CN109195741A

CN109195741A - 用于加工具有光学性能的工件的机器

Info

Publication number: CN109195741A
Application number: CN201780034055.6A
Authority: CN
Inventors: J·迪尔; A·霍夫曼; S·莫斯
Original assignee: Satisloh AG
Current assignee: Satisloh AG
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2019-01-11
Also published as: EP3463746B1; US11583971B2; US20190184515A1; DE102016006791A1; WO2017211452A1; EP3463746A1

Abstract

一种用于加工具有光学性能的工件的机器(10)具有至少一个工件主轴(12)，通过该工件主轴(12)，待加工的工件(L)能够被驱动成围绕工件旋转轴线(C)旋转，并且还具有与工件主轴相对定位的旋转头(14)，其可绕枢转轴线(B)枢转并且支承至少两个工具主轴(16、18)，至少一个加工工具(T1、T2、T3)被保持在工具主轴中的每一个上，以便能够被驱动成围绕工具旋转轴(D、D')旋转。另外，工件主轴和旋转头(14)可沿三个相互垂直的线性轴线(X、Y、Z)相对于彼此调整，其中一个线性轴线(Y)平行于枢转轴线(B)延伸，而另一个线性轴线(Z)平行于工件旋转轴线(C)延伸。至少一个工具主轴附接在旋转头处，其中，其工具旋转轴线(D')平行于枢转轴线(B)延伸，由此允许多种不同的加工策略，特别地，也允许大工件和具有大的形貌变化的工件的高精度加工。

Description

用于加工具有光学性能的工件的机器

技术领域

本发明总地涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于加工具有光学性能的工件的机器。具体地，本发明涉及一种用于研磨和/或抛光的机器，诸如使用在例如用于透镜、反射镜和模具生产中的大规模精密光学工业中。

现有技术

通过材料去除加工具有光学性能的工件可以大致分为两个加工阶段，即最初用于产生所需的宏观几何形状(或形貌(topography))的光学有效表面的初步加工、以及接着用于消除初步加工轨迹并获得所需的微观几何形状的光学有效表面的精密加工。然而，用于赋予形状的光学有效表面的初步加工尤其根据工件的材料通过磨削(例如在矿物玻璃的透镜的情况下)、铣削(例如在金属模具镶块的情况下)和/或车削(例如在塑料材料透镜的情况下)进行，在用于获得所需表面粗糙度的精密加工中的工件的光学有效表面通常经受精密磨削、精研和/或抛光处理。只要术语“加工”，也以诸如例如“加工工具”等的词语组合用于本申请的术语中，则这应包括主要使用几何上未限定的刀具和结合颗粒(incorporatedgrain)(磨削)或松散颗粒(loose grain)(抛光)的材料去除的初步加工和精密加工。

目前，在进行更复杂的加工顺序时，需要一台或在给定情况下需要若干台具有大量精密运行工具的机器。由于从一个机器改变到下游机器需要时间，并且由于部分用于工件安装的夹紧系统不同，还涉及重新夹紧误差的风险，因此在现有技术中已经提出了配备有若干加工主轴的机器。

因此，文献DE 19750428 A1公开了一种用于对光学透镜的两侧进行抛光的装置，其中枢转头存在于上部中的机架中，该枢转头可绕枢转轴线枢转并且承载用于加工凸透镜表面的上成形工具的工具主轴以及上“多功能工具”的“多功能主轴”，该多功能工具包括内修整工具和外工具座。在机架的下部布置有可水平移动的X滑块，其与可垂直移动的Z滑块连接，该Z滑块接着承载用于加工凹透镜表面的下成形工具的另一工具主轴，以及下“多功能工具”的另一“多功能主轴”。后者类似地具有向内设置的修整工具和向外设置的工具座。

利用该装置，(a)两个成形工具可以用对应的“多功能工具”的相应的相对修整工具修整，(b)最初保持在下“多功能工具”的工件座中的透镜可以通过上成形工具对其凸透镜表面进行加工，(c)透镜可以从下“多功能工具”的工件座转移到上“多功能工具”的工件座上，并且最后，(d)接着保持在上“多功能工具”的工件座中的透镜可以通过下成形工具对其凹透镜表面进行加工。然而，可以看到这种装置的缺点是，特别是由于在枢转头处或在Z滑动件处的相应主轴对的主轴的物理接近以及安装在枢转头上的主轴的长度，因而不仅在可加工工件几何形状方面受到明显限制，而且在待加工工件的尺寸方面也受到明显限制。

从文献DE 102006028164 A1中已知一种用于磨削和/或抛光具有光学性能的工件的磨削抛光机，其与现有技术相比明显更柔性，其限定了权利要求1的前序部分。该机器包括采用非常紧凑构造模式的两个工件主轴以及枢转头，通过每个工件主轴，待加工的相应工件可驱动成绕工件旋转轴线旋转，该枢转头与工件主轴相对并可绕枢转轴线枢转。枢转头承载两个平行布置的工具主轴，每个工具主轴在两个端部处构造成用于同轴安装相应加工工具并且可驱动成围绕相应工具旋转轴线旋转，该工具旋转轴线横向于枢转轴线延伸。此外，工件主轴和枢转头可沿三个相互垂直的线性轴线相对于彼此调整，其中一个线性轴线(Y)平行于枢转轴线延伸，而另一个线性轴线(Z)平行于工件旋转轴线延伸。

在该现有技术中，以有利的方式，工具主轴可以通过枢转头相对于工件主轴不仅静态地旋转，而且动态地在0°和360°之间的任何限定的角度位置中旋转，在这种情况下，例如，工具改变可以通过枢转头绕枢转轴线枢转大约180°来完成，使得下游加工步骤可以在同一个工件表面上进行。此外，由于线性轴线(Y)，其与引言中概述的现有技术相比是增加的并且平行于枢转轴线延伸，因此可以加工另外工件几何形状，这对于以下情况来说是有利的：在精密光学工业中，可以观察到部件越复杂趋势越强烈，特别是具有非球面和自由形状表面的部件。

然而，当必须加工非常大的工件或具有大的形貌变化的工件时，现有技术中限定类别的加工可能性达到其极限。由于工具主轴的结构形式和刚性主轴安装的必要性，因此特别地，在枢转头处出现了破坏性轮廓，该破坏性轮廓在过去已经阻止了这种工件的加工，否则由于主轴壳体和工件之间的意外碰撞而存在机器/或工件损坏的风险。

发明目的

本发明的目的是创造一种机器，该机器构造成尽可能得紧凑，用于加工具有光学性能的工件，该机器可以尽可能普遍地使用，并由此允许不同的加工策略，特别地，甚至大工件或具有大的形貌变化的工件的高精度加工。

发明内容

该目的通过权利要求1中所述的特征来实现。本发明的有利改进是权利要求2至15的主题。

根据本发明，在一种用于加工具有光学性能的工件的机器中-该机器具有至少一个工件主轴以及枢转头，通过该工件主轴，待加工工件可驱动成围绕工件旋转轴线C旋转，该枢转头与工件主轴相对并且可围绕枢转轴线B枢转并且承载至少两个工具主轴，至少一个加工工具被保持在工具主轴中的每一个处，以可驱动成围绕工具旋转轴线D、D'旋转，其中，工件主轴和枢转头还可沿三个相互垂直的线性轴线X、Y、Z相对于彼此调整，其中一个线性轴线Y平行于枢转轴线B延伸，而另一个线性轴线Z平行于工件旋转轴轴线C延伸-至少一个工具主轴安装在枢转头上，其中，其工具旋转轴线D'平行于枢转轴线B延伸。

通过工具主轴和枢转头的旋转平行布置，可使处于保持在该工具主轴上的加工工具的圆周处的接合区域移动，由此加工工具可以与保持在工件主轴且待加工的工件进行加工接合，参考在加工平面中的枢转头的枢转轴线B和在枢转头处的另一个工具主轴，该加工平面与第三线性轴线X对齐，径向向外横向于枢转轴线B，背对其它工具主轴。以这种方式，非常紧凑的枢转头和工具主轴组合产生了使得在处理期间最大尺寸的加工工具的“圆形轨迹”成为可能而无需个别的大三维范围。因此，甚至非常大的工件或具有大的形貌变化和/或明显倾斜度的工件也可以加工而没有沿线性轴线X的长行进路径和/或围绕枢转轴线B的大枢转角度的问题，而且没有枢转头或安装在其上的工具主轴与工件之间的碰撞风险。

磨削工具和抛光工具均可用作在相对于枢转轴线B平行布置的工具主轴处的加工工具。这些工具可以是球形的，或者也可以仅具有接合区域，该接合区域具有相对于工件的球形段或球形剖面段的形状，或者可以是盘状的。在例如使用圆周磨削轮的情况下，可以进行单独的边缘加工，从而在下游加工过程中，工件可以更容易且精确地定向，这对于测量任务尤其重要。借助于该工具主轴和合适的加工工具，小平面还可以在工件上加工并且特别地，不仅在圆形工件上加工，而且在具有任何边缘几何形状的工件上加工，因为与其它加工工具或主轴部件的发生意外碰撞风险降低最小程度。

总之，根据本发明的构思使得能够以较低的结构成本将最多样化的加工工具在精确运行的情况下与待加工的相应工件接合，使得大量更复杂的表面和部件可以在避免使用特殊工具的情况下加工。特别地，所有常用的磨削和抛光方法可以进行，包括旋转圆周横向和长度加工、外圆磨削及抛光、杯状磨削(cup grinding)和端面磨削(face grinding)及抛光。在使用特别窄的磨轮的情况下，还存在锯切或分离的可能性，使得例如棱镜也可以制造。

优选地，枢转头处的工具主轴布置成使得安装在其上的至少一个加工工具的接合区域，其可以与工件进行加工接合，限定了枢转头围绕枢转轴线B的径向外部圆形轨迹，即其上没有其它加工工具或主轴部件突出的圆形轨迹。因此，有利地，可以通过枢转头绕枢转轴线B的纯粹枢转运动从该加工工具快速地改变到不同的加工工具，而不需要为此进行线性行进平面或线性偏转运动。

在进一步追求本发明的构思的过程中，所有加工工具的接合区域可以具有与枢转轴线B基本上相同的径向间距。因此，通过枢转头绕枢转轴线B的枢转，枢转头处的任何加工工具之间的改变是可能的；为此目的不需要更大的线性运动，因而将加工停机时间减至最少。

此外，该布置可以使得加工工具的接合区域相对于枢转轴线B基本上均匀地成角度彼此间隔开。这有利地确保了枢转头处的破坏性轮廓最小。各个加工工具可以围绕枢转轴线B枢转到相同的程度，这相对于处理大的工件和/或高度差异大的表面而言也是有利的。

此外，优选地，至少一个(另外的)工具主轴安装在枢转头上，其中，其工具旋转轴线D横向于枢转轴线B延伸，由此可以使用例如杯状工具。这有利于加工过程和策略的最大可能多样性。在这方面，工具主轴原则上可以仅在一端构造成用于安装加工工具。然而，相比之下，其中具有横向于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D的工具主轴在两端构造成用于同轴安装相应加工工具的设计是优选的。因此，两个加工工具能以更节省空间和经济的方式由仅一个驱动装置进行驱动。如果例如，在具有平行于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D'的工具主轴上使用球形或盘形磨削工具，而具有横向于枢转轴线延伸的工具旋转轴线D的工具主轴在两端均配备有杯状工具，则有利地，多个连续加工步骤可以在一次工件夹紧中进行。因此，例如，通过第一杯状工具进行初步磨削，通过第二杯状工具进行精密磨削，最后通过平行于枢转轴线B旋转的球形或盘状工具进行超精密加工，从而总体上具有高水平的表面真实度并且同时各个工具使用寿命增加并且因此也提高了机器的可维护性和生产率。

优选地，承载工具主轴的枢转头的质心位于或至少靠近枢转轴线B，因此紧邻枢转轴线B。这具有的优点是，为了使枢转头绕枢转轴线B枢转，仅需要少量的驱动动力。另外，避免了可能对高加工精度有害的枢转头处的偏心。加工工具与工件接合期间需要枢转头绕枢转轴线B枢转的加工过程可以有利地以高度动态的方式执行。

对于具有平行于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D'的工具主轴的旋转驱动，可以采用各种短结构的驱动装置构思，例如链条驱动或通过齿轮传动的驱动装置。然而，为了实现具有低磨损和显著运行安静性的高转速，优选的是，对于具有平行于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D'的工具主轴的旋转驱动，提供了一种具有主轴电机的带传动(belt drive)，主轴电机与主轴的轴平行布置并通过带与主轴的轴驱动连接。

原则上，可以想到的是，在这种情况下在主轴电机和主轴的轴之间设置张紧辊以张紧带。然而，对于最低可能费用和非常紧凑的结构形式，如果主轴电机安装成可相对于主轴的轴枢转以张紧带，则是优选的。

优选地，这种带传动的带是多楔带(poly-V-belt)。这种类型的带在很小的空间内提供高水平的力传递，具有最高的稳定性以及运行安静性，并且即使在高驱动速度的情况下也是如此。

原则上，球主轴驱动装置等可用于沿线性轴线Z调整工件主轴。然而，优选的是，将用于沿线性轴线Z调整的工件主轴安装在Z滑块上，该Z滑块通过在机床处的导向布置引导并且可借助于线性电机相对于机床移动。使用线性电机来使工件主轴轴向移动不仅有利于在没有换向主轴的情况下进行更加动态和精确地再调整的程度，而且特别是因为可以进行功率调节的磨削加工，如文献DE 102012010004 A1中所述。对于其中线性电机通过电机电流来预先确定可变进给功率的这种加工，瞬时功率关系根据进给运动的目标和实际方向推断，并且因此进给功率以工艺依赖性方式受到电机电流的影响，特别地，在磨削期间的材料去除性能得到优化。结果是以有利的方式显著减少了加工时间，消除了安全间距，简化了初始切割识别并且更可靠地防止了由于高进给速度或由于碰撞而导致的工件和工具的过载状态。

此外，Z滑块的导向布置可以配备有夹紧元件，Z滑块可通过该夹紧元件相对于机床固定。通过这种措施可以避免Z滑块在机器的紧急停机或伺服关闭(驱动装置停机)的情况下不希望的下沉。此外，线性轴线Z可以在诸如例如分离过程的特定加工过程的能量方面更有利地建立，也是为了在加工过程中增加刚度。

优选地，机器还设置有用于对承载工件主轴的Z滑块进行重量补偿的装置。因此，加工过程可以有利地以特别高度动态的方式操作，而没有在沿线性轴线Z的运动中由重力引起的“过冲(overshooting)”的风险。原则上，可以想到，使用配重作为重量补偿装置，该配重通过偏转和制动机构支承Z滑块，其中工件主轴安装在Z滑块上。然而，对于紧凑设计、快速反应时间和良好可控性，如果重量补偿装置包括至少一个气动缸，该气动缸布置在Z滑块和机床之间并且可以气动地作用以抵消承载工件主轴的Z滑块的重量，则是优选的。这使得可以借助于线性电机高度灵敏地设定Z滑块的位置，并且还借助于线性电机辅助上述功率调节的磨削加工。

最后，在另一个优选的改进步骤中，枢转头可以设置有用于检测工件几何形状的功能元件。在这方面，它可以是例如根据DIN 58724的扫描仪或环形球径仪，其侧向安装在枢转头上的外侧或工具主轴的壳体之一上。通过这种方式，可以在没有额外运动轴线的情况下，在不同的磨削步骤之前、期间或之后，在原位上直接进行工件几何形状的测量，并且通过CNC控制自动地考虑可能需要的校正。通过枢转头、扫描仪或球径仪给定的绕枢转轴线B的可枢转性，可以使相应的功能元件在工件的任何所需点上与法线对齐，由此至少避免了由于倾斜扫描导致的错误测量。

附图说明

下面参考部分简化或示意性的附图，根据优选实施例更详细地解释本发明，这些附图并非按比例绘制，其中相同或相应的部分用相同的附图标记表示。附图中：

图1从上方和右前方倾斜地示出了用于精密加工具有光学性能的工件的磨削抛光机的立体图，该磨削抛光机具有下工件主轴和根据第一实施例的上枢转头，该下工件主轴可通过Z滑动件垂直调整，该上枢转头可通过X/Y十字台布置在水平面内调整，并可围绕水平延伸的枢转轴线B枢转并且承载两个工具主轴，工具主轴的工具旋转轴线D、D'具有不同的方向，其中，为了允许观察机器的基本部件或子组件并且简化特别是操作单元和控制、包覆部件、门机构和窗格、工件和工具的沉积物的图示，电流、压缩空气和抛光介质的供应装置(包括线路、软管和管道)、抛光介质返回装置和机器内部测量装置、维修装置和安全装置已被省略；

图2从左上方和左后方倾斜地示出了具有图1的简化的根据图1的磨削抛光机的立体图；

图3示出了具有图1的简化的根据图1的研磨抛光机的前视图；

图4从图3的右方示出了具有图1的简化的根据图1的研磨抛光机的侧视图；

图5示出了图4中的细节V的放大比例并且部分剖开的图示，具有在左侧上的磨削抛光机的第一工具主轴，其示出为沿横向于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D剖开，以及在右侧上的磨削抛光机的枢转头，其示出为沿枢转轴线B剖开，其中相应的驱动装置和安装情况基本上简化示出，即示意性地示出；

图6从上方和右前方倾斜地示出了根据图1的磨削抛光机的从枢转头移除的第二工具主轴的立体图，其中工具保持在该第二工具主轴处；

图7从图6中的下方示出了没有工具的根据图1的磨削抛光机的第二工具主轴的部分剖开的下视图，其中第二工具主轴示出为具有沿平行于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D'剖开的其主轴壳体；

图8从图6中的正面示出了没有工具的根据图1的磨削抛光机的第二工具主轴的前视图，其中主轴壳体的前盖已经被移除以允许观察到第二工具主轴的主轴电机；

图9从图6中的背面示出了没有工具的根据图1的磨削抛光机的第二工具主轴的后视图，其中主轴壳体的后盖已经被移除以允许观察到第二工具主轴的带传动；

图10从上方和左前方倾斜地示出了根据图1的磨削抛光机的剖视图，其中示出了Z滑块，工件主轴已经从该Z滑块移除，使得Z滑块的导向布置和Z滑块的重量补偿装置可以更好地看到；

图11示出了根据图1的磨削抛光机的承载工具主轴的枢转头相对于工件主轴的上端的示意前视图，待加工的工件借助于卡盘保持在该工件主轴的上端，其中枢转头的径向外部圆形轨迹用虚线描绘；

图12至16示出了根据图1的磨削抛光机的枢转头和工件主轴的示意正视图，其类似于图11，示出了不同的加工或测量过程，其中，在图15和16中，较大的工件借助于工件主轴上端的粘合剂适配器(cement adapter)固定；

图17和18从上方和左前方倾斜地示出了根据图1的磨削抛光机的枢转头和工件主轴的示意立体图，其示出了在工件处的另外加工过程，工件借助于工件主轴上端的粘合剂适配器固定；

图19示出了根据第二实施例的枢转头相对于根据图1的磨削抛光机的工件主轴的上端的示意前视图，其对应于图11的图示形式，枢转头支承根据图6至图9的两个工具主轴，这两个工具主轴具有平行于枢转轴线B的工具旋转轴D'、D”；以及

图20示出了根据第三实施例的枢转头相对于根据图1的磨削抛光机的工件主轴的上端的示意前视图，其对应于图11的图示形式，该枢转头-类似于根据第一实施例的图1中的枢转头-支承通过其工具旋转轴线D横向于枢转轴线B延伸的第一工具主轴，但该枢转头还设置有平行于枢转轴线延伸的三个工具主轴。

具体实施方式

图1至图4示出了CNC控制的磨削抛光机10，其用于在直角笛卡尔坐标系中加工具有光学性能的工件L，特别是透镜，在直角笛卡尔坐标系中，字母x表示机器10的宽度方向，字母y表示机器10的长度方向且字母z表示机器10的高度方向。在所示的实施例中，机器10总地包括工件主轴11和枢转头14，通过该工件主轴11，待加工的工件L可驱动成绕工件旋转轴线C旋转，枢转头14与工件主轴12相对并可围绕枢转轴线B枢转，并且在这里承载两个工具主轴16、18，至少一个精密加工工具(杯状轮T1、T2；圆周磨削轮T3)被保持在工具主轴中的每一个处，以可驱动成围绕工具旋转轴线D或D'旋转。如还将更详细地描述的，工件主轴12和枢转头14还可沿三个相互垂直的线性轴线X、Y、Z相对于彼此调节，其中一个线性轴线Y平行于枢转轴线B延伸，而另一个线性轴线Z平行于工件旋转轴线C延伸。重要地，工具主轴中的至少一个(18)安装在枢转头14上，其中，其工具旋转轴线D'平行于枢转轴线B延伸，由此产生多种加工可能性，特别是对于大工件L，如类似地将在下面详细解释的。

机器10包括机床20，该机床20由整块矿物铸件(“聚合物混凝土”)形成。沿水平宽度方向x彼此平行延伸的两个导轨22在机器10的上侧上固定于机床20。两个导轨22由端部支座24界定。X滑块26通过在导轨22上的导向滑架28引导以可移动，并且可通过线性电机30在CNC位置调节下沿线性轴线X的两个方向进行调节。线性电机30的电流传导初级部件32附接在X滑动件26下方，而无源次级部件34布置在机床20处的导轨22之间。

沿水平长度方向y彼此平行延伸的两个导轨36附接到X滑块26，如可以在图2中所最佳地看到的。Y滑块36通过在导轨36上的导向滑架40引导以可移动，并且可通过另一线性电机42在CNC位置调节下沿线性轴线Y的两个方向进行调节。另一线性电机42具有电流传导初级部分44，该电流传导初级部件44安装在Y滑动件38下方并与无源(passive)次级部件46协配，无源次级部件46安装在导轨236之间的X滑块26上。

Y滑块38承载枢转头14的枢转驱动装置48，借助于该枢转驱动装置，枢转头14可在CNC旋转角度调节下绕枢转轴线B枢转，因而具有限定的角度位置。显而易见的，滑块26、38因此形成X/Y十字台布置，借助于该X/Y十字台布置，枢转头14可在枢转轴线B所在的水平平面中进行调节。工具主轴16、18以彼此相邻的布置安装在枢转头14处，使得工具主轴16通过其工具旋转轴线D横向于枢转轴线B延伸，而工具主轴18的工具旋转轴线D'沿枢转轴线B延伸。在这种情况下，布置使得承载工具主轴16、18的枢转头14的质心位于枢转轴线B上或至少靠近枢转轴线B。

关于枢转驱动装置48的进一步细节可以从图5推断出。枢转驱动装置48包括力矩电机52，该力矩电机52与枢转轴线B同轴地布置在多部件驱动装置壳体50中，并且其转子54安装在枢轴56上，枢轴56又与枢转头14固定连接(例如借助于螺钉，这里未示出)。枢转头14和枢轴56的组合通过两个相互间隔开的轴承58安装在驱动装置壳体50中，以便可旋转且轴向不可移动。相对于力矩电机52的转子54同心布置的定子60附接到驱动装置壳体50，以防止相对旋转。

工具主轴16的进一步细节可以从图5推断出。根据图5，工具主轴16在两端处形成成用于同轴安装相应的加工工具(杯状轮T1、T2)。更确切地说，工具主轴16具有连续的主轴的轴16，主轴的轴16形成为空心轴并且通过两个相互间隔开的轴承64安装在主轴壳体66中，以可旋转且轴向不可移动。此外，用于主轴的轴62绕工具旋转轴线D的速度可控驱动装置的力矩电机68安装在主轴壳体66中，电机的转子70与主轴的轴62固定连接，而力矩电机68的同心包围转子70的定子72附接到主轴壳体66，以防止相对旋转。液压膨胀卡盘74设置在主轴的轴62的两端，以便将插入到空心主轴的轴62中的工具T1和T2的杆夹紧就位。

关于安装在前述第一工具主轴16附近的枢转头14上的第二工具主轴18的细节可以从图6至图9中推断出。根据这些图，工具主轴18包括多部件主轴壳体76，其包括中心底座78以及前盖80和后盖82，它们通过螺纹连接附接到底座78，如图7所示。底座78形成侧向突出的轴承孔84，安装法兰86安装在该轴承孔84处。根据图7，主轴的轴88通过两个相互间隔开的角接触球轴承90安装在安装法兰86中，以可旋转且轴向不可移动。主轴的轴88在其向外突出超过轴承法兰86的端部设置有夹紧穹顶92，工具适配器94附接到该夹紧穹顶92以防止相对旋转。图6中所示的圆周磨削轮T3可作为加工工具以本身已知的方式借助于螺钉固定到工具适配器94上，以相对于主轴的轴88居中。对应于相应加工要求，后者可以具有圆柱形外圆周表面，或者然而，具有呈对称球形区域形式的外圆周表面(球形环形砂轮)。

特别地，如可以从图7和图9中推断出的，具有主轴电机98的带传动96被提供用于工具主轴18的旋转驱动，主轴电机98平行于主轴的轴88布置并且通过带100与主轴的轴88驱动连接，工具主轴18具有平行于枢转轴线B延伸的工具旋转轴线D'。更确切地说，带100在其上运行的带轮102固定到主轴的轴88的端部，该端部突出超过主轴壳体76的底座78中的轴承法兰86，带100也在安装在电机轴106上的带轮104上运行，该电机轴106在主轴电机98的主轴壳体76的底座78中突出(参见图9)。所示实施例中的带100是诸如例如可从德国杜塞尔多夫的沃特福兰(Walther Flender)集团以商品名“Polyflex[注册商标]JB[商标]V-belt”购得的多楔带。

根据图8和9，主轴电机98安装成可相对于主轴的轴88枢转，以张紧带100。为此目的，主轴电机98在盖80下方法兰安装在板状夹紧法兰108上，该夹紧法兰108布置在底座78的远离盖82的一侧上。夹紧法兰108安装成可枢转，通过弯曲槽110和固定到底座78的装配螺钉112相对于底座78围绕在底座78处的支承点114引导，如图8和9用双箭头表示。在这种情况下，电机轴106穿过底座78中的切口116，使得带轮104和夹紧法兰108布置在底座78的相对两侧上。根据图8，接头构件118侧向接合在电机轴106和支承点114之间的夹紧法兰108。接头构件118可通过手柄以及相对于底座78沿其纵向轴线的螺纹连接(未示出)而相对于底座78轴向调节，该手柄在图6中以120表示并且可在主轴壳体76处从外部接近。显而易见的，通过轴向调节接头构件118，夹紧法兰108可绕支承点114枢转，由此带100可以被张紧。

最后，用于感测主轴88的旋转速度的传感器布置固定到底座78上，在图9中以122表示。

如可以从图1至4进一步推断出的，用于沿线性轴线Z调节的工件主轴12安装在Z滑块124上，该滑块124借助于机床20处的导向布置126引导并且可借助于另一线性电机128相对于机床20移动。为了能够更好地识别与其相关的细节，在根据图10的图示中省略了工具主轴12。

特别地，根据图1和10，导向布置126包括两个导轨130，其沿垂直高度方向z彼此平行地延伸并且安装在Z滑块124面向机床20的一侧上。导轨130在其中延伸的总共四个导向滑架132固定到机器10的前侧。Z滑块124可CNC位置调节下沿线性轴线Z的两个方向上进行调节，线性电机128为此目的而设置。线性电机128具有电流传导初级部件134，其安装在导轨130之间的Z滑块124上并且与无源次级部件136协配，无源次级部件136安装在机床20的前侧上。线性电机128在Z滑块124上的使用有利地使得能够执行诸如文献DE 102012010004A1中描述的力调节的磨削加工，此时关于方法细节明确参考该文献DE 102012010004 A1。

如从图1、3、4和10中更加一目了然的，Z滑块124的导向布置126包括夹紧元件138，其用于相对于机床20固定Z滑块124以抵抗重力的作用。在这方面，夹紧元件138与每个导轨130相关联，夹紧元件138相应地固定在机床20处的对应导向滑架132之间。夹紧元件138具有夹紧和制动靴(未示出)，其具有与导轨130的几何形状互补的几何形状并且通过弹簧储能器(未示出)偏置，使得在静止状态下它们被压靠导轨130并与其产生摩擦联接。每个夹紧元件138还具有气动活塞/缸布置(未示出)，其在气动压力负荷的情况下反作用于弹簧储能器，以释放夹紧和制动靴，使得相应导轨130可在相关联的夹紧元件138中移动。这种夹紧元件138可以例如从德国莱茵瑙(Rheinau)的Zimmer集团以商品名“UBPS”购得。

此外，机器10配备有用于对承载工件主轴12的Z滑块124进行重量补偿的装置140。在所示的实施例中，重量补偿装置140包括两个气动缸142，其平行地布置在Z滑块124中并且设置在Z滑块124和机床20之间，以在致动方面有效并且能够气动地作用以抵消承载工件主轴12的Z滑块124的重量。更确切地说，根据图10的气压缸142通过在Z滑块124下方的其缸壳体144铰接到横梁146，横梁146又固定地安装在机床20上。活塞杆148在150处固定到在缸壳体144上方的Z滑块124上以从其突出，如可以在图3和10中最佳看见的。显而易见的，气动缸142能够通过活塞杆148和缸壳体144在与机床20固定连接的横梁146处支承Z滑块124的重力。

最后，工件主轴12以合适的方式接纳和固定在Z滑块124的相关切口152(参见图10)中，使其沿枢转头14的方向向上突出到Z滑块124上方。在所示的实施例中，工件主轴12在其上端承载多功能卡盘154，该多功能卡盘154可借助于工件主轴12在CNC旋转角度调节下绕工件旋转轴线C旋转或转到限定的角度位置。多功能卡盘154包括液压膨胀卡盘机构(未示出)，借助于该液压膨胀卡盘机构，圆柱形工件L的套爪卡盘(collet chuck)156可以保持，特别地如图11至图14所示，或者当如图15至图18所示的非圆柱形工件(例如，非球面圆柱形透镜或棱镜)待保持时，包括粘合剂适配件158。

根据图11，设置在枢转头14处的每个加工工具T1、T2、T3具有接合区域E1、E2、E3，这些接合区域可以与工件L加工接合。在这种情况下，工具主轴16、18布置在枢转头14上，使得保持在工具主轴16、18的加工工具中的至少一个的接合区域限定围绕枢转轴线B的枢转头14的径向外部圆形轨迹F。换言之，枢转头14的任何部分都没有径向突出超过该枢转头14的圆形轨迹F。

在这里所示的实施例中，甚至所有加工工具T1、T2、T3的接合区域E1、E2、E3也均具有与枢转轴线B基本上相同的径向间距。此外，加工工具T1、T2、T3的接合区域E1、E2、E3相对于枢转轴线B基本上均匀地彼此成角度地间隔开，即以大约120°间隔开。

图11还示出了枢转头14可以侧向设置有用于检测工件几何形状的功能元件，在这里功能元件是测量扫描仪S。测量扫描仪S也不突出超过加工工具T1、T2、T3的圆形轨迹F。代替测量扫描仪S，显然，作为功能元件的根据DIN 58724的环形球径仪(未示出)也可以侧向安装在枢转头14上。

图12至16以类似于图11的模式和方式示出了可由机器10(尤其)执行的不同加工或测量过程，其中具有工具主轴16、18和工件主轴12的枢转头14在每个实例中以示意前视图示出。

图12示出了最初如何借助于安装在左边工具主轴16上的下杯状轮T1加工透镜L的凸表面。该加工符合已知的区域磨削(area-grinding)原理。然而，保持在套爪卡盘156中的透镜L由工件主轴12驱动成绕工件旋转轴线C旋转，工具主轴16驱动杯状轮T1绕工具旋转轴线D旋转。枢转头14绕枢转轴线B枢转到预定角度设定，该预定角度设定在该加工步骤期间不会进一步改变。随后，调整和进给通过工件主轴12沿线性轴线Z(调整)和枢转头14沿线性轴线X(进给)的协配运动进行。

当可以用于例如透镜L的初步加工的该加工步骤结束时，枢转头14可以例如为了精密加工透镜L而枢转，直到保持在工具主轴16的另一端处的杯状轮T2与工件主轴12(未示出)相对为止，因此以类似的方式，旋转透镜L借助于类似旋转的杯状轮T2(围绕枢转轴线B的固定枢转角度、沿线性轴线Z的调整以及沿线性轴线X的进给)加工。

由圆周磨削轮T3执行的超精密加工步骤可以紧随其进行，该圆周磨削轮T3安装在平行于枢转轴线B定向的工具主轴18上，从而符合相应的加工要求。这在图13中示出。为此目的，工具主轴18借助枢转头14绕枢转轴线B枢转到一位置，在该位置中，圆周磨削轮T3与工件主轴12相对。然后，工具T3和工件L被旋转驱动，并通过枢转轴线B、线性轴线X和线性轴线Z的协配运动而进入限定的加工接合。该加工步骤特别适用于非旋转对称的表面或自由形状的表面。

显而易见的是，由于所需的工具T1、T2和T3已经全部存在于枢转头14处，因此上述加工顺序不需要更换工具也不需要重新调整工具。

在图14中，示出了如何使用侧向安装在枢转头14上的测量扫描仪S，以测量例如透镜L的中心厚度。首先，在使用运动轴线Z对透镜L进行实际扫描之前，借助于运动轴线B、X和可选的轴线Y进行测量扫描仪S与工件旋转轴线C的对准。同样地，在围绕枢转轴线B的预定角度位置中的测量扫描仪S可以用于-适当地使用运动轴线X、Z、C或Y-检测透镜L的整个几何形状的目的。然后，测量值可以被直接读入CNC控制，以便执行例如自动校正和磨损补偿。

图15示出了大的非球面工件L的加工，该非球面工件L粘接在粘合剂适配器158上，该粘合剂适配器158又保持在工件主轴12的多功能卡盘154处。该加工可以根据旋转圆周横向磨削原理或纵向磨削原理进行，其中工件表面可以螺旋加工(使用工件旋转轴线C)或以曲折的方式加工(使用线性轴线Y)。枢转头沿线性轴线X的长度行进路径和枢转头14绕枢转轴线B的大枢转角度对于这种形式的加工是特别有利的。

图16示出了借助于保持在工具主轴16的端部处的圆周磨削轮T4对图15的工件L进行的边缘加工。该加工可以以枢转头14围绕枢转轴线B的固定枢转角度(0°，如图所示)和在运动轴线X和Z上的适当行进(缸对中)进行。为了将键表面应用于工件L的外圆周，即用于在工件L的一个(或多个)侧面展成平面，在运动轴线X、Z和C(大工件)或X、Z和Y(小工件)上的适当协配行进也可以进行。

在图17的加工示例中，圆柱透镜L通过保持在工具主轴18处的圆周磨轮T3进行加工。该加工以枢转头14绕枢转轴线B和工件L相对于工件旋转轴线C固定定位的固定枢转角度进行。调整在运动轴线Z上进行，而通过运动轴线X和Y上的适当协配运动，待加工的工件表面以光栅状(“啮合”)的方式或以曲折状的方式从工具T3移开。曲折状的加工轨迹在图17中用M表示。

图18示出了借助于非常窄的分离磨削轮T5锯切或分离工件L，该分离磨削轮T5保持在工具主轴18。这里，进给以在运动轴线B和C上的固定枢转角度借助于线性轴线X进行，并且调整借助于线性轴线Z进行。此外，这里光栅状或曲折加工可以通过在各个步骤之间沿线性轴线Y的适当运动来进行。因此，例如能够制成棱镜。

图19和20示出了枢转头14的另外实施例。在根据图19的枢转头14的第二实施例中，根据图6至9的两个工具主轴18、18'以镜像对称的方式安装在枢转头14上，工具主轴18、18'具有平行于枢转轴线B的工具旋转轴线D、D”。因此，枢转头14可以在相对于枢转轴线B径向相对的侧面上设置有例如相应的周向磨削轮T3、T6。以这种方式，加工可以同样地分为例如具有两个不同工具颗粒的两个阶段，使得初步加工和精密加工可以在不改变工具的情况下进行。

最后，图20示出了枢转头14的第三实施例，并且总体上示出了使用若干磨削或抛光工具T1、T2、T3、T7和T8的可能性，这些磨削或抛光工具T1、T2、T3、T7和T8符合相应加工要求，在所提出的布置中，一方面相对于枢转轴线B(工具旋转轴线D)横向旋转，另一方面平行于枢转轴线B(工具旋转轴D'、D”、D”')旋转并且在机器10中基本上位于圆形轨迹F上。

一种用于加工具有光学性能的工件的机器包括至少一个工件主轴，通过该工件主轴，待加工的工件可驱动成围绕工件旋转轴线C旋转，并且还具有枢转头，该枢转头与工件主轴相对并且可围绕枢转轴线B枢转并且承载至少两个工具主轴，至少一个加工工具保持在工具主轴中的每一个处，以可驱动成围绕工具旋转轴线D、D'旋转。另外，工件主轴和枢转头可沿三个相互垂直的线性轴线X、Y、Z相对于彼此调整，其中一个线性轴线Y平行于枢转轴线B延伸，而另一个线性轴线Z平行于工件旋转轴线C延伸。至少一个工具主轴安装在枢转头处，其中，其工具旋转轴线D'平行于枢转轴线B延伸，这允许多种不同的加工策略，特别地，也允许大工件和具有大的形貌变化的工件的高精度加工。

附图标记列表

10 机器

12 工件主轴

14 枢转头

16 工具主轴

18,18',18” 工具主轴

20 机床

22 导轨

24 端部支座

26 X滑块

28 导向滑架

30 线性电机

32 初级部件

34 次级部件

36 导轨

38 Y滑块

40 导向滑架

42 线性电机

44 初级部件

46 次级部件

48 枢转驱动装置

50 驱动装置壳体

52 力矩电机

54 转子

56 枢轴

58 轴承

60 定子

62 主轴的轴

64 轴承

66 主轴壳体

68 力矩电机

70 转子

72 定子

74 液压膨胀卡盘

76,76',76” 主轴壳体

78 底座

80 盖

82 盖

84 轴承孔

86 安装法兰

88,88',88” 主轴的轴

90 角接触球轴承

92 夹紧穹顶

94 工具适配器

96 带传动

98 主轴电机

100 带

102 带轮

104 带轮

106 电机轴

108 夹紧法兰

110 弯曲槽

112 装配螺钉

114 支承点

116 切口

118 接头构件

120 手柄

122 传感器布置

124 Z滑块

126 导向布置

128 线性电机

130 导轨

132 导向滑架

134 初级部件

136 次级部件

138 夹紧元件

140 重量补偿装置

142 气动缸

144 缸壳体

146 横梁

148 活塞杆

150 紧固件

152 切口

154 多功能卡盘

156 套爪卡盘

158 粘合剂适配器

B 枢转头的枢转轴线(以旋转角度调节)

C 工件主轴的工件旋转轴线(以旋转角度调节)

D 工具主轴的工具旋转轴线(速度可控)

D' 工具主轴的工具旋转轴线(速度可控)

D” 工具主轴的工具旋转轴线(速度可控)

D”' 工具主轴的工具旋转轴线(速度可控)

E1 杯状轮的接合区域

E2 杯状轮的接合区域

E3 杯状轮的接合区域

F 圆形轨迹

L 透镜/工件

M 曲折加工轨迹

S 测量扫描仪

T1 杯状轮

T2 杯状轮

T3 圆周磨削轮

T4 圆周磨削轮

T5 分离磨削轮

T6 圆周磨削轮

T7 圆周磨削轮

T8 圆周磨削轮

x 宽度方向

X X滑块的线性轴线(位置调节)

y 长度方向

Y Y滑块的线性轴线(位置调节)

z 高度方向

Z Z滑块的线性轴线(位置调节)

Claims

1.用于加工具有光学性能的工件的机器(10),所述机器包括至少一个工件主轴(12)和枢转头(14)，通过所述工件主轴(12)，待加工工件(L)可驱动成围绕工件旋转轴线(C)旋转，所述枢转头(14)与所述工件主轴(12)相对并且可围绕枢转轴线(B)枢转且承载至少两个工具主轴(16、18)，相应加工工具(T1、T2、T3)被保持在所述工具主轴中的每一个处，以可驱动成围绕工具旋转轴线(D、D')旋转，其中，所述工件主轴(12)和所述枢转头(14)还可沿三个相互垂直的线性轴线(X、Y、Z)相对于彼此调整，其中一个线性轴线(Y)平行于所述枢转轴线(B)延伸，而另一个线性轴线(Z)平行于所述工件旋转轴轴线(C)延伸，其特征在于，至少一个工具主轴(18)安装在所述枢转头(14)处，其中，其工具旋转轴线(D')平行于所述枢转轴线(B)延伸。

2.根据权利要求1所述的机器(10)，其特征在于，每个加工工具(T1、T2、T3)具有接合区域(E1、E2、E3)，所述接合区域能与所述工件(L)进行加工接合，其中所述工具主轴(16、18)布置在所述枢转头(14)处，使得保持在所述枢转头(14)处的所述加工工具(T1、T2、T3)中的至少一个的所述接合区域(E1、E2、E3)限定所述枢转头(14)围绕所述枢转轴线(B)的径向外部圆形轨迹(F)。

3.根据权利要求2所述的机器(10)，其特征在于，所有加工工具(T1、T2、T3)的所述接合区域(E1、E2、E3)均具有与所述枢转轴线(B)基本上相同的径向间距。

4.根据权利要求2或3所述的机器(10)，其特征在于，所述加工工具(T1、T2、T3)的所述接合区域(E1、E2、E3)相对于所述枢转轴线(B)基本上均匀地彼此成角度地间隔开。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(10)，其特征在于，

至少一个工具主轴(16)安装在所述枢转头(14)上，其中，其工具旋转轴线(D)横向于所述枢转轴线(B)延伸。

6.根据权利要求5所述的机器(10)，其特征在于，具有横向于所述枢转轴线(B)延伸的所述工具旋转轴(D)的所述工具主轴(16)在其两端处构造成用于同轴安装相应的加工工具(T1、T2)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(10)，其特征在于，

承载所述工具主轴(16、18)的所述枢转头(14)的质心位于所述枢转轴线(B)上或附近。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(10)，其特征在于，带传动(96)被提供用于旋转驱动所述工具主轴(18)，所述工具主轴(18)具有平行于所述枢转轴线(B)延伸的工具旋转轴(D')，所述带传动包括主轴电机(98)，所述主轴电机平行于主轴的轴(88)布置并且通过带(100)与所述主轴的轴(88)驱动连接。

9.根据权利要求8所述的机器(10)，其特征在于，所述主轴电机(98)安装成可相对于所述主轴的轴(88)枢转，以张紧所述带(100)。

10.根据权利要求8或9所述的机器(10)，其特征在于，所述带(100)为多楔带。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(10)，其特征在于，

所述工件主轴(12)安装在Z滑块(124)上，用于沿所述线性轴线(Z)调整，所述Z滑块借助于导向布置(126)在机床(20)处引导并可借助于线性电机(128)相对于所述机床(20)移动。

12.根据权利要求11所述的机器(10)，其特征在于，所述Z滑块(124)可借助于夹紧元件(138)相对于所述机床(20)固定，所述夹紧元件(138)设置在所述导向布置(126)处。

13.根据权利要求11或12所述的机器(10)，其特征在于，重量补偿装置(140)，所述重量补偿装置(140)用于对承载所述工件主轴(12)的所述Z滑块(124)进行重量补偿。

14.根据权利要求13所述的机器(10)，其特征在于，所述重量补偿装置(140)包括至少一个气动缸(142)，其布置在所述Z滑块(124)和所述机床(20)之间，并且能气动地作用以抵消承载所述工件主轴(12)的所述Z滑块(124)的重量。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的机器(10)，其特征在于，

所述枢转头(14)设有用于检测工件几何形状的功能元件(S)。