[发明专利]具备工具夹的工作机械及基于该工作机械的加工方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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1μm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26A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26A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26B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28B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29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。

发明内容