DE10134388A1 - Vorrichtung zum Läppen und/oder Polieren von Freiformflächen von Werkstücken - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Läppen und/oder Polieren von Freiformflächen von Werkstücken, insbesondere von Brillengläsern, weist eine Spanneinrichtung für das Werkstück, eine Antriebseinrichtung für die Spanneinrichtung und ein durch eine Antriebseinrichtung antreibbares Bearbeitungswerkzeug auf, welches gegenüber dem Werkstück eine Vorschubbewegung ausführt. Das Werkstück (2) oder das Bearbeitungswerkzeug (3) ist in einer Rundführungseinrichtung (8) gelagert, wobei der gedachte Mittelpunkt (13) der Rundführungseinrichtung (8) dem Mittelpunkt (12) der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (2) wenigstens annähernd entspricht.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Läppen und/oder Polieren von Freiformflächen von Werkstücken, insbesondere von Brillengläsern, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
• Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0 835 722 A1 bekannt. Dabei wird die Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug bearbeitet, welches eine erheblich geringere Größe als das Werkstück aufweist, so daß bei der Bearbeitung nur ein geringer Materialabtrag erreicht werden kann. Dieser geringe Materialabtrag wird noch dadurch verstärkt, daß zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufgrund der kugelförmigen Ausführung des Werkzeugs nur eine Punktberührung stattfindet, was zu einer erheblichen Erhöhung der erforderlichen Bearbeitungszeit führt.
• Um derart lange Bearbeitungszeiten zu vermeiden, wird im allgemeinen Stand der Technik ein Werkzeug mit einem Schaumstoffelement eingesetzt, welches eine höhere Berührungsfläche mit dem Werkstück aufweist und eine Relativbewegung gegenüber demselben ausführt. Problematisch ist hierbei jedoch die Tatsache, daß die bearbeitete Fläche sich mit fortschreitender Bearbeitung prinzipbedingt immer mehr einer Kugeloberfläche annähert, wodurch eine Bearbeitung mit einer derartigen Vorrichtung für sphärische Flächen zwar geeignet sein mag, bei einer asphärischen bzw. Freiformfläche jedoch nicht einsetzbar bzw. mit erheblichen Nachteilen behaftet ist.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Freiformflächen zu schaffen, mittels welcher Werkstücke mit ausreichender Genauigkeit innerhalb einer möglichst kurzen Zeit bearbeitet werden können. Um die Herstellungskosten für die Werkstücke möglichst gering zu halten, soll diese Vorrichtung so einfach und damit so kostengünstig Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
• Die erfindungsgemäße Rundführungseinrichtung, in der das Werkstück oder das Bearbeitungswerkzeug gelagert ist, stellt zusammen mit der Tatsache, daß der gedachte Mittelpunkt der Rundführungseinrichtung dem Mittelpunkt der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks, also dem Flächenmittelpunkt desselben, wenigstens annähernd entspricht, sicher, daß das Bearbeitungswerkzeug stets im wesentlichen senkrecht zu der zu bearbeitenden Fläche des Werkstücks steht, wodurch keine Formfehler an dem Werkstück entstehen.
• Durch die kontinuierliche Flächenbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück ist eine effektive Bearbeitung möglich, wodurch sich eine kostengünstige Fertigung ergibt. Durch den einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Kosten zur Herstellung der Werkstücke vorteilhafterweise noch weiter gesenkt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
• Es zeigt:
• Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Vorderansicht;
• Fig. 2 die Vorrichtung aus Fig. 1 in einem geschwenkten Zustand;
• Fig. 3 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Pfeil III aus Fig. 1; und
• Fig. 4 eine sehr schematische Ansicht der Vorrichtung nach dem Pfeil IV aus Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung der Oberfläche von Werkstücken 2, im vorliegenden Fall von Brillengläsern, deren Oberfläche im allgemeinen asphärisch ausgeführt ist. Im besonderen gilt dies für sogenannte Gleitsichtgläser, die in an sich bekannter Weise bei Personen eingesetzt werden, die sowohl an Kurz- als auch an Weitsichtigkeit leiden. Alternativ hierzu kann es sich auch um andere Werkstücke 2 mit zu bearbeitenden Freiformflächen bzw. asphärischen Flächen handeln, wie z. B. den Formen, mit deren Hilfe solche Brillengläser hergestellt werden. Diese Formen bestehen im allgemeinen aus Keramik oder Hartmetall.
• Das Werkstück 2 wird durch ein Bearbeitungswerkzeug 3 geläppt bzw. poliert, wozu das Bearbeitungswerkzeug 3 ein nicht dargestelltes, z. B. aus Schaumstoff bestehendes Element aufweist, welches in Kontakt mit dem Werkstück 2 steht. Zwischen diesem Element und dem Werkstück 2 befindet sich in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Polier- bzw. Läppmittel, das für den Materialabtrag an dem Werkstück 2 sorgt. Auf diese Weise wird die Oberflächenrauheit des Werkstücks 2 erheblich verringert, ohne die prinzipielle, in vorhergehenden Bearbeitungsschritten geschaffene Form desselben zu beeinträchtigen.
• Um zu verhindern, daß sich das Werkstück 2 bei der Bearbeitung durch das Bearbeitungswerkzeug 3 immer mehr einer Kugelform annähert, weist das Bearbeitungswerkzeug 3 ca. den halben Durchmesser des Werkstücks 2 auf, wodurch andererseits auch ein ausreichender Materialabtrag gewährleistet ist.
• Das Bearbeitungswerkzeug 3 wird von einer Antriebseinrichtung 4, beispielsweise einem Elektromotor oder dergleichen, angetrieben, d. h. in Rotation um seine Längsachse A versetzt. Mit dieser Antriebseinrichtung 4 ist das Bearbeitungswerkzeug 3 über eine Anpreßeinrichtung 5 verbunden, welche im vorliegenden Fall in nicht näher dargestellter Weise als Zylinder/Kolben- Einheit ausgeführt ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug 3 mit einer konstanten Kraft auf das Werkstück 2 zu drücken, so daß ein gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet ist, was später noch näher erläutert wird.
• Alternativ hierzu kann die Anpreßeinrichtung 5 auch so ausgeführt sein, daß die Anpreßkraft des Bearbeitungswerkzeugs 3 auf das Werkstück 2 verändert werden kann, so daß an bestimmten Stellen ein höherer Materialabtrag erreicht wird, beispielsweise um die Form des Werkstücks 2 geringfügig zu ändern.
• Je nachdem, ob das Werkstück 2 geläppt oder poliert wird, entsteht eine Oberfläche mit bestimmten Rauheitswerten, deren Form sich durch diese Bearbeitung, zumindest beim Polieren, nicht ändert. Beim Läppen kann sich je nach Bearbeitungsdauer eine gewisse Form- und Maßänderung ergeben. Mit der Vorrichtung 1 ist es ebenfalls möglich, das Werkstück 2 zunächst zu läppen und anschließend zu polieren.
• In nicht dargestellter Art und Weise kann das Bearbeitungswerkzeug 3 gegenüber seiner Antriebseinrichtung 4 um einen Winkel von ca. ± 10° verkippt werden, um eine Anpassung an die jeweilige Freiformfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 2 zu erreichen.
• Das Werkstück 2 ist in einer Spanneinrichtung 6 aufgenommen, welche z. B. als Spannfutter ausgebildet sein kann. Bei Werkstücken 2 mit einer anderen Außenkontur, z. B. bei eckigen Werkstücken 2, kann die Spanneinrichtung 6 auch als Schraubstock oder ähnliches ausgebildet sein. Die Spanneinrichtung 6 ist ebenfalls mit einer Antriebseinrichtung 7 versehen, die dafür vorgesehen ist, die Spanneinrichtung 6 und somit das Werkstück 2 in Rotation um deren mit C bezeichneten Längsachse zu versetzen. Die Achse C fällt in der Stellung gemäß Fig. 1 mit der Achse A zusammen. Auch die Antriebseinrichtung 7 kann als Elektromotor oder als gleichwertiger Antrieb ausgebildet sein.
• Das Werkstück 2 ist über die Spanneinrichtung 6 und die Antriebseinrichtung 7 in einer Rundführungseinrichtung 8 schwenkbar gelagert. Die Rundführungseinrichtung 8 weist eine Führungsstange 9 mit konstant gleichem Radius auf, auf welcher im vorliegenden Fall zwei Führungsbuchsen 10 angebracht sind, mit denen die Antriebseinrichtung 7 über Verbindungselemente 11 fest verbunden ist. Auf diese Weise ist eine Verschwenkung des Werkstücks 2 entlang des Pfeils B möglich, wobei die hierfür erforderliche Antriebseinrichtung nicht dargestellt ist. Ihr Aufbau dürfte jedoch für den Fachmann nachvollziehbar sein.
• Die Bearbeitung des Werkstücks 2 durch das Bearbeitungswerkzeug 3 geht wie nachfolgend erläutert vor sich. Um eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 2 und dem Bearbeitungswerkzeug 3 und somit einen Materialabtrag an dem Werkstück 2 zu erreichen, wird das Bearbeitungswerkzeug 3 durch die Antriebseinrichtung 4 um seine Längsachse in Rotation versetzt. Eine gleichmäßige Bearbeitung des Werkstücks 2 entsteht dadurch, daß dasselbe durch die Antriebseinrichtung 7 ebenfalls in Längsrichtung rotiert wird. Hinzu kommt noch die kontinuierliche Schwenkbewegung des Werkstücks 2 durch die Rundführungseinrichtung 8 gemäß dem Pfeil B sowie der Vorschub des Bearbeitungswerkzeugs 3 gemäß dem mit X bezeichneten Pfeil. Hierdurch wird das Werkstück 2 nicht nur, wie dargestellt, im mittleren Bereich bearbeitet, sondern auch, beispielsweise wenn sich die beiden Führungsbuchsen 10 im Gegenuhrzeigersinn verschieben, in seinem äußeren Bereich.
• Dabei wird sowohl der Vorschub des Bearbeitungswerkzeugs 3 in Richtung des Pfeiles X als auch die Schwenkbewegung des Werkstücks 2 gemäß dem Pfeil B in nicht dargestellter Weise NC- gesteuert. Der Materialabtrag an der jeweiligen Stelle des Werkstücks 2 kann beispielsweise dadurch beeinflußt werden, wie lange das Bearbeitungswerkzeug 3 sich an derselben Stelle befindet.
• In dem in Fig. 1 dargestellten Zustand befindet sich der Mittel- bzw. Scheitelpunkt 12 des Werkstücks 2, also dessen Flächenmittelpunkt, im wesentlichen in demjenigen Bereich, in dem sich auch der gedachte Mittelpunkt 13 der Führungsstange 9 der Rundführungseinrichtung 8 befindet.
• In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand wurde das Werkstück 2 durch die Rundführungseinrichtung 8 verschwenkt und das Bearbeitungswerkzeug in X-Richtung verfahren, um die äußere Oberfläche desselben bearbeiten zu können. Zwar befindet sich der zu bearbeitende Bereich des Werkstücks 2 nun etwas oberhalb, also in Richtung der Antriebseinrichtung 4, desjenigen Bereiches, in dem gemäß Fig. 1 bearbeitet wurde, dieser Umstand wird jedoch durch die oben beschriebene Anpreßeinrichtung 5 kompensiert, die das Bearbeitungswerkzeug 3 stets mit derselben Kraft auf das Werkstück 2 preßt und aus diesem Grund das Bearbeitungswerkzeug 3 ebenfalls nach oben verschiebt. Mit anderen Worten, das Bearbeitungswerkzeug 3 weicht in Z-Richtung bzw. in Richtung der Antriebseinrichtung 4 aus, wirkt jedoch ständig mit derselben Kraft auf das Werkstück 2. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Längsachse des Bearbeitungswerkzeugs 3 ständig senkrecht auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 2 bzw. auf der an der zu bearbeitenden Stelle gedachten Tangente der Oberfläche steht.
• Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die Vorrichtung 1 aus anderen Ansichten. Dort ist erkennbar, daß die Vorrichtung 1 im vorliegenden Fall mehrere Bearbeitungswerkzeuge 3 mit zugehörigen Antriebseinrichtungen 4 sowie mehrere Werkstücke 2 mit zugehörigen Spanneinrichtungen 6 und Antriebseinrichtungen 7 aufweist. Die einzelnen Bearbeitungswerkzeuge 3 sind also in einer Reihe nebeneinander angeordnet und die Vorrichtung 1 weist lediglich an ihren beiden Enden dieser Reihe jeweils eine der Rundführungseinrichtungen 8 auf. Durch diese Anordnung können mehrere Werkstücke 2 in einem Arbeitsgang hergestellt werden, da die Antriebseinrichtungen 7 für die einzelnen Werkstücke 2 jeweils durch ein einzelnes bzw. mehrere Verbindungselemente 14 miteinander verbunden sind und somit synchrone Bewegungen ausführen.
• Hierdurch verringern sich die Herstellungskosten für ein Werkstück 2 erheblich.
• Im vorliegenden Fall handelt es sich um vier Bearbeitungswerkzeuge 3, es ist jedoch selbstverständlich auch jede andere Anzahl nebeneinander angeordneter Bearbeitungswerkzeuge 3 möglich, wobei gegebenenfalls, um eine ausreichende Stabilität zu erhalten, eine größere Anzahl an Rundführungseinrichtungen 8 vorgesehen sein kann.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Werkstück 2 durch die Rundführungseinrichtung 8 verschwenkt. Es wäre theoretisch jedoch auch denkbar, die Rundführungseinrichtung 8 an dem Bearbeitungswerkzeug 3 anzubringen und dasselbe gegenüber dem Werkstück 2 zu verschwenken. In diesem Fall würde der Vorschub in X-Richtung dann von dem Werkstück 2 übernommen, um einen gleichmäßigen Materialabtrag zu erreichen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Läppen und/oder Polieren von Freiformflächen von Werkstücken, insbesondere von Brillengläsern, mit einer Spanneinrichtung für das Werkstück, mit einer Antriebseinrichtung für die Spanneinrichtung und mit einem durch eine Antriebseinrichtung antreibbaren Bearbeitungswerkzeug, welches gegenüber dem Werkstück eine Vorschubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (2) oder das Bearbeitungswerkzeug (3) in einer Rundführungseinrichtung (8) gelagert ist, wobei der gedachte Mittelpunkt (13) der Rundführungseinrichtung (8) dem Mittelpunkt (12) der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks (2) wenigstens annähernd entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer konstanten Anpreßkraft zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (3) und dem Werkstück (2) das Bearbeitungswerkzeug (3) oder das Werkstück (2) mit einer Anpreßeinrichtung (5) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer veränderlichen Anpreßkraft zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (3) und dem Werkstück (2) das Bearbeitungswerkzeug (3) oder das Werkstück (2) mit einer Anpreßeinrichtung (5) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßeinrichtung (5) als Zylinder/Kolben-Einheit ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Werkstücks (2) oder des Bearbeitungswerkzeugs (3) und die Vorschubbewegung zwischen dem Werkstück (2) und dem Bearbeitungswerkzeug (3) NC-gesteuert sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spanneinrichtungen (6) für das Werkstück (2) mit zugehörigen Antriebseinrichtungen (4, 7) sowie mehrere Bearbeitungswerkzeuge (3) mit zugehörigen Antriebseinrichtungen (4) in einer Reihe angeordnet sind, wobei die so gebildete Reihe wenigstens zwei Rundführungseinrichtungen (8) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Rundführungseinrichtung (8) eine Führungsstange (9) mit konstantem Radius und wenigstens eine auf der Führungsstange (9) gelagerte Lagerbuchse (10) aufweist, mit welcher das Werkstück (2) oder das Bearbeitungswerkzeug (3) verbunden ist.