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于， 一边使工件相对于所述刀尖沿第一旋转方向旋转，一边通过收回所述刀尖的动作对至少在所述刀尖的行进方向上规定倾斜角以上的立壁状的形状部分进行选择性加工， 一边使工件相对于所述刀尖沿与所述第一旋转方向不同的第二旋转方向旋转，一边通过收回所述刀尖的动作对至少在所述刀尖的行进方向上规定倾斜角以上的立壁状的形状部分进行选择性加工， 以伴随所述第一旋转方向的旋转和所述第二旋转方向的旋转中的任一旋转的方式或者独立于所述第一旋转方向的旋转和所述第二旋转方向的旋转的方式，通过切入或者收回所述刀尖的动作对除了所述规定倾斜角以上的立壁状的形状部分之外的非立壁状的形状部分进行加工。7.根据权利要求5或6所述的加工方法，其特征在于， 形成于工件的立壁状的形状部分的阶梯差量为所述切削用工具的轴向位置的最大振幅以下。8.一种加工装置，其特征在于，具备: 切削用工具，其在刀尖具有前刀面和后刀面； 第一驱动机构，其使工件相对于所述切削用工具绕旋转轴相对旋转； 第二驱动机构，其使所述切削用工具沿垂直于所述旋转轴的径向相对移动； 第三驱动机构，其根据所述切削用工具的所述刀尖相对于工件的位置即刀尖位置，使所述切削用工具沿所述切削用工具的所述刀尖所通过的工具轴的延伸的方向相对位移；以及 第四驱动机构，其根据所述切削用工具相对于工件的所述刀尖位置，调整所述切削用工具绕所述工具轴的旋转姿势。
【文档编号】B23B5/00GK106064243SQ201610256727
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年4月22日 公开号201610256727.5, CN 106064243 A, CN 106064243A, CN 201610256727, CN-A-106064243, CN106064243 A, CN106064243A, CN201610256727, CN201610256727.5
【发明人】谷川裕海
【申请人】柯尼卡美能达株式会社