TW200817118A - Precision roll turning lathe - Google Patents

Description

200817118 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是可對輥子的外周面，加工由三角錐或四角錐 排列成縱橫之凹凸花紋的精密輥子車床。 ^ 【先前技術】 在用來加工輥子的工作機械中，具有輥子磨床或輥子 ^ 車床。輥子磨床具備：主軸台、磨床尾座、往復台，並在 往復台設有硏磨石（硏磨輪）。 傳統上，輥子磨床除了利用硏磨石對輥子的外周面執 行硏磨加工之外，也用來對外周面執行溝的加工。在專利 文獻1中記載著在往復台設有溝加工裝置的輥子磨床，該 溝加工裝置具有用來切削溝的切削鋸刃。 輕子車床，是在往復台設置有安裝者金鋼石刀具之刀 具台的車床。其幾本的使用方法爲：利用主軸台促使輥子 • 旋轉，一邊使往復台朝前後方向（X軸）進給並一邊對外 周面執行溝的加工。在對軸方向加工溝的場合中，可藉由 " 一邊利用主軸台（C軸）對輥子執行分度（indexing) ’ * 並一邊使往復台朝左右方向（Z軸）高速移動’而在軸方 向上產生溝。 近年來，由於機械控制技術的進步，可藉由車床來實 現超精密加工。因此形成：即使是車床也能加工光學透鏡 成形用的模具。舉例來說，本案的申請人提出一種：用來 加工菲涅耳透鏡成形用模具的立式車床（專利文獻2)。 -4- 200817118 (2) 該立式車床，可高精度地加工菲涅耳透鏡成形模具的V型 透鏡溝。 由於液晶顯示裝置的普及，而使得液晶面板背光所使 用之透鏡片的需求大增。該種透鏡片中，除了前述的菲涅 耳透鏡之外，還有著陣列透鏡片、正交陣列透鏡片、菱鏡 ’ 片等。 最近則發展出：藉由採用轉印輥子，押出成形陣列透 φ 鏡片、正交陣列透鏡片、菱鏡片的成形方式。 〔專利文獻1〕日本特開2003-94239號公報 〔專利文獻2〕日本特開2004-358624號公報 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 在用來製造陣列透鏡片之轉印輥子的場合中，只要以 一定的節距在輥子的外周面上精密地加工周方向的溝即可 ，因此即使是輥子車床也能用來加工。 相對於此，在正交陣列透鏡或菱鏡片用的轉印輥子的 場合中，則必須加工四角錐（四角錐體）、三角錐（三角 錐體）形狀的花紋。 其中，爲了加工四角錐形狀的花紋，則發展出：在輥 子的表面上縱橫地（交錯地）切削周方向的溝與軸方向的 溝。此外，加工三角錐形狀之花紋的方法，則是發展出： 在輥子的外周面上，結合延伸於軸方向的溝與延伸成螺旋 狀的溝的加工方法。 -5- (3) 200817118 但是，在傳統的輥子車床中，無法充分地對應上述 超精密加工。譬如，傳統之輥子車床的主軸台，是利用 達促使輥子旋轉運動，但由於不具備使輥子旋轉與輥子 度的兩種功能，因此無法對輥子加工軸方向的溝。 此外，爲了對輥子加工三角錐體的花紋，而必須高 度地將溝加工成螺旋狀，但到目前爲止，仍然沒有可執 高精度螺紋切削的輥子車床。 因此，本發明的目的，是解決前述傳統技術所存有 問題點，並提供一種可在輥子的表面，高精度地加工三 錐體或四角錐體之立體形狀花紋的精密輥子車床。 〔解決課題之手段〕 爲達成前述i的目的，本發明具備：床台；和主軸台 該主軸台設置於前述床台上並具有主軸，該主軸可一邊 用夾頭保持作爲工件之輥子的一端並一邊促使該輥子旋 :和車床尾座，該車床尾座是面向前述主軸台而配置於 述床台上，並將前述輥子的一端支承成可自由旋轉：和 台，該鞍台是可移動於前述輥子的長軸方向（Z軸）地 置於前述床台上；和工作台，該工作台是可朝輥子的長 方向與直角方向（X軸）移動地設置於前述鞍台上；和 具迴旋台，該刀具迴旋台是配置於前述工作台上，並具 安裝著複數刀具的刀具台；C軸控制手段，該C軸控制 段可兼作爲用來執行前述輥子之圓周方向的分度的控制 段、與用來促使主軸以特定迴轉數連續旋轉的控制手段 的 馬 分 精 行 的 角 利 轉 、/· 刖 鞍 設 軸 刀 有 手 手 -6- (4) 200817118 制、與主 一種控制 續旋轉並 台將輥子 )執行高 與橫溝之 加工的開 故可一邊 主軸台， 續成縱橫 個實施形 精密輥子 圖。 在該床台 及切換手段，該切換手段可在前述輥子的分度控 軸之連續旋轉的控制之中，選擇性地切換成其中 〔發明的效果〕 根據本發明，當然可藉由主軸台促使輥子連 切削縱溝（周方向的溝），也可以一邊藉由主軸 的周方向等分地分度，一邊對橫溝（軸方向的溝 精度的加工。此外，即使在針對所謂結合螺旋溝 輥子加工的場合中，由於主軸台可分度螺旋溝之 始位置，並以正確的迴轉數促使輥子連續旋轉， 進給往復台並一邊加工螺旋溝。由於具有上述的 故可對輥子精密地加工由四角錐體、三角錐體連 狀的花紋。 【實施方式】 以下，針對根據本發明之精密輥子車床的一 態，參考圖面進行說明。 第1圖，爲顯示本發明其中一個實施形態之 車床的側面圖，第2圖爲該精密輥子車床的俯視 在第1圖及第2圖中，圖號10表示床台。 10上，配置著主軸台12、車床尾座14、往復台16。工作 物爲呈輥子形狀的輥子w，並由主軸台12與車床尾座14 支承成可自由旋轉。 200817118 (5) 主軸台12，配置於床台l〇之長軸方向的其中一端部 。該主軸台12包含：本體部17、主軸18、安裝於該主軸 1 8前端的夾頭1 9、用來驅動主軸1 8的伺服馬達2 〇。主軸 18是由圖面中爲顯示之內藏於本體部17的油静壓軸承所 支承。夾頭19,把持著輥子W的軸，並將主軸18的旋轉 ^ 傳遞至輥子W。 第3圖顯示主軸台12的剖面。主軸18是在本體部17 φ 的内部，可自由旋轉地由徑向軸承21與止推軸承22所支 承。在該實施形態中，在徑向軸承2 1與主軸1 8的外周面 之間’以及在止推軸承22與主軸18之前端側的端面之間 ，形成有約5 0 // m的隙間，上述徑向軸承2 1、止推軸承 2 2構成：以箭號所示的壓縮油分別支承主軸1 8之徑向荷 重、止推荷重的油静壓軸承。亦可採用以高壓空氣的壓力 支承止推荷重、徑向荷重的空氣静壓軸承，來取代油静壓 軸承。 Φ 在該主軸台12中，是將轉子20a安裝於主軸18的後 端，而該轉子20a則遊嵌於定子20b。如此一來，用來驅 • 動主軸1 8的伺服馬達2 0，則構成直接驅動主軸1 8的內建 * 型伺服馬達。主軸1 8的旋轉量是利用編碼器23來偵測。 藉由回饋該編碼器23的偵測訊號來執行主軸1 8的位置控 制及速度控制，賦予主軸台1 2以下的功能：作爲執行輥 子W之圓周方向分度的分度軸（C軸）功能；使主軸18 以一定的迴轉數（到數百轉爲止）連續旋轉的功能。 接著，在第1、2圖中，車床尾座14是面對主軸台12 -8- (6) 200817118 而配置於床台10上。在床台10的上面設有圖面中未顯示 的導引面，且車床尾座14設置成可移動。車床尾座14具 備主軸24以取代傳統一般的心軸，並由安裝於該主軸24 的夾頭25將輥子W的軸支承成可自由旋轉。上述的車床 尾座14，除了不具有伺服馬達的這點以外，基本的構成與 主軸台1 2相同。 接下來，針對往復台1 6進行說明。 B 往復台16包含鞍台26，該鞍台26是可朝輥子W的 軸方向移動地設置於床台1 0上。在該鞍台2 6上設置有工 作台28，該工作台28可朝垂直於輥子W之軸方向的方向 移動。在本實施形態的精密輥子車床中，驅動鞍台2 6的 軸爲Z軸，在鞍台26上驅動工作台28的軸爲X軸。接著 ，在該精密輥子車床中，除了 X軸、Z軸之外，在主軸台 12設有C軸，在設於工作台28的刀具迴旋台30還設有B 軸，故爲4軸控制的工作機械。 鲁 第4圖是顯不刀具迴旋台30的正面。第5圖，是顯 示刀具迴旋台30在蓋類從床台10或鞍台26取下之狀態 的圖。本實施形態的刀具迴旋台30包含旋轉台本體31。 ^ 在該天板32的其中一側安裝有刀具台33,並在靠近 另一側的位置配置著翼型刀心軸裝置34。在該場合中，翼 型刀心軸裝置34，是由固定於刀具台33的托架45所支承 。刀具台33爲略呈半圓柱的刀具台，並在周方向上以特 定的間隔排列有金鋼石刀具3 6。雖然在該實施形態中金鋼 石刀具36爲3支，並構成：當刀具台33與天板32 —起 -9 - 200817118 (7) 每旋轉90度時便形成分度，但有時金鋼石刀具也可以是4 支而每旋轉60度便形成分度等的各種形態。金鋼石刀具 36是採用：可加工V型溝之刀刃尖銳的刀具。在刀具台 33的上面，設置有用來與翼型刀心軸裝置34的重量形成 平衡的配重37。 接下來，針對翼型刀心軸裝置34進行說明。該翼型 刀心軸裝置34包含：本體部34a、伺服馬達35、安裝有 φ 翼型刀39的刀座38。在本體部3 4a的内部，圖面中未顯 示的刀具心軸是由空氣軸承所支承，該刀具心軸是由伺服 馬達3 5所直接驅動，而能以高速旋轉。安裝於刀具心軸 前端的刀座38，是用來增加周速的圓板狀刀座。在該刀座 3 8的外周部，保持著1個由金鋼石刀具所形成的翼型刀 3 9。在上述場合中，刀具心軸裝置3 4，刀具心軸是以直角 的姿勢在X軸方向與Z軸方向受到支承，而使翼型刀39 在X_Z平面内高速旋轉。安裝於刀具台33之金鋼石刀具 φ 36的刀刃，是位於與翼型刀39所旋轉之X-Z平面相同的 平面内。 第5圖中，在鞍台26的上面，形成有導引面的X軸 ~ 導軌40是延伸成逆V型，在該X軸導軌40設有有限型 的滾動導件4 1，該有限型的滾動導件4 1排列有複數個由 扣件所保持的滾動件。同樣地，在床台1 〇的上面，形成 有導引面的Z軸導軌42是延伸成逆V型，在該Z軸導軌 42也設有有限型的滾動導件43。 再者，驅動鞍台26的Z軸進給驅動裝置、與驅動搭 -10- (8) (8)200817118 載著刀具迴旋台30之工作台28的X軸進給驅動裝置，均 由線性馬達所構成。在第3圖中，圖號47是表示構成X 軸進給機構之線性馬達的永久磁鐵列，4 8則表示延伸成平 行於Z軸導軌42的永久磁鐵列。 接下來，在第3圖中，圖號52表示NC裝置。該NC 裝置52可對X軸、Z軸、B軸、C軸執行數値控制。就主 軸台1 2的C軸而言，是形成可執行以下的兩種控制：用 來執行輥子W之圓周方向的加工開始位置（譬如，倘若 切削1 6條的螺紋切削，則將圓周等分爲1 6個分割）的分 度控制；及用來以特定的迴轉數促使主軸連續旋轉的控制 。在C軸的場合中，於C軸伺服機構54具有：位置控制 部55與速度控制部56，並由編碼器23組成位置控制迴路 、速度控制迴路。圖號57表示切換部，該切換部是用來 切換：輥子的分度控制、與主軸1 8的連續旋轉控制。 當由NC裝置52下達分度的指令時，相較於來自於編 碼器23的位置回饋，位置控制部5 5可正確地分度出輥子 之周方向的位置。此外，當由N C裝置5 2下達主軸連續旋 轉的指令時，相較於來自於編碼器的速度回饋’速度控制 部56可執行控制而使主軸的迴轉數與指令値一致。因此 ，在主軸台12，除了原本主軸18促使輥子連續旋轉的功 能之外，還能在同一個編碼器的狀態下實現作爲高精度分 度軸的功能。 接著，針對採用上述構造之精密輥子車床的_子加工 進行說明。 -11 - 200817118 (9) 第6圖，是顯示對輥子表面加工之凹凸花紋的圖面。 如該第6圖所不’是將四角錐’也就是所謂的四角錐體排 列成縱橫的凹凸花紋。 上述的四角錐體的花紋，基本上是藉由縱溝60與橫 溝6 2的組合來執行加工。藉由以一定的節距連續地加工 ~ 縱溝60，在此之後，再以一定的節距連續地加工橫溝62 而使其與縱溝60交叉，進而在輥子表面形成由四角錐體 φ 排列成縱橫的花紋。 本實施形態的精密輥子車床，爲了加工四角錐體的花 紋，而具有以下的功能。 換言之，傳統的輥子車床的主軸台，僅能促使輥子連 續旋轉，並無法對輥子執行分度。相對於此，根據本實施 形態的精密輥子車床，主軸台12具有C軸，該C軸可選 擇性地執行：輥子W的連續旋轉及輥子的分度。 除此之外，由於在刀具迴旋台3 0設置有刀具台3 3與 φ 翼型刀心軸裝置34，故可如以下所述地分開使用，無庸置 疑地，可促使輥子W連續旋轉而切削縱溝60 (周方向的 ~ 溝），也可以一邊執行輥子W的分度，一邊對橫溝62 ( - 軸方向的溝）執行高精度的加工。 因此，針對縱溝60的加工進行說明，縱溝60的加工 ，是採用與一般的輥子車床所執行的加工相同的方式進行 。換言之，如第7圖（a)所示，由B軸執行刀具台3 3之 金鋼石刀具36的分度。此外’由主軸台12的伺服馬達20 促使輥子W連續旋轉。 -12- 200817118 (10) 接著，使工作台2 8朝X軸方向進給，可由 具3 6切入輥子W，並旋轉切削縱溝60。在此之 使金鋼石刀具36以相當於節距的量在Z軸方向 並重複上述的進給便可連續加工縱溝60。 如上所述地加工縱溝60後，由B軸促使刀 _ 33旋轉，並執行翼型刀心軸裝置34的分度（第’ )。接著，由主軸台12的C軸正確地分度出周 φ 始輥子W橫溝加工的位置。 啓動翼型刀心軸裝置3 4，一邊以高速旋轉並 型刀39切入X軸方向。接著，藉由一邊以Z軸 1 6進給並同步切削橫溝62方法執行切削。藉此 3 9可間歇性地切削輥子W，進而形成橫溝62。 刀心軸裝置34的翼型刀39是以高速旋轉，故可 39作用理想的切削速度（約3 00m/分）。 此後，一邊利用C軸逐次地分度出輥子W φ 切削開始位置，並一邊連續執行橫溝62的加工 (c ))。如以上所述，藉由交叉於V型縱溝60 型橫溝62的方式，可在輥子W的表面加工如第 ~ 的四角錐體花紋。 在上述四角錐體的加工中，傳統的輥子車床 切削速度，且具有無法獲得橫溝62之高精度加 題。相對於該問題，由利用翼型刀心軸裝置3 4 想的切削速度，故即使是要求精確之加工精度的 執行加工。 金鋼石刀 後，只要 上進給， 具迴旋台 7 圖（b ) 方向上開 一邊使翼 使往復台 ，翼型刀 由於翼型 對翼型刀 周方向的 (第7圖 來加工V 6圖所示 無法確保 工面的問 可獲得理 場合也能 -13- 200817118 (11) 此外，由於傳統的輥子車床中，主軸台的軸承是採用 滾子軸承，且由於軸承内外輪與軸承直接接觸，因此軸承 的形狀精度將影響軸承的運動精度，而無法符合光學透鏡 用轉印輥子所要求的加工精度。相對於此，在本實施形態 中，主軸台12的軸承是由油静壓軸承所構成，可藉由形 ' 成於主軸18與徑向軸承21、止推軸承22之軸承面間的油 膜來緩和形狀誤差之影響的平均化効果，實現平滑的主軸 φ 旋轉運動。藉此，可顯著地提高主軸18的偏轉精度等， 再配合上述的C軸控制、翼型刀心軸裝置34的効果，而 可對應於超精密加工。再者，雖然在實施形態中，金鋼石 刀具36是採用刀刃呈尖銳狀的刀具，但亦可使用刀刃經 R角處理的圓形刀具來執行上述的加工，譬如可實現：正 交陣列透鏡（cross lenticular lens)成形用之轉印輥子的 加工。 接下來，第8圖所示的凹凸花紋，是三角錐，也就是 • 所謂三角錐體排列成縱橫的凹凸花紋。上述的三角錐體花 紋，基本上是組合：一邊相互朝正反方向迴轉並延伸的 V ~ 型第1螺旋溝64、第2螺旋溝65與橫溝62來加工。在該 ' 實施例的場合中，第1螺旋溝64與第2螺旋溝65的蝸線 角度相同。 有鑑於此，針對第1螺旋溝64的加工進行說明，在 第9圖（a)中，使輥子W朝箭號A方向旋轉，一邊使金 鋼石刀具3 6朝輥子的軸方向進給並一邊加工。換言之， 執行刀具台3 3之金鋼石刀具3 6的分度，並同時利用主軸 -14- (12) 200817118 台12的伺服馬達2 0使輥子w連續旋轉。接著，由 石刀具36切入輥子W，並藉由使往復台16在z軸上 ，來旋轉切削第1螺旋溝64。 在此之後，舉例來說，倘若爲1 6條的螺紋切削 要將輥子的圓周方向分割爲16等分，並在經設定的 開始位置之中，由C軸分度下一個加工開始位置，並 上述的動作來連繪地加工第1螺旋溝6 4即可。 接下來’爲了加工第2螺旋溝65，在第9圖（t ’使輥子W朝箭號B方向逆轉，與第丨螺旋溝64的 相同’藉由使主軸台12在Z軸上進給，使與第1螺 64形成反向轉動的第2螺旋溝6 5，以交叉於第1螺 64的方式加工。 如此一來’在連續地加工第1螺旋溝64及第2 溝6 5之後，只要以一定的節距加工橫溝6 2，而使其 地通過上述螺旋溝6 4、6 5形成交叉的部分（第9圖 )，便可以在輥子表面加工如第8圖所示：三角錐體 成縱橫的花紋。橫溝62的加工，是如上述第7圖（t 示地’使用翼型刀心軸裝置3 4 —邊作用理想的切削 (約300m/分）一邊執行加工的這點，是和四角錐體 工相同，故省略其說明。 在上述的三角錐體花紋加工中，可由主軸台12 軸正確地分度出輥子W之螺旋溝的加工開始位置， 螺紋切削的過程中，以正確的迴轉數使輥子W連續 。不僅如此，再加上由油靜壓軸承構成主軸台1 2的 金鋼 進給 ，是 加工 重複 )中 場合 旋溝 旋溝 螺旋 連續 (c) 排列 >)所 速度 的加 的C 並在 旋轉 軸承 -15- (13) 200817118 21、22而提高運動精度，可達成三角錐體花紋的超精密加 工。 【圖式簡單說明】 第1圖：爲用來實施本發明之輥子加工方法的精密輥 子車床的側面圖。 第2圖：爲第1圖之精密輥子車床的俯視圖。 B 第3圖：爲第1圖之精密輥子車床的主軸台的縱剖面 圖。 第4圖：爲第1圖之精密輥子車床的刀具迴旋台的局 部剖面前視圖。 第5圖：爲第1圖之精密輥子車床所具備的刀具迴旋 台的立體圖。 第6圖：爲顯示根據本發明之輥子加工方法加工而成 的四角錐體之凹凸花紋的圖。 φ 第7圖：爲加工四角錐體的順序説明圖。 第8圖：爲顯示根據本發明之輥子加工方法加工而成 的三角錐體之凹凸花紋的圖。 ’ 第9圖：爲加工三角錐體的順序説明圖。 【主要元件符號說明】 W :輥子 1 〇 :床台 12 :主軸台 -16- (14) 200817118 1 4 :車床尾座 1 6 :往復台 1 7 :本體部 1 8 :主軸 1 9 :夾頭 20 :伺服馬達

2 0 a :轉子 20b :定子 2 1 :徑向軸承 2 2 :止推軸承 2 3 :編碼器 24 :主軸 25 :夾頭 26 ··鞍台 2 8 :工作台 3 0 :刀具迴旋台 3 1 :旋轉台本體 3 2 :天板 3 3 :刀具台 34 :翼型刀心軸裝置 34a :本體部 3 5 :伺服馬達 3 6 :金鋼石刀具 37 :配重 -17- 200817118 刀座 翼型刀 X軸導軌 滾動導件 Z軸導軌 滾動導件 托架 永久磁鐵列 永久磁鐵列 NC裝置 C軸伺服機構 位置控制部 速度控制部 切換部 縱溝 橫溝 第1螺旋溝 第2螺旋溝 -18-

Claims (1)

1. 200817118 (1) 十、申請專利範圍 1· 一種精密輥子車床，其特徵爲： 具備： 床台；和 主軸台，該主軸台設置於前述床台上並具有主軸，該 主軸可一邊利用夾頭保持作爲工件之輥子的一端並一邊促 使該輥子旋轉；和 φ 車床尾座，該車床尾座是面向前述主軸台而配置於前 述床台上，並將前述輥子的一端支承成可自由旋轉：和 鞍台，該鞍台是可移動於前述輥子的長軸方向（Z軸 )地設置於前述床台上；和 工作台，該工作台是可朝輥子的長軸方向與直角方向 (X軸）移動地設置於前述鞍台上；和 刀具迴旋台，該刀具迴旋台是配置於前述工作台上， 並具有安裝著複數刀具的刀具台；和 • C軸控制手段，該C軸控制手段可兼作爲用來執行前 述輥子之圓周方向的分度的控制手段、與用來促使主軸以 ^ 特定迴轉數連續旋轉的控制手段；及 " 切換手段，該切換手段可在前述輥子的分度控制、與 主軸之連續旋轉的控制之中，選擇性地切換成其中一種控 制。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中前述主軸台具有由徑向軸承、止推軸承所構成的靜壓 軸承，該靜壓軸承是藉由流體壓而以非接觸的方式支承前 -19- 200817118 (2) 述主軸。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中前述主軸台具有·· 內建型的伺服馬達，該內建型的伺服馬達是用來直接 驅動前述主軸；及 編碼器’該編碼器是用來偵測前述主軸的旋轉量，並 將偵測訊號輸出至前述C軸控制手段。 4.如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中在前述刀具迴旋台設置有翼型刀心軸裝置，該翼型刀 心軸裝置可促使前述翼型刀旋轉。 5 ·如申請專利範圍第4項所記載的精密輥子車床， 其中前述翼型刀心軸裝置是由以下構件所構成·· 圓板狀的刀座，該圓板狀的刀座可將翼型刀保持於外 周部；和 本體’該本體內藏有用來支承前述刀具心軸的空氣軸 承；及 伺服馬達，該伺服馬達是用來直接驅動前述刀具心軸 〇 6. 如申請專利範圍第5項所記載的精密輥子車床， 其中前述翼型刀心軸裝置，是使前述翼型刀在與前述刀具 台之刀具相同高度的X-Z平面内旋轉。 7. 如申請專利範圍第6項所記載的精密輥子車床， 其中前述刀具台具有略呈半圓柱形的刀具台本體，並以特 定的間隔將刀具安裝於刀具台本體的周方向。 •20- 200817118 (3) 8.如申請專利範圍第6項所記載的精密輥子車床， 其中在前述刀具台上搭載著配重，該配重是用來與翼型刀 心軸裝置的重量形成平衡。 9 ·如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中用來導引前述往復台之進給的Z軸導引面，是由在前 述床台的上面，排列複數個與Z軸平行之滾筒的滾動導件 所形成。 10.如申請專利範圍第1項所記載的精密輥子車床， 其中X軸及z軸的進給驅動裝置’是分別由線性馬達所形 成。 -21 -