CN104924178A - 用于光学质量方面的工件、尤其是精密光学元件中的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于尤其是精密光学球面透镜表面的研磨和/或抛光的装置(10)包括机器框架(12)、用于工具(WZ)围绕工具旋转轴线(A)的旋转驱动的工具主轴(14)，以及用于工件(L)围绕工件旋转轴线(C)的旋转驱动的工件主轴(16)。工具主轴和工件主轴能够在垂直于彼此延伸的第一和第二方向(x、z)上进行轴向相对调节，且另外可相对于彼此在枢转平面中围绕枢轴线(B)枢转，其中这些移动全部由所述工具主轴(X、Z和B轴)执行。此外，提供用于交叉研磨调节的设备(18)，其包括：调节机构(20)，借助所述调节机构(20)所述工件主轴可在垂直于所述第一和第二方向延伸的第三方向上定位使得工具和工件的旋转轴安置所述枢转平面中；以及夹持机构(22)，所述夹持机构(22)可独立于所述调节机构激活并起到将所述工件主轴(一旦定位)相对于所述机器框架固定的用途。

Description

用于光学质量方面的工件、尤其是精密光学元件中的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于光学质量方面的工件的研磨、精密研磨和/或抛光的装置。具体来说，本发明涉及一种用于例如必须在精密光学元件中进行大量处理的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置。

背景技术

在此处论述的处理或精密处理过程(针对所述处理利用具体来说杯形磨轮或组合磨轮(例如，根据德国标准DIN 58741-2、DIN 58721-4、DIN 58721-5、DIN 58721-6或DIN 58721-7)或精密研磨或抛光工具(例如，抛光碗)以作为研磨工具)中，工具和工件在相同或相反方向上旋转且同时相对于彼此枢转，使得工具与工件之间的接合区不断改变。

对于(具体来说)抛光机处球面抛光工具的修整以及对于研磨机处杯形磨轮进行的球面透镜的研磨，重要的是，工具主轴的工具旋转轴线与工件主轴的工件旋转轴线安置在共同对准平面中，其中还发生工具主轴与工件主轴的相对枢转。仅当满足这些几何前提条件时，环形工具研磨表面才与工具切割表面的完整环形区段接合用于产生经处理表面的整个宽度上的所要半径，使得在球面表面的处理的情况下，可实现所谓的‘交叉研磨’，不论在透镜还是抛光工具处。‘交叉研磨’通常应理解为表面外观处理，其中在经处理球面表面上产生半圆形处理或研磨凹槽，所述凹槽全部在球面表面的顶点处相交且从相交点向各侧径向延伸出去，使得产生花朵图案的形状(见图10：研磨图案M)。另一方面，如果不满足前述几何前提条件，因此如果工具主轴与工件主轴之间存在对准误差(所述误差可在所产生的处理或研磨图案M处(比较图11和12)同样较好地辨识出)，那么例如当通过杯形磨轮对抛光碗进行修整时，抛光碗仅在一侧被安正或修整，且抛光碗处产生的形状不再是球形，而是扁长表面。然而，扁长抛光工具不适合球面抛光过程。

现有技术中不乏对于调节装置的提议，可通过所述调节装置设定用于产生交叉研磨处理图案的工具主轴与工件主轴之间的上述对准，所述调节装置在下文简称为用于交叉研磨调节的设备。经常被发现的解决方案中，研磨主轴头部的一侧悬浮在弯曲轴承中，而在相对侧上，提供调节机构，且在最简单情况下所述调节机构由一或多个设定螺钉和压缩弹簧形成，但亦可包括压电设定器或具有滚珠螺钉的伺服马达。研磨主轴头部可通过调节机构围绕弯曲轴承枢转，在此情况下主轴轴线沿着曲线移动，因此执行两个轴向方向上的移动。结果是，在每个主轴对准设定中基本上两个校正是必需的，即一个校正在一个轴向方向(y)上以用于产生轴向对准且一个校正在另一轴向方向(x)上以便再次校正轴向间隔，所述轴向间隔已由于曲线运动借助对应的线性移动轴线(X轴)而改变。这表示(正如类似已知的可调节离心安装的工具主轴(见例如DE 19846260A1：图2；列12；行4到12))一定程度的努力。

进一步的问题是，尤其是弯曲轴承解决方案，源自需要研磨主轴头部的弹性变形或其到其它机器零件的弹性耦合的接头构造。由于这些措施，机器的总体硬度显著减小，这使得通过所导致的不准确性和经处理表面的较差质量(边缘区损坏、地形误差等)其自身在负面意义上尤其在较高处理力的情况下显而易见。

最后，现有技术中还提出以下解决方案，其中整个机器上部部分(DE 102006028164A1)或其至少一部分(见形成权利要求1的前序部分的DE 202008016620U1：图1到5：主轴架20)可依据CNC技术通过用于交叉研磨调节的相关联引导件和驱动作为单独‘Y滑动’线性移位。该种轴向对准调节确定是用户友好的且不会导致机器硬度显著减小；然而，其技术上较复杂且需要完整的CNC轴线。

发明内容

本发明因此(从如DE 202008016620U1表示的现有技术开始)具有以下目标：产生一种用于光学质量方面的工件尤其是精密光学元件中的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置，其包括用于交叉研磨调节的设备，所述设备尽可能简单且经济地设计且不损害装置的总体硬度。

此目标通过权利要求1中指示的特征来实现。本发明的有利或便宜的展开为权利要求2到14的标的物。

根据本发明，在一种用于光学质量方面的工件尤其是精密光学元件中的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置的情况下，所述装置包括机器框架、工具借助其可围绕工具旋转轴线A旋转驱动的工具主轴，以及工件借助其可围绕工件旋转轴线C旋转驱动的工件主轴，其中工具主轴和工件主轴在彼此垂直延伸的第一和第二方向(x、z)上可进行相对轴向调节(X轴、Z轴)，且另外可在枢转平面X-Z中围绕枢轴线B相对于彼此枢转，且所述装置另外具有用于交叉研磨调节的设备，所述设备包括调节机构，借助所述调节机构主轴的一者至少在垂直于第一和第二方向x、z的第三方向y上可定位，使得工具旋转轴线A和工件旋转轴线C定位在枢转平面X-Z中，工件主轴在第一和第二方向x、z上轴向可调节(X轴、Z轴)且可围绕枢轴线B枢转，而用于交叉研磨调节的设备与工件主轴接合且包括夹持机构，所述夹持机构可独立于调节机构而激活且其起到将通过调节机构定位的工件主轴相对于机器框架固定的作用。

换句话说，根据本发明，所有处理移动(X、Z和B轴)提供在工具侧上，同时仅交叉研磨调节与工件侧相关联，其中另一特征是用于在交叉研磨调节之后将工件主轴相对于机器框架固定的夹持机构独立于用于交叉研磨调节的实际调节机构或与之分离。结果是，在第三方向y上可用于交叉研磨调节的移动可能性或定位可能性绝不会减小装置的处理相关硬度。

此外，与界定所述类别的现有技术相反，用于交叉研磨调节的设备的调节机构不必接受或承受任何处理力，因为此功能指派给夹持机构。因此，调节机构的组件也不必相对于处理力的量值来设计或标定尺寸，而是可经设计为相比而言‘不稳定的’，因此是简单且经济的。

由于此外仅第三方向y上的小设定行程对于交叉研磨调节(短冲程线性移动)是必需的，所以工件主轴布置在机器框架中几乎固定的位置中，这允许(尤其)工件相对于例如液体研磨或抛光介质的最佳可能流出的优化。此外，工件相对于工件主轴处的环境的密封可非常简单且因此经济地实行；例如在较大相对移动的情况下将必需的复杂波纹管、迷宫式密封件等在此处是多余的。相当重要的是，用于交叉研磨调节的设备的调节机构可布置在机器框架的使用者容易接近的位置处。

所述装置优选地包括套管，工件主轴以在至少第三方向y上的间隙被接纳在套管中，且套管紧固到机器框架并具有上部环形支撑表面，工件主轴通过主轴凸缘搁置在所述上部环形支撑表面上，其中主轴凸缘可通过夹持机构抵靠支撑表面选择性地拉拽以便将工件主轴相对于机器框架固定。有利的是，在这个设计中，工件主轴的固有重量辅助工件主轴相对于机器框架的摩擦固定。由于套管的环形支撑表面完全包围工件旋转轴线C，所以实现借助主轴凸缘紧固或夹持的工件主轴到机器框架的非常强有力的耦合。

所述布置在此处可有利地使得主轴凸缘在夹持机构解除激活时以及在工件主轴通过调节机构定位期间可在套管的支撑表面上移位，其中支撑表面在第二方向z上支撑工件主轴，因此为工件主轴界定‘逆冲断面’。套管的支撑表面因此不仅具有力吸收功能，而且还具有引导功能；在第二方向z上作用的另外的引导元件等因此是多余的。

如果也在第三方向y上的工件主轴的特殊引导将被需要或在相应应用中(例如依据用于交叉研磨调节的设备的调节机构的相应设计)被需要，那么基本上有可能以一种方式(例如，以椭圆形式)构造如横截面中所见的套管，使得套管的内壁表面具有在第三方向y上的引导功能。然而，套管优选地具有旋转对称构造，在此情况下套管与主轴凸缘之间的工件主轴是在夹持机构解除激活时以及工件主轴通过调节机构定位期间起到在第三方向y上相对于机器框架引导工件主轴的用途的引导布置。套管可因此作为转动零件非常经济且精密地产生；套管在其在机器框架上安装期间相对于机器框架的旋转角定向并不需要。

主轴凸缘与套管之间的所论述的引导布置原则上可由例如V形引导件或鸠尾引导件等常规引导系统形成。然而，相对于引导布置的产生和组装的简单能力，优选的是引导布置在主轴凸缘或套管处具有至少两个槽或凹槽，其在第三方向y上延伸，且提供在相应上部部分处且有利地为圆柱形的引导销紧密接合在所述槽或凹槽中(即，基本上无间隙)。

可构想各种组件或子组合件用于工件主轴到套管的摩擦紧固或夹持，例如离心或楔系统，其以合适的方式与工件主轴接合。然而，装置的如下设计是优选的：套管具有与紧固到工件主轴的夹持环轴向相对的下部环形支撑表面，其中夹持机构包括至少一个任选的环形活塞-汽缸布置，所述活塞-汽缸布置布置在支撑表面与夹持环之间以在致动上有效且在通过压力对活塞-汽缸布置进行作用时其迫使夹持环远离支撑表面且因此拉拽主轴凸缘抵靠套管的支撑表面。这以有利方式实现工件主轴在其交叉研磨调节位置中在(在所述情况下)没有力横向施加到工件旋转轴线C的情况下由流体压力产生的准无移动紧固或夹持，所述力可导致工件主轴的不希望的横向移位。

在所述情况下，在装置的在能量方面尤其有利的优选实施例中，优选地均匀分布在圆周周围的多个活塞-汽缸布置提供在支撑表面与夹持环之间，能够对所述布置进行气动作用。水力学实际上也可用于工件主轴相对于机器框架的流体致动紧固或夹持，但气体力学相对于简单密封是优选的；此外，压缩空气在任何情况下存在于研磨或抛光机处。

在本发明概念的进一步推行过程中，机器框架可由聚合物混凝土铸造，其中套管通过形状锁定铸造在机器框架中的适当位置中。这导致套管以及因此通过夹持机构相对于套管夹持的工件主轴到机器框架的非常强有力耦合，具有良好减震，这在经处理工件的准确性和边缘区损坏方面对于研磨或抛光工艺是有利的。与在例如螺钉等紧固件的辅助下(后续)将套管紧固到机器框架相比，在套管形式或形状锁定铸造在机器框架中的适当位置中的情况下对准和组装的费用也少得多。

对于经释放工件主轴相对于机器框架在第三方向y上的实际调节或移位可构想出尽可能细微灵敏的各种解决方案，例如蜗杆或滚珠螺钉驱动，任选地具有进一步平移元件(例如，行星式传动、传送带或链条式平移)以便利用相对较大的旋转移动产生第三方向y上仅较小轴向行程。另一方面，装置的如下设计是优选的：调节机构包括设定轴，其大体在第三方向y上延伸且安装在机器框架上以轴向固定但可旋转，且其在一端承载与固定安装在工件主轴上的螺母接合的细螺纹，以在致动上有效，而提供在设定轴的另一端的是用于设定轴的手动旋转的把手。在此情况下，这涉及一种可能简单且经济的(基本上仅两个部分：螺钉和螺母)但足够精密的机械解决方案(具有低间隙)。

相对于简单组装和低成本，另外优选的是设定轴仅在靠近把手的一侧支撑在机器框架上。设定轴的补偿可能方向误差的此‘灵活’安装归因于以下事实而成为可能：用于交叉研磨调节的设备的调节机构由于调节机构与用于交叉研磨调节的设备的夹持机构在功能和结构上的分离而不必接受或承受装置的任何处理力。

在装置的同等优选的实施例中，调节机构的螺母靠近工件主轴的主轴凸缘安装，如在第二方向z上所见。由于螺母在工件附近的布置，在主轴凸缘处，即工件主轴相对于机器框架的支撑位置处，仅产生极短的杠杆。这导致在热的作用(即，装置中的热膨胀)的情况下工件主轴的仅极小的倾翻或移位趋势。

此外，用于设定轴的手动旋转的把手可通过安装在设定轴处的六角凹头螺钉形成。这不仅在成本方面有利而且在以下方面也是有利的：排除了在作为把手固定安装在设定轴上的手轮的情况下也许将可能发生的设定轴的非既定旋转。此外，六角凹头扳手在任何情况下都是研磨或抛光机的‘工具套件’的一部分以便将工件安装件或抛光碗或研磨工具固定在工件或工具主轴的通常水力膨胀夹头中。因此，不需要用于交叉研磨调节的另外工具。

为了改进交叉研磨调节的可重复性且简化交叉研磨调节，可另外提供紧固到机器框架用于检测工件主轴相对于机器框架在第三方向y上的移位的距离传感器。在此方面，机器框架中工件主轴位置的检测到的绝对值不如调节行程的相对值重要，调节行程的相对值允许设定轴旋转‘再计算’到工件主轴处实现的设定行程中，据此为了交叉研磨调节的准确性，最终样本工件处实现的处理或研磨图案M(比较图10到12)是决定性的。

最后，距离传感器可为与工件主轴接合的触觉测量探针。此类测量探针不仅在商业上经济可用，而且与其它同等可构想出的传感器解决方案(例如，无接触式操作的电感、电容或霍尔传感器)相比更加稳固。

附图说明

本发明在下文参看附图(部分示意图)基于优选实施例更详细阐释，附图中似乎对于本发明的理解并非必需的组件或子组合件，例如罩子、覆盖件、门和其它边界壁以及具有CNC控制、供应装置和供应线路的开关盒等已为简化说明而省略。在图式中：

图1展示根据本发明用于尤其是精密光学元件中的球面透镜表面从上方以及右前方倾斜地研磨、精密研磨和/或抛光的装置的透视图，其中机器框架的上部部分已省略以便允许观察对于机器运动学关键的装置的零件；

图2展示利用图1的简化从上方和右后方倾斜的根据图1的装置的透视图；

图3展示利用图1的简化根据图1的装置的前视图；

图4展示利用图1的简化根据图1的装置的平面图；

图5展示与图3中的截面线V-V对应的根据图1的装置的分解截面图，其用于说明用于交叉研磨调节的特殊设备尤其是其调节和夹持机构(独立于彼此操作)的进一步细节；

图6展示与图4中的截面线VI-VI对应的根据图1的装置的分解截面图，其用于说明用于交叉研磨调节的设备尤其是调节机构处的引导措施的进一步细节；

图7展示与图4中的截面线VII-VII对应的根据图1的装置的在图式平面中在逆时针方向上转动近似35°的分解截面图，其用于说明用于交叉研磨调节的设备尤其是其夹持机构的进一步细节；

图8展示与图6中的截面线VIII-VIII对应的根据图1的装置的截面图，从此可推断相对于用于交叉研磨调节的设备的调节机构处的引导措施的进一步细节；

图9展示与图7中的截面线IX-IX对应的根据图1的装置的截面图，从此可推断相对于用于交叉研磨调节的设备的夹持机构的进一步细节；

图10展示球面透镜L的平面图，利用球面透镜L杯形磨轮的由虚线指示的切割边缘WZ处于处理接合，其用于说明透镜L上的研磨图案M，所述图案在具有正确交叉研磨调节的研磨工作的情况下由于粗体描绘的接触线K而发生，接触线K在此情况下穿过整个透镜宽度，在透镜L与切割边缘WZ之间，其中为简单起见切割边缘WZ已说明为环形线，但归因于杯形磨轮相对于透镜L的前导角而实际上具有(如投影中所见)椭圆形式；

图11展示类似于图10但与其不同之处在于错误交叉研磨调节的球面透镜L的平面图，其中归因于透镜L与切割边缘WZ之间的向下移位的不完整接触线K，发生透镜L上的不同研磨图案M，其中工件旋转轴线C必须相对于工具旋转轴线A移位以便正确设定交叉研磨的方向由箭头y⁺指示；以及

图12展示类似于图10且再次具有错误交叉研磨调节的球面透镜L的平面图，其中然而此时归因于透镜L与切割边缘WZ之间的向上移位的不完整接触线K，发生透镜L上的再次不同研磨图案M，其中箭头y^-展示工件旋转轴线C必须相对于工具旋转轴线A移位以便正确设定交叉研磨的方向。

具体实施方式

图1到4在直角笛卡耳坐标系中展示用于光学质量方面的工件尤其是精密光学元件中的透镜L处的球面表面的研磨、精密研磨和/或抛光的CNC控制的装置的部分示意说明，其中小写字母x、y和z分别表示装置10的宽度方向(x)、长度方向(y)和高度方向(z)。

装置10通常包括机器框架12，其由聚合物混凝土单片铸造且与机床、上部工具主轴14和下部工件主轴16同时形成，借助上部工具主轴14，至少一个工具WZ(在所说明的实施例中，安装在工具主轴14的相对端处的两个工具WZ)可经驱动以围绕工具旋转轴线A旋转，且借助下部工件主轴16，工件(即，此处为透镜L)可经驱动以围绕工件旋转轴线C旋转。在此方面，如图中移动箭头表征，工具主轴和工件主轴16能够在相互垂直延伸的第一和第二方向(即，装置10的宽度和高度方向x、z)上进行轴向相对调节，且额外可在图10到12中指示的枢转平面X-Z中围绕(此处)水平延伸的枢轴线B相对于彼此枢转。根据装置10的显著特征，这些移动可能性完全在工具侧实现，即工件主轴14在第一和第二方向x、z上可轴向调节(线性轴X和Z)，且可围绕枢轴线B枢转，如下文将更详细描述。

此外，提供下文进一步更详细类似地阐释的用于交叉研磨调节的设备18，所述设备与工件主轴16接合且包括调节机构20，借助调节机构20，工件主轴16可在垂直于第一和第二方向x、z延伸的第三方向(即，装置10的长度方向)y上定位使得工具旋转轴线A和工件旋转轴线C位于枢转平面X-Z中。根据(特定来说)图3、5、7和9，用于交叉研磨调节的设备18进一步包括夹持机构22，其可独立于调节机构20激活且起到以仍待描述的模式和方式将已通过调节机构20定位的工件主轴16相对于机器框架12选择性固定的用途。

根据图1到4，提供在具有用于接纳(此处未图示)液体研磨或抛光介质、压缩空气和电流等的CNC控制组件、供应装置和供应线路的凹处24的侧部处的机器框架12在其上侧在前部区中具有槽形凹陷26，所述槽形凹陷26具有一体形成的流出口28(见图3和4)，工件主轴16从下方伸出到所述凹陷中且所述凹陷向下限定装置10的其中发生工具WZ与透镜L之间的处理接合的工作空间。安装在机器框架12的上侧的后方区中的是两个导轨30，其在(水平)宽度方向上平行于彼此延伸。X滑动件32借助四个引导托架34安装，四个引导托架34与导轨30一起形成线性引导件，以可在宽度方向x上朝向末端对接处36在导轨30上移位。提供驱动38用于X滑动件32在CNC位置控制下的移位(X轴)，且驱动38包括伺服马达40，其凸缘安装在机器框架12的上侧且以本身已知的方式借助滚珠螺钉驱动42与X滑动件32操作地连接。

引导支架44安装在X滑动件32上。为了工件主轴14在装置10的(垂直)高度方向z上移动，在高度方向z上平行于彼此延伸的两个导轨46安装在引导托架44的前侧上面对工件主轴16。Z滑动件48借助四个引导托架50安装在导轨46上，四个引导托架50与导轨46一起形成另一线性导引件，以便可在高度方向z上移位。为了Z滑动件48在CNC位置控制下的移位(Z轴)，提供另一驱动52，其具有伺服马达54，所述伺服马达54凸缘安装在安装于引导支架44上的顶部处的驱动支架56上且以本身已知的方式借助另一滚珠螺钉驱动58与Z滑动件48操作地连接。

为了在CNC角位置控制下工件主轴14围绕枢转轴5的枢转移动，例如所谓的‘和谐驱动’传动装置(未更详细展示)等枢转传动装置60安装在Z滑动件48的前侧上且与类似地凸缘安装在Z滑动件48上(见图2)的伺服马达62操作地连接。对于此部分构造为适合于工具主轴14的固定安装的枢轴头部64可借助枢转传动装置60和伺服马达62围绕枢轴线B枢转360°。工具主轴14的可经驱动以本身已知的方式在旋转速度控制下围绕工具旋转轴线A旋转的主轴在两端处承载针对相应工具WZ的工具安装件66，例如水力膨胀夹头。

针对所提及滑动件32、48提供用于参考相应移动轴X、Z的感应检测器和切换叶片，但图中未图示，因为这些措施对于专家来说是熟悉的。装置10的所有伺服马达或同步马达可装备有分解器，其信号也用于位置调整电路使得例如线性尺度、单独旋转角发射器等额外测量系统基本上是多余的。

相对于工件主轴16及其在机器框架12上的安装以及用于交叉研磨调节的设备18和调节结构挂接及夹持机构22的进一步细节的描述，现主要参看图5到9。

根据图5到7，工件主轴16的实际外壳由在径向方向上限定工件主轴16的环形圆柱主轴套管68以及在轴向方向上限定工件主轴16且在端部与主轴套管68(在图5和8中的71或73处)螺钉连接的上部凸缘部分70和下部轴承板72形成。凸缘部分70和轴承板72各自具备相应中心孔，其由工件主轴16的中空主轴74穿透。根据图8，凸缘部分70借助两个圆柱形销75相对于主轴套管68成角度定向。

在轴承板72的相关联中心孔中形成松散轴承布置78的两个主轴轴承77紧固到端部，所述端部在图5到7中处于底部处且在主轴74的外径中通过旋拧到主轴74的螺纹区段上的主轴螺母76而呈阶梯状。由间隔环82隔开的在凸缘部分70的相关联中心孔中形成固定轴承布置84的两个进一步主轴轴承81紧固到端部，所述端部在图5到7中处于底部处且在主轴74的外径中通过旋拧到主轴74的螺纹区段上的另一主轴螺母80而呈阶梯状。固定轴承布置84在所述情况下由轴承环86拉拽，轴承环86抵靠凸缘部分70的中心(阶梯状)孔中的肩部88与凸缘部分70(在图5和8处的87处)螺纹连接。主轴74的在图5到7的顶部处的端部包括用于将工件夹持到工件主轴16的水力膨胀夹头90(细节未图示)，且在91处通过迷宫式密封相对于凸缘部分70密封。

为了如上文在凸缘部分70中以及轴承板72中描述而安装为可围绕工件旋转轴线C旋转的主轴74的旋转速度经调整的驱动，此轴在外圆周处承载磁性转子92，其以本身已知的方式与围绕转子92的缠绕式定子94协同操作。插入在定子94与主轴套管68之间的是冷却外套96，其类似地与凸缘部分70(在图5和8中的97处)螺纹连接且提供在外圆周处，具有用于定子94的水冷却的螺旋凹槽98。参考标号99在图7到9中额外表示工件主轴16中的阻挡空气通道系统99，其本身是已知的。

根据图1到3以及5和7，将用于接纳工件主轴16的金属套管100紧固到机器框架12。更确切地说，套管100以互锁方式铸造在机器框架12的聚合物混凝土中的适当位置中，出于此目的，根据图5到7的套管100提供在外圆周处，具有轴环102和阶梯104。工件主轴16以相对于套管100的中空圆柱形内圆周表面106的径向间隙被接纳在套管100中，使得工件主轴16在(特定来说)装置10的第三长度方向y上具有套管100中的位移，如图5中可见。套管100具有上部环形和平面支撑表面108，工件主轴16通过主轴凸缘110搁置在其上，主轴凸缘110在凸缘部分70的所有侧径向伸出超出主轴套管68。如下文将更详细描述，主轴凸缘110可通过用于交叉研磨调节的设备18的夹持机构22抵靠套管100的支撑表面108可选择地拉拽以便将工件主轴16相对于套管100以及因此机器框架12固定。相反，当夹持机构22解除激活时以及在工件主轴16通过用于交叉研磨调节的设备18的调节机构20定位期间，主轴凸缘110可在套管100的支撑表面108上移位，在此情况下支撑表面108在装置10的第二高度方向z上支撑工件主轴16。

此外，在优选地旋转对称地构造为转动零件的套管100与主轴凸缘110之间为工件主轴16提供引导布置112，且所述引导布置112在夹持机构22解除激活时以及在工件主轴16通过用于交叉研磨调节的设备18的调节机构20定位期间起到在装置10的第三长度方向y上相对于套管100以及机器框架12引导工件主轴16的用途。在所说明的实施例中，根据图6和8的引导布置112在主轴凸缘110的底侧上以及与工件主轴16直接相对的侧部上具有两个凹槽114，凹槽114在装置10的第三长度方向y上延伸且其中提供在套管100处的圆柱形引导销116更精确地按压配合在套管100的支撑表面108处的盲孔中-紧密接合，即基本上无间隙。

可从(具体来说)图5、7和9推断用于交叉研磨调节的设备18的夹持机构22的进一步细节。据此，套管100具有下部环形和平面支撑表面118，其轴向安置成与夹持环120相对，夹持环120紧固到工件主轴16(更确切地说，在119处与工件主轴16的轴承板72螺纹连接)且其径向突出超出轴承板72。在此方面，夹持机构22进一步包括至少一个(在所说明的实施例中，若干，即八个)活塞-汽缸布置122，其均匀布置在圆周周围且其布置在支撑表面118与夹持环120之间以在致动上有效。活塞-汽缸布置122的相应汽缸壁由夹持环120中的盲孔123界定，而每一活塞-汽缸布置122的活塞124是专用夹持圆盘，高压密封件硫化在适当位置，例如可从例如德国埃森的Messtechnik und Maschinenbau GmbH公司购得。每一活塞-汽缸布置22可经由具有L螺钉连接的压力连接126由流体压力(此处气动)作用，所述连接提供在夹持环120中在盲孔123的基底处。当活塞-汽缸布置122通过压力作用时，活塞124被迫抵靠套管100的支撑表面118，这样做的结果是底部的夹持环120被迫离开支撑表面118，且因此顶部处的主轴凸缘110抵靠套管100的支撑表面108拉拽，借此工件主轴16通过摩擦耦合到套管100以及因此相对于机器框架12摩擦耦合而固定。

从(具体来说)图5显而易见用于交叉研磨调节的设备18的调节机构20的进一步细节。在第一例子中，套管100提供在支撑表面108附近，在其面对装置10的前侧的侧部上具有通孔128，管道130的端部插入到通孔128中，管道130在装置10的第三长度方向y上朝向其前侧延伸且其另一端插入到轴承外壳132中。管道130和轴承外壳132正如套管100一样以聚合物混凝土铸造在机器框架12的适当位置中以通过互锁固定。

管道130用于接纳用于交叉研磨调节的设备18的调节机构20的设定轴134，所述轴基本上在装置10的第三长度方向y上延伸且安装在机器框架12上以轴向固定但可旋转。延伸穿过套管100中的通孔128且在图5中右侧的设定轴134的端部承载细螺纹136，细螺纹136与螺纹衬套138接合以在致动上有效，所述衬套固定安装在工件主轴16上，更确切来说胶粘在主轴套管68中的接纳凹处139中的适当位置。设定轴134的在图5中左侧的另一端具备用于设定轴134的手动旋转的把手，所述把手在所说明的实施例中通过六角凹头螺钉141形成，六角凹头螺钉141安装在设定轴134的末端上且对于六角扳手可从装置10的前侧接近。

设定轴134仅在一端可旋转支撑在机器框架12上靠近把手140，更确切来说在(尤其通过固定轴承布置142)紧固到机器框架12的轴承外壳132中，固定轴承布置142由两个辊轴承组成且其接纳于在143处与轴承外壳132螺钉连接的轴承衬套144中。

显然，当用于交叉研磨调节的设备18的夹持机构22释放时，工件主轴16可通过其调节机构20在装置10的第三长度方向y上调节，其中在一个旋转方向上设定轴134的手动旋转的情况下工件主轴16由于细螺纹136与螺纹衬套138之间的螺纹接合而在长度方向y上推动，且在相反旋转方向上旋转的情况下拉动。在此情况下，工件主轴16借助其主轴凸缘110支撑在套管100的支撑表面108上，如在装置10的高度方向z上所见，且借助支撑表面108与主轴凸缘110之间的引导布置112在装置10的长度方向y上引导。归因于螺纹衬套138安装在工件主轴16的主轴套管68上靠近主轴凸缘110(如在高度方向z上所见)的事实，工件主轴16的移位移动不会被倾斜力矩可察觉地妨碍。

最后，在图5和9中，更加示意地说明工件主轴16的由调节机构20产生的相对于机器框架12在装置10的第三长度方向y上的位移可由借助安装件146紧固到机器框架12的距离传感器检测到，所述传感器在所说明的实施例中为在长度方向y上对准且在工件主轴16的适宜位置处或固定到工件主轴的组件(例如，如图所示的夹持环120)处接合的触觉测量探针148。所检测的y位置值可借助CNC控制(未图示)的显示器向装置10的使用者显示，以便促进交叉研磨调节且确保良好可重复性。

如引言中已阐释，图10到12展示表面上出现的研磨图案，当交叉研磨经正确调节(图10)或未经调节或经不正确调节(图11和12)时所述表面已通过球面透镜L的杯形磨轮(WZ)研磨。

如果在正确交叉研磨设定的情况下工具旋转轴线A和工件旋转轴线C位于枢转平面X-Z中，那么出现图10中说明的‘花朵形图案’M。然而如果工件旋转轴线C不位于工具旋转轴线A的枢转平面X-Z中，那么依据y上的方向偏差量，在顺时针方向(图11)或逆时针方向(图12)上出现‘旋转定向图案’M，这指示不正确交叉研磨设定和必要的校正方向。在图11的情况下，工件旋转轴线C在方向y⁺上的位移或相反在图12的情况下在方向y^-上的位移必须因此由用于交叉研磨调节的设备18实行。

出于此目的，如上文已论述，初始释放用于交叉研磨调节的设备18的夹持机构22，因此解除压力，以便实现工具主轴16与其主轴凸缘110一起在套管100的支撑表面108上的移位。通过用于交叉研磨调节的设备18的调节机构20通过设定轴134在工件主轴16的主轴套管68的外圆周表面与固定到机器框架的套管100的内圆周表面106之间的仅几毫米径向间隙的范围内的手动旋转，工件主轴16随后适宜地在长度方向y上移位，此时夹持机构22再次通过压力进行作用以便再次使工件主轴16(在其移位设定中)相对于机器框架12固定，如主轴凸缘110与套管100的支撑表面108之间的力或摩擦耦合所描述。现可实行测试处理，再次检查且在所述情况下产生的研磨图案M。此程序视需要而经常重复直到出现根据图10的正确研磨图案为止。

一种用于尤其是精密光学球面透镜表面的研磨和/或抛光的装置包括机器框架、用于工具围绕工具旋转轴线A的旋转驱动的工具主轴，以及用于工件围绕工件旋转轴线C的旋转驱动的工件主轴。工具主轴和工件主轴能够在垂直于彼此延伸的第一和第二方向x、z上进行轴向相对调节，且另外可相对于彼此在枢转平面中围绕枢轴线B枢转，其中这些移动全部由工具主轴(X、Z和B轴)执行。此外，提供用于交叉研磨调节的设备，其包括：调节机构，借助所述调节机构工件主轴可在垂直于第一和第二方向延伸的第三方向上定位使得工具和工件的旋转轴位于枢转平面中；以及夹持机构，所述夹持机构可独立于调节机构激活并起到将工件主轴(一旦定位)相对于机器框架固定的用途。

参考标号列表

10    装置

12    机器框架

14    工具主轴

16    工件主轴

18    用于交叉研磨调节的设备

20    调节机构

22    夹持机构

24    凹处

26    槽形凹陷

28    流出口

30    导轨

32    X滑动件

34    引导托架

36    端部对接处

38    驱动

40    伺服马达

42    滚珠螺钉驱动

44    引导支架

46    导轨

48    Z滑动件

50    引导托架

52    驱动

54    伺服马达

56    驱动支架

58    滚珠螺钉驱动

60    枢转驱动

62    伺服马达

64    枢轴头部

66    工具安装件

68    主轴套管

70    凸缘部分

71    螺钉连接

72    轴承板

73    螺钉连接

74    主轴

75    圆柱形销

76    主轴螺母

77    主轴轴承

78    松散轴承布置

80    主轴螺母

81    主轴轴承

82    间隔件环

84    固定轴承布置

86    轴承环

87    螺钉连接

88    阶梯

90    水力膨胀夹头

91    迷宫式密封件

92    转子

94    定子

96    冷却外套

97    螺钉连接

98    螺旋凹槽

99    阻挡空气通道系统

100   套管

102   轴环

104   阶梯

106   内圆周表面

108   轴承表面

110   主轴凸缘

112   引导布置

114   凹槽

116   引导销

118   支撑表面

119   螺钉连接

120   夹持环

122   活塞-气缸布置

123   盲孔

124   活塞

126   压力连接

128   通孔

130   管道

132   轴承外壳

134   设定轴

136   细螺纹

138   螺纹衬套

139   接纳凹处

140   把手

141   六角凹头螺钉

142   固定轴承布置

143   螺钉连接

144   轴承衬套

146   安装件

148   测量探针

x     第一宽度方向

y     第三长度方向

z     第二高度方向

A     工具旋转轴线(旋转速度经调整)

B     枢轴线(角位置经CNC控制)

C     工件旋转轴线(旋转速度经调整)

K     接触线

L     工件或透镜

M     研磨图案

WZ    工具

X     线性轴线(位置经CNC控制)

Z     线性轴线(位置经CNC控制)

X-Z   目标枢转平面

Claims (14)

1.一种用于光学质量方面的工件(L)、尤其是精密光学元件中的球面透镜表面的研磨、精密研磨和/或抛光的装置(10)，其包括：

机器框架(12)，

工具主轴(14)，借助所述工具主轴工具(WZ)可经驱动以围绕工具旋转轴线(A)旋转，

工件主轴(16)，借助所述工件主轴所述工件(L)可经驱动以围绕工件旋转轴线(C)旋转，

其中所述工具主轴(14)和所述工件主轴(16)能够在垂直于彼此延伸的第一和第二方向(x、z)上进行轴向相对调节(X轴、Z轴)，且另外可相对于彼此在枢转平面(X-Z)上围绕枢转轴线(B)枢转，以及

用于交叉研磨调节的设备(18)，其包括调节机构(20)，借助所述调节机构，所述主轴(14、16)的一者可在垂直于所述第一和第二方向(x、z)的至少一个第三方向(y)上定位使得所述工具旋转轴线(A)和所述工件旋转轴线(C)位于所述枢转平面(X-Z)中，

其特征在于所述工具主轴(14)可在所述第一和第二方向(x、z)上轴向调节(X轴、Z轴)，且可围绕所述枢轴线(B)旋转，而用于交叉研磨调节的所述设备(18)与所述工件主轴(16)接合且包括夹持机构(22)，所述夹持机构可独立于所述调节机构(20)激活且起到将通过所述调节机构(20)定位的所述工件主轴(16)相对于所述机器框架(12)固定的用途。

2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于套管(100)，所述工件主轴(16)以在至少所述第三方向(y)上的间隙被接纳在所述套管中，且所述套管紧固到所述机器框架(12)并具有上部环形支撑表面(108)，所述工件主轴(16)通过主轴凸缘(110)搁置在所述上部环形支撑表面上，其中所述主轴凸缘(110)由所述夹持机构(22)抵靠所述支撑表面(108)可选择地拉拽以便将所述工件主轴(16)相对于所述机器框架(12)固定。

3.根据权利要求2所述的装置(10)，其特征在于当所述夹持机构(22)解除激活时以及在所述工件主轴(16)通过所述调节机构(20)定位期间，所述主轴凸缘(110)可在所述套管(100)的所述支撑表面(108)上移位，其中所述支撑表面(108)在所述第二方向(z)上支撑所述工件主轴(16)。

4.根据权利要求2或3所述的装置(10)，其特征在于所述套管(100)具有旋转对称构造，且在此情况下所述套管(100)与所述主轴凸缘(110)之间的所述工件主轴(16)是在所述夹持机构(22)解除激活时以及所述工件主轴(16)通过所述调节机构(20)定位期间起到在所述第三方向(y)上相对于所述机器框架(12)引导所述工件主轴(16)的用途的引导布置(112)。

5.根据权利要求4所述的装置(10)，其特征在于所述引导布置(112)在所述主轴凸缘(110)处或所述套管处具有至少两个槽或凹槽(114)，所述至少两个槽或凹槽在所述第三方向(y)上延伸且在所述至少两个槽或凹槽中提供在相应另一部分(100)处的引导销(116)紧密接合。

6.根据权利要求2到5中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于所述套管(100)具有下部环形支撑表面(118)，其与紧固到所述工件主轴(16)的夹持环(120)轴向相对，其中所述夹持机构(22)包括至少一个任选环形活塞-汽缸布置(122)，所述环形活塞-汽缸布置布置在所述支撑表面(118)与所述夹持环(120)之间以在致动上有效，且当通过压力对所述环形活塞-汽缸布置进行作用时，其迫使所述夹持环(120)远离所述支撑表面(118)且因此拉拽所述主轴凸缘(110)抵靠所述套管(100)的所述支撑表面(108)。

7.根据权利要求6所述的装置(10)，其特征在于多个活塞-汽缸布置(122)，所述活塞-汽缸布置优选地均匀分布在圆周上且可在所述支撑表面(118)与所述夹持环(120)之间对所述活塞-汽缸布置进行气动作用。

8.根据权利要求2到7中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于所述机器框架(12)由聚合物混凝土铸造，其中所述套管(110)利用形状锁定铸造在所述机器框架(12)中的适当位置中。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于所述调节机构(20)包括设定轴(134)，所述设定轴基本上在所述第三方向(y)上延伸且安装在所述机器框架(12)上以被轴向固定但可旋转，且所述设定轴在一端处承载细螺纹(136)，所述细螺纹与固定安装在所述工件主轴(16)上的螺母或衬套(138)接合以在致动上有效，用于所述设定轴(134)的手动旋转的把手(140)提供在所述设定轴(134)的另一端处。

10.根据权利要求9所述的装置(10)，其特征在于所述设定轴(134)仅在靠近所述把手(140)的一端处支撑在所述机器框架(12)上。

11.根据权利要求9或10所述的装置(10)，其特征在于所述螺母或衬套(138)安装在所述工件主轴(16)上靠近所述主轴凸缘(110)，如在所述第二方向(z)上所见。

12.根据权利要求9到11中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于所述把手(140)通过安装在所述设定轴(134)上的六角凹头螺钉(141)形成。

13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置(10)，其特征在于距离传感器，所述距离传感器紧固到所述机器框架(12)用于检测所述工件主轴(16)相对于所述机器框架(12)在所述第三方向(y)上的移位。

14.根据权利要求13所述的装置(10)，其特征在于所述距离传感器是与所述工件主轴(16)接合的触觉测量探针(148)。