CN109153102B - 工件上光学有效表面的精加工设备的工具主轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件(L)上的光学有效表面(cc、cx)的精加工设备(12)的工具主轴(10)，具有主轴壳体(14)和突出超过壳体的工具保持部段(16)。工具保持部段可经由引导组件(18)沿工具旋转轴线朝向工件轴向前进(前进轴线Z)，并且如果需要能够绕工具旋转轴线上的倾斜点(K)倾斜，引导组件在主轴壳体中能绕工具旋转轴线(A)旋转。为了使工具保持部段轴向前进，引导组件具有：绕工具旋转轴线均匀分布的多个线性安装元件(20)；以及相应的成对的引导杆(22)，其耐拉且耐压地连接到工具保持部段。由此，当加工工件的微观几何形状时，工具保持部段能够以平滑且精细的方式跟随工件的宏观几何形状。

Description

工件上光学有效表面的精加工设备的工具主轴

技术领域

本发明总体上涉及一种工件的光学有效表面的精加工设备的工具主轴。特别地，本发明涉及一种诸如广泛用于所谓的“处方(RX)工作间”中的眼镜镜片的光学有效表面的精加工的设备的工具主轴，即用于根据处方生产单独的眼镜镜片的生产设施。然而，这无论如何也不应当被理解为是限制性的；相反，也可以考虑用于精密光学器件(透镜生产、镜子生产和铸造模具生产)，可以看到，在精密光学器件中，具有朝向特别是具有非球面表面和自由形状表面的更复杂部件的增长趋势。

在以下通过“眼镜镜片”的示例提及带有光学有效表面的工件的时，要理解这不仅指无机玻璃眼镜镜片，还指所有其他常规材料的眼镜镜片，该常规材料诸如是聚碳酸酯、CR39、高折射率材料等，因而也包括塑料。

背景技术

通过材料移除而对眼镜镜片的光学有效表面进行的加工可粗略地分成两个加工阶段，具体是：对光学有效表面的初始初步加工，以便根据处方产生宏观几何形状(或形貌)；以及之后对光学有效表面的精加工，以消除初步加工痕迹并获得期望的微观几何形状。由于对眼镜镜片的光学有效表面的初步加工尤其取决于眼镜镜片的材料并通过研磨、磨削和/或车削进行，在精加工中，眼镜镜片的光学有效表面通常经受精研磨、修磨和/或抛光过程，为此目的要使用合适的机器。至此，在本申请的术语集之中，术语“抛光”(其也构成词组，例如“抛光工具”等)应也包含了精研磨和修磨过程，因而在“抛光工具”的示例中包含了精研磨或修磨工具。

特别地，在处方工作间内手工加载的抛光机通常被构造成“成对机器”，使得“处方工作”的两个眼镜镜片(一个眼镜镜片处方总是包含一对眼镜镜片)可有利地同时被精加工。例如从文献WO 2012/123120A1中已知有此种“成对”抛光机。

根据该现有技术(特别是参见其图1至图5)，抛光机包括界定作业腔室的机壳，两个工件主轴突出进入该作业腔室中，通过该两个工件主轴借助于用于绕彼此基本平行延伸的工件旋转轴线C1、C2旋转的旋转驱动件，可驱动两个待抛光的眼镜镜片。在工具方面，抛光机具有第一线性驱动单元、枢转驱动单元、第二线性驱动单元、以及两个工具主轴，第一工具支架可通过第一线性驱动单元沿基本垂直于工件旋转轴线C1、C2的线性轴线X运动，枢转驱动单元布置在第一工具支架上，且枢转轭部可通过第一工具支架绕基本垂直于工件旋转轴线C1、C2且基本垂直于线性轴线X的枢转设定轴线B枢转，第二线性驱动单元布置在枢转轭部上，且第二工具支架可通过第二线性驱动单元沿基本垂直于枢转设定轴线B延伸的线性设定轴线Z运动，两个工具主轴各自带有相应的工具安装部段，其中，分别与工件主轴相联的工具安装部段突出进入作业腔室。

每个工具主轴包括主轴轴杆，相应的工具安装部段形成于主轴轴杆上，且主轴轴杆安装在主轴壳体中，以绕工具旋转轴线A1、A2被旋转地驱动，该壳体进而在引导管中被引导，以沿工具旋转轴线的方向进行限定的轴向位移。由此，两个工具主轴的主轴壳体通过凸缘安装在第二工具支架上，引导管安装在枢转轭部上，使得由此每个工具主轴的工具旋转轴线A1或A2与相关联的工件主轴的工件旋转轴线C1或C2一起形成平面，在该平面中，相应的工具旋转轴线A1或A2相对于相关联的工件主轴的工件旋转轴线C1或C2可轴向位移(线性轴线X、线性设定轴线Z)且可倾斜(枢转设定轴线B)。

由于至此给出的运动可能性，先前已知的抛光机允许以相对紧凑的构造不仅通过所谓的“切向抛光运动学特性”、还通过抛光运动学特性对眼镜镜片进行成对处理，在“切向抛光运动学特性”中，与工具主轴一起被轴向调整(Z)的抛光工具以工具主轴的预设但固定的枢转角(B)横向(X)于眼镜镜片而以相对小的行程振荡运动，在抛光运动学特性中，所调整(Z)的抛光工具在其振荡横向运动(X)期间同时连续地枢转(B)，从而跟随眼镜镜片的表面曲率，在这种情形下，眼镜镜片和抛光工具可(至少在抛光工具的情况下，但不一定要这样)以相同方向或相对方向、以相同旋转速度或不同旋转速度绕其旋转轴线(A1、A2、C1、C2)被驱动。

另外，在该现有技术中，每个工具主轴的主轴轴杆被构造成中空轴杆，通过该中空轴杆，诸如从例如文献EP 2 014 412A1中已知的、被构造成用于安装隔膜夹头工具的工具安装部段上可被流体作用，以在工具的轴向调节可能性方面提供大致分为两个，当然，这也会带来一定程度的额外成本。一方面，主轴壳体、因此以及设置在主轴轴杆处的工具安装部段在引导管中被整体引导而可沿工具旋转轴线的方向轴向位移，使得保持在工具安装部段中的隔膜夹头工具可在相对大的轴向行程上相当慢地移动，并相对于待加工的工件定位。另一方面，例如，当对具有非常明显的曲率或周向上的曲率具有更显著变化的工件进行处理时，保持在隔膜夹头工具处的抛光盘例如能够对应于相应的加工要求而执行适当快速和精细灵敏的轴向补偿运动。

关于此，需要强调的是，例如在眼镜镜片的抛光机中使用工具主轴时，抛光工具的轴向运动应当尽可能容易运行。该特性特别是对具有高度偏离旋转对称性的环形表面、非环形表面或渐进表面的眼镜镜片的抛光很重要，使得抛光工具总是贴合地或广布地支承在眼镜镜片上，并且具有能以精细灵敏度设定的抛光力(或按压力)。特别地，如果抛光工具在其高速旋转运动期间即使仅短暂地与工件表面失去接触，则抛光介质中存在的较粗糙的颗粒和团块也可能导致刮擦已抛光的眼镜镜片表面。

基于根据文献WO 2012/123120A1的现有技术，从机器运动学的方面出发，在特别是为了简化工具装卸并因此对与设备的每个工件主轴相关联的加工时间进行优化的较早的最接近本发明的国际申请PCT/EP2015/001857(WO2016/058663A1)中，提出了：在两个工具主轴中的每个工具主轴处，相应的抛光工具安装成：可绕工具旋转轴线A、A’被旋转地驱动，并可沿工具旋转轴线A、A’轴向调节(Z)，且可相对于工件主轴共同沿线性轴线X运动，并且可绕不同的枢转设定轴线B、B’枢转，其中，线性轴线X垂直于工件旋转轴线C延伸，枢转设定轴线B、B’基本垂直于工件旋转轴线C且基本垂直于线性轴线X延伸，沿线性轴线X的方向观察，各工具主轴一个接一个地布置。

在该情形中，对于沿相关联的工具旋转轴线A、A’的相应抛光工具的轴向调节，每个工具主轴具有活塞气缸装置，该活塞气缸装置具有活塞，该活塞接纳在气缸壳体中并且以非常紧凑的方式以同轴布置与中心主轴轴杆可操作地连接，该中心主轴轴杆与活塞气缸装置一起安装在主轴壳体中，以可绕相应的工具旋转轴线A、A’旋转，并且在端部处载有抛光工具的工具安装头。在该情形中，设置有开槽轴杆引导件，用于将扭矩从活塞气缸装置的气缸壳体传递到中心主轴轴杆，该开槽轴杆引导件具有引导槽以及凸缘螺母，引导槽形成于主轴轴杆中，凸缘螺母通过线性支承元件与引导槽接合并与气缸壳体连接以固定而不会相对旋转。

虽然这种开槽轴杆引导件很容易在市场上、例如从日本小千谷市的日本轴承株式会社(Nippon Bearing Co.,Ltd.)获得，但如根据文献WO 2012/123120A1的引言所述，其存在以下缺点，即工具安装头的轴向可动性与现有技术相比并不那么精细灵敏，其中，从抛光工具观察到的到主轴轴杆的扭矩传动件设置在隔膜夹头工具的轴向引导件(引导元件176)后面。

发明目的

本发明的目的在于提供一种工具主轴，该工具主轴被构造成尽可能简单和紧凑，并用于工件的光学有效表面精加工的设备，在加工工件的微观几何形状期间，该工具主轴的工具安装部段能够以非常容易运行和精细灵敏的方式跟随工件的宏观几何形状。

发明概述

该目的由本发明的特征来实现。在本发明的较佳实施例中指示了本发明的优势或有利的进展。

根据本发明，一种工件的光学有效表面的精加工设备的工具主轴包括主轴壳体和工具保持部段，所述工具保持部段突出超过所述主轴壳体，并且通过引导装置能够沿工具旋转轴线A轴向调节(调节轴线Z)，并且可选地能够绕所述工具旋转轴线A上的倾斜点K倾斜，所述引导装置在所述主轴壳体中能绕所述工具旋转轴线A被旋转地驱动，其中，为了所述工具保持部段的轴向调节，所述引导装置包括：绕所述工具旋转轴线A均匀分布的多个线性轴承元件；以及分别相关联的引导杆，所述引导杆与所述工具保持部段耐拉伸且耐压缩地连接。

由于具有相关联的引导杆的若干线性轴承元件绕工具旋转轴线A均匀分布，即相对于工具旋转轴线A具有相同的径向间隔，并且此外，绕工具旋转轴线A观察时，这些线性轴承元件以相同角度间隔开，因此，在根据本发明的引导装置绕工件旋转轴线A旋转期间，不存在开始时不平衡的风险，这种开始时的不平衡对于使轴向相对运动容易运动是有害的。此外，根据本发明，紧密公差的线性轴承元件与引导杆之间发生的扭矩传递取决于这些配对的数量而在若干点处分布，使得各个引导杆可以具有相对小的截面，与现有技术中提供的开槽轴杆引导件相比，这尤其导致更少的摩擦量。另外，已经证明，根据本发明的引导装置在负载下即在加载扭矩时的容易运动和运行平滑性甚至得到改善，因为沿旋转方向观察，在线性轴承元件与引导件之间仅存在基本线性的接触。

由此，特别是工具保持部段的轴向运动可能以高度动态的方式进行，这在根据本发明的工具主轴在抛光机中的使用中进而使得缩短加工时间成为可能，同时抛光质量非常高，这是因为即使在工件的旋转对称性偏离相对较大的情况下，抛光工具也可以始终跟随工件。因此，工具主轴能够具有通用用途，并且允许不同的加工策略，而不需要更长的加工时间。

在特别简单的实施例中，引导装置可包括安装部，所述安装部能够绕所述工具旋转轴线A旋转，且具有凹部，所述凹部用于平行接纳线性引导元件。

就所述引导装置的特别坚固的构造而言，进一步优选的是，所述引导装置包括第一引导板和第二引导板，其中，所述第一引导板在所述安装部的远离所述工具保持部段的一侧上固定到延伸穿过所述线性轴承元件的所述引导杆，并在第一端处将各所述引导杆刚性连接在一起，而所述第二引导板在所述安装部的面向所述工具保持部段的一侧上固定到所述引导杆，并在第二端处将所述各所述引导杆刚性连接在一起。

特别地，就绕所述工具旋转轴线A的较小的运动质量和有利的质量分布而言，进一步优选的是，所述引导装置精确地包括三个引导杆，三个所述引导杆与三个线性引导元件相关联，三个所述线性引导元件以相对于所述工具旋转轴线A的相互角度间隔为120°的方式布置在同一圆上。

原则上，所述线性轴承元件可以是提供线性引导的任意容易运动的轴承，例如线性滑动轴承或带有滚珠保持架的线性滚珠轴承。然而，就良好的可维护性和低成本而言，优选的是，所述线性轴承元件是滚珠套筒。

就工具的轴向调节运动而言，优选设置有活塞气缸装置，用于沿工具旋转轴线A对工具保持部段进行轴向调节，活塞气缸装置具有活塞，所述活塞接纳在气缸壳体中，并且为了在致动方面有效而与所述引导装置的所述引导杆以串联的布置连接，所述引导装置安装在所述主轴壳体中，从而能够与所述活塞气缸装置一起绕所述工具旋转轴线A旋转。该构造的特点特别在于重量轻。

在该情况下，可气动致动的活塞气缸装置的所述气缸壳体优选地具有两件式的构造且与无机玻璃的引导套管对准，在所述引导套管中，在引导表面处包含有石墨材料的活塞被接纳成可纵向位移。这种“玻璃气缸”的显著优势来自于其非常低的粘/滑倾向：因而，即使在非常低的抛光压力下，该工具主轴也能以精细灵敏度操作。

根据有利的发展，所述活塞气缸装置的所述活塞可通过弹簧钢的细杆与所述引导装置的所述引导杆耐拉力且耐压力地连接。这种非常轻且无游隙的力传递元件以简单的方式确保了径向补偿的可能性，由此，即使活塞或活塞气缸装置的中心轴线与引导装置未正确地对准，也不会发生堵塞。

为了工具的旋转驱动，所述气缸壳体可在外周处设置有斜齿，用于与斜齿齿轮接合，所述斜齿齿轮能够通过马达驱动旋转，以使活塞气缸装置、进而使所述主轴壳体中的所述引导装置绕所述工具旋转轴线A旋转。这种借助于标准驱动元件的旋转驱动件不仅运行非常平稳且经济，而且与同样可设想的相对于引导装置同轴布置的旋转驱动件相比，运动质量更低的优点进而又促进了抛光表面的高质量，同时加工时间短。

此外，所述工具主轴的所述引导装置可包括球形接头，用于使所述工具保持部段相对于所述工具旋转轴线A倾斜。这使得工具例如在通过抛光而加工期间能够以简单的方式相对于工具主轴的工具旋转轴线A倾斜，以使工具也可以容易地在角度方面跟随不同的工件几何形状，例如，甚至是在例如眼镜镜片处具有高掺量的圆柱形表面或渐进表面。此外，工件的可倾斜性有利地允许借助已论述的“切向抛光运动学特性”来执行抛光过程，在该情况下，工具能够在工件处具有成角度的定向。

鉴于此，具有接纳在球形插座中的球形头部的球形接头可以被构造成使得所述球形头部形成在球接销处，所述球接销可固定到所述引导装置的所述引导杆，而所述球形插座形成在所述工具保持部段中。当然，同样可以设想球形接头的相反布置，在该相反布置中，球形插座在引导杆一侧上，而球接销在工具保持部段一侧上。

在特殊的实施例中，所述球形头部可具有用于横向销的接纳孔，所述横向销延伸通过所述球形头部且在所述球形头部的两侧上都通过相关联的切口接合在所述球形插座中，从而通过机械形状联接将所述工具保持部段与所述球接销连接，以能够被带动旋转。作为万向接头的这种球形头部的实施例使得能够以简单的方式旋转地驱动工具，与同样可设想的仅通过摩擦产生工具被工件带动旋转相比，这种方式允许短得多的加工时间。就可倾斜性和旋转驱动可能性而言，类似的但在大倾斜角度下具有改进的容易运动的方案可借助于被构造成球形六角接头的球形接头来实现，其中，所述球形接头的球接销在一侧上类似于球形艾伦内六角扳手；在另一侧上类似于例如根据DIN 912的六角凹头螺钉。

在工具主轴的另一实施例中，可以设置成：所述工具保持部段通过弹性环形元件被弹性支承在所述球接销一侧的支承凸缘上，以使所述工具保持部段设法实现其中心轴线与所述球接销对准，进而与所述工具主轴的所述工具旋转轴线A对准。工具仅被防止过度倾斜运动，特别是在所提及的所述工具在工件上振荡的情况下的运动反转期间，因为工具不会卡住并因此堵塞在工件处，这一方面具有有利的结果。另一方面，工具保持部段的这种弹性支承在安装或放置工具期间是有利的，这是因为工具保持部段采用具有轻微约束的限定位置。还可以由于工具保持部段的弹性(预)定向而使工具与工件一起运动，使得工具基本沿轴向方向放置在工件上且或许不倾斜，这例如在特别厚或高的抛光盘的情况下可能导致问题。原则上，事实上还有可能通过在工具保持部段处的可气动加载的橡胶波纹件来操控抛光盘的这种(预)定向，但这会不不相称地更加昂贵。

在对本发明原理的进一步探究中，在设想特别是用于精密光学应用的替代方案中，所述引导装置的所述球形接头可被构造成无横向销且不偏向，即没有所述工具保持部段的前述弹性(预)定向。在该情形中，通过引导装置带动工具保持部段旋转仅基于球形接头的球形头部与球形插座之间的接合间隙中的摩擦而发生。因此，可较温和地执行抛光过程。同时，即使在相对于工具旋转轴线A具有大倾斜角度的情况下，工具保持部段也可以容易地跟随被加工工件的几何形状，这特别是因为避免了与横向销方案相关的万向接头误差。

最后，抛光盘可以可更换地安装在工具保持部段上，为此目的，抛光盘的基座本体与工具保持部段设置有互补结构，用于通过工具保持部段带动抛光盘旋转和轴向止动。一方面，这产生抛光盘的简单可更换性以及抛光盘在工具主轴上的稳定留置，另一方面，这产生了抛光期间工具保持部段与抛光盘之间的限定的机械形状传动。

附图说明

以下借助于优选实施例参照所附的部分简化或示意的附图对本发明进行更详细说明，这些附图并非按比例绘制，其中，相同或相应的部分设有相同的附图标记，并且在给定的情况下用上引号(’)补充，以表示涉及变型例。在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的工件的光学有效表面的精加工设备的工具主轴的纵向剖视图，该主轴接纳在设备的枢转轭部中，该枢转轭部被部分地剖开示出，并且该主轴将抛光盘可拆卸地保持在可绕工具旋转轴线A旋转的工具保持部段处，该盘配置成与待加工工件的表面加工接合，其中，抛光盘配置在较低设定中并相对于工具主轴运动出来(调节轴线Z)，且为了简化图示，工具保持部段处的相关的波纹件已被省略；

图2示出了与图1中的剖面线II－II对应的图1的工具主轴的剖视图，其中，工具主轴的引导装置的球形接头已被省略，该球形接头将工具保持部段安装在工具主轴上，从而可相对于工具旋转轴线A倾斜；

图3示出了与图1中的剖面线III－III对应的图1的工具主轴的剖视图，用于进一步图示线性轴承元件和相应地关联的引导杆，该线性轴承元件绕工具旋转轴线A均匀分布，这些引导杆与工具保持部段耐拉伸且耐压力地连接，并且包括用于对工具保持部段进行轴向调节(调节轴线Z)的工具主轴的引导装置；

图4从上方倾斜地示出了根据图1的工具主轴的引导装置的通过工具主轴分离的线性轴承元件和引导杆的立体图，其图示出各引导杆如何借助于上引导板和下引导板而刚性地连接在一起，且图示出引导装置如何与活塞气缸装置的活塞联接以用于轴向调节(调节轴线Z)；

图5从下方倾斜地示出了的图4的子组件的立体图；以及

图6示出了根据本发明第二实施例的工件光学有效表面的精加工设备的工具主轴的纵向剖视图，其对应于图1的剖面线，其中，特别地，工具主轴的引导装置的球形接头具有不同的构造，工具保持部段是不同的抛光工具的部件，其配置成与待加工工件的表面加工接合，其在图1的设定中且是图1的简化。

具体实施方式

作为根据本发明的工具主轴10的可能应用或使用场所，在图1中总地用12表示例如是眼镜镜片L的工件的光学有效表面cc、cx的精加工设备。在图1中仅部分图示的设备12构成在较早的国际申请PCT/EP2015/001857(WO2016/058663A1)中更详细阐述的抛光机的子组件。以下对设备12和抛光机将仅描述到为理解本发明所需的程度。另外，在此，为了避免重复，关于设备12和抛光机的构造和功能，可明确参照较早的国际申请PCT/EP2015/001857(WO2016/058663A1)。

工具主轴10包括主轴壳体14和工具保持部段16，工具保持部段16突出超过主轴壳体14，并且借助于引导装置18可沿工具旋转轴线A轴向调节(调节轴线Z)，并且至少在此处图示的实施例中可绕工具旋转轴线A上的倾斜点K倾斜，引导装置18可在主轴壳体14中被驱动以绕工具旋转轴线A旋转。一个重要的方面是，以下将更详细描述的引导装置18具有多个线性支承元件20以及，多个线性支承元件20用于轴向调节工具保持部段16，这些线性支承元件20绕工具旋转轴线A均匀分布，这些引导杆22与工具保持部段16耐拉伸且耐压缩地连接。

如图1所示，工具主轴10突出进入抛光机的作业腔室24(在图1中用虚线表示)中，并且在位于其工具保持部段16的端部中载有抛光工具25，因此可被驱动而绕工具旋转轴线A旋转，并且可沿工具旋转轴线A轴向调节(调节轴线Z)。设备12还包括工件主轴26，该工件主轴26与工具主轴10相关联并相对地突出进入作业腔室24中，且通过该工件主轴26可以驱动待抛光的眼镜镜片L绕工件旋转轴线C以预定的旋转速度和预定的旋转方向旋转，眼镜镜片通常被约束材料M保持在约束件S上，用于安装在工件主轴26的夹持夹头28中。

工具主轴10可在CNC位置控制下借助于从动工具支架(未示出)相对于工件主轴26沿线性轴线X运动，并且可绕枢转调节轴线B枢转，该线性轴线X基本垂直于工件旋转轴线C延伸，该枢转调节轴线B基本垂直于工件旋转轴线C并且基本垂直于线性轴线X延伸。在该情形中，工具主轴10安装在枢转轭部30上/中，该枢转轭部30以此处未图示的方式枢转到工具支架，并且借助于线性驱动件(未示出)能以限定的方式绕枢转调节轴线B枢转，该线性驱动件接合枢转轭部30的叉形枢转臂32。

更确切地说，工具主轴10借助于根据图1的主轴壳体14从下方通过凸缘安装在枢转轭部30上。图1所示的点划线表示螺纹连接。工具主轴10的其他部件或子组件通过滚子轴承的轴承装置可旋转地安装在主轴壳体14内，轴承装置包括下固定轴承33和上浮动轴承34，下固定轴承33和上浮动轴承34通过间隔衬套35彼此间隔开地安装在主轴壳体14内。在该情形中，如图2所示，浮动轴承34被多个圆头螺钉37拉靠于间隔衬套35，多个圆头螺钉37在周界上均匀分布并在端处拧入主轴壳体14的螺纹孔36中，而固定轴承33被支承在环形肩部38处，该环形肩部38形成于图1和图2中的底部处的主轴壳体14中。

根据图1至图3，引导装置18包括安装部40，该安装部40可被驱动以绕工具旋转轴线A旋转，并且为此目的，该安装部40通过固定轴承33安装在主轴壳体14中。安装部40设置有凹部42，用于轴向平行地接纳线性轴承元件20。如图3进一步所示，图示实施例中的引导装置18精确地包括三个金属固体材料的引导杆22，其与总共三个线性轴承元件20相关联，它们以相对于工具旋转轴线A的相互角度间隔为120°的方式布置在凹部42中的同一圆上，使得线性轴承元件20都具有相同的距工具旋转轴线A的径向间隔。此处，线性轴承元件20是滚珠套筒，例如可以从例如日本小千谷市的日本轴承株式会社(Nippon Bearing Co.,Ltd.)以名称“SM－W型－双宽型”商购得到。

如图4和图5中最佳可见，引导装置18在圆柱形引导杆22的第一端43和第二端44处包括第一引导板45和第二引导板46。在俯视图中观察基本呈三角形的第一引导板45在安装部40的远离工具保持部段16的一侧上、在端处借助于螺钉47固定到延伸穿过线性轴承元件20的引导杆22，使其在其第一端43处将各引导杆22刚性地连接在一起。另一方面，在俯视图中观察呈圆形的第二引导板46在安装部40的面向工具保持部段16的一侧上、在端处借助于螺钉48固定到引导杆22，并在其第二端44处将这些引导杆22刚性地连接在一起。

另外，为了工具保持部段16沿工具旋转轴线A的轴向调节(调节轴线Z)，工具主轴10包括活塞气缸装置50。活塞气缸装置50具有活塞54，该活塞54接纳在气缸壳体52中，并且为了在致动方面有效而与引导装置18的引导杆22以串联布置连接。为了使工具保持部段16相对于主轴壳体14运动出来，活塞气缸装置50可以被图1和图2中上部的气缸壳体52的端处的专用旋转馈通件55气动地作用。在该情形中，活塞气缸装置50与引导装置18一起安装在主轴壳体14中，从而可如已表示的那样绕工具旋转轴线A旋转。

另外，根据图1和图2，气缸壳体52为两件式的构造，且具有壳体上部56和壳体下部57，壳体上部56和壳体下部57相对于彼此对中地在58处通过例如螺纹连接而连接在一起。在该情形中，无机玻璃的引导套管59被接纳在内部用于内衬气缸壳体52，引导套管59借助于设置在旋转馈通件55下方的螺母(未示出)固定到壳体上部56，并借助O形环60而在壳体上部56中对中，且在引导套管59中，在其引导表面处包含石墨材料的活塞54被接纳成可纵向位移。运动非常简单且基本没有粘滑的该类型“玻璃气缸”可从例如美国康涅狄格州的诺沃克的爱尔颇特公司(Airpot Corporation)商购获得。为了避免可能由(理想地)同轴布置的部件的轴向对准误差所引起的堵塞，活塞气缸装置50的活塞54通过弹簧钢的细杆61、特别是通过中心螺钉连接件62、63而与引导装置18的第一引导板45耐拉伸且耐压缩地连接，中心螺钉连接件62、63分别在图1、图2、图4和图5中的杆61的顶部和底部处示出于活塞54和第一引导板45。

气缸壳体52的壳体下部57通过浮动轴承34在主轴壳体14处沿径向方向被可旋转地支承在图1和图2中的顶部处。安装部40借助于螺纹连接件64通过凸缘安装在图1和图2中的底部处的壳体下部57上，从而在该情形中将固定轴承33的内圈与壳体下部57轴向夹持在一起。鉴于此，安装部40还在主轴壳体14的下侧65处形成具有窄间隙尺寸的密封迷宫，并且另外在密封迷宫65内径向地具有用于接纳密封环67的环形凹部66，密封环67的密封唇以密封方式与主轴壳体14的下侧类似地协配。最后，安装部40具有中心通道68，该中心通道68将安装部40上方的区域与安装部40下方的区域连接，使得在引导装置18、更确切的是其引导杆22和引导板45、46相对于主轴壳体14轴向位移的情况下，不会产生阻碍运动的附加空气弹簧效应。

如图1所示，活塞气缸装置50的气缸壳体52延伸穿过形成在枢转轭部30中的开口69，并且其壳体上部56在图1中向上突出超过该开口69。气缸壳体52的壳体上部56在外周上设置有斜齿70，用于与非常平滑运行的齿轮71接合，该齿轮71在下方具有例如20°的斜齿，并且具有相同的直径。齿轮71可通过马达72驱动，该马达72从上方通过凸缘安装在枢转轭部30上，从而使活塞气缸装置50、进而使引导装置18在主轴壳体14中旋转速度和旋转方向可控地绕工具旋转轴线A旋转。在该情形中，扭矩从活塞气缸装置50的因此可旋转驱动的气缸壳体52通过螺纹连接件64传递到安装部40，并且从此处通过线性轴承元件20传递到引导装置18的引导杆22，进而带动第二引导板46。

鉴于此，应当注意的是，工具主轴10的下引导板46旋转速度和旋转方向可控地可绕工具旋转轴线A被旋转驱动，并且/或者可沿工具旋转轴线A(调节轴线Z)调节，可选地还具有非常精细的灵敏度。为了识别引导板46/抛光工具25的向上运动位置和因而工具主轴10的工具装载位置，环形磁铁RM在活塞气缸装置50的活塞54中被胶接就位，并在旋转馈通件55附近与磁传感器(未示出)协配。

另外，为了使工具保持部段16相对于工具旋转轴线A倾斜，引导装置18包括球形接头74，该球形接头74在工具旋转轴线A上限定工具保持部段16的倾斜点K。根据图1，球形接头74具有球形头部76，该球形头部76接纳在球形插座75中，并且在该球形头部76处形成有球接销77，该球接销77可固定于引导装置18的引导杆22，而球形插座75形成在工具保持部段16中。为了将球接销77固定到引导杆22，球接销77例如通过一体构造与凸缘部段78连接，该凸缘部段78与下引导板46轴向地、旋转地且牢固地螺纹连接。如图4和图5最佳可见，为此目的，引导板46设置在由螺钉48构成的圆圈内，其具有三个通道孔79，这三个通道孔79相对于工具旋转轴线A角度上间隔120°，并且在引导板46下侧处的凸缘部段78端中，在引导板46的区域中，环形轴环80突出超过螺钉48，用于机械地形状地接收在相关联的环形凹部81中(见图1)。通道孔79在引导杆22的各端44之间被固定螺钉82从上方穿透，从而将凸缘部段78牢固地引靠于引导板46，进而将其机械地形状地且摩擦地固定到引导板46，其中，固定螺钉82在凸缘部段78中拧入与环形凹部81连接的相关联的螺纹孔83中。

在图1所示的实施例中，球形头部76具有用于横向销85的接纳孔84，该横向销85的钝圆端部延伸穿过球形头部76，并且在球形头部76的任一侧上接合在球形插座75中的相关联的切口86或槽中，这些切口86或槽相对于倾斜点K在径向上布置，从而以万向接头的方式将工具保持部段16与球接销77连接，进而与工具主轴10的引导杆22连接，以能够带动旋转。在该情形中，工具保持部段16通过例如合适的泡沫材料的弹性环形元件87在凸缘部段78处弹性支承在位于球接销侧的支承凸缘88上，使得工具保持部段16设法通过其中心轴线与球接销77对准，进而与工具主轴10的工具旋转轴线A对准。

在所示实施例中，作为抛光工具25的抛光盘安装在工具保持部段16上，以能够被轴向地且旋转地带动，但同时是可拆卸地、即可更换地安装。为此目的，抛光盘25的基座本体90和工具保持部段16设置有互补结构91，用于通过工具保持部段16对抛光盘25轴向止动和带动旋转。由互补结构91形成的位于抛光盘25与工具保持部段16之间的该交界部是文献EP 2 464 493B1的主题，为了避免重复，在此关于该交界部的构造和功能明确参照该文献。

与基座本体90相比更软的弹性材料中间层92被固定到此处图示的抛光盘25的基座本体90，其中，形成抛光盘25的实际外加工表面94的抛光介质支架93搁置在中间层上。抛光盘25的这种形式就此而言是特别的，这是由于中间层92具有至少两个硬度不同的区域，这两个区域沿抛光盘25的中心轴线方向一个接一个地布置，其中，中间层92与基座本体90相邻的区域比中间层92的其上搁置有抛光介质支架93的区域更软。更确切地说，中间层92的两个区域在此由具有沿抛光盘25的中心轴线观察具有相应恒定厚度的相互不同的泡沫材料层95、96形成，即基座本体90、更确切的是其球形端表面97上较软的泡沫材料层95，以及在抛光介质支架93下方的较硬的泡沫材料层96。在该情形中，抛光盘90的各个部件(90、95、96、93)被胶接在一起。普遍适用于大范围的工件曲率的该抛光盘25、特别是实际形式和尺寸是较早的国际专利申请PCT/EP2015/001849的主题，为了避免重复说明，在此参照该文献。

各种抛光过程是技术人员所熟知的，因此此处将不再进行更详细描述(为此目的，还可参见上文在关于现有技术的介绍性描述中已经描述的抛光运动学特性，特别是工具与工件之间的“切向”和/或“枢转”相对运动)，这些抛光过程中可借助于工具主轴19利用设备12的上述运动学特性加以执行，并且在各种抛光过程中，还通过设置在工件主轴26处的抛光介质喷嘴(未示出)向工具与工件之间的作用位置供给液体抛光介质。

适合于相应抛光要求的其他抛光工具或抛光盘显然也可以与工具主轴10一起使用。因此，例如能够使用根据文献US 7 559 829B2的不带刚性旋转驱动件的工具。在该情形中，稍长的球接销的球形头部中的接纳孔和横向销将和图1所示的抛光工具的支承凸缘和弹性环形元件一样是多余的。将不使用类似的凸缘，而是使用直径稍大的凸缘，其带有外径向沟槽，用于接纳波纹件。在该使用情形下，通过球形头部的可能的旋转驱动，将确保不会出现球形接头的球形头部与球形插座之间的接合间隙中的高相对速度，否则可能会由于抛光介质的强烈磨蚀作用而导致显著的磨损。

图6示出了工具主轴10的另一变型例，该工具主轴10例如可以用于例如精密光学抛光工艺，并且以下对该工具主轴10将仅在与上文参照图1至图5描述的工具主轴10不同的范围内进行说明。此处的不同仅包括引导装置18’的球形接头74’和抛光工具25’的设计。

根据图6，特别地，引导装置18’的球形接头74’构造成无横向销且无偏差，使得工具保持部段16’不仅可以无游隙地倾斜，而且还可以相对于工具旋转轴线A容易运动。由此，为此目的，与根据图1的横向销的实施例相比，在图6的球形接头74’的情形中，球形头部76’中的接纳孔以及工具保持部段16’的球形插座75’中的相关联的切口不存在。在球形接头74’处同样无偏差，即与在82处与引导装置18’的第二引导板46螺纹连接的凸缘部段78’相比，由于省略了图1的环形元件而导致工具保持部段16’未被弹性支承。因此，仅通过在工具保持部段16’处的球形头部76’与球形插座75’之间的接合间隙中的摩擦来进行工具主轴10从第二引导板46到抛光工具25’的旋转运动的传递。

在图6的实施例中，与否则用于精密光学生产的各个形状连结的抛光工具相反，抛光工具25’本身具有在98’处表示的弹簧臂，这些弹簧臂在径向方向上与工具保持部段16’连接并且在轴向上弹性地支承例如整件式泡沫材料的弹性层92’，形成抛光工具25’的实际加工表面94’的抛光介质支架93’附接到该弹性层92’。相反，中间层92’被支承在工具保持部段16’的固定球形端表面97’上的抛光工具25’的中心区域中。

由于在图6的实施例中，与根据图1的构造相比，引导装置18’的倾斜点K与抛光工具25’的加工表面94’之间的间隔小得多，因此尽管省略了弹性支承工具保持部段16’的环形元件，仍排除了以下风险：抛光工具25’意外地倾斜并且因此发生工具和工件的损坏或过度变形，使得总是具有高水平的加工可靠性。

此外，在该变型例的情形中，可以设置用于保持部件的液压膨胀夹头来代替所示的夹持夹头28(套爪夹头)，上述部件根据DIN 58767粘接在精密接合构件上。

工件处的光学有效表面的精加工设备的工具主轴具有主轴壳体和突出超过该主轴壳体的工具保持部段。工具保持部段可通过引导装置沿工具旋转轴线相对于工件进行轴向调节(调节轴线Z)，该引导装置可在主轴壳体中被驱动以绕工具旋转轴线A旋转，并且工具保持部段可以可选地关于工具旋转轴线上的倾斜点K倾斜。在该情形中，用于轴向调节工具保持部段的引导装置包括多个线性轴承元件和分别相关联的引导杆，多个线性轴承元件绕工具旋转轴线均匀分布，这些引导杆与工具保持部段耐拉伸且耐压缩地连接。由此，在工件的微观几何形状加工期间，工具保持部段能够以非常容易的运动和精细的灵敏度跟随工件的宏观几何形状。

附图标记列表

10 工具主轴

12 设备

14 主轴壳体

16、16’ 工具保持部段

18、18’ 引导装置

20 线性轴承元件

22 引导杆

24 作业腔室

25、25’ 抛光工具/抛光盘

26 工件主轴

28 夹持夹头

30 枢转轭部

32 枢转臂

33 固定轴承

34 浮动轴承

35 间隔衬套

36 螺纹孔

37 圆头螺钉

38 环形肩部

40 安装部

42 凹部

43 第一端

44 第二端

45 第一引导板

46 第二引导板

47 螺钉

48 螺钉

50 活塞气缸装置

52 气缸壳体

54 活塞

55 旋转馈通件

56 壳体上部

57 壳体下部

58 连接件

59 引导套筒

60 O形环

61 杆

62 上螺纹连接件

63 下螺纹连接件

64 螺纹连接件

65 密封迷宫

66 环形凹部

67 密封环

68 通道

69 开口

70 齿

71 齿轮

72 马达

74、74’ 球形接头

75、75’ 球形插座

76、76’ 球形头部

77、77’ 球接销

78、78’ 凸缘部段

79 通道孔

80 环形轴环

81、81’ 环形凹部

82 固定螺钉

83、83’ 螺纹孔

84 接纳孔

85 横向销

86 切口

87 环形元件

88 支承凸缘

90 基座本体

91 互补结构

92、92’ 中间层

93、93’ 抛光介质支架

94、94’ 加工表面

95 较软的泡沫材料层

96 较硬的泡沫材料层

97、97’ 端表面

98’ 弹簧臂

A 抛光工具的工具旋转轴线(速度可控)

B 抛光工具的枢转设定轴线

C 工件旋转轴线(速度可控)

cc 第二光学有效表面

cx 第一光学有效表面

K 倾斜点

L 工件/眼镜镜片

M 约束材料

RM 环形磁铁

S 约束件

X 工具支架的线性轴线(位置可控)

Z 抛光工具的调节轴线(不可控)

Claims (21)

1.一种工件(L)上光学有效表面(cc、cx)的精加工设备(12)的工具主轴(10)，所述工具主轴包括主轴壳体(14)和工具保持部段(16、16’)，所述工具保持部段突出超过所述主轴壳体，并且通过引导装置(18、18’)能够沿工具旋转轴线(A)调节，所述引导装置(18、18’)在所述主轴壳体(14)中能被驱动以绕所述工具旋转轴线(A)旋转，其中，用于所述工具保持部段(16、16’)的轴向调节的所述引导装置(18、18’)包括：绕所述工具旋转轴线(A)均匀分布的多个线性轴承元件(20)；以及相应地相关联的引导杆(22)，所述引导杆与所述工具保持部段(16、16’)耐拉伸且耐压缩地连接。

2.根据权利要求1所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述工具保持部段能够绕所述工具旋转轴线(A)上的倾斜点(K)倾斜。

3.根据权利要求1所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18、18’)包括安装部(40)，所述安装部(40)能够绕所述工具旋转轴线(A)旋转，且具有凹部(42)，用于平行接纳所述线性轴承元件(20)。

4.根据权利要求3所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18、18’)包括第一引导板(45)和第二引导板(46)，其中，所述第一引导板(45)在所述安装部(40)的远离所述工具保持部段(16、16’)的一侧上固定于延伸穿过所述线性轴承元件(20)的所述引导杆(22)，并在第一端(43)处将各所述引导杆刚性连接在一起，而所述第二引导板(46)在所述安装部(40)的面向所述工具保持部段(16、16’)的一侧上固定于所述引导杆(22)，并在第二端(44)处将各所述引导杆刚性连接在一起。

5.根据权利要求1所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18、18’)精确地包括三个引导杆(22)，三个所述引导杆与三个线性轴承元件(20)相关联，所述线性轴承元件以相对于所述工具旋转轴线(A)的相互角度间隔为120°的方式布置在同一圆上。

6.根据权利要求1所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述线性轴承元件(20)是滚珠套筒。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的工具主轴(10)，其特征在于，设置有活塞气缸装置(50)，用于沿所述工具旋转轴线(A)对所述工具保持部段(16、16’)进行轴向调节，所述活塞气缸装置具有活塞(54)，所述活塞接纳在气缸壳体(52)中并且为了所述活塞的致动而与所述引导装置(18、18’)的所述引导杆(22)以串联布置连接，所述引导装置与所述活塞气缸装置(50)一起安装在所述主轴壳体(14)中，以能够绕所述工具旋转轴线(A)旋转。

8.根据权利要求7所述的工具主轴(10)，其特征在于，能气动致动的所述活塞气缸装置(50)的所述气缸壳体(52)为两件式的构造，且内衬有无机玻璃的引导套管(59)，在所述引导套管中，在其引导表面处包含有石墨材料的所述活塞(54)被接纳成能够纵向位移。

9.根据权利要求7所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述活塞气缸装置(50)的所述活塞(54)通过弹簧钢的细杆(61)耐拉伸且耐压缩地与所述引导装置(18)的所述引导杆(22)连接。

10.根据权利要求8所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述活塞气缸装置(50)的所述活塞(54)通过弹簧钢的细杆(61)耐拉伸且耐压缩地与所述引导装置(18)的所述引导杆(22)连接。

11.根据权利要求7所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述气缸壳体(52)在外周处设置有斜齿(70)，用于与斜齿齿轮(71)接合，所述斜齿齿轮能够通过马达(72)被旋转地驱动，以使所述活塞气缸装置(50)、因而使所述主轴壳体(14)中的所述引导装置(18、18’)绕所述工具旋转轴线(A)旋转。

12.根据权利要求8所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述气缸壳体(52)在外周处设置有斜齿(70)，用于与斜齿齿轮(71)接合，所述斜齿齿轮能够通过马达(72)被旋转地驱动，以使所述活塞气缸装置(50)、因而使所述主轴壳体(14)中的所述引导装置(18、18’)绕所述工具旋转轴线(A)旋转。

13.根据权利要求9所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述气缸壳体(52)在外周处设置有斜齿(70)，用于与斜齿齿轮(71)接合，所述斜齿齿轮能够通过马达(72)被旋转地驱动，以使所述活塞气缸装置(50)、因而使所述主轴壳体(14)中的所述引导装置(18、18’)绕所述工具旋转轴线(A)旋转。

14.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18、18’)包括球形接头(74、74’)，用于使所述工具保持部段(16、16’)相对于所述工具旋转轴线(A)倾斜。

15.根据权利要求14所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述球形接头(74、74’)包括球形头部(76、76’)，所述球形头部接纳在球形插座(75、75’)中，并且形成在球接销(77、77’)处，所述球接销能固定于所述引导装置(18)的所述引导杆(22)，而所述球形插座(75、75’)形成在所述工具保持部段(16、16’)中。

16.根据权利要求15所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述球形头部(76)具有用于横向销(85)的接纳孔(84)，所述横向销延伸通过所述球形头部(76)且在所述球形头部(76)的任一侧上接合在所述球形插座(75)中的相关联的切口(86)中，从而将所述工具保持部段(16)与所述球接销(77)连接，以能够被带动旋转。

17.根据权利要求15所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述工具保持部段(16)通过弹性环形元件(87)在所述球接销一侧处被弹性支承在支承凸缘(88)上，使得所述工具保持部段(16)的中心轴线与所述球接销(77)对准，进而与所述工具主轴(10)的所述工具旋转轴线(A)对准。

18.根据权利要求16所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述工具保持部段(16)通过弹性环形元件(87)在所述球接销一侧处被弹性支承在支承凸缘(88)上，使得所述工具保持部段(16)的中心轴线与所述球接销(77)对准，进而与所述工具主轴(10)的所述工具旋转轴线(A)对准。

19.根据权利要求14所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18’)的所述球形接头(74’)无横向销且不偏向。

20.根据权利要求15所述的工具主轴(10)，其特征在于，所述引导装置(18’)的所述球形接头(74’)无横向销且不偏向。

21.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的工具主轴(10)，其特征在于，抛光盘(25)能更换地安装在所述工具保持部段(16)上，为此目的，所述抛光盘(25)的基座本体(90)和所述工具保持部段(16)设置有互补结构(91)，用于通过所述工具保持部段(16)轴向止动和带动所述抛光盘(25)。

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