CN2291992Y - 高速散光眼镜片研磨抛光机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学镜片加工机床领域,应用改进的加工原理,方法和工具,解决了在只使用单台机床设备的条件下,能完成不同材质、规格、散光光度的眼镜片散光面的全部加工过程的技术问题。适合于加工散光眼镜片的凸表面。其特征是:使用具有特定曲率半径的凹球面圆形金刚石磨轮,加工与其轴线成特定夹角且往复摆动的工件凸表面,创成所需散光面,并经抛光工序完成镜片散光面加工的全过程,从而得到成品。

Description

高速散光眼镜片研磨抛光机床

本实用新型属于光学镜片机械加工领域，是一种改进的散光眼镜片加工机床，适合加工散光眼镜片的凸表面。

在已有的散光眼镜片加工设备中，一种是半机械化由人工手动控制的单杆摆动式散光磨片机(中小型眼镜片生产厂家都有这种古典的散光磨片机)。另一种是由复曲面铣磨机和复曲面精磨抛光机联合组成的成套加工机组，还有一种是由复曲面成盘铣磨机和复曲面成盘精磨抛光机联合组成的成套加工机组。由于后面两种成套加工机组中的复曲面铣磨机或复曲面成盘铣磨机(例如南京仪表机械厂生产的XM88复曲面铣磨机和XM918复曲面成盘铣磨机)在加工镜片表面时，散光面是由圆筒形的金刚石磨轮和镜片表面靠两者之间的点状磨削区来形成的，因而加工精度不高，不能继续直接进行抛光工序，无法独立完成镜片散光面的全部加工过程。其工作原理详见附图1及“光学加工机床”一书第152-153页(机械工业出版社出版，机械工业部仪器表局统编，1985年2月北京第一版，统一书号：15033·5656

在上述三种加工设备中单杆摆动式散光磨片机虽然结构简单，可以完成镜片散光面的粗磨、精磨抛光全过程，且可以随时更换模具而获得所需光度的散光面，但是由于需要大量专用模具(按间隔0.25DC分档计算，到加工6.00DC为止，最少需用粗、精、抛光模具216只)而且加工镜片时噪音大，工人劳动强度大，工效太低(每人每班产量为6-10只散光面)等等，因而已被逐渐淘汰。至于后面两种成套加工设备虽然工效较高(平均每人每班产量为100只上下)，但由于不能在单台机床上独立完成镜片散光面的全部加工过程，因而设备及附件投资大，技术复杂，而且只适合于大批量生产同一光度的散光镜片，难应付一般中小型眼镜店，眼镜片生产厂对各种不同材质、规格、所需光度的零星散光眼镜片的加工要求。

本实用新型的目的是：通过改变机床加工原理，达到如下效果：

在保持与现有的复曲面铣磨、抛光加工机组相同的加工效率时，由于采用了一种工作表面为凹球面圆环形的金刚石磨轮，使磨轮与镜片之间由原来的点状磨削区改变为各处均为同孤度的线状磨削区，因而能非常有效地提高镜片表面的成形加工精度，能实现在同一台机床条件下完成散光眼镜片凸表面的粗、精磨和抛光的全部加工过程。

下面将结合附图说明其加工原理：

图1是复曲面铣磨机圆筒形金刚石磨轮加工镜片的加工原理图。

图2是本实用新型创成散光眼镜片散光表面的几何原理图。

图3是本实用新型的加工原理示意图。

图4是按照图3中所示A方向俯视时，镜片毛坯必须向磨轮外径方向偏转的示意图。

图5是本实用新型的横向剖面图。

图6是金刚石磨轮(2)的俯视图及其剖面图。

图7是用于调整机床运转参数的专用量具(32)的剖面图。

图8是适用于大批量生产时装有镜片毛坯的金属圆轮(24)的横向(图8a)及轴向(图8b)剖面图。

图9是适用于大批量生产时，金属圆轮(24)的专用夹具(28)的示意图(图9a)及其轴向剖面图(图9b)。

下面说明其加工原理，参见附图2。

有一定的曲率半径R₁的孤线ab₁，当其环绕与其弦在同一平面内，且与其弦相平行的轴OO’旋转时，若旋转半径R₂≠R₁，则由该孤线在旋转时所创成的曲线簇的包络面为托力克表面，即通常所说的散光面。根据相同原理，当该孤线由环绕其自身轴线旋转的具有磨削加工能力的磨轮凹球面圆环形工作表面的孤线代替时，固定于XX¹方向上的镜片毛坯表面即被加工成由R₁创成的基轴光度和R2创成的所需正交光度的散光眼镜片散光面。经过粗磨、精磨、抛光工序，即可得到所需光度的散光眼镜片凸面散光面成品。从图2上可以看到，磨轮工作表面与镜片毛坯表面相接触的磨削区为一条曲率半径R₁的孤线，相对于已有的复曲面铣磨机加工原理中的点状磨削区而言，镜片表面加工精度显然得到大大提高，更由于在实际加工过程中，抛光模具表面材料呢绒布的弹性变形，使实际抛光区域变成有一定宽度的、狭长的抛光面，因而能够顺利地完成抛光过程。实物模拟试验已充分证明这种构思的可行性

在实际工作中由于磨轮中心部分为圆孔，无加工能力，且近中心部分由于线速度较小，磨削加工效率较低，因此必须使镜片毛坯向磨轮外径方向偏转，其极限位置需视镜片毛坯直径尺寸而定，通常是使其在yy¹方向上的直径ab被包容在磨轮直径工作范围以内，如附图4。另外见图3由磨轮环绕OO′轴线旋转改为镜片毛坯(3)以摆头轴中心为圆心，以摆头轴中心O₁到镜片毛坯表面为摆动半径(相当于R₂)在磨轮工作面上的往复摆动。

本实用新型是按如下具体结构实现的：参见附图5

安装在高速旋转主轴(1)上的金刚石磨轮(2)其工作表面为由金刚石粉粒等构成的凹球面圆环或者是由金刚石丸片等构成的凹球面圆环。(见图6)圆环表面具有特定的球面曲率半径R₁，并以此曲率半径作为镜片表面基轴曲率半径，创成镜片基轴屈光度。与圆环表面相接触的光学镜片毛坯(3)通过粘接胶(4)被固定在圆形小铁(5)上，圆形小铁(5)按特定方向由紧固螺钉(6)安装在摆动杆(7)上，摆动杆(7)在摆头(8)的滑槽内只能作轴向移动，摆头(8)通过轴承(9)连接到摆头轴(10)，上在摆头摇杆机构(11)的带动下，摆动杆(7)带动光学镜片毛坯(3)以摆头轴(10)的中心O₁，为圆心沿着金刚石磨轮(2)的弧形表面往复摆动，其摆动半R₂由下式确定： $R_2=\frac{n_D-1}{D}$

式中：ND为光学镜片毛坯的玻璃光学折射率。

      D为构成散光度所需的与基轴成正交方向上的镜片光度。

摆动半径R₂的具体尺度由刻划在摆动杆(7)上的标尺与刻划在摆头(8)相应位置上的箭头标记之间的相对尺寸直接读出，并由摆头(8)上的紧固螺钉(12)固定之。摆头轴(10)的另一端以垂直方向固定在导向杆(13)上，导向杆(13)在导向套筒(14)的滑槽内只能作轴向移动，并在固定于导向套筒(14)上的手动进刀系统(15)的驱动下，带动镜片毛坯(3)作沿轴线方向的进刀运动。导向套筒(14)通过连结轴(16)与升降套筒(17)相连接，并由紧固螺钉(18)固定其自身轴线(EE′)与升降套筒(17)的轴线(GG′)之间的相对转角∠a。升降套筒(17)与立柱(19)相配合，且只能沿立柱(19)的轴线(HH′)方向上下移动，由升降系统构件(20)驱动升降套筒(17)并控制其在立柱(18)上的移动距离，由锁定装置(21)将升降套筒(17)固定在立柱(18)的特定位置上。此特定位置的选择条件是：磨轮(2)的轴线(AA′)与立柱(19)的轴线(HH′)均在同一平面内，且互相平行时，也在此同一平面内的连接轴(16)的轴线(FF′)与磨轮(2)的轴线(AA′)成正交的交点O₂，即为磨轮(2)球面环形工作面的球心。从该点到磨轮工作面上任意一点之间的距离L均等于R₁。对应于不同的基轴屈光度，升降套筒(17)在立柱(19)上有不同的固定位置，用刻划线在立柱(19)适当的位置上分别表示出来，作为定位标记。由固定于其上的固定螺钉固定之。立柱(19)以垂直方向固定于机座(22)上。

下面举例说明本实用新型是怎样完成眼镜片凸面散光面的加工过程的：

(1)、取表面曲率半径R₁为174.34mm(俗称300弯)粒度为80目的粗磨金刚石磨轮(2)固定到磨轮主轴(1)上。

(2)、把形状如附图7所示，有特定长度H的专用量具(32)的一端置入摆动杆(7)下端面的中心孔中，在两者端面无间隙的情况下，用固定螺钉(6)固定之。

(3)移动摆杆(7)使其上标记为(3)-3DC的刻划线对准摆头(8)上的箭头，并用固定螺钉(12)固定之。此时，从专用量具球面顶部到摆头(8)的摆动中心O₁的距离为87.1mm，由此可磨出表面为3.00DC之镜片。

(4)、转动手动进刀系统(15)中的快速进刀手轮，使专用量具球面顶部轻轻抵住磨轮(2)的工作表面。根据加工余量要求，用片状塞尺留下预定间隙(0.3-0.6mm)然后锁定手动进刀系统(15)中的限位块。最后，根据镜片毛坯之厚度及所需散光度的要求，反向转动快速进刀手轮，使专用量具球面顶部后退，离开磨轮(2)工作表面适当距离(2-5mm)。

(5)、换下专用量具(32)，按特定方向装上粘接好镜片毛坯的小铁(5)，在与摆动杆(7)下端面无间隙的情况下，用固定螺钉(6)固定之。接着在摆动杆(7)的轴线(BB′)与导向杆(13)的轴线(DD′)均在一条直线上的条件下，将镜片毛坯向磨轮(2)外径方向移动，直至镜片毛坯YY方向上的直径ab刚好能被磨轮(2)工作表面所包容为止。此时导向套筒(14)轴线(EE′)与立柱(19)的轴线(HH′)之间的相对夹角为∠a，由固定螺钉(18)固定之。与此同时，升降套筒(17)的下缘线正好与标记刻划线(3D)对齐，表明此时镜片基轴曲光度为3D。至此机床运转参数调整工作结束。

(6)、将摆头摇杆机构(11)与摆头(8)连接起来。

检查无误以后，可合上电源开关，启动机床。在摇杆机构(11)带动下，摆动杆(1)带动镜片毛坯沿XX’方向往复摆动。磨轮(2)由主轴电机带动作高速转动，(3000RPM)在喷水冷却的情况下，缓慢转动手动进刀系统(15)中的快速进刀手轮，使镜片毛坯逐渐靠近磨轮(2)的工作表面，进而开始加工过程。到镜片毛坯表面尚剩极小一部分未能磨削到时，即可停车，卸下粗磨砂轮，换上粒度W₁₄的精磨金刚石磨轮，在转动手动进刀系统(15)中的慢速进刀手轮的条件下，完成镜片表面的精磨过程，直至进刀运动受到限位块的阻档而停止为止。最后，卸下精磨磨轮，换上抛光模具(23)按常规抛光形式(自动加液或手动添加抛光剂)完成抛光工序(抛光时，主轴(1)的转速应降至500RPM左右)，抛光结束后，可用刻刀按小铁(5)的特定方向在镜片边缘处作出轴位标记(也可以不做)，然后松开紧固螺钉(6)，下盘，至此，散光面加工过程全部结束。相同散光度和相同基数光度的散光镜片应连续加工，以减少机床运转参数的调整手续，提高劳动生产率。

例(2)+3.00DC普通光学料nD-1.523 φ60mm大批量生产。

(1)取表面屈率半径R₁为87.17mm，俗称600弯的金刚石磨轮和抛光模具，按粗磨、精磨抛光顺序依次固定于主轴(1)上。

(2)取消小铁(5)固定螺钉(6)摆动杆(7)摆头(8)轴承(9)及摆头摆杆机构(11)等构件，改为如附图8所示的金属圆轮及附图9所示的专用夹具。

金属圆轮(24)表面沿圆周方向有若干个匀布的螺孔，孔数视镜片毛坯直径而定，用来安装柄部制有螺纹的螺纹小铁(25)。螺纹小铁粘结有镜片毛坯(3)。从镜片毛坯表面到摆头轴(10)  中心的距离应略大于所需散光曲率半径R₂(58.11mm+0.3-0.6mm)(视镜片毛坯加工余量而定)由套在小铁上的锁定螺母(26)来调整和固定。金属圆轮中心部分为带有锥度的盲孔。用来与套在摆头轴(10)上，其孔内装有轴承(27)的专用夹具(28)相配合，并由紧固螺钉(29)固定之。其轮缘部分与一个低速转动(60RPM)的驱动轮(30)相配合，在由驱动电机及减速机构构成的驱动系统(31)带动下，驱动轮带动金属圆轮按一定方向转动，使镜片毛坯完成加工过程。

金属圆轮(22)的直径φ_N可按下式计算： ${\mathrm{\φ}}_N=2(\frac{n_D-1}{D_1+D_2}-H_1-H_2-H_3-H_4-H_5)$ 式中：N₀为镜片材料折射率   本例    1.523

  D₁为基轴屈光度        6D    

  H₁为镜片毛坯厚度     4mm      ＝2×58.11

  H₂为粘结胶厚度       0.5mm    ＝116.22(mm)

  H₃为小铁距离         6mm

  H₄为锁定螺母高度     4mm

  H₅为间隙             1mm

根据不同的基轴屈光度(D₁)所需的散光光度D₂，金属圆轮直径可适当分档，例如每1.00DC为一档，该档以内的0.25，0.50，0.750C镜片可由调整锁定螺母的位置来解决。

(3)将升降套筒(17)下缘线移至立柱(19)上6D刻度线处，表明机床按600弯基面条件加工镜片。

(4)调整导向套筒(14)轴线(EE′)与升降套筒(17)轴线(GG′)对应夹角∠a，使金属圆轮上任意一只镜片毛坯在YY′方向上的直径ab均被包容在磨轮(2)的工作表面以内，并用固定螺钉(18)固定之。

至此机床调整工作结束，以下按与单片加工相同的工艺步骤完成镜片加工过程，即对金属圆轮上的各个镜片毛坯进行统一粗磨，精磨及抛光过程全部结束后，松开紧固螺钉(29)取下工件，换上新的加工件即可。

综上所取，本实用新型由于采用了新的加工原理，方法和工具，因而与现有技术设备相比，具有以下显箸优点：

1、在保持与现有铣磨抛光加工机组相同工效的条件下，单台机床即可独立完成散光眼镜片自毛坯到散光面成品的全部加工过程，且体积小，重量轻，因而可以大幅度节约设备金属原材料消耗，节约设备及辅助设施的投资。

2、能随时更改机床运转参数，可以应付各种不同材质、规格及散光光度眼镜片加工要求。能进行单件加工和批量生产散光眼镜片。可以解决中小型眼镜店配散光眼镜难的问题。

Claims (16)

1、一种高速散光眼镜片研磨抛光机床，其特征是由主轴(1)金刚石磨轮(2)抛光模具(23)小铁(5)摆动杆(7)摆头(8)轴承(9)摆头轴(10)摆头摇杆机构(11)导向杆(13)导向套筒(14)手动进刀系统部件(15)连接轴(16)升降套筒(17)立柱(19)升降系统部件(20)锁定装置(21)机座(22)金属圆轮(24)螺纹小铁(25)锁定螺母(26)轴承(27)夹具(28)驱动轮(30)驱动系统部件(31)紧固螺钉(6)(12)(18)(29)专用量具(32)和水盆(33)联合组成的机床。

2、按照权利要求(1)规定的机床，其特征是所说的金刚石磨轮(2)工作表面是一个凹球面圆环，由金刚石粉粒及合金成分所组成，或者是由金刚石丸片排列成一个圆环所组成。

3、按照权利要求1和2规定的机床，其特征是所说的金刚石磨轮(2)的工作表面具有特定曲率半径R₁等于87.17mm和R₁等于174.34mm。

4、按照权利要求1和3规定的机床，其特征是所说的金刚石磨轮(2)的工作表面金刚石的粒度分为供粗磨用的80目和供精磨用的W₁₄。

5、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的小铁(5)的柄部柱面上有一个特别制出的平面。

6、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的摆动杆(7)只能在摆头(8)的滑槽内作轴向滑动，其一个端面有中心孔与小铁(5)相结合，其表面上刻划有分度标记线与摆头(8)上的箭头标记共同指示镜片毛坯表面的摆动半径R₂。

7、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的摆头(8)有一个与摆动杆(7)相配合的滑槽，并有一个孔用来安装轴承(9)。

8、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的导向杆(13)只能在导向套筒(14)的滑槽内作轴向滑动，其一端的柱面上有一个孔用来连结摆头轴(10)

9、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的导向套筒(14)有一个滑槽与导向杆(13)相配合，有一个孔用来配合连接轴(16)此外还与手动进刀系统部件(15)相配合。

10、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的连接轴(16)为圆柱体，其轴线与金刚石磨轮(2)的轴线成正交的交点是金刚石磨轮(2)工作表面的球心，其一端与升降套筒(17)相连接，另一端与导向套筒(14)相配合。

11、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的升降套筒(17)套在立柱(19)上，且只能沿立柱的轴线方向滑动，其一个端面有一个孔与连接轴(16)相配合，其在立柱上的两个特定位置由金刚石磨轮(2)的屈率半径R₁来决定。

12、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的立柱(19)的柱面上，刻有标志机床按不同的基轴屈率半径R₁工作时的刻划线。立柱的一端呈垂直状态连接到机床座(22)上。

13、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的金属圆轮(24)沿圆周方向的表面上匀布有若干螺孔，用以配合螺纹小铁(25)其轮缘部分靠摩擦力与驱动轮(30)相配合，其中心部分有一个锥形盲孔，用来配合夹具(28)。

14、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的夹具(28)其一端与金属圆轮(24)上锥形盲孔相配合，另一端有配合轴承(27)的孔。

15、按照权利要求1和14规定的机床，其特征是所说的夹具(28)上的轴承(27)的内圈与摆动轴(10)相配合。

16、按照权利要求1规定的机床，其特征是所说的专用量具(32)的一个端面为表面屈率半径R≤87.17mm的凸球面，另一端为与摆动杆(7)的中心孔相配合的圆柱体，从凸球面中点到台阶之间的长度H加上摆动杆(7)表面上刻划线的总长度恒等于金刚石磨轮(2)的工作表面的屈率半径R₁。

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