Maschine zum Schleifen und Polieren einer konkav. oder konvextorisch gekrümmten Fläche Vorliegende Erfindung betrifft die Oberflächenbe- arbeitung von gekrümmten Flächen, z.
B. von Rohlin sen und ähnlichen Werkstücken, und ihr Gegenstand ist eine Maschine zum Schleifen und Polieren einer konkav oder konvex torisch gekrümmten Fläche eines linsenförmigen Werkstückes mittels eines Werkzeuges, das eine genannter Fläche des Werkstückes gleichende Bearbeitungsfläche besitzt, mit einer drehbaren Ein spannvorrichtung, die eine Grundplatte und eine elasti sche, zylindrische Windungen aufweisende Kupplung mit einem bezüglich genannter Grundplatte hin und her beweglichen und mit einem anderen, an genannter Grundplatte befestigen Ende umfasst.
Mittel sind zur Halterung genanntes Werkstückes und genanntes Werk- zeuges innerhalb genannter Windungen vorgesehen, wo bei das eine an genannter Grundplatte und das andere an genanntem beweglichen Ende genannter Kupplung gehaltert wird und wobei ferner genannte Flächen mit einander in Wechselwirkung stehen. Die Einspannvor- richtung ist um eine Achse drehbar angeordnet, die sich durch genannte Kupplung erstreckt und koaxial zu ge nannten Windungen ist, wenn die Kupplung sich in Ruhe zustand befindet, wobei Werkstück, Werkzeug, Grund platte und Kupplung zusammen in Gleichlauf drehen.
Die erfindungsgemässe Maschine weist ferner Mittel zum rotierenden Antrieb genannter drehbaren Einspannvor- richtung um genannte Achse und zum seitlichen Bewe gen des genannten beweglichen Endes genannter Kupp lung auf, die zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen genannten Flächen des Werkstückes und des Werkzeuges dienen.
Unter einer torisch gekrümmten Fläche wird eine Fläche verstanden, die eine zusammengesetzte Oberflä chenkrümmung besitzt, bei der also zwei zueinander senkrechte Meridiane verschiedene Krümmungen auf weisen, wobei einer der Meridiane in der Mittelebene eines Torus liegt, also kreisförmig ausgebildet ist. Die torischen Oberflächen können dabei positiv, d. h. kon vex, oder negativ, d. h. konkav geschliffen sein.
Bei der Herstellung torischer Oberflächen müssen die entsprechenden Haupt- und Nebenmeridiane oder Achsen der zusammengesetzten Oberflächenkrümmung auf einer zu bearbeitenden torischen Rohlinse ständig zu den entsprechenden Meridianen oder Achsen der vor geformten Oberfläche des Bearbeitungswerkzeuges pa rallel gehalten werden. Deshalb mussten bisher ver- hältnismässig komplexe und aufwendige Anordnungen verwendet werden, um die Rohlinse und die Werkzeuge während der Oberflächenbearbeitung in genau ausge richteter Beziehung zueinander zu halten.
Der komplexe Aufbau der gegenwärtig verwendeten Vorrichtungen zur axialen Ausrichtung macht es un- möglich, ein ausgewuchtetes Werkzeugteil zu schaffen, das mit überdurchschnittlich hohen Geschwindigkeiten betrieben werden könnte.
Das heisst, dass die üblichen Anordnungen zur axialen Ausrichtung verschiedene Armansätze und jochähnliche Halterungen oder der gleichen zum Einsetzen des Werkzeuges oder des Werk stückes enthalten haben und dass zumindest einige dieser Teile durch biegsame Arme oder gelenkige Verbin dungen oder dergleichen federnd oder sonstwie beweg bar gehalten wurden.
Wenn eine solche Anordnung mit verhältnismässig geringen Geschwindigkeiten gedreht wird, erfüllen Vorrichtungen dieser Art ihren Zweck, bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten jedoch ver ursachen die Zentrifugalkräfte und andere Effekte, wie eine Vibration, die auf eine Unwucht der Anordnung zurückzuführen ist, während der Oberflächenbearbei- tung eine Verdrehung des Werkstückhalters und Werk- zeuges,
was die Herstellung einer ungenau gekrümmten und schlecht ausgebildeten Oberfläche zur Folge hat oder sonstwie minderwertige Rohlinsen ergibt.
Um bei der Linsenherstellung mit dem ständig steigenden Verlangen nach wirksamerer und verstärkter Produktion Schritt zu halten, ist es notwendig, dass die Oberflächenbearbeitungsvorgänge an Rohlinsen schnel ler ausgeführt und verbessert werden, ohne dass die Qualität des Endproduktes darunter leidet, vielmehr soll die Qualität des Erzeugnisses auch noch verbessert werden.
Dies kann mit den üblichen Einrichtungen, die für verhältnismässig langsame Bearbeitungsvorgänge vor gesehen sind, offensichtlich nicht erfolgreich ausgeführt werden, da bei diesen den Problemen der Unwucht und anderen Bemessungsfaktoren, die für Bearbeitungsvor gänge mit hoher Geschwindigkeit von wesentlicher Be deutung sind, nicht genügend Beachtung geschenkt wor den ist.
Zweck vorliegender Erfindung, die sich mit Hoch- geschwindigkeits-Oberflächenbearbeitungsvorgängen be- fasst, ist nun,
die vorangehend erörterten Probleme auf dem Gebiet der Oberflächenbearbeitung der Rohlinsen zu überwinden und eine Maschine zum Schleifen und zum Polieren torisch gekrümmter Oberflächen zu schaffen,
die die feine Endbearbeitung der Oberflächen von Rohlinsen und ähnlicher Werkstücke mit erhöhter Leistungsfähigkeit und Genauigkeit ermöglicht.
Die erfindungsmässige Maschine zeichnet sich da durch aus, dass die Windungen der Kupplung das Werk stück und das Werkzeug umschliessen und etwa konzen trisch umkreisen und eine derart niedrige Torsionsnach- giebigkeit besitzen, dass gegebene Meridiane der Flä chen des Werkstückes und des Werkzeuges während der rotierenden und seitlichen Bewegung derselben wenig stens annähernd parallel zueinander gehalten werden.
Die nachfolgende Beschreibung, die die in vorlie gender Erfindung enthaltenen Lehren besser zu ver stehen erlaubt ist von einer Zeichnung begleitet. Da- rin. ist- Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Linse, die beispielsweise gemäss der Erfindung bearbeitet wer den soll;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines bevorzug ten Läppsteines oder Werkzeuges, das in Verbindung mit der Maschine nach der Erfindung zur Erzeugung einer Oberflächenkrümmung auf einer Rohlinse oder der gleichen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet wird;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Aus- führungsform einer Oberflächenbearbeitungsmaschine, wobei Teile weggebrochen sind, um wesentliche Teile im Schnitt zu zeigen;
Fig. 4 ist eine Frontansicht der in Fig. 3 gezeigten Maschine; Fig. 5 ist ein vergrösserter Querschnitt im wesent lichen entlang der Linie <B>5-5</B> von Fig. 3 in Richtung der Pfeile gesehen;
Fig. 6 ist eine Ansicht eines Teiles der in Fig. 3 gezeigten Maschine entlang der Linie 6-6 von Fig. 3 und in der durch die Pfeile angezeigten Richtung ge sehen Fig. 7 ist ein vergrösserter Teilquerschnitt entlang der Linie 7=7 von Fig. 5;
Fig. 8 ist eine im wesentlichen der Fig. 7 ähnliche Ansicht und zeigt eine Anordnung dieses Teiles der Maschine; und die Fig. 9, 10, 11 und 12 sind Teilansichten verschie dener abgewandelter Ausführungsformen der vorliegen den Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich - allgemein auf eine Maschine zur Bearbeitung von gekrümmten Flä chen, wie Rohlinsen und dergleichen, und die Zeichnun gen erläutern eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Maschine, die durch eine neue Einspannvor- richtung 20 für Rohlinse und Werkzeug (siehe Fig. 3, 4 und 5) zum Einspannen einer Rohlinse und eines Werkzeuges in einer festen,
vorher festgelegten axialen Ausrichtung, die jederzeit erhalten bleibt, gekennzeich net ist. Es wird nachher klar werden, dass die Vorrich tung 20, die während der Oberflächenbearbeitung ins gesamt gedreht wird, eine gut ausgewuchtete Drehvor richtung bildet, die Bearbeitungsvorgänge mit hohen Ge schwindigkeiten bei geringster Vibration und anderer Unwuchtwirkungen auszuführen gestattet, welche der Genauigkeit der Krümmung und der Oberflächenquali tät des Endproduktes schaden könnten.
Weiterhin liefert die Vorrichtung, obwohl sie für Bearbeitungsvorgänge mit hoher Geschwindigkeit ausgewuchtet ist, ein grosses Mass an Bewegungsspielraum um in dem gewünschten Ausmass seitliche Schwingungen zwischen dem Werk stück und dem Werkzeug ausführen zu können, damit während der Oberflächenbearbeitung ein schnelles und wirksames Schleifen oder Polieren der Werkstückober- fläche erreicht wird,
während eine axiale Fehlausrich tung zwischen Werkstück und Werkzeug sicher vermie- den wird.
Die Vorrichtung 20 kann an Oberflächenbearbei- tungsmaschinen verschiedener Arten angebracht wer den und ist zur Erläuterung, wie dies in Fig. 3-7 ge zeigt ist, in Betriebsbereitschaft an einer bevorzugten Ausführungsform einer Bearbeitungsmaschine darge stellt. Die Kombination der gezeigten Maschine und der Vorrichtung 20 bildet dabei eine einzige, vollständige und hochwirksame Linsenbearbeitungsmaschine 22.
Die Maschine, an der die drehbare Vorrichtung 20 befestigt wird, wird, um ein besseres Verständnis der Konstruktion, der Aufgabe und der Wirkungsweise der Vorrichtung 20 zu ermöglichen, deren Beschreibung folgt, zuerst im einzelnen beschrieben. Aus den Fig. 3 und 4 kann man sehen, dass die Oberflächenbear- beitungsmaschine 22 einen Ständer 24 aufweist, der vorzugsweise ein hohles Inneres und einen vorstehen den Kopfteil 26 besitzt, welcher mittels H-förmiger Verbindungen 28 und 30 drehbar mit dem Ständer 24 verbunden ist.
Die H-förmigen Verbindungen sind an Gelenkblöcken 32 und 34 jeweils an den Kopf- und Ständerteilen der Maschine drehbar befestigt. Die Blöcke 32 und 34 und die entsprechenden Verbindungsstücke 28 und 30 sind miteinander durch Gelenkstifte 36 ver bunden @ und die Blöcke 34 sind mit Schrauben oder der gleichen an dem Ständer 24 befestigt.
Die Blöcke 32, die als ein Teil des Kopfes 26 anzusehen sind, sind durch horizontal angeordnete Stangen 38 und 40 mit einander verbunden, die in die Bohrungen 42 und 44 bzw. in die vergrösserten Augen 46 passen, die in dem Oberteil von jedem der Blöcke 32 vorgesehen sind.
Die Stangen 38 und 40 werden nahe an ihren entgegenge setzten Enden an den Augen 46 der Blöcke 42 durch Schrauben 48 oder dergleichen fest angeschraubt und sind so angeordnet (siehe Fig. 4), dass sie die obersten Enden der Verbindungsstücke 28 und 30 in einer Entfernung auseinanderhalten, die im wesentlichen gleich der Entfernung zwischen den untersten Enden der Ver bindungsstücke ist.
Die aus den Verbindungsstücken 28 und 30, den Lagerblöcken 32 und den Stangen 38 und 40 zusammen gesetzte Anordnung bildet einen Rahmen, an dem ein vorstehender Teil 50 des Kopfes 26 so befestigt ist, dass er sich um die Stange 38 bewegen kann. Der Rahmen bietet dadurch, dass er drehbar an dem Ständer 24 be festigt ist, eine Einrichtung für Schwingungen des Kop fes 26 während einer Oberflächenbearbeitung zur Sei- te oder in seitlicher Richtung, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.
Der hervorstehende Teil 50 des Kopfes 26 enthält ein Haupteinspannteil 52 aus Guss, das mit einem Paar geteilter zu der vorderen Stange 38 passender Lager 54 versehen ist. Die Lager 54 sind so ausgebildet und an der Stange 38 angebracht, dass sie eine sichere vibrationsfreie Verbindung bilden wäh rend verhältnismässig leicht eine Kippbewegung des her vorstehenden Teiles 50 des Kopfes 26 um die Stange 38 möglich ist.
Der hervorstehende Teil 50 des Kop fes 26 ist, obwohl er sich um die Stange 38 frei drehen kann, gegen eine seitliche Bewegung die Stange 38 entlang, durch geeignete Begrenzungseinrichtun gen gesichert, die in der Zeichnung als ein Kragen 51, der die Stange 38 zwischen den geteilten Lagern 54 um gibt, dargestellt ist. Um den hervorstehenden Teil 50 des Kopfes 26 an einer gewünschten Stelle der Stange 38 zu befestigen, ist der Kragen 51 durch Schrauben 51a oder dergleichen an der Stange 38 angeschraubt.
Dabei ist zu erwähnen, dass alle drehbaren oder fe sten Verbindungen, die zwischen den verschiedenen Tei len der Maschine 22 vorgesehen sind, genau bearbei tet sein sollen, so dass sie enge feste und vibrations- freie Verbindungen ergeben. Weiterhin sollen die be reits näher beschriebenen einzelnen Teile und diejenigen Teile, die noch beschrieben werden, so ausgebildet sein dass sie eine genügende Festigkeit besitzen, um wäh rend des Betriebes Schwingungen der Maschine zu ver meiden.
Wenn man nun wieder auf den vorstehenden Teil 50 des Kopfes 26 zurückkommt, so sieht man aus Fig. 3 und 4, dass am vorderen Ende des Gussteiles 52 ein Wellengehäuse 56 befestigt ist, in dem eine drehbare Welle 58 (siehe Fig. 5) angeordnet ist. Die Welle 58 wird nachstehend als die obere Welle bezeichnet und wird von einem Motor 60 über Treibriemenscheiben 62 und 64 und den dazwischenliegenden Treibriemen 66 angetrieben. Der Motor 60 ist an dem Gussteil 52 nahe der Hinterseite des Kopfes befestigt, so dass er zum Teil ein Gegengewicht für den Teil des Kopfes 26 bildet, welcher an dem vorderen Teil der Maschine übersteht.
Das Wellengehäuse 56 ist mit einem dazugehörigen, sich nach hinten erstreckenden Befestigungsarm 68 ver sehen, der an dem Gussteil 52 mit einer Schraube 70 befestigt ist. Die benachbarten Oberflächen des Befesti gungsarmes 68 und des Teiles 52 sind bogenförmig ge formt und entsprechen in ihren Krümmungen einander.
Diese bogenförmigen, aufeinander passenden Oberflä chen des Teiles 52 und des Armes 68 ermög lichen es, dass das Wellengehäuse 56 durch Entlang gleiten des Befestigungsarmes 68 für das Wellengehäu se nach der einen oder anderen Seite von einer Mittel stellung aus leicht gekippt werden kann, in der die Ge häuseachse normalerweise vertikal sein würde. Ein Schlitz 72 in dem Befestigungsarm 68 ermöglicht die gewünschte seitliche Einstellung des Wellengehäuses, und die Schraube 70 ist in dem Gussteil 52 unbeweglich be festigt,
so dass durch Lösen der Mutter 71 der Arm 68 für das Wellengehäuse frei beweglich wird und zur Ein stellung der Neigung des Wellengehäuses seitlich verscho ben werden kann. Wenn die gewünschte Einstellung vorgenommen ist, wird die Mutter 71 angezogen und die Einstellung bleibt aufrechterhalten.
Die entspre chenden Oberflächen 74 und 76 des Gussteiles 52 und des Befestigungsarmes 68 besitzen einen Krümmungs- radius r (siehe Fig. 4), der ungefähr der Entfernung zwi- schen den Oberflächen von einem darunterliegenden Punkt 77 entspricht, welcher etwa auf der Höhe des ungefähren Krümmungsmittelpunktes eines Linsenroh- linges liegt, der in der Anordnung 20 bearbeitet wer den soll. Dies wird nachstehend noch näher erläutert, wobei klar werden wird,
dass die Krümmungen der Oberflächen 74 und 76 jeweils so angeordnet sind, dass das Wellengehäuse ungefähr um den Mittelpunkt der mittleren Krümmung einer Oberfläche einer zu bearbei tenden Rohlinse gekippt werden kann. Dies soll bewir ken, dass die Achse der Welle 58 ungefähr senkrecht zu einer Tangente der Oberfläche des Linsenrohlings an einem Schnittpunkt der oberen Wellenachse mit der Rohlinsenoberfläche gerichtet ist und so bleibt der bei der Oberflächenbearbeitung von dem Kopf 26 auf die Rohlinse ausgeübte Druck während einer seitlichen Schwingung des Linsenrohlinges im wesentlichen
gleich- mässig. Dies wird nachher bei der Beschreibung der Wir kungsweise der Maschine nach der vorliegenden Erfin dung noch näher erläutert werden.
Um den vorstehenden Teil 50 des Kopfes 26 bei spielsweise für das Einsetzen oder Herausnehmen von Werkstücken aus der Einspannvorrichtung 20 zu heben und zu senken, ist ein Druckluftzylinder 78, der durch Schrauben 80 oder dergleichen an der Rückseite des Ständers befestigt ist, vorgesehen und die Kolbenstange 82 ist mit dem Gussteil 52 des Kopfes 26 durch ein biegsames Seil 84, Kabel oder dergleichen verbunden.
Wenn der Druckluftzylinder 78 betätigt wird, wird seine Kolbenstange 82 nach unten gezogen und bewirkt an dem Seil 84 einen Zug, so dass sich der überhängende Teil 50 des Kopfes um die Stange 38 dreht und das Wellengehäuse von der Einspannvorrichtung 20 ab hebt. Wenn die Maschine in Betriebsbereitschaft ist, steht die Kolbenstange 82 des Druckzylinders 78 oben, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Hierbei erfolgt ein Durch hängen des Seiles 34, wobei das Wellengehäuse in die Betriebsstellung gesenkt ist, in der das Werkzeug frei an der Rohlinse angreift.
Da es wünschenswert ist; dass ein gesteuerter Druck auf die Rohlinse oder das Werkstück, das oberflächenbearbeitet werden soll, ausge übt wird, ist eine Zugfeder 86 zwischen dem Ständer 24 und dem vorstehenden Teil 50 des Kopfes 26 vorge sehen. Die Feder 86 wird durch hakenförmige Glieder 88 und 90, die an den beiden gegenüberliegenden En den befestigt sind, unter Zugspannung gehalten und das hakenförmige Glied 90 ist über einen Arm 92 am Stän der 24 befestigt, während das Glied 88 vertikal einstell bar ist, um die Spannung cIer Feder 86 zu erhöhen oder zu verringern.
Diese Einstellung wird mittels einer mit Innengewinde versehenen Justierschraube 94 vorgenom men, in die das Glied 88 eingeschraubt wird (siehe Fig. 3). Die Schraube 94 ist ihrerseits in einer vertika len gleitlagerähnlichen Führung 96, die zu dem Teil 52 gehört, drehbar und verschiebbar.
Eine Drehung der Schraube 94 in der Führung 96 hat zur Folge, dass der mit Gewinde versehene Teil 98 des hakenförmigen Glie des 88 aus dem mit Innengewinde versehenen Teil der Schraube 94 herausgeschraubt oder hineingeschraubt wird, so dass ein Heben oder Senken des hakenähn lichen Teiles 88 erfolgt, das in der gewünschten Wei se eine Erhöhung oder eine Verringerung der Zugspan nung der Feder 86 bewirkt.
Die Maschine 22 ist mit einem unteren Wellenge häuse 100 versehen, das mit Schrauben oder auf an dere Weise an dem unteren Teil des Ständers 24 (siehe Fig. 3, 4 und 5) befestigt ist und das sich durch die Oberseite des Ständers 24 in Richtung auf die obere Welle 58 erstreckt.
In. dem Gehäuse 100 für die untere Welle ist eine untere Welle 102 gelagert (siehe Fig. 5), die von einem Motor 104 über eine Treibriemen- und Riemenscheibenanordnung - in Umdrehung versetzt werden kann. Diese Anordnung besteht aus einer Rie menscheibe 106 an dem Motor 104, einer mit der un teren Welle 102 verbundenen Riemenscheibe 108 und einem dazwischenangeordneten Treibriemen 110.
Die oberen und unteren Teile der unteren Welle 102 sind in dem Gehäuse 100 in Lagern, wie sie bei 112 in Fig. 5 gezeigt sind, gelagert und das oberste Ende der Welle 102 ist bei 114 mit Gewinde versehen: Ein erster Adaptor 116 ist durch Gewinde mit dem oberen En de der Welle 102 verbunden, so dass er sich mit dieser dreht und ein zweiter Adaptor 118 dient zur Aufnah me und zum Einspannen eines Werkzeuges und wird auch von der unteren Welle 102 gehalten und dreht sich mit dieser.
Der Adaptor 118 wird im folgenden als Werkzeugadaptor 118 bezeichnet und ist zur Auf nahme des Werkzeuges 120 mit einem zugespitzten oberen -Abschnitt 112 versehen. Der Werkzeugadaptor 118 besitzt in der Mitte einen ringförmigen Vorsprung 124 und daran anschliessend einen im- Querschnitt ver ringerten zylindrisch geformten unteren Teil 126, der in eine ähnlich geformte, in dem oberen Ende der Welle 102 vorgesehene Ausnehmung 128 passt.
Der Werk- zeugadaptor 118 wird mittels einer Schraube- 130 auf der Welle 102 festgehalten. Die Schraube 130 erstreckt sich im wesentlichen koaxial durch den Adaptor und greift mit dem Gewinde in der Nähe des Bodens der Ausnehmung 128 an der Welle 102 an. Der Kopf der Schraube 130 liegt in einem Einschnitt in dem Werk- zeugadaptor 118, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Ein Be- festigungsstift 132, der in der Welle 102 so befestigt ist, dass er sich in die Ausnehmung 128 nach oben erstreckt, ist so angeordnet, dass er in eine entsprechende Bohrung 134 in dem Werkzeugadaptor 118 eingreift, so dass der Adaptor in einer festen vorbestimmten Aus richtung gegenüber der Welle 102 gehalten wird.
Der Befestigungsstift 132 dient auch dazu, eine etwaige Ver drehung der Achsen gegeneinander oder einen Schlupf zwischen der Welle 102 und dem Werkzeugadaptor 118 zu verhindern und stellt so sicher, dass sich der Adaptor und die Welle zusammen als eine Einheit dre hen und dass sich die Befestigungsschraube 130 nicht lockert. Auch an dem Werzeugadaptor 118 ist ein Füh- rungsstift 136 (siehe Fig. 3) vorgesehen,
der in einer ge eignet ausgebildeten seitlichen Öffnung 137 in dem zugespitzten Teil 122 mit Pressitz oder auf andere Weise befestigt ist. Das Werkzeug 120, das eine axial ausge richtete, zugespitzte Öffnung 138 besitzt, die so ausge bildet ist, dass der zugespitzte Teil 122 des Adaptors 118 hineinpasst, ist mit einem Keilschlitz 140 (siehe Fig. 2 und 3) versehen, der, wenn das Werkzeug 120 auf den Adaptor 118 aufgesetzt wird, den Stift 136 umgreift.
Der Führungsschlitz 140 und der Stift 136 ver hindern, dass bei einer Drehbewegung zwischen dem Werkzeug 120 und dem Adaptor 118 Schlupf auftritt und die Kombination der obenbeschriebenen Teile be wirkt, dass sich wenn- die Welle 102 in Drehung ver- setzt wird, die Welle 120, die Adaptoren 116 und 118 und das Werkzeug 120 insgesamt oder als Einheit drehen.
Die Einspannvorrichtung 20, zu der man die Adap- toren 116 und 118 und das Werkzeug 120 als zugehö- rig betrachten kann, besitzt weiterhin eine ringförmi- ge Grundplatte 142, die auf eine Schulter 144 passt, die an dem ersten Adaptor 116 vorgesehen ist, wie dies am besten in Fig. 5 zu sehen ist.
Die Grundplatte 142 ist durch Schrauben 146 mit dem ersten Adaptor ver bunden und so ausgebildet, dass sie einen äusseren, ring förmigen, plattförmigen, plattformähnlichen Abschnitt 147 aufweist, der unterhalb der Befestigung an dem Adaptor <B>116</B> liegt.
Dieser plattformähnliche Abschnitt 147 ist zur Achse der Welle 102 konzentrisch und trägt eine aufwärtsgerichtete federnde Kupplung 148, die eine obere Werkstückhalterung 150 trägt und eine- Fe dernde Verbindung zur Grundplatte 143 der Einspann- anordnung 20 herstellt.
Die Kupplung 148 ist in ihrer bevorzugten Aus- führungsform, wie sie in den Fig: 3, 4 und 5 dargestellt ist, aus einem federnden Metall, wie beispielsweise kalt- gewalztem Stahl, rostfreiem Stahl oder anderen Legie rungen, die bei der Herstellung von Gegenständen, wie Sprungfedern verwendet werden, hergestellt und hat im wesentlichen die Form einer Spiral- oder Schrauben feder.
Die Kupplung 148 ist nach den bei der Herstel lung solcher Gegenstände üblichen Verfahren hergestellt, so dass sie das gewünschte Mass an Festigkeit besitzt, um die Werkstückhalterung 150 gegenüber dem Werk zeug 120 in der gewünschten Höhe zu halten. Trotz dem ist sie auch verhältnismässig frei beweglich und im wesentlichen in allen Meridianen gleichmässig oder gleich flexibel, so dass sich das oberste Ende nach der Seite bewegen und neigen kann, wie es bei der Ober Flächenbearbeitung: erforderlich ist.
Die Kupplung 148 ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie verhältnis- mässig leicht zusammendrückbar ist, und so ist es mög lich, dass das Werkstück jederzeit während der Ober flächenbearbeitung ständig mit dem Werkzeug in Be rührung bleibt wie dies nachstehend noch näher erläu tert wird.
Die Kupplung 148 ist zusätzlich zu den gera de erwähnten Merkmalen ferner dadurch gekennzeich net, dass sie gegen Drehmomente fast vollständig un empfindlich ist, die infolge des zwischen dem Werk stück und dem Werkzeug 120 hervorgerufenen Druckes oder infolge von Kräften, die von der Rotation der Ein spannungen bei verhältnismässig hohen Geschwindigkei ten während des Betriebes der Maschine herrühren, und die Windungen aufzuwickeln oder abzuwickeln suchen.
Diese Eigenschaften der Kupplung 148 werden durch eine richtige Bemessung der Form und Grösse der Win dungen 152 unter Berücksichtigung des für die Herstel lung verwendeten Materials erreicht. Beispielsweise wur de gefunden, dass eine Kupplung -148, wie sie in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, die aus kaltgewalztem Stahl oder rostfreiem Stahl mit einem Aussendurch messer von ungefähr 150 mm (6 Zoll) hergestellt ist, Windungen haben sollte, die ungefähr eine Dicke von 3-4, 5 mm (1/8 bis 3/16 Zoll) und ungefähr eine Breite von 22 mm (7/8 Zoll) besitzen, wodurch die Kupp lung 148 einen Innendurchmesser von ungefähr 10;
6 mm (4 1/4 Zoll) aufweist. Wenn die Kupplung je doch aus anderen Metallen besteht, müssten diese Ab messungen zur -Anpassung an die besonderen Eigen schaften der gewählten Metalle entsprechend geändert werden. Die Kupplung 148 ist auch vorzugsweise so konstruiert, dass sie eine Rechtsschraube mit einer Stei gung von ungefähr 7,5 mm (5/16 Zoll) bildet.
Sie soll sich dabei, wenn man die Anordnung von oben betrach tet, im Uhrzeigersinn drehen, wenn sie von der unteren Welle 102 angetrieben wird, da gefunden worden ist, dass Gegenstände dieser Art axialen Verdrehungen an den ge genüberliegenden Enden gegenüber einen grösseren Widerstand bieten, wenn sie in Richtung ihrer Windun gen gedreht werden.
Die unterste Windung 154 der Kupplung 148 ist an der Grundplatte 142 durch Schrauben<B>156</B> oder dergleichen befestigt, und die Werkstückhalterung 150 ist an der obersten Windung 158 der Kupplung durch Schrauben 160 befestigt. Daher sieht man leicht, dass eine Drehung der Welle 102 eine Drehung der gesamten Einspannanordnung 20 einschliesslich des Werkzeuges 120 und der Werkstückhalterung 150 als Einheit bewirkt, wobei die Werkstückhalterung von der Grundplatte über die federnde Kupplung 128 angetrieben wird.
Die Werkstückhalterung 150 besteht im einzelnen aus einem Ring 162, der durch Schrauben 160 an der obersten Windung 158 befestigt ist. Der Ring 162 ist mit einer Ausnehmung 164 versehen, in die ein drehbarer, verstellbarer Kragen 166 koaxial eingepasst werden kann (siehe Fig. 4, 5 und 6).
Der Kragen 166 wird durch ein Paar Befestigungs schrauben 168 an dem Ring 162 befestigt, die sich durch in dem Kragen 166 vorgesehene Schlitze 170 nach unten erstrecken. Die Schrauben 168 grei fen mit ihrem Gewinde an der Ausnehmung des Rin- ges ein.
In Fig. 6 ist zu sehen, dass die Schlitze 170 bogenförmig ausgebildet sind und eine zur gemeinsamen Achse des Ringes 160 und des Kragens 166 konzen trische Krümmung aufweisen, so dass, wenn die Schrau ben 168 gelöst werden, der Kragen 166 auf dem Ring 162 innerhalb der durch die Schlitze 170 gegebenen Grenzen gedreht werden kann, um eine Ausrichtung des Kragens gegenüber dem Werkzeug 120 zu ermöglichen.
Bei der Herstellung dieses Teiles der Einspann anordnung 20 ist der Kragen 166 in den Ring<B>162</B> in einer vorbestimmten gegenüber dem Werkzeug 120 ausgerichteten Stellung eingesetzt und der Ring wird ge dreht und ungefähr in der Mitte zwischen den Enden der Schlitze festgeschraubt, so dass für eine Feinaus richtung oder genauere Ausrichtung des Werkstückhal- ters 150 gegenüber dem Werkzeug die obengenannte Justierung mit den Schrauben 168 und Schlitzen 170 bei der Endeinstellung der Einspannung 20 verwendet werden kann.
Dies wird genauer in der noch folgen den Beschreibung über die Einstellung und den Betrieb der Maschine 22 erläutert werden.
Der Kragen 166 ist mit einem Paar diametral ge genüberliegender erhöhter Abschnitte 172 versehen, wo bei durch jeden Abschnitt eine genau bearbeitete La geröffnung 174 geht. Diese Lageröffnungen 174 sind koaxial zu einem Durchmesser des Kragens 166. Ein das Werkstück haltender Bügel erstreckt sich zwischen den Öffnungen 174 und wird an seinen gegenüberlie genden Enden von Lagerschrauben 178 gehalten, die dort hinein eingeschraubt sind (siehe Fig. 5). Die ver breiterten Köpfe der Schrauben sind sorgfältig bearbei tet, so dass sie genau in die Öffnungen 174 passen, die als Lagerflächen für die Köpfe 180 dienen.
Der Bü gel 176 kann sich daher um die gemeinsame Achse der Öffnungen 174 frei drehen. Dabei sollte erwähnt wer den, dass der Kragen 166 und die Lagerungsschrau ben 178 zur Verringerung der Abnutzung vorteilhaft aus verschiedenen Metallen, d. h. beispielsweise, das eine Teil aus Bronze und das andere aus Stahl, hergestellt werden.
Es wird weiter darauf hingewiesen dass, ob wohl praktisch alle Teile der Maschine 22 vorteilhaft aus Metall hergestellt werden, die Wahl der verwendeten Materialien in der beim Maschinenbau üblichen Weise getroffen werden kann, damit bei geringster Abnutzung eine grösstmöglichste Vollkommenheit erreicht wird.
Der Bügel 176 hat ein verbreitertes Mittelteil 182, in dem eine kugelschalenförmige Ausnehmung oder Ku gelpfanne 184 zentral angeordnet ist, die das kugel förmige Ende eines Kurbelstiftes 186 aufnehmen soll, der an der oberen Welle 58 befestigt ist. Bei den Fig. 4 und 5 ist zu beachten, dass der Kurbelstift 186 an dem unteren Ende der oberen Welle 68 exzentrisch befestigt ist, so dass eine Drehung der Welle 58 zur Folge hat, dass der Kurbelstift 186 kreisförmige Bahnen beschreibt.
Wenn er in der Kugelpfanne des Bügels liegt, bewirkt er, dass sich die Werkstückhalterung 150 in entsprechen der Weise bewegt. Da die Werkstückhalterung 150 von der federnden Kupplung 148 getragen wird, kann sie na türlich den kreisförmigen Bewegungen des Kurbelstif tes 186 folgen.
Das Werkstück, wie beispielsweise eine Rohlinse L, wird eingespannt, indem die Oberfläche s, die geschlif fen werden soll, gegen die Oberfläche t des Werkzeu- ges 120 gerichtet wird. Die Rohlinse L wird normaler weise an einem Block 188, wie dies in den Fig. 5 und 7 gezeigt ist, befestigt sein und wird mit Hilfe von Aus richte- und Haltestiften 190 in dem Bügel 176, die in die Lagerschalen 192 in dem Block<B>188</B> eingreifen,
in Schleifstellung gegenüber dem Werkzeug 120 gehalten.
Die Rohlinse L kann entweder in der mehr übli chen Weise durch Befestigung mit Pech oder einem ähnlichen Klebstoff an einem vorgeformten Block, der dem Block 188 ähnelt und Lagerschalen besitzt, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind oder durch Giessen des Blockes 188 direkt auf die Rohlinse 11, befestigt werden, wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist. Diese Technik ist in der Branche bekannt und hierfür werden bei nie drigen Temperaturen schmelzende Legierungen verwen det. Eine solche Legierung ist im Handel als Cerrolow bekannt.
Bei einer auf diese Weise erfolgenden Befe stigung wird für jede Oberflächenbearbeitung ein neuer Block hergestellt und die Lagerschalen 192 (siehe Fig. 7), die, wenn der Block gegossen wird gleichzeitiggebil- det werden, sind keiner besonderen Abnutzung unter worfen, da der Block nur einmal benutzt wird. Jedesmal, wenn eine Befestigung erforderlich ist, wird ein neuer Block mit neugebildeten Lagerschalen 192 an die Roh linse angegossen.
Wenn man nun auf die Einstellung und den Be trieb der Maschine 22 zu der Oberflächenbearbeitung einer zusammengesetzten oder torischen Krümmung auf einem Werkstück, wie beispielsweise einer Rohlinse L (Fig. 1), näher eingeht, ist zu beachten,
dass die vorlie gende Erfindung insbesondere die Feinbearbeitung der Oberfläche einer Rohlinse durch Polieren betrifft und dass die Oberfläche der Rohlinse dabei schon durch vorhergehende übliche Schleif- und Herstellungsvorgän ge auf eine genaue torische Oberflächenform vorbear beitet ist.
Eine solche Rohlinse (wie sie in Fig. 1 gezeigt ist) besitzt die zusammengesetzte Oberflächenkrümmung s, die einen Hauptmeridian und einen Zylindermeridian besitzt, die zur Erläuterung durch die entsprechenden Linien b und c schematisch eingezeichnet sind.
Die Haupt- und Zylindermeridiane werden in der Branche so bezeichnet, wobei natürlich selbstverständlich ist, dass die Achse einer torischen Oberfläche mit der ge ringeren Krümmung, die manchmal die sphärische Krümmung genannt wird,
den Hauptmeridian bildet und die Achse mit der grösseren oder stärkeren Krüm- mang als der Zylindermeridian bezeichnet wird. Diese Achsen oder Meridiane b und c sind natürlich unter rechten Winkeln zueinander angeordnet, die sich im Mittelpunkt 0 der Rohlinse- schneiden:
Bei der Befestigung einer Rohlinse, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, an einem Block 188 ist es allgemein üblich, die Zylinderachse c der Rohlinse parallel zu einer Linie, die zentral durch die Lagerschalen 192 läuft, anzuord nen, - so dass, wenn die befestigte Rohlinse in die Ein- spännvorrichtung eingespannt wird,
wobei die Halte- stifte 190 des Bügels 176 in die Lagerschalen 192 des Blockes eingreifen, der Zylindermeridian c der Rohlin- se senkrecht oder im rechten Winkel zur Achse der ge genüberliegenden Arme 175 des Bügels 176 und der Hauptmeridian der Rohlinse parallel zur Achse der ge genüberliegenden Arme 175 des Bügels 176 angeord net ist.
Dabei sollte man erwähnen, dass das übliche Ver fahren zur Herstellung torischer Rohlinsen darin besteht, die Rohlinsen vor der eigentlichen Herstellung oder dem Schleifen der torischen Oberfläche s mit einem Block 188 zu versehen und die torische Oberfläche wird dann hergestellt,
wobei die Haupt- und Zylindermeridiane in die obenerwähnte bekannte Vorrichtung gegenüber den Lagerschalen 192 in dem Block 188 gebracht wer den. Die Rohlinse ist ohne dass sie wieder neu befe stigt zu werden braucht, so für eine Oberflächenbearbei tung nach der vorliegenden Erfindung fertig.
Die Erfindung eignet sich daher nicht nur für die anfängliche Erzeugung der torischen Oberfläche s, son dern auch-für die Feinbearbeitung der Oberfläche durch eine Oberflächenbearbeitung, die entweder aus einem Feinschleifen oder einem Polieren oder beiden bestehen kann, wobei die letztere Bearbeitung der ersteren folgt.
Die Bearbeitung beginnt somit mit einer am Block befestigten Rohlinse L, auf der eine torische Ober fläche t genau eingeschliffen ist.
Das Werkzeug 120 (Fig. 2), das zur Ausführung der Oberflächenbearbeitung vorgesehen ist, besitzt, wie oben erwähnt ist, eine genaue torische Bearbeitungsfläche t, die der gewünschten Endkrümmung der Rohlinse ent spricht und die auch aus praktischen Gründen der zu erst auf der Oberfläche eingeschliffenen zusammenge setzten oder torischen Krümmung s der Rohlinse genau gleicht.
Wie dies aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, besitzt die Bearbeitungsfläche t des Werkzeuges 120 einen Hauptmeridian mit einer Krümmung, die der Haupt krümmung der Rohlinse L entspricht- und einem Zylin- dermeridian mit einer Krümmung, die der Zylinder- krümmung der Rohlinse L entspricht.
Die Haupt- und Zylindermeridiane der Bearbeitungsfläche t des Werkzeu- ges 120 sind zur Veranschaulichtung durch entspre chende Linien b' und c' bezeichnet, und es sollte bei Fig. 2 beachtet werden dass die Lage des Zylinderme- ridianes c der Werkzeugoberfläche t durch eine Nut 196 an der Werkzeugkante bezeichnet ist.
Auch der Füh- rungsschlitz 140 in dem Werkzeug 120 ist parallel zu dem Zylindermeridian der Oberfläche t angeordnet, so dass, wenn das Werkzeug 120 in. den Werkzeugadap- tor 118 eingesetzt wird, der Führungsschlitz 140 über den Stift 136 passt und die Zylinderachse der Werkzeug oberfläche t in eine feste Ausrichtung parallel zu einer Linie durch die Stifte 190 in dem Bügel 176 bringt.
Dies hat daher eine parallele Ausrichtung der Meridia ne c und c der Rohlinsenoberfläche s und der Werkzeug oberfläche t zur Folge und die Rohlinse L und das Werkzeug 120 werden während der Oberflächenbearbei tung in dieser axialen Ausrichtung gehalten.
Für den Fall, dass diese parallele Ausrichtung der entsprechenden Meridiane der Rohlinse und des Werk- zeuges beim Einsetzen der Einspannung nicht erreicht wird, werden die Schrauben 168 an dem Kragen 166 gelöst und der Kragen 166 wird, wie oben beschrie ben, gedreht und so eingestellt, dass die Achse der Ar me des Bügels rechtwinklig oder senkrecht zu dem Meridian c' des Werkzeuges 120 ausgerichtet ist.
Dann werden die Schrauben angezogen und halten den Kra gen 166 ständig in dieser Stellung.
Es ist zu erwähnen, dass das Einsetzen der am Block befestigten Rohlinse in der Einspannvorrich- tung 20 einfach durch Heben des Bügels 166 um ein genügendes Stück von dem Werkzeug 120 weg erfolgt, so dass die Rohlinse mit dem Block zwischen dem Bü gel- und dem Werkzeug eingesetzt werden kann.
Die Lagerschalen 192 in dem Block 188 werden zu den Stiften 190 in dem Bügel ausgerichtet und der Bügel wird in die Stellung, in der die Stifte 190 in die entspre chenden Lagerschalen 192 im Block eingreifen, herun tergelassen und hält nun die Rohlinse gegenüber dem Werkzeug. Das Herausnehmen der fertigen Linse er folgt wieder durch Heben des Bügels 176, wobei sich die Stifte 190 aus den Lagerschalen 192 lösen und die Linse mit dem Block dann aus der Einspannanordnung zwischen dem Bügel und dem Werkzeug herausgenom men werden kann.
Aus den Zeichnungen ist zu entnehmen, dass sich während der Oberflächenbearbeitung die gesamte Ein- spanneng dreht, wobei der Bügel 176 die am Block be festigte Linse gegen eine Drehung in der Einspannvor- richtung 20 sichert und dass das Eingreifen des Stif tes 136 in den Führungsschlitz 140 das Werkzeug gegen eine Drehung in der Einspannvorrichtung sichert.
Bei Ausführung eines Poliervorganges mit der Ma schine nach der vorliegenden Erfindung wird auf die Oberfläche t des Werkzeuges 120 ein verhältnismässig dünnes Polierkissen 198 so aufgebracht dass es die Oberfläche bedeckt und zwischen dieser und der Ober fläche s der Rohlinse, die bearbeitet werden soll, liegt. Das Kissen 198 wird so gewählt, dass es der Werkzeug oberfläche t genau entspricht und wird vorzugsweise mit einem druckempfindlichen Klebstoff, einem Kitt oder dergleichen, der normalerweise für diesen Zweck ver wendet wird, befestigt.
Das Polierkissen wird vorzugs weise aus einem im Handel unter dem Namen Pel- lon bekannten oder einem ähnlich gearteten Material hergestellt.
Es kann auch ein allgemein bekanntes Po lierkissen aus Filz, oder es können andere, aus Kunst- stoff hergestellte Kissen verwendet werden:
Bei der Erzeugung einer relativen Bewegung zwi- schen der Rohlinse und dem Werkzeug zum Polieren wird die Einspannung 20 durch die untere Welle 102 als Ganzes gedreht, während die obere Welle 58 ge dreht wird, um kreisförmige Bewegungen des Kurbel- stiftes 186 und eine erste relative Seitenbewegung zwi schen der Rohlinse L und dem Werkzeug 120 hervor zurufen.
Der Kurbelstift bewirkt, indem er kreisförmige Bewegungen ausführt, während die Einspannung ge dreht wird eine im wesentlichen spiralförmige Bewe gung der Rohlinse über die Oberfläche des Werkzeuges 120.
Es wurde gefunden, dass ein gutes Polieren bei der Oberflächenbearbeitung der Mittelfläche der Rohlinse erfolgt, wenn die Achse der oberen Welle ungefähr 71/2 mm gegenüber der Achse des Werkzeuges versetzt ist, während zwischen dem Kurbelstift 186 und der obe ren Wellenachse ein Abstand von ungefähr 21/2 mm vorgesehen ist, der dem Kurbelstift eine kreisförmige Bahn von ungefähr 5 mm Durchmesser gibt. Diese Zahlen sind willkürlich und können natürlich beträcht lich verändert werden.
Es wurde auch gefunden, dass sich in Bezug auf die Oberflächenqualität gute Ergeb nisse erzielen lassen, wenn die obere Welle mit unge- fähr 60 Umdrehungen/Minute und die untere Welle und die Einspannvorrichtung 20 mit ungefähr 600 Um drehungen/Minute betrieben wird.
Es ist verständlich, dass es durch die Fähigkeit der Kupplung 148, sich in der gewünschten Weise zu bie gen, möglich ist, dass das obere Ende der Einspann vorrichtung 20 der Bewegung des Kurbelstiftes 186 frei folgt und zwischen der Rohlinse L und dem Werkzeug 120 eine seitliche Bewegung hervorruft. Durch ein Schwingen des gesamten Kopfes 26 der Maschine nach der Seite wird der Rohlinse L eine zusätzliche Bewe gung erteilt, wobei die obenbeschriebene Verbindung zwischen dem Kopf 26 mit dem Ständer 24 benutzt wird.
Aus Fig. 4 kann man sehen, dass das Verbin dungsteil 30 mit einem seitlichen Ansatz 200 versehen ist, an dem ein Kurbelarm 202 bei 204 drehbar befe stigt ist. Das untere Ende des Kurbelarmes 202 ist bei 206 in ähnlicher Weise drehbar an einer drehbaren Nockenscheibe 208 befestigt, die von einem Motor 210 angetrieben wird.
Ein Einstellschlitz 212 in der Nocken scheibe 208 ermöglicht eine Einstellung der Verbindung 206 auf einen vorbestimmten Abstand von der Rota tionsachse der Platte 208 so dass das Ausmass der Bewegung nach der Seite oder der Schwingung des Ma schinenkopfes 26 auf einen gewünschten Wert einge stellt werden kann, d. h., dass der von der Exzentri zität der Verbindung 206 gegenüber der Achse der Platte 208 herrührende Schub bei jeder Umdrehung der Platte 208 eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Kurbelarmes 202 bewirkt. Dadurch dreht sich die Verbindung 30 in den Lagerblöcken 32 und 34 und dem Kopf 26 wird eine Schwingung zur Seite oder eine Querbewegung erteilt, wenn der Motor 210 eingeschal tet wird.
Eine Querbewegung von ungefähr 5 mm lie fert, wie gefunden wurde, die gewünschten Ergebnisse. Wieder sollte erwähnt werden, dass die freie Biegsam keit der Kupplung 148 es möglich macht, dass der obe re Teil der Werkstückhalterung der Einspannung 20 allen Bewegungen, die diesem durch die Bewegung des Kopfes 26 und die Umdrehung der oberen Welle 58 gleichzeitig erteilt werden, folgen kann, und da die Kup plung 148 gegen Drehmomente oder andere Kräfte, die sich nach der einen oder anderen Seite verwinden wür den, unempfindlich ist, bleiben die entsprechenden Haupt- und Zylindermeridiane der Rohlinse L und des Werkzeuges 120 jederzeit zueinander parallel.
Es wurde gefunden, dass bei den meisten Poliervor gängen ein Druck von dem Werkstück oder der Roh linse L auf die Werkzeugoberfläche von ungefähr 0,25 kg/cm3 (35 lbs./sq.in.) die gewünschten Ergebnisse liefert, und dieser Druck wird, wie oben beschrieben durch entsprechende Einstellung der Feder 86 erzeugt.
Um den Druck im wesentlichen entlang einer Linie durch den Krümmungsmittelpunkt der Rohlinse zu füh ren, die auch im wesentlichen senkrecht zu der Mittel ebene der Hauptkrümmung der Werkzeugoberfläche am Schnittpunkt der Linie mit dieser ist, wird, wie be reits erwähnt, durch Einstellung des Ansatzarmes 68 auf der gekrümmt ausgebildeten Oberfläche 74 des Kopfes 26 das obere Wellengehäuse 56 gekippt oder geneigt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.
Sobald diese Einstellung vorgenommen ist, wird das obere Wellengehäuse von der Mutter 71 der Schraube 70 in dieser Stellung festgehalten.
Zum Polieren einer Rohlinse L wird, wenn die Ma schine 22, wie oben erwähnt, mit einem Polierkissen 198 auf der Werkzeugoberfläche t betrieben wird, ein flüssiges Poliermittel auf das Polierkissen 198 während des Poliervorganges vorzugsweise kontinuierlich aufge bracht, so dass es sich dann zwischen der Oberfläche der Rohlinse und dem Kissen befindet. Jedes von den an sich bekannten und im Handel erhältlichen Polier mitteln kann verwendet werden.
Die Wahl eines Poliermittels wird unter Berück sichtigung des für das Werkstück verwendete Materials getroffen, wobei das Werkstück eine Rohlinse aus Glas oder in einigen Fällen aus Kunststoff sein kann. Geeignete im Handel erhältliche Poliermittel für Kunst stoffe und Gläser sind in der Branche gut bekannt.
Das Poliermittel wird durch eine Zuführungsleitung oder ein Rohr 216 zu dem Werkzeug und der Rohlinse (siehe Fig: 4) geführt. Das Rohr 216 wird von dem Kopf 26 der Maschine gehalten und das Ende 280, an dem die Flüssigkeit austritt, ist in der Einspannvorrich- tung 20 auf die Bearbeitungsoberfläche des Werkzeu- ges 120 gerichtet. Das Rohr 216 ist an dem oberen Wellengehäuse 56 befestigt, kann aber auch an ir gendeinem anderen geeigneten Teil des Kopfes 26 be festigt werden.
Um die Seitenschwingung des Maschinenkopfes 26 nicht zu behindern, wird das Rohr 216 vorzugsweise aus den üblichen biegsamen Rohren oder Schlauch her gestellt und von dem Kopf 26 aus zu einer geeigneten Pumpe 220 geführt, die in einem Behälter 222 angeord net ist, der einen Vorrat an Poliermittel enthält. Der Behälter und die Pumpe können, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, innerhalb des Ständers der Maschine 24 an geordnet sein; die Unterbringung kann aber auch an jeder anderen passenden Stelle der Maschine vorgenom men werden.
Rund um die Einspannvorrichtung 20 ist ein Spritzschutz 224 vorgesehen, der dazu dienen soll, das gebrauchte Poliermittel zu sammeln und für einen neuen Umlauf in den Behälter 222 zurückzuführen. Eine Sammel- und Rückführrohrleitung 226 (Fig. 3) geht daher von dem Spritzschutz 224 aus.
Eine Abwandlung dieses Teiles der Erfindung ist in Fig. 12 gezeigt, wobei die Einspannvorrichtung 20 und die dazugehörigen Teile in einem Tank 228 angeordnet sind, der die Einspannvorrichtung 20 trägt und an der unteren Welle 102 der Maschine 22 befestigt ist, so dass er durch diese gedreht wird.
Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das flüssi ge Poliermittel in dem Tank angeordnet und durch die von der Rotation des Tankes herrührenden Zentrifu- galkräfte wird das Mittel gegen die Seitenflächen ge drückt.
An der Innenseite des Tankes ist mittels eines an dem Ständer 24 befestigten Armes 232 der Maschi ne ein stationärer Sammler oder Auffänger 230 befestigt und der Auffänger dient zum Auffangen oder Sammeln. des Poliermittels an den Seiten des Behälters und be wirkt, dass dieses durch ein Auslassrohr 234 nach aus sen zur Einspannvorrichtung 20 und auf das Werkstück und das Werkzeug gefördert wird.
Aus den obengemachten Ausführungen ergibt sich, dass die Einsnannvorrichtung 20 ein ausserordentlich gut ausgewuchtetes Machinenteil darstellt, das<B>_</B> mit ho her Geschwindigkeit gedreht werden kann,
wärend die entsprechenden Haupt- und Zylindermeridiane der zu gehörigen Oberflächen der Rohlinse und des Werkzeu- ges während des Betriebes der Maschine ständig ge nau parallel zueinander bleiben. Gleichzeitig ermöglicht die federnde Kupplung 148, die dazu dient;
diese Aus richtung des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück aufrechtzuerhalten, dass. sich das Werkstück gegenüber dem Werkzeug frei in Richtung zur Seite bewegen kann, wobei auf dem Werkstück eine Läpp- oder Polierwir- kung hervorgerufen wird.
Es ist zu erwähnen, dass; wenn die Maschine zum Feinschleifen oder Lappen der Oberfläche der Rohlin- se L und nicht für das Polieren der Oberfläche verwen det wird, dann das Polierkissen 198 nicht gebraucht würde, d. h.
die Rohlinse L würde mit der Werkzeug- oberfläche t in direkte Berührung gebracht werden und anstelle des Poliermittels würde ein flüssiges .Schleifmit tel, das beispielsweise in Wasser suspendierte Korund- teilchen enthält, verwendet werden. Im übrigen würde der Bearbeitungsvorgang in der gleichen Weise wie dies oben für das Polieren beschrieben ist, ausgeführt wer den.
Verhältnismässig dünne Schichten aus Siebmaterial oder dergleichen, die vorteilhaft auf der Werkzeugober- fläche t angebracht werden, können, wenn ein Korund- schleifmittel verwendet wird, dazu dienen, während der Oberflächenbearbeitung die Werkzeugoberfläche, falls gewünscht, zu schützen.
Solche Schichten- würden dann einfach das Polierkissen 198 ersetzen und so die Ober fläche t des Werkzeuges vor Abnutzung schützen.
Aus Fig. 1-7 ist zu sehen, dass die konkave oder negative Seite der Rohlinse poliert oder beabeitet wer den soll und dass der Linsenblock von dem Bügel 176 getragen wird.
Diese Anordnung kann umgekehrt wer den, wie Fig. 8 zeigt, so dass die konvexe oder positive Seite der Rohlinse mit der hier erwähnten Maschine leicht geschliffen oder poliert werden kann. In diesem Falle wird die Werkstückhalterung 236; die dem Werk zeug 120 in praktisch jeder Hinsicht entspricht, dafür verwendet dass sie das Werkstück oder- die Rohlinse L' hält.
Das Teil 236 wird in-die Einspannvorrichtung 20 in der gleichen Weise eingesetzt, wie dies oben für das Werkzeug 120 beschrieben ist. Die Rohlinse L' ist je doch mit einem geeigneten Klebstoff, wie Pech oder dergleichen oder einer bei niedrigen Temperaturen schmelzenden metallischen Legierung an einem Werk stückhalteteil 236 befestigt.
Das Werkzeug 240 ähnelt in diesem Falle praktisch in jeder Hinsicht dem Block 188 und wird von einem Bügel in genau der gleichen Weise, wie dieses bei dem Block 188 beschrieben ist, gehalten.
Die an der Rohlinse L' angreifende Oberfläche des Werkzeuges 240 besitzt eine torische Oberfläche, die der der positiv gekrümmten Seite der Rohlinse ent spricht und kann gegebenenfalls mit einem Polierkissen 242 versehen sein.
Beim Polieren würde das Polierkis- sen 242 verwendet werden und bei einer Oberflächen- bearbeitung durch Feinschleifen mit losem Schleifmit tel wie Korund und dergleichen jedoch nicht. Wenn Ko- rund oder dergleichen verwendet wird, kann gegebenen- falls ein Drahtnetz das Polierkissen ersetzen.
Bei der Oberflächenbearbeitung der positiven oder konvexen Seite der Rohlinse, wie sie in Fig. B gezeigt ist, ist die Wirkungsweise der Maschine die gleiche wie bei der Oberflächenbearbeitung der konkaven Seite der Rohlinse und es liegt in Wirklichkeit nur eine Umkeh- rang von Werkzeug und Werkstückhalterung vor.
Man sollte aber darauf hinweisen, dass die Oberflächenbe arbeitung einer positiven oder konvexen Seite einer Rohlinse auch ohne eine Umkehrung von Werkzeug und Werkstückhalterung ausgeführt werden kann, in dem man ein Werkzeug vorsieht, das anstelle der kon vexen Oberfläche t des Werkzeuges 120 eine konkave torische Bearbeitungsfläche besitzt.
Die Verwendung der beschriebenen Maschine zum Schleifen einer komplexen Oberfläche eines Gegenstan des besteht darin, dass der Gegenstand und ein Schleif werkzeug in Schleifstellung zueinander gebracht wer den, dass das Schleifwerkzeug und der Gegenstand re lativ zueinander auf unregelmässigen Bahnen bewegt werden während die Hauptmeridiane des Werkzeuges und des Gegenstandes zueinander parallel gehalten wer den und dass die Wirkungen der Zentrifugalkraft auf dieses Werkzeug und den Gegenstand ausgeglichen wer den, damit während des Schleifvorganges Schwingungen und eine axiale Verdrehung des Werkzeuges und des Gegenstandes vermieden werden,
was sich aus der Her stellung von Einrichtungen zur Ausrichtung des Gegen standes und des Schleifwerkzeuges in Bezug auf die Meridiane zueinander mit im wesentlichen um die Ro tationsachse der Einrichtungen gleichen geometrischen Abmessungen und gleichem Gewicht ergibt, so dass, wenn diese rotiert, ein besserer Unwuchtausgleich der Einrichtungen erreicht wird.
Die Fig. 9, 10 und 11 erläutern weitere Abwand lungen der vorliegenden Erfindung, wobei in Fig. 9 ein. Balg 244 für die Einspannvorrichtung 20' verwendet wird, der die federartige Kupplung 148 ersetzt. Die Einspannvorrichtung 20' ist im übrigen identisch mit der oben beschriebenen Einspannanordnung 20 und die Wirkungsweise der Vorrichtung von Fig. 9 entspricht der Einspannanordnung 20.
Der Balg 224 kann- aus ge- presstem Metallblech oder dergleichen in die in Fig. 9 gezeigte Form gebracht werden oder kann zur Erleich terung und Vereinfachung der Konstruktion in der durch Fig. 10 erläuterten Weise hergestellt werden.
Die Ausführung nach Fig: 10 besteht aus einer Anzahl von flachen Ringen 246, die als Stanzteile oder dergleichen aus Stahlblech oder anderen geeigneten Metallen herge stellt sind und die durch dazwischen liegende Drahtrin ge 248 im Abstand voneinander gehalten werden, wel che die flachen Ringe 246 einzeln voneinander trennen. Die Drahtringe 248 werden in zwei Grössen hergestellt.
Eine Gruppe besitzt einen Durchmesser, der nur ein klein wenig geringer als der Aussendurchmesser der fla chen Ringe 246 ist und die andere Gruppe besitzt ei nen Durchmesser, der ein wenig grösser als der Innen durchmesser der flachen Ringe ist. Die entsprechenden Durchmesser dieser Drahtringe sind so gewählt, dass es möglich ist sie zwischen die benachbarten oder einan der zugewandten Flächen der flachen Ringe 246 zu le gen, wenn die Ringe 246 koaxial übereinandergesetzt werden.
Diese balgartige Anordnung entstellt, wenn zu erst ein Drahtring 248 mit grossem Durchmesser, ein flacher Ring 246, ein Drahtring 248 mit kleinem Durch messer usw. koaxial übereinandergesetzt werden. Die Drahtringe und die flachen Ringe werden, um den Balg zu erzeugen, miteinander verschweisst oder auf an dere Weise miteinander verbunden.
Eine andere Ausführungsform eines balgförmigen Aufbaues ist in Fig. 11 gezeigt, wobei die Anordnung zur Erläuterung auseinandergezogen dargestellt ist. Die se Konstruktion enthält nur eine Anzahl von identisch ausgebildeten ursprünglich flachen Ringteilen 250, die den Teilen 246 in Fig. 10 ähnlich sind.
Die flachen Ringteile 250 werden vorzugsweise aus Stahlblech oder dergleichen hergestellt, das federgehärtet sein kann und sie werden koaxial übereinandergesetzt. Die dazwischen liegenden Verbindungen werden durch Nieten 252 oder dergleichen in der dargestellten Weise hergestellt, d. h.
ein erster Ring 250 wird mit einem zweiten Ring 250 durch Nieten verbunden, die an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind und der nächste Ring wird mit dem zweiten Ring in ähnlicher Weise verbunden, wobei jedoch die Nietverbindungen an einem Ringdurchmesser vorgenommen werden, der gegenüber dem Durchmesser durch die ersterwähnten Verbindungen unter einem rechten Winkel angeordnet ist. Die Verbindung zwischen jedem der nachfolgenden Ringe 250 und den bereits miteinander verbundenen Ringen wird weiterhin so vorgenommen, dass diese Verbindung abwechselnd parallel zu dem einen Durch messer und dann senkrecht zu dem vorhergehenden er folgt.
Machine for grinding and polishing a concave. or convexorically curved surface The present invention relates to the surface treatment of curved surfaces, e.g.
B. of Rohlin sen and similar workpieces, and their subject is a machine for grinding and polishing a concave or convex torically curved surface of a lenticular workpiece by means of a tool that has a said surface of the workpiece-like machining surface, with a rotatable jig that comprises a base plate and an elastic coupling having cylindrical windings with one end which is movable to and fro with respect to said base plate and has another end which is fastened to said base plate.
Means are provided for holding said workpiece and said tool within said windings, where one of said coupling is held on said base plate and the other said coupling on said movable end and further said surfaces interact with one another. The clamping device is arranged to be rotatable about an axis which extends through said coupling and is coaxial to said windings when the coupling is at rest, the workpiece, tool, base plate and coupling rotating together in synchronism.
The machine according to the invention also has means for rotating drive said rotatable clamping device around said axis and for lateral movement of said movable end of said coupling, which serve to generate a relative movement between said surfaces of the workpiece and the tool.
A torically curved surface is understood to mean a surface that has a composite surface curvature, in which two mutually perpendicular meridians have different curvatures, one of the meridians lying in the center plane of a torus, i.e. being circular. The toric surfaces can be positive, i.e. H. convex, or negative, d. H. be ground concave.
In the manufacture of toric surfaces, the corresponding main and secondary meridians or axes of the composite surface curvature on a toric raw lens to be machined must be kept parallel to the corresponding meridians or axes of the pre-formed surface of the machining tool. For this reason, relatively complex and expensive arrangements had to be used up to now in order to keep the raw lens and the tools in a precisely aligned relationship to one another during the surface treatment.
The complex structure of the devices currently in use for axial alignment makes it impossible to create a balanced tool part that could be operated at above-average speeds.
This means that the usual arrangements for axial alignment have included various arm attachments and yoke-like brackets or the like for inserting the tool or the work piece and that at least some of these parts were held resiliently or otherwise movable by flexible arms or articulated connections or the like .
If such an arrangement is rotated at relatively low speeds, devices of this type fulfill their purpose, but at high rotation speeds cause the centrifugal forces and other effects, such as vibration, which is due to an imbalance of the arrangement, a twist during surface processing of the workpiece holder and tool,
which results in the production of an imprecisely curved and poorly formed surface or otherwise inferior raw lenses.
In order to keep pace with the ever-increasing demand for more effective and increased production in lens production, it is necessary that the surface processing operations on raw lenses are carried out and improved more quickly without the quality of the end product suffering, rather the quality of the product should also be carried out still to be improved.
This can obviously not be carried out successfully with the usual facilities that are seen for relatively slow machining operations, since the problems of imbalance and other dimensioning factors that are essential for machining operations at high speed are not given sufficient attention has been.
The purpose of the present invention, which is concerned with high-speed surface machining operations, is now
to overcome the problems discussed above in the field of surface treatment of the green lenses and to provide a machine for grinding and polishing torically curved surfaces,
which enables the fine finishing of the surfaces of raw lenses and similar workpieces with increased efficiency and accuracy.
The machine according to the invention is characterized by the fact that the turns of the coupling enclose the workpiece and the tool and encircle approximately concentrically and have such a low torsional flexibility that given meridians of the surfaces of the workpiece and the tool during the rotating and lateral movement of the same are kept at least approximately parallel to each other.
The following description, which allows the teachings contained in the present invention to be better understood, is accompanied by a drawing. In this. Fig. 1 is a perspective view of a lens that is to be processed, for example, according to the invention;
Fig. 2 is a perspective view of a preferred lapping stone or tool used in connection with the machine according to the invention for creating a surface curvature on a green lens or the like as shown in Fig. 1;
3 is a side view of a preferred embodiment of a surface working machine, with parts broken away to show essential parts in section;
Figure 4 is a front view of the machine shown in Figure 3; FIG. 5 is an enlarged cross-section taken along line 5-5 of FIG. 3 in the direction of the arrows; FIG.
Fig. 6 is a view of part of the machine shown in Fig. 3 along line 6-6 of Fig. 3 and in the direction indicated by the arrows. Fig. 7 is an enlarged partial cross-section along line 7 = 7 of Fig 5;
Fig. 8 is a view substantially similar to Fig. 7 showing an arrangement of that part of the machine; and FIGS. 9, 10, 11 and 12 are partial views of various modified embodiments of the present invention.
The present invention relates generally to a machine for machining curved surfaces, such as raw lenses and the like, and the drawings illustrate a preferred embodiment of such a machine, which is provided by a new clamping device 20 for raw lens and tool (see Fig. 3, 4 and 5) for clamping a blank lens and a tool in a fixed,
predefined axial alignment, which is retained at all times, is marked. It will be clear afterwards that the device 20, which is rotated as a whole during the surface machining, forms a well-balanced rotary device, which allows machining operations to be carried out at high speeds with minimal vibration and other imbalance effects which affect the accuracy of the curvature and the Could damage the surface quality of the end product.
Furthermore, the device provides, although it is balanced for machining operations at high speed, a large amount of freedom of movement to perform the desired degree of lateral vibrations between the work piece and the tool, so that a fast and effective grinding or polishing of the surface processing Workpiece surface is reached,
while axial misalignment between workpiece and tool is reliably avoided.
The device 20 can be attached to surface processing machines of various types and, for the purposes of explanation, as shown in FIGS. 3-7, is in readiness for operation on a preferred embodiment of a processing machine. The combination of the machine shown and the device 20 forms a single, complete and highly effective lens processing machine 22.
The machine to which the rotatable device 20 is attached will first be described in detail in order to facilitate a better understanding of the construction, object and operation of the device 20, the description of which follows. From FIGS. 3 and 4 it can be seen that the surface processing machine 22 has a stand 24 which preferably has a hollow interior and a protruding head part 26 which is rotatably connected to the stand 24 by means of H-shaped connections 28 and 30 is.
The H-shaped links are rotatably attached to hinge blocks 32 and 34, respectively, on the head and stand portions of the machine. The blocks 32 and 34 and the corresponding connecting pieces 28 and 30 are connected to each other by hinge pins 36 and the blocks 34 are fastened to the stand 24 with screws or the like.
The blocks 32, which are to be regarded as part of the head 26, are interconnected by horizontally disposed rods 38 and 40 which fit into the bores 42 and 44 and the enlarged eyes 46, respectively, made in the top of each of the blocks 32 are provided.
The rods 38 and 40 are tightly screwed near their opposite ends to the eyes 46 of the blocks 42 by screws 48 or the like and are arranged (see Fig. 4) that they the uppermost ends of the connectors 28 and 30 at a distance apart, which is essentially equal to the distance between the lowermost ends of the connecting pieces.
The assembly made up of connectors 28 and 30, bearing blocks 32 and rods 38 and 40 forms a frame to which a protruding portion 50 of head 26 is attached so that it can move around rod 38. In that it is rotatably fastened to the stand 24, the frame offers a device for vibrations of the head 26 during a surface treatment to the side or in the lateral direction, as will be explained in more detail below.
The protruding portion 50 of the head 26 includes a main chuck 52 made of cast iron which is provided with a pair of split bearings 54 mating with the front rod 38. The bearings 54 are designed and attached to the rod 38 in such a way that they form a secure vibration-free connection while a relatively easy tilting movement of the protruding part 50 of the head 26 around the rod 38 is possible.
The protruding part 50 of the head 26 is, although it can rotate freely around the rod 38, against a lateral movement along the rod 38, secured by suitable limitation devices, which in the drawing as a collar 51, the rod 38 between the split bearings 54 to are shown. In order to fix the protruding part 50 of the head 26 to a desired location on the rod 38, the collar 51 is screwed to the rod 38 by screws 51a or the like.
It should be mentioned here that all rotatable or fixed connections which are provided between the various parts of the machine 22 should be precisely machined so that they result in tight, fixed and vibration-free connections. Furthermore, the individual parts already described in more detail and those parts that will be described should be designed so that they have sufficient strength to avoid vibrations of the machine during operation.
If you now come back to the protruding part 50 of the head 26, it can be seen from FIGS. 3 and 4 that a shaft housing 56 is attached to the front end of the cast part 52, in which a rotatable shaft 58 (see FIG. 5) is arranged is. The shaft 58 is hereinafter referred to as the upper shaft and is driven by a motor 60 via drive pulleys 62 and 64 and the drive belt 66 therebetween. The motor 60 is attached to the casting 52 near the rear of the head so that it partially counterbalances the portion of the head 26 which protrudes from the front of the machine.
The shaft housing 56 is provided with an associated, rearwardly extending fastening arm 68 which is fastened to the cast part 52 with a screw 70. The adjacent surfaces of the fastening arm 68 and the part 52 are arcuately shaped and correspond to each other in their curvatures.
This arc-shaped, matching Oberflä surfaces of the part 52 and the arm 68 make it possible that the shaft housing 56 by sliding along the mounting arm 68 for the Wellengehäu se to one side or the other from a central position can be easily tilted in the the housing axis would normally be vertical. A slot 72 in the mounting arm 68 enables the desired lateral adjustment of the shaft housing, and the screw 70 is immovably fastened in the casting 52,
so that by loosening the nut 71, the arm 68 for the shaft housing is freely movable and can be moved laterally to set the inclination of the shaft housing. When the desired setting has been made, the nut 71 is tightened and the setting is maintained.
The corresponding surfaces 74 and 76 of the casting 52 and the fastening arm 68 have a radius of curvature r (see FIG. 4) which corresponds approximately to the distance between the surfaces from an underlying point 77 which is approximately at the level of the approximate The center of curvature of a lens blank, which is to be processed in the arrangement 20, lies. This is explained in more detail below, whereby it will become clear
that the curvatures of the surfaces 74 and 76 are each arranged so that the shaft housing can be tilted approximately about the center point of the mean curvature of a surface of a raw lens to be machined. This is to cause the axis of the shaft 58 to be approximately perpendicular to a tangent to the surface of the lens blank at an intersection of the upper shaft axis with the blank lens surface and so the pressure exerted by the head 26 on the blank lens during surface machining remains during a lateral Vibration of the lens blank essentially
evenly. This will be explained in more detail later in the description of the way in which we operate the machine according to the present invention.
In order to raise and lower the protruding part 50 of the head 26, for example for inserting or removing workpieces from the clamping device 20, a pneumatic cylinder 78, which is fastened by screws 80 or the like to the rear of the stand, is provided and the piston rod 82 is connected to the casting 52 of the head 26 by a flexible rope 84, cable or the like.
When the compressed air cylinder 78 is actuated, its piston rod 82 is pulled downwards and causes a pull on the cable 84, so that the overhanging part 50 of the head rotates around the rod 38 and the shaft housing is lifted off the jig 20. When the machine is ready for operation, the piston rod 82 of the pressure cylinder 78 is at the top, as shown in FIG. 3. This results in the rope 34 hanging through, the shaft housing being lowered into the operating position in which the tool freely engages the raw lens.
As it is desirable; that a controlled pressure is exerted on the blank lens or the workpiece to be surface-machined, a tension spring 86 between the stand 24 and the protruding part 50 of the head 26 is provided. The spring 86 is held under tension by hook-shaped members 88 and 90 which are attached to the two opposite En, and the hook-shaped member 90 is attached to the stand 24 via an arm 92, while the member 88 is vertically adjustable bar to to increase or decrease the tension of spring 86.
This setting is vorgenom men by means of an internally threaded adjusting screw 94 into which the member 88 is screwed (see Fig. 3). The screw 94 is in turn in a vertical sliding bearing-like guide 96 which belongs to the part 52, rotatable and displaceable.
A rotation of the screw 94 in the guide 96 has the consequence that the threaded part 98 of the hook-shaped link 88 is screwed out or screwed in from the internally threaded part of the screw 94, so that the hook-like part 88 is raised or lowered takes place, which causes an increase or decrease in the tensile stress of the spring 86 se in the desired Wei.
The machine 22 is provided with a lower Wellenge housing 100 which is fastened with screws or in some other way to the lower part of the stand 24 (see FIGS. 3, 4 and 5) and which extends through the top of the stand 24 in the direction on the upper shaft 58 extends.
In. The housing 100 for the lower shaft is supported by a lower shaft 102 (see FIG. 5), which can be set in rotation by a motor 104 via a drive belt and pulley arrangement. This arrangement consists of a pulley 106 on the motor 104, a pulley 108 connected to the lower shaft 102, and a drive belt 110 therebetween.
The upper and lower portions of the lower shaft 102 are supported in the housing 100 in bearings as shown at 112 in Figure 5, and the uppermost end of the shaft 102 is threaded at 114: a first adapter 116 is threaded connected to the upper end of the shaft 102 so that it rotates with this and a second adapter 118 is used for receiving and clamping a tool and is also held by the lower shaft 102 and rotates with it.
The adapter 118 is referred to below as the tool adapter 118 and is provided with a tapered upper section 112 to accommodate the tool 120. The tool adapter 118 has in the middle an annular projection 124 and adjoining it a cylindrically shaped lower part 126 of reduced cross-section which fits into a similarly shaped recess 128 provided in the upper end of the shaft 102.
The tool adapter 118 is held in place on the shaft 102 by means of a screw 130. The screw 130 extends substantially coaxially through the adapter and engages the shaft 102 with the thread near the bottom of the recess 128. The head of the screw 130 lies in an incision in the tool adapter 118, as is shown in FIG.
A fastening pin 132, which is fastened in the shaft 102 so that it extends upwards into the recess 128, is arranged so that it engages in a corresponding bore 134 in the tool adapter 118 so that the adapter is in a firm position From a predetermined direction relative to the shaft 102 is held.
The mounting pin 132 also serves to prevent any rotation of the axes against each other or a slippage between the shaft 102 and the tool adapter 118 and thus ensures that the adapter and the shaft rotate together as a unit and that the mounting screw rotates 130 does not loosen. A guide pin 136 (see FIG. 3) is also provided on the tool adapter 118,
which is fastened in a suitably designed lateral opening 137 in the pointed part 122 with an interference fit or in some other way. The tool 120, which has an axially aligned, tapered opening 138 which is formed in such a way that the tapered part 122 of the adapter 118 fits into it, is provided with a wedge slot 140 (see FIGS. 2 and 3) which, when the Tool 120 is placed on the adapter 118, the pin 136 engages.
The guide slot 140 and the pin 136 prevent slippage occurring between the tool 120 and the adapter 118 during a rotary movement and the combination of the parts described above causes the shaft 120 to be set in rotation when the shaft 102 is rotated , rotate adapters 116 and 118 and tool 120 as a whole or as a unit.
The clamping device 20, to which the adapters 116 and 118 and the tool 120 can be regarded as belonging, furthermore has an annular base plate 142 which fits onto a shoulder 144 which is provided on the first adapter 116, as best seen in FIG.
The base plate 142 is connected to the first adapter by screws 146 and is designed in such a way that it has an outer, ring-shaped, plate-shaped, platform-like section 147 which lies below the attachment to the adapter 116.
This platform-like section 147 is concentric to the axis of the shaft 102 and carries an upwardly directed resilient coupling 148 which carries an upper workpiece holder 150 and produces a resilient connection to the base plate 143 of the clamping arrangement 20.
The coupling 148, in its preferred embodiment, as shown in FIGS. 3, 4 and 5, is made of a resilient metal such as cold-rolled steel, stainless steel or other alloys used in the manufacture of articles How coil springs are used, produced and has essentially the shape of a spiral or helical spring.
The coupling 148 is manufactured according to the usual method in the manufacture of such objects, so that it has the desired degree of strength to hold the workpiece holder 150 relative to the work tool 120 at the desired height. In spite of this, it is also relatively freely movable and essentially uniformly or equally flexible in all meridians, so that the uppermost end can move and incline to the side, as is required when working on the surface.
The coupling 148 is further characterized in that it is relatively easy to compress, and so it is possible for the workpiece to remain in constant contact with the tool at all times during the surface machining, as will be explained in more detail below.
The coupling 148 is, in addition to the features just mentioned, also characterized in that it is almost completely insensitive to torques caused by the pressure created between the workpiece and the tool 120 or as a result of forces exerted by the rotation of the one tensions arise at relatively high speeds during operation of the machine, and seek to wind or unwind the windings.
These properties of the coupling 148 are achieved by properly dimensioning the shape and size of the turns 152, taking into account the material used for the manufacture. For example, it has been found that a coupling -148 such as shown in Figures 3, 4 and 5, made from cold rolled steel or stainless steel having an outside diameter of approximately 150 mm (6 inches), should have turns which are approximately 3-4, 5 mm (1/8 to 3/16 inches) thick and approximately 22 mm (7/8 inches) wide, making the hitch 148 an inside diameter of about 10;
6 mm (4 1/4 inches). If the coupling is made of other metals, however, these dimensions would have to be changed accordingly to adapt to the special properties of the metals selected. The coupling 148 is also preferably designed to form a right-hand screw with a pitch of about 7.5 mm (5/16 inch).
If you look at the arrangement from above, it should turn clockwise when it is driven by the lower shaft 102, since it has been found that objects of this type offer greater resistance to axial rotations at the opposite ends, if they are turned in the direction of their turns.
The lowermost turn 154 of the coupling 148 is attached to the base plate 142 by screws 156 or the like, and the workpiece holder 150 is attached to the uppermost turn 158 of the coupling by screws 160. It is therefore easy to see that a rotation of the shaft 102 causes a rotation of the entire clamping arrangement 20 including the tool 120 and the workpiece holder 150 as a unit, the workpiece holder being driven from the base plate via the resilient coupling 128.
The workpiece holder 150 consists in detail of a ring 162 which is fastened to the uppermost turn 158 by screws 160. The ring 162 is provided with a recess 164 into which a rotatable, adjustable collar 166 can be fitted coaxially (see FIGS. 4, 5 and 6).
The collar 166 is fastened by a pair of fastening screws 168 to the ring 162 which extend through slots 170 provided in the collar 166 downward. The threads of the screws 168 engage the recess in the ring.
In Fig. 6 it can be seen that the slots 170 are arcuate and have a curvature concentric to the common axis of the ring 160 and the collar 166, so that when the screws 168 are loosened, the collar 166 on the ring 162 can be rotated within the limits given by the slots 170 to enable alignment of the collar with respect to the tool 120.
In making this portion of the clamping assembly 20, the collar 166 is inserted into the ring 162 in a predetermined position aligned with the tool 120 and the ring is rotated approximately midway between the ends of the slots screwed tight, so that for a fine alignment or more precise alignment of the workpiece holder 150 with respect to the tool, the aforementioned adjustment with the screws 168 and slots 170 can be used for the final setting of the clamping device 20.
This will be explained in more detail in the description of the setting and operation of the machine 22 which will follow.
The collar 166 is provided with a pair of diametrically opposed raised portions 172, where in each section a precisely machined bearing opening 174 goes. These bearing openings 174 are coaxial with a diameter of the collar 166. A bracket holding the workpiece extends between the openings 174 and is held at its opposite ends by bearing screws 178 which are screwed into it (see FIG. 5). The enlarged heads of the screws are carefully machined so that they fit neatly into the openings 174 which serve as bearing surfaces for the heads 180.
The bracket 176 can therefore rotate freely about the common axis of the openings 174. It should be noted that the collar 166 and bearing screws 178 are advantageously made from a variety of metals to reduce wear; H. For example, one part is made of bronze and the other is made of steel.
It is further pointed out that although practically all parts of the machine 22 are advantageously made of metal, the choice of the materials used can be made in the manner customary in mechanical engineering so that the greatest possible perfection is achieved with the least possible wear.
The bracket 176 has a widened middle part 182 in which a spherical cup-shaped recess or Ku gelpfanne 184 is centrally arranged, which is to receive the spherical end of a crank pin 186 which is attached to the upper shaft 58. It should be noted in FIGS. 4 and 5 that the crank pin 186 is attached eccentrically to the lower end of the upper shaft 68, so that rotation of the shaft 58 results in the crank pin 186 tracing circular paths.
When it lies in the ball socket of the bracket, it causes the workpiece holder 150 to move in a corresponding manner. Since the workpiece holder 150 is carried by the resilient coupling 148, it can of course follow the circular movements of the crank pin 186.
The workpiece, such as a raw lens L, is clamped in that the surface s to be ground is directed against the surface t of the tool 120. The blank lens L will normally be attached to a block 188, as shown in FIGS. 5 and 7, and is secured by means of alignment and retaining pins 190 in the bracket 176 which are inserted into the bearing shells 192 in the block B> 188 </B> intervene,
held in the grinding position with respect to the tool 120.
The blank lens L can either in the more übli chen manner by attaching with pitch or a similar adhesive to a preformed block, which is similar to the block 188 and bearing shells, as shown in Fig. 7 or by casting the block 188 directly onto the Blank lens 11, as shown in the drawings. This technology is known in the industry and for this purpose, alloys that melt at low temperatures are used. One such alloy is known in the trade as Cerrolow.
With a fastening done in this way, a new block is produced for each surface treatment and the bearing shells 192 (see FIG. 7), which are formed at the same time when the block is cast, are not subject to any particular wear, since the block only is used once. Each time attachment is required, a new block of newly formed bearing shells 192 is cast onto the raw lens.
If one now goes into more detail on the setting and operation of the machine 22 for the surface treatment of a compound or toric curvature on a workpiece, such as a raw lens L (Fig. 1), it should be noted that
that the present invention relates in particular to the fine machining of the surface of a raw lens by polishing and that the surface of the raw lens has already been prepared to an exact toroidal surface shape by previous customary grinding and manufacturing processes.
Such a raw lens (as shown in FIG. 1) has the composite surface curvature s, which has a main meridian and a cylinder meridian, which are shown schematically by the corresponding lines b and c for explanation.
The main and cylindrical meridians are so called in the industry, although it goes without saying that the axis of a toric surface with the smaller curvature, which is sometimes called the spherical curvature,
forms the main meridian and the axis with the greater or greater curvature is referred to as the cylinder meridian. These axes or meridians b and c are of course arranged at right angles to each other, which intersect at the center 0 of the raw lens:
When attaching a blank lens, as shown in Fig. 1, to a block 188, it is common practice to arrange the cylinder axis c of the blank lens parallel to a line running centrally through the bearing shells 192, so that if the attached raw lens is clamped in the clamping device,
The retaining pins 190 of the bracket 176 engage in the bearing shells 192 of the block, the cylinder meridian c of the blank lens is perpendicular or at right angles to the axis of the opposite arms 175 of the bracket 176 and the main meridian of the blank lens parallel to the axis of the opposite one Arms 175 of the bracket 176 is angeord net.
It should be mentioned that the usual process for the production of toric blanks is to provide the blanks with a block 188 prior to the actual production or grinding of the toric surface and the toric surface is then produced,
the main and cylinder meridians being brought into the above-mentioned known device opposite the bearing shells 192 in block 188. The raw lens is ready for a surface treatment according to the present invention without it needing to be re-attached.
The invention is therefore not only suitable for the initial generation of the toric surface but also for the finishing of the surface by a surface treatment which can consist of either a fine grinding or a polishing or both, the latter working following the former.
The processing thus begins with a blank lens L attached to the block, on which a toric upper surface t is precisely ground.
The tool 120 (Fig. 2), which is provided for performing the surface treatment, has, as mentioned above, a precise toric machining surface t, which corresponds to the desired final curvature of the raw lens ent and, for practical reasons, the first on the surface ground composite or toric curvature s of the raw lens is exactly the same.
As can clearly be seen from FIG.
The main and cylinder meridians of the machining surface t of the tool 120 are denoted by corresponding lines b 'and c' for illustration purposes, and it should be noted in FIG. 2 that the position of the cylinder meridians c of the tool surface t by a groove 196 is designated on the tool edge.
The guide slot 140 in the tool 120 is also arranged parallel to the cylinder meridian of the surface t, so that when the tool 120 is inserted into the tool adapter 118, the guide slot 140 fits over the pin 136 and the cylinder axis of the tool brings surface t into a fixed orientation parallel to a line through pins 190 in bracket 176.
This therefore results in a parallel alignment of the meridians c and c of the raw lens surface s and the tool surface t and the raw lens L and the tool 120 are kept in this axial alignment during the surface machining.
In the event that this parallel alignment of the corresponding meridians of the raw lens and the tool is not achieved when the clamping is started, the screws 168 on the collar 166 are loosened and the collar 166 is rotated as described above and so adjusted that the axis of the arms of the bracket is aligned at right angles or perpendicular to the meridian c 'of the tool 120.
Then the screws are tightened and keep the collar 166 constantly in this position.
It should be noted that the insertion of the blank lens attached to the block into the jig 20 is accomplished by simply lifting the bracket 166 away from the tool 120 a sufficient distance so that the blank lens with the block between the bracket and the Tool can be used.
The bearing shells 192 in the block 188 are aligned with the pins 190 in the bracket and the bracket is lowered into the position in which the pins 190 engage in the corresponding bearing shells 192 in the block and now holds the blank lens against the tool. The removal of the finished lens he follows again by lifting the bracket 176, the pins 190 loosening from the bearing shells 192 and the lens with the block can then be taken out of the clamping arrangement between the bracket and the tool.
From the drawings it can be seen that the entire clamping rotates during the surface treatment, the bracket 176 securing the lens fastened to the block against rotation in the clamping device 20 and that the engagement of the pin 136 in the guide slot 140 secures the tool against rotation in the clamping device.
When carrying out a polishing process with the machine according to the present invention, a relatively thin polishing pad 198 is applied to the surface t of the tool 120 in such a way that it covers the surface and lies between this and the surface s of the raw lens to be machined. The pad 198 is chosen to closely match the tool surface t and is preferably attached with a pressure sensitive adhesive, putty, or the like normally used for this purpose.
The polishing pad is preferably made from a material known commercially under the name of Pelon or a similar material.
A well-known polishing pad made of felt can also be used, or other pads made of plastic can be used:
In creating a relative movement between the green lens and the polishing tool, the chuck 20 is rotated by the lower shaft 102 as a whole while the upper shaft 58 is rotated through circular movements of the crank pin 186 and a first relative Lateral movement between the raw lens L and the tool 120 to cause.
The crank pin, by making circular motions as the chuck is rotated, causes the green lens to move in a substantially helical manner over the surface of the tool 120.
It has been found that good polishing occurs in the surface machining of the central surface of the green lens when the axis of the upper shaft is offset approximately 71/2 mm from the axis of the tool, while the distance between the crank pin 186 and the upper shaft axis is approximately 21/2 mm is provided, which gives the crank pin a circular path about 5 mm in diameter. These numbers are arbitrary and of course can be changed considerably.
It has also been found that good results can be achieved with regard to the surface quality if the upper shaft is operated at approximately 60 revolutions / minute and the lower shaft and the clamping device 20 at approximately 600 revolutions / minute.
It will be understood that the ability of the coupling 148 to flex in the desired manner allows the upper end of the chuck 20 to freely follow the movement of the crank pin 186 and between the green lens L and the tool 120 causes lateral movement. By swinging the entire head 26 of the machine sideways, the blank lens L is given additional motion, using the above-described connection between the head 26 and the stand 24.
From Fig. 4 it can be seen that the connec tion part 30 is provided with a lateral extension 200 on which a crank arm 202 is rotatably BEFE Stigt at 204. The lower end of the crank arm 202 is similarly rotatably attached at 206 to a rotatable cam 208 which is driven by a motor 210.
An adjustment slot 212 in the cam disk 208 enables the connection 206 to be adjusted to a predetermined distance from the axis of rotation of the plate 208 so that the extent of the movement to the side or the oscillation of the machine head 26 can be set to a desired value, d. That is, the thrust resulting from the eccentricity of the connection 206 with respect to the axis of the plate 208 causes the crank arm 202 to move up and down with each revolution of the plate 208. This causes the connection 30 to rotate in the bearing blocks 32 and 34 and the head 26 is given a vibration to the side or a transverse movement when the motor 210 is switched on.
A lateral movement of about 5 mm has been found to produce the desired results. It should again be mentioned that the free flexibility of the coupling 148 enables the upper part of the workpiece holder of the fixture 20 to follow all movements imparted thereto by the movement of the head 26 and the rotation of the upper shaft 58 at the same time can, and since the coupling 148 is insensitive to torques or other forces that would twist to one side or the other, the corresponding main and cylinder meridians of the raw lens L and the tool 120 remain parallel to one another at all times.
In most polishing operations, a pressure from the workpiece or green lens L on the tool surface of about 0.25 kg / cm3 (35 lbs./sq.in.) Has been found to produce the desired results, and that pressure becomes , as described above, generated by setting the spring 86 accordingly.
In order to guide the pressure essentially along a line through the center of curvature of the raw lens, which is also essentially perpendicular to the center plane of the main curvature of the tool surface at the intersection of the line with this, is, as already mentioned, by adjusting the attachment arm 68 on the curved surface 74 of the head 26, the upper shaft housing 56 is tilted or inclined, as shown in FIG.
As soon as this adjustment is made, the upper shaft housing is held in this position by the nut 71 of the screw 70.
For polishing a raw lens L, when the machine 22, as mentioned above, is operated with a polishing pad 198 on the tool surface t, a liquid polishing agent is preferably continuously applied to the polishing pad 198 during the polishing process, so that it is then between the Surface of the raw lens and the pillow. Any of those known per se and commercially available polishing agents can be used.
The choice of a polishing agent is made with consideration of the material used for the workpiece, which workpiece may be a raw lens made of glass or, in some cases, plastic. Suitable commercially available polishes for plastics and glasses are well known in the industry.
The polishing agent is fed through a feed line or tube 216 to the tool and the green lens (see Figure 4). The tube 216 is held by the head 26 of the machine and the end 280 at which the liquid exits is directed in the clamping device 20 towards the machining surface of the tool 120. The tube 216 is attached to the upper shaft housing 56, but can also be attached to any other suitable portion of the head 26.
In order not to hinder the lateral oscillation of the machine head 26, the tube 216 is preferably made of the usual flexible tubes or hose ago and passed from the head 26 to a suitable pump 220, which is net angeord in a container 222, which has a supply Contains polishing agent. The container and the pump can, as shown in Figure 4, be arranged within the stand of the machine 24; however, it can also be accommodated at any other suitable point on the machine.
A splash guard 224 is provided around the clamping device 20, which is intended to collect the used polishing agent and return it to the container 222 for a new cycle. A collection and return pipeline 226 (FIG. 3) therefore extends from the splash guard 224.
A modification of this part of the invention is shown in Fig. 12, wherein the jig 20 and associated parts are disposed in a tank 228 which carries the jig 20 and is attached to the lower shaft 102 of the machine 22 so that it can be passed through it is rotated.
In this exemplary embodiment of the present invention, the liquid polishing agent is arranged in the tank, and the centrifugal forces resulting from the rotation of the tank press the agent against the side surfaces.
A stationary collector or collector 230 is fastened to the inside of the tank by means of an arm 232 of the machine fastened to the stand 24, and the collector is used to catch or collect. of the polishing agent on the sides of the container and causes it to be conveyed through an outlet tube 234 outward to the jig 20 and onto the workpiece and tool.
From the explanations given above, it can be seen that the clamping device 20 represents an extremely well balanced machine part that can be rotated at high speed,
while the corresponding main and cylinder meridians of the associated surfaces of the raw lens and the tool remain exactly parallel to one another during operation of the machine. At the same time, the resilient coupling 148, which serves to;
to maintain this alignment of the tool with respect to the workpiece, so that the workpiece can move freely towards the side with respect to the tool, a lapping or polishing effect being produced on the workpiece.
It is worth mentioning that; if the machine is used to finish or lap the surface of the green lens L and not to polish the surface, then the polishing pad 198 would not be used; H.
The raw lens L would be brought into direct contact with the tool surface t, and instead of the polishing agent, a liquid abrasive containing, for example, corundum particles suspended in water would be used. Otherwise, the machining operation would be carried out in the same manner as that described above for polishing.
Relatively thin layers of sieve material or the like, which are advantageously applied to the tool surface t, if a corundum abrasive is used, can serve to protect the tool surface during the surface treatment, if desired.
Such layers would then simply replace the polishing pad 198 and thus protect the surface t of the tool from wear.
It can be seen from FIGS. 1-7 that the concave or negative side of the raw lens is to be polished or machined and that the lens block is carried by the bracket 176.
This arrangement can be reversed, as shown in FIG. 8, so that the convex or positive side of the raw lens can be easily ground or polished with the machine mentioned here. In this case, the workpiece holder 236; which corresponds to the tool 120 in practically every respect, used to hold the workpiece or the blank lens L '.
The part 236 is inserted into the jig 20 in the same manner as described above for the tool 120. The green lens L 'is, however, attached to a workpiece holding part 236 with a suitable adhesive, such as pitch or the like or a metallic alloy which melts at low temperatures.
The tool 240 in this case is practically similar in all respects to the block 188 and is held by a bracket in exactly the same way as is described for the block 188.
The surface of the tool 240 engaging the raw lens L 'has a toric surface which corresponds to that of the positively curved side of the raw lens and can optionally be provided with a polishing pad 242.
The polishing pad 242 would be used for polishing, but not for surface processing by fine grinding with loose abrasives such as corundum and the like. If corundum or the like is used, a wire mesh can replace the polishing pad if necessary.
When surface machining the positive or convex side of the raw lens, as shown in FIG. B, the operation of the machine is the same as when surface machining the concave side of the raw lens and in reality there is only a reversal of tool and workpiece holder in front.
It should be pointed out, however, that the surface machining of a positive or convex side of a blank lens can also be carried out without reversing the tool and workpiece holder by providing a tool which, instead of the convex surface t of the tool 120, has a concave toric machining surface owns.
The use of the machine described for grinding a complex surface of an object consists in that the object and a grinding tool are brought into the grinding position to each other, that the grinding tool and the object are moved relative to each other on irregular paths while the main meridians of the tool and of the object are kept parallel to each other and that the effects of the centrifugal force on this tool and the object are balanced out so that vibrations and axial rotation of the tool and the object are avoided during the grinding process,
What results from the Her position of devices for aligning the object and the grinding tool in relation to the meridians to each other with essentially the same geometric dimensions and weight around the rotation axis of the devices, so that when it rotates, a better unbalance compensation Facilities is achieved.
FIGS. 9, 10 and 11 illustrate further modifications of the present invention, with a in FIG. Bellows 244 is used for jig 20 ', which replaces spring-like coupling 148. The clamping device 20 ′ is otherwise identical to the clamping arrangement 20 described above, and the mode of operation of the device from FIG. 9 corresponds to the clamping arrangement 20.
The bellows 224 can be brought into the shape shown in FIG. 9 from pressed sheet metal or the like, or can be manufactured in the manner explained by FIG. 10 for the purpose of facilitating and simplifying the construction.
The embodiment according to FIG. 10 consists of a number of flat rings 246, which are manufactured as stamped parts or the like from sheet steel or other suitable metals and which are held at a distance from one another by interposed wire rings 248, wel che the flat rings 246 individually separate from each other. The wire rings 248 are made in two sizes.
One group has a diameter that is only a little smaller than the outer diameter of the flat rings 246 and the other group has a diameter that is a little larger than the inner diameter of the flat rings. The corresponding diameters of these wire rings are chosen so that it is possible to place them between the adjacent or one of the facing surfaces of the flat rings 246 when the rings 246 are placed coaxially one above the other.
This bellows-like arrangement is distorted when a wire ring 248 with a large diameter, a flat ring 246, a wire ring 248 with a small diameter, etc. are placed coaxially one above the other. To produce the bellows, the wire rings and the flat rings are welded to one another or connected to one another in some other way.
Another embodiment of a bellows-shaped structure is shown in FIG. 11, the arrangement being shown exploded for explanation. This construction includes only a number of identically formed originally flat ring parts 250 which are similar to parts 246 in FIG.
The flat ring members 250 are preferably made of sheet steel or the like, which can be spring hardened, and they are placed one on top of the other coaxially. The intervening connections are made by rivets 252 or the like as shown; H.
a first ring 250 is connected to a second ring 250 by rivets located at two diametrically opposite locations and the next ring is connected to the second ring in a similar manner, but the rivet connections are made on a ring diameter that is opposite the diameter is arranged at a right angle by the first-mentioned connections. The connection between each of the subsequent rings 250 and the rings that are already connected to one another is furthermore made so that this connection is alternately parallel to the one diameter and then perpendicular to the preceding one.