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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schleif- und Poliermaschine zum
Schleifen und/oder Polieren von Werkstücken in optischer Qualität, insbesondere von
Linsen, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Neben
der Bearbeitung von Linsen sollen auch komplexe optische Bauteile
sowie Formeinsätze
mit der Maschine bearbeitbar sein.
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STAND DER TECHNIK
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Für die Durchführung komplexer
Bearbeitungsabläufe
sind bisher eine oder auch mehrere Schleif- und Poliermaschinen
mit einer Mehrzahl genau laufender Werkzeuge erforderlich. Neben
einspindeligen Maschinen sind auch solche Maschinen bekannt, die
mehrere Bearbeitungsspindeln verwenden und auch Werkzeugwechsler,
mit denen die Bearbeitungswerkzeuge automatisch eingewechselt werden
können.
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Bei
einer solchen bekannten Maschine (
DE 100 29 967 A1 ) zur Bearbeitung von optischen
Werkstücken
sind die Werkstückspindeln
in einem Joch angeordnet, während
zwei Werkzeugspindeln entsprechend dem sogenannten Gantry-Konzept
in einem Portalaufbau oberhalb des Jochs mit drei zueinander senkrecht
verfahrbaren Linearachsen angeordnet sind. Für das Verschwenken des Jochs
wird hierbei ein Torque-Motor verwendet, der Winkeleinstellungen
mit hoher Präzision
ermöglicht.
Der hohe maschinenbautechnische Aufwand hierfür verhindert jedoch eine kostengünstige Herstellung
dieser Maschine. Darüber
hinaus verursacht die Verwendung eines Werkzeugwechslers mechanische Schnittstellen
zwischen Werkzeugen und Werkzeugspindeln, so daß die Werkzeugspindeln komplexe
integrierte Spannsysteme benötigen.
Mit diesen Schnittstellen ist jedoch die Erzielung der für die hochgenaue Schleifbearbeitung
erforderlichen Reproduzierbarkeit bezüglich des Rundlaufs und des
Planlaufs der Werkzeuge angesichts der gewünschten Genauigkeiten von etwa
einem Mikrometer schwierig.
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Bekannt
sind auch Kombinationswerkzeuge (
DE 197 37 217 A1 ), bei denen zum Herstellen
polierfähiger
Linsen mittels Grob- und
Feinschleifen zwei Topfschleifwerkzeuge koaxial und axial verschiebbar zueinander
angeordnet sind. Hierbei ist jedoch der Werkzeugdurchmesser eingeschränkt und
sowohl die Steifigkeit der Anbindung an die Spindel als auch der
Rundlauf der Schleiflippen ist verbesserungsbedürftig. Auch das axiale Verschieben
der Werkzeuge zueinander ist wegen der Beladung des Kühlmittels mit
Glasabrieb störanfällig.
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Bei
einem weiteren bekannten Verfahren mit zugeordneter Vorrichtung
(
DE 197 51 750 A1 )
sind drei oder mehrere Schleifspindeln und ggf. Meßstationen
parallel zueinander und nebeneinander auf einem gemeinsamen Schlitten
angeordnet. Die Anzahl der Spindeln, der Aufwand zur Steuerung der
Spindeln, der erstmalige Rüstaufwand,
die Folgejustagen sowie der konstruktiv bedingte erhöhte Platzbedarf dieses
Konzepts führt
zu beträchtlichen
Gesamtkosten.
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Eine
Schleif- und Poliermaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Gattung wurde von der Loh Optikmaschinen AG, Wetzlar,
unter der Bezeichnung "Toromatic-2
SL" entwickelt.
Diese nach dem "Swing-Spindel-Konzept" arbeitende Maschine
besitzt eine Werkzeugspindel mit je einem an den Spindelenden angeflanschten Fräs- bzw.
Schleifwerkzeug. Um das jeweilige Werkzeug mit dem Werkstück in Eingriff
bringen zu können,
ist die Spindel revolverkopfartig um ihre rechtwinklig zur Spindel
angeordnete Schwenkachse schwenkbar und in diesen den zwei Werkzeugen
zugeordneten Rastpositionen fixierbar. Zur Winkelverstellung der
Werkzeugspindel bezüglich
der Werkstückspindel
ist bei dieser Maschine eine zusätzliche Einrichtung
vorgesehen, die aus einem um eine weitere Achse drehbaren Schwenkkopf
besteht, der mit einem zusätzlichen
Hydraulikantrieb versehen ist. Am Schwenkkopf ist mit Abstand zu
dessen Drehachse die Schwenkachse des die Werkzeugspindel lagernden
Spindelgehäuses
angeordnet. Diese Anordnung erfordert somit zwei verschiedene Antriebe zum
180°-Verschwenken
der Werkzeugspindel einerseits und zum Winkelpositionieren der Werkzeugspindel
bezüglich
der Werkstückspindel
andererseits.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochgenau arbeitende
und kompakt bauende Schleif- und Poliermaschine der eingangs angegebenen
Gattung bereitzustellen, die es auf einfache und kostengünstige Weise
ermöglicht,
mehrere Schleif- und
Polierwerkzeuge einzusetzen.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Schleif- und
Poliermaschine gelöst.
Vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen
der Maschine sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend
ebenfalls näher beschrieben.
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Gemäß dem Patentanspruch
1 ist die Schleif- und Poliermaschine ausgehend von der im Oberbegriff
angegebenen Ausbildung erfindungsgemäß durch die Merkmale gekennzeichnet,
daß die
im Oberbegriff bezeichnete Einrichtung aus einem an der Schwenkachse
angeordneten Antrieb besteht, mittels dessen die Werkzeugspin del
um die Schwenkachse sowohl für
den gewünschten
Werkzeugeingriff verschwenkbar als auch in beliebige definierte
Winkelpositionen bezüglich
der Werkstückspindel
verdrehbar ist.
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Nach
dem Grundgedanken der Erfindung werden die bei dem im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen einschlägigen Stand der Technik vorhandenen
zwei Achsen, nämlich
die dem Werkzeugwechsel dienende Schwenkachse und die der Einstellung
definierter Winkelpositionen zwischen Werkzeugspindel und Werkstückspindel
dienende Drehachse zu einer einzigen gemeinsamen Schwenk/Drehachse
vereinigt. Die Werkzeugspindel mit dem jeweils zum Einsatz gelangenden
Werkzeug kann in beliebige Winkelpositionen sowohl statisch als
auch dynamisch gedreht werden. Für
beide Funktionen, nämlich
Werkzeugwechsel-Verschwenkung als auch Drehbewegungen zur Veränderung
der Winkelpositionen zwischen Werkzeugspindel und Werkstückspindel
wird nur ein Antrieb eingesetzt.
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Vorzugsweise
ist der Antrieb, wie im Anspruch 2 angegeben ist, ein gleichachsig
mit der Schwenkachse angeordneter Torque-Motor, dessen Rotor über eine Schwenkwelle mit dem
Spindelgehäuse
fest verbunden ist. Auf diese Weise wird nicht nur ein kompakter
Direktantrieb für
das Spindelgehäuse
erzielt, sondern es werden hochpräzise Winkelpositionierungen
ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Schleif-
und Poliermaschine kann in einfachster Bauweise mit nur einer Werkzeugspindel
ausgerüstet
sein. Es können
entsprechend Anspruch 3 vorteilhaft aber auch mehrere Werkzeugspindeln,
beispielsweise zwei Werkzeugspindeln, parallel zueinander im Spindelgehäuse vorgesehen
sein, wodurch die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Maschine
bezüglich
der an den Werkzeugspindeln eingesetzten unterschiedlichen Werkzeuge
und dementsprechend bearbeitbaren unterschiedlichen Werk stückgeometrien/Werkstoffe
erhöht
wird.
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Jedenfalls
ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Schwenkachse (im wesentlichen)
durch den Massenschwerpunkt des Spindelgehäuses unabhängig von der Anzahl der Werkzeugspindeln
verläuft,
wie aus Anspruch 4 hervorgeht. Auf diese Weise läßt sich das Spindelgehäuse mit
den daran gelagerten Werkzeugspindeln schwenken und in definierte
Winkelpositionen gleichförmig
drehen, ohne daß dabei
störende
durch einen exzentrischen Massenschwerpunkt erzeugte Massenmomente
zu überwinden
sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann entsprechend Anspruch
5 am Spindelgehäuse seitlich
außen
wenigstens ein Funktionselement zur Erfassung der Werkstückgeometrie
oder für
die Werkstückhandhabung
angebracht sein. Auf diese Weise können Messungen der Werkstückgeometrie unmittelbar
vor, während
oder nach verschiedenen Bearbeitungsstufen gewissermaßen in situ
durchgeführt
und erforderliche Korrekturen automatisch von der CNC-Steuerung
berücksichtigt
werden. Zur Erfassung der Werkstückgeometrie
kann als Funktionselement gemäß Anspruch
6 ein Meßtaster
am Spindelgehäuse
angebracht sein, oder gemäß Anspruch 7
ein Ringsphärometer
unter Zwischenlage einer gummielastisch-flexiblen Schicht zur Messung
von Radien an Werkstücken.
Durch die Schwenkbarkeit des Spindelgehäuses und damit des Meßtasters bzw.
des Sphärometers
ist es möglich,
diese Funktionselemente in Normalrichtung auf jeden beliebigen Ort
des Werkstücks
aufzusetzen, wodurch Fehlmessungen, die durch schräges Antasten
entstehen können,
sicher vermieden werden.
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Anstelle
eines mechanischen Meßtasters
als Funktionselement zum Erfassen der Linsendicke und Linsenkontur
kann auch ein berührungslos
arbeitendes Meßsystem
eingesetzt werden, bei spielsweise ein pneumatisch mittels Staudruck
(Pralldüse)
arbeitendes System. Auch ein optisches Meßsystem kann als Funktionselement
eingesetzt werden. Geeignete optische Meßsysteme sind z.B. Laser-Autofocus,
Laser-Triangulations- oder interferometrisch messende Systeme.
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Für die Werkstückhandhabung
kann entsprechend Anspruch 8 ein Ladearm mit Sauger oder Greifer
als Funktionselement am Spindelgehäuse angebracht werden. Auch
mehrere unterschiedliche Funktionselemente können an verschiedenen Stellen seitlich
außen
am Spindelgehäuse
angebracht sein, wie aus Anspruch 9 hervorgeht.
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Die
vorhandenen CNC-Achsen, mit denen das Spindelgehäuse linear bewegt und geschwenkt werden
kann, werden bei der Werkstückhandhabung so
verwendet, daß Werkstücke z.B.
aus einem Werkstückmagazin
in das Aufnahmefutter der Werkstückspindel
transportiert werden und umgekehrt. Die Schwenkmöglichkeit des Spindelgehäuses kann
darüber
hinaus auch dafür
genutzt werden, ein Werkstück
zu wenden, was eine Zweiseitenbearbeitung ermöglicht. Auch können damit
automatisierte Werkzeugprofilmessungen oder Justierungen an Meßtastern
oder Justierhilfselementen vorgenommen werden, die an beliebiger
Stelle im Aktionsbereich des Spindelgehäuses maschinenfest angeordnet
sind, z.B. auch über
Kopf entgegengesetzt zur Werkstückspindel.
Mehrere Meßstationen
können
im Aktionsbereich des Spindelgehäuses
vorgesehen werden, ohne die Baugröße der Maschine wesentlich
zu vergrößern.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine besonders vorteilhafte zentrale Kühlmittelzufuhr direkt in das
Innere der verwendeten Werkzeuge. Hierzu ist gemäß Anspruch 10 vorgesehen, daß die Werkzeugspindel mit
einem im wesentlichen über
ihre Länge
durch gehenden Zentralrohr versehen ist, das beiderseits mit Innenausnehmungen
der Werkzeuge zur Kühlmittelzufuhr
durch das Werkzeug hindurch in Verbindung steht, wobei auf der von
dem aktiven Werkzeug abgewandten Seite der Werkzeugspindel eine
Kühlmitteldüse positionierbar
ist. Hierzu ist gemäß Anspruch 11
am Spindelgehäuse
ein Düsenhalter
mittels eines pneumatischen oder elektrischen Schwenkantriebs angebracht,
der dafür
sorgt, daß die
Düse von
oben her Kühlmittel
durch das inaktive Werkzeug hindurch zuführen kann.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
ermöglicht es,
mit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringerem konstruktiv-technischen
Aufwand kostengünstig
mehr Werkzeuge als in allen bisherigen Ausführungsformen präzise und
genau laufend mit dem Werkstück
in Eingriff zu bringen, um so eine große Anzahl komplexer Oberflächen und
Bauelemente unter weitgehender Vermeidung von Sonderwerkzeugen zu
bearbeiten. Das erfindungsgemäße Konzept
ermöglicht
die Durchführung
aller üblichen Schleif- und Polierverfahren,
wie Drehumfangsquer- oder -längsschleifen
und -polieren, Außenrundschleifen
und -polieren, Topfschleifen oder Stirnschleifen und -polieren.
Beim Polieren können
neben Werkzeugen für
spezielle Linsengeometrien insbesondere Standard-Polierwerkzeuge
mit unterschiedlichen sogenannten Poliergründen zur Vor- und Feinpolitur eingesetzt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele
darstellenden, teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin
zeigt:
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1 die
erfindungsgemäße Schleif-
und Poliermaschine in einer perspektivischen Ansicht,
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2 die
abgebrochen dargestellte Vorderansicht der Maschine,
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3 die
abgebrochen dargestellte Draufsicht auf die Maschine,
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4 eine
Schnittansicht entsprechend der Schnittverlaufslinie IV-IV in 3,
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5 die
Vorderansicht eines Werkzeugspindelgehäuses mit zusätzlich angebrachten
Funktionselementen,
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6 eine
perspektivische Ansicht eines Werkzeugspindelgehäuses mit Düsenhalter für die Positionierung von Kühlmitteldüsen,
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7 die
Vorderansicht eines Spindelgehäuses,
das mit einer Werkzeugspindel ausgerüstet ist, und zweier Werkstückspindeln,
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8 bis 11, 14 und 15 jeweils die
Vorderansicht eines Spindelgehäuses,
das mit zwei Werkzeugspindeln ausgerüstet ist, und zweier Werkstückspindeln,
wobei unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge dargestellt sind, und
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12 und 13 jeweils
die Vorderansicht eines Spindelgehäuses, das mit zwei Werkzeugspindeln
ausgerüstet
ist, und zweier Werkstückspindeln, wobei
ein Meßtaster
in zwei unterschiedlichen Positionen am Werkstück dargestellt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
eine CNC-geregelte Schleif- und Poliermaschine 10 insbesondere
zur Bearbeitung optischer Linsen in einem rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystem,
in welchem der Buchstabe x die Breitenrichtung, der Buchstabe y
die Längenrichtung und
der Buchstabe z die Höhenrichtung
der Maschine 10 bezeichnet.
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Die
Maschine 10 besitzt ein Maschinengestell 11, das
aus einem monolithischen Block aus Polymerbeton geformt ist. An
der Vorderseite der Maschine sind zwei Führungsschienen 12,
die sich in der vertikalen Höhenrichtung
z parallel zueinander erstrecken, am Maschinengestell 11 befestigt.
An den Führungsschienen 12 ist
ein Z-Schlitten 13, der durch zugeordnete CNC-Antriebs- und Steuerelemente
(nicht gezeigt) in beiden Richtungen einer Z-Achse CNC-lagegeregelt
verstellbar ist, über
Führungswagen
verschiebbar gelagert.
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Am
Z-Schlitten 13 sind zwei parallel zueinander angeordnete
Werkstückspindeln 14 und 15 vorgesehen,
die jeweils bezüglich
ihrer Drehachsen CNC-winkelpositionsgeregelt sind. Im gezeigten
Beispiel ist an der Werkstückspindel 14 eine
Spannzange 16 angebracht, welche eine Linse 17 zur
Bearbeitung einspannt. Die andere Werkstückspindel 15 ist im
gezeigten Beispiel mit einem Vakuumfutter 18 zur Werkstückhalterung
ausgerüstet.
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Auf
der Oberseite der Maschine 10 sind zwei Führungsschienen 19,
die sich in der horizontalen Breitenrichtung x parallel zueinander
erstrecken, am Maschinengestell 11 befestigt. Die beiden
Führungsschienen 19 sind
durch Endanschläge 20 begrenzt. An
den Führungsschienen 19 ist
ein X-Schlitten 21 über
Führungswagen
verschiebbar geführt,
der durch einen Linear motor in beiden Richtungen einer X-Achse CNC-lagegeregelt
verstellbar ist. Das Primärteil 22 des
Linearmotors ist am X-Schlitten 21 befestigt,
während
das Sekundärteil 23 zwischen
den Führungsschienen 19 am
Maschinengestell 11 angeordnet ist. Am X-Schlitten 21 sind
den Endanschlägen 20 zugeordnete
Gummipuffer 24 befestigt.
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Auf
dem X-Schlitten 21 sind zwei Führungsschienen 25,
die sich in der horizontalen Längenrichtung
y parallel zueinander erstrecken, befestigt, wie aus 1 in
Verbindung mit 3 hervorgeht. An den Führungsschienen 25 ist
ein Antriebsmotor 26 über
Führungswagen
verschiebbar geführt,
der durch einen weiteren Linearmotor, vom dem aus 3 lediglich
das zwischen den Schienen 25 am X-Schlitten 21 befestigte
Sekundärteil 27 ersichtlich ist,
in beiden Richtungen einer Y-Achse CNC-lagegeregelt verstellbar
ist. Der Antriebsmotor 26 bildet auf noch zu beschreibende
Weise eine Schwenkeinrichtung für
ein oberhalb der Werkstückspindeln 14 und 15 angeordnetes,
ebenfalls noch näher
zu beschreibendes Spindelgehäuse 28.
Die Bezugszahl 29 bezeichnet eine horizontale Schwenkachse
für das Spindelgehäuse 28.
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Bei
dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind in dem Spindelgehäuse 28 zwei
parallel zueinander angeordnete Werkzeugspindeln 30 und 31 vorgesehen,
die drehzahlgesteuert durch z.B. jeweils einen Torque-Motor drehend antreibbar
sind. Beide Werkzeugspindeln 30, 31 sind an beiden
Enden zur gleichachsigen Aufnahme jeweils eines Werkzeugs ausgebildet,
um jeweils eines der beiden Werkzeuge für einen Eingriff mit einem Werkstück bereitzustellen.
Im Ausführungsbeispiel sind
an der Werkzeugspindel 30 eine Topfscheibe 32 und
eine Kombinationstopfschleifscheibe 33 angebracht. Auch
an der Werkzeugspindel 31 sind eine Topfscheibe 34 und
eine Kombinationstopfschleif scheibe 35 angebracht, jedoch
mit unterschiedlicher Dimensionierung. Bei Ausführung der Maschine 10 als
Polier- oder Feinschleifmaschine können statt dessen formgebundene
Polierwerkzeuge belegt mit z.B. PUR-Folie als Poliergrund oder mit
Diamant-Pellets belegte Feinschleifwerkzeuge eingesetzt werden.
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Der
Antriebsmotor 26 ist ein gleichachsig mit der Schwenkachse 29 angeordneter,
in der Drehwinkelstellung CNC-geregelter Torque-Motor, der in 4 im
Längsschnitt
dargestellt ist. Der Rotor 36 des Motors 26 ist
an einer Schwenkwelle 37 angebracht, die über einen
Zwischenflansch 38 fest mit dem Spindelgehäuse 28 verbunden
ist (beispielsweise mittels hier nicht dargestellter Schrauben).
Die Schwenkwelle 37 ist über zwei voneinander beabstandete
Wälzlager 39 in
einem Gehäuse 40 drehbar und
axial uriverschiebbar gelagert. Der konzentrisch zum Rotor 36 des
Motors 26 angeordnete Stator 41 ist im Gehäuse 40 drehfest
befestigt.
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Von
den beiden übereinstimmend
ausgebildeten Werkzeugspindeln 30 und 31, die
parallel zueinander im Spindelgehäuse 28 vorgesehen
sind, ist in 4 die Werkzeugspindel 31 im
Längsschnitt dargestellt.
Die Werkzeugspindel 31 ist über zwei voneinander beabstandete
Wälzlager 42 drehbar und
axial unverschiebbar im Spindelgehäuse 28 gelagert. An
der Werkzeugspindel 31 befindet sich der Rotor 43,
und im Gehäuse 28 der
den Rotor 43 konzentrisch umgebende Stator 44 des
Torque-Motors. An beiden Enden der Werkzeugspindel 31 sind
Hydrodehnfutter 45 vorgesehen, um die Schäfte 46 und 47 der
in Zylinderbohrungen 48 bzw. 49 der Werkzeugspindel 31 eingesetzten
Werkzeuge 34 bzw. 35 einzuspannen.
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Die
Werkzeugspindel 31 ist mit einem im wesentlichen über ihre
Länge durchgehenden
Zentralrohr 50 versehen, das beiderseits mit Innenausnehmungen 51 bzw. 52 der
Werkzeuge 34 bzw. 35 abgedichtet durch Radialwellendichtringe 53 bzw. 54 in Verbindung
steht. Diese Anordnung dient der Kühlmittelzufuhr zu dem jeweils
aktiven Werkzeug von innen durch das Werkzeug hindurch (6).
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Wie
aus den Zeichnungen, z.B. aus 2, hervorgeht,
ist die Lage der Schwenkachse 29 bezüglich des Spindelgehäuses 28 so
gewählt,
daß sie etwa
durch den Massenschwerpunkt des Spindelgehäuses 28 verläuft. Bei
der gezeigten Anordnung von zwei Werkzeugspindeln 30 und 31 befindet
sich der Massenschwerpunkt etwa mittig zwischen den beiden Spindeln 30, 31.
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Am
Spindelgehäuse 28 kann
seitlich außen wenigstens
ein Funktionselement zur Erfassung der Werkstückgeometrie oder für die Werkstückhandhabung
angebracht sein. Wie beispielsweise in den 12 und 13 gezeigt
ist, kann es sich bei dem Funktionselement um einen Meßtaster 55 handeln. Zur
Messung von Radien an Werkstücken
kann als Funktionselement ein Ringsphärometer 56 seitlich außen am Spindelgehäuse 28 befestigt
sein (5). Geeignet sind Sphärometer nach DIN 58724. Wie
in 5 gezeigt ist, wird das Sphärometer 56 unter Zwischenlage
einer gummielastisch-flexiblen Schicht, d.h. einer Platte 57 am
Spindelgehäuse 28 montiert,
um eine bessere Anpassung des Meßrings an die Linse zu erzielen.
Das Sphärometer 56 ist
mittels eines winkelförmigen
Halters 58 am Spindelgehäuse 28 befestigt.
Wie weiterhin aus 5 hervorgeht, ist am Halter 58 in
Verbindung mit dem Ringsphärometer 56 ein
Meßsystem
angebracht, bestehend hier aus einem inkrementalen Meßtaster 55' (z.B. der Baureihe
MT 12 des Herstellers Heidenhain), dessen Tastspitze 59 aus
dem Meßring
des Sphärometers 56 vorsteht.
Das Meßsystem
ist durch eine geeignete Abdeckung (nicht dargestellt) gegen Schmutz
und Kühlmittel
geschützt.
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Ein
der Werkstückhandhabung
dienendes Funktionselement ist ebenfalls in 5 dargestellt. Hierbei
handelt es sich um einen Ladearm 60, bestehend aus einem
Distanzstück 61 und
einem Pneumatikzylinder 62 mit Kolbenstange 63,
an derem freien Ende ein Sauger 64 angebracht ist. Die
Arbeitsweise dieses Funktionselements ist z.B. wie folgt: Der Sauger 64 wird über das
Werkstück
in der Werkstückspindel 14 gefahren.
Sodann wird der Sauger 64 mittels des Pneumatikzylinders 62 nach
unten gefahren, während
die Werkstückspindel 14 nach
oben gefahren wird. Der Sauger 64 kann jetzt die Linse 17 ansaugen,
die Spannzange 16 wird geöffnet und die Linse 17 vom
Sauger 64 übernommen.
Danach wird der Sauger 64 nach oben gefahren, um die Linse 17 zunächst zwischenzulagern,
damit sie von einem externen Ladesystem (nicht gezeigt) wieder übernommen
werden kann. Dieses besitzt einen um 180° schwenkbaren Sauger, der die
Linse 17 wendet und sie gewendet erneut in eines der Werkstückfutter
einlegen kann.
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Wie 5 veranschaulicht
können
mehrere unterschiedliche Funktionselemente an verschiedenen Stellen
seitlich am Spindelgehäuse 28 angebracht
sein.
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Für die Zuführung eines
Kühlmittels
zu dem jeweils im aktiven Eingriff befindlichen Werkzeug kann am
Spindelgehäuse 28 ein
Düsenhalter 69 mittels
eines in 6 schematisch gezeigten pneumatischen
oder elektrischen Schwenkantriebs 66 angebracht sein. An
dem Düsenhalter 69 sind
zwei Düsen 65 im
Abstand der beiden Werkzeugspindeln 30, 31 befestigt,
die einen dünnen,
wenig divergierenden Strahl erzeugen. Nach genauem Einschwenken
des Düsenhalters 69 in
die in 6 gezeigte Position wird die oberhalb der aktiven
Werkzeugspindel befindliche Düse 65 mit
Kühlmittel
beschickt, so daß der Kühlmittelstrahl
durch das Zentralrohr 50 der jeweiligen Spindel hindurch
in das Zentrum des in aktiven Eingriff befindlichen Werkzeugs gelangt.
Mittels des Schwenkantriebs 66 kann der Düsenhalter 69 wahlweise
bezüglich
des Spindelgehäuses 28 in
der in 6 dargestellten Relativstellung (oder einer bezüglich dieser
Stellung um 180° gedrehten
Relativstellung) festgehalten werden, so daß sich der Düsenhalter 69 mit
dem Spindelgehäuse 28 mitbewegt, oder
bezüglich
des Spindelgehäuses 28 verdreht werden,
etwa um 90°,
um z.B. einen Werkzeugwechsel zu ermöglichen.
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Die 7 zeigt
die einfachste Ausführungsform
der Erfindung mit nur einer Werkzeugspindel 30, an deren
beiden Enden mittels Hydrodehnfutter (45 in 4)
jeweils eine Topfscheibe 34 bzw. Kombinationstopfschleifscheibe 35 angebracht
ist. Die Schwenkachse 29 ist im Zentrum der Spindel 30 im Massenschwerpunkt
des Gehäuses 28 rechtwinklig zur
Spindeldrehachse angeordnet. Eine – oder wie in der Zeichnung
dargestellt – zwei
Werkstückspindeln 14 und 15 sind
gegenüber
der Werkzeugspindel 30 angeordnet. Da die rotierende Kombinationstopfschleifscheibe 35 die
Linse 17 an der Werkstückspindel 14 bearbeitet,
wird hierbei nur die Spindel 14 angetrieben, was durch
das Pfeilsymbol unterhalb der Spindel 14 angedeutet ist.
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In 8 sind
zwei Werkzeugspindeln 30 und 31 in einem Spindelgehäuse 28 vorgesehen,
wie das schon in den 1 bis 6 dargestellt
und anhand dieser Figuren beschrieben worden ist. Die Werkzeugspindeln 30 und 31 sind
an beiden Aufnahmeenden mit Topfwerkzeugen 32, 34 bzw.
Kombinationswerkzeugen 33, 35, die jeweils aus
einer Topfscheibe und einer Umfangsschleifscheibe bestehen, bestückt. Seitlich
am Spindelgehäuse 28 ist
ein Meßtaster 55 angebracht.
Im gezeigten Beispiel wird die an der Werkstückspindel 14 befindliche
Linse 17 bearbeitet, wofür die Werkstückspindel 14 im
Drehwinkel CNC-geregelt und die Werkzeugspindel 31 drehzahlgesteuert
angetrieben werden. Hierbei wird zunächst die Konvexfläche der
Linse 17 mittels des Werkzeugs 35 bearbeitet,
wobei unter Drehung der beiden Spindeln 31 und 14 die
Kombinationstopfschleifscheibe 35 eine Vorschubbewegung
in Richtung der Achse des Werkstücks
ausführt
(Flachschleifprinzip).
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In 9 ist
das Feinschleifen derselben Linsenfläche der Linse 17 dargestellt.
Hierzu wurde das Spindelgehäuse 28 mit
den beiden Werkzeugspindeln 30 und 31 mittels
des mit Bezug auf 4 beschriebenen Antriebsmotors 26 um
etwa 180° um
die Schwenkachse 29 geschwenkt, so daß nunmehr die Topfscheibe 34 im
Arbeitseingriff mit der Linse 17 steht. Die Arbeitsweise
im übrigen
entspricht der mit Bezug auf 8 beschriebenen.
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Die 10 zeigt
das Vorschleifen einer Konkavfläche
(gestrichelt dargestellt) mittels der Kombinationstopfschleifscheibe 33 an
der Werkzeugspindel 30. Für diesen Arbeitsschritt werden
die Werkzeugspindel 30 und die Werkstückspindel 15 angetrieben,
wie das durch die betreffenden Pfeilsymbole angedeutet ist.
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In 11 ist
das Feinschleifen derselben Konkavfläche dargestellt, wozu zuvor
das Spindelgehäuse 28 mit
den Werkzeugspindeln 30 und 31 um etwa 180° um die Schwenkachse 29 geschwenkt wurde.
Für diesen
Bearbeitungsvorgang werden wiederum die Werkzeugspindel 30 und
die Werkstückspindel 15 angetrieben.
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Die 12 veranschaulicht
die Benutzung des Meßtasters 55 um
z.B. die Mittendicke der Linse 17 zu messen. Hierfür ist das
Spindelgehäuse 28 so zu
verschwenken, daß der
Meßtaster 55 koaxial
mit der Achse der Werkstückspindel 14 ausgerichtet
ist. Der Meßtaster 55 kann
auch dazu verwendet werden, die gesamte Geometrie der Linse zu erfassen. Dies
ist insbesondere bei der Messung von asphärischen Flächen vorteilhaft. Die Meßwerte können direkt
in die CNC-Steuerung eingelesen werden, um automatische Korrekturen
und Verschleißkompensationen
durchzuführen.
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Wie
in 13 gezeigt ist, kann der Meßtaster 55 mit dem
Spindelgehäuse 28 gegenüber der Linse 17 so
um die Schwenkachse 29 verschwenkt werden, daß er in
Normalrichtung, d.h. senkrecht zur Tangente am Meßpunkt,
zur Werkstückoberfläche antastet.
Auf diese Weise können
auch Werkstückflächen mit
starken Neigungen vermessen werden, ohne daß es zu Fehlmessungen durch
sich seitlich wegbiegende Tastspitzen kommt. Diese Möglichkeit ist
insbesondere auch bei Verwendung von optischen Tastsystemen wie
Laser-Autofocus, Weißlicht-
oder Triangulationssensoren vorteilhaft, da diese häufig nur
eingeschränkt
auf geneigten Flächen
messen können.
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Die 14 zeigt
den Einsatz des um die Schwenkachse 29 schwenkbaren Spindelgehäuses 28 mit
den Werkzeugspindeln 30, 31 beim Bearbeiten einer
Asphäre
oder Freiformfläche
an der Linse 17 mittels einer Umfangsschleifscheibe 67.
Diese Bearbeitung kann nach dem Drehumfangs-Querschleifprinzip oder
-Längsschleifprinzip
erfolgen, wobei die Werkstückfläche entweder
spiralförmig
oder mäanderförmig abgearbeitet
werden kann.
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Die 15 zeigt
die Bearbeitung einer Planfläche
am Außenrand
eines Werkstücks,
wobei die Stirnfläche
der Topfscheibe 34 benutzt wird. Ein linearer Vorschub
in Richtung der Y-Achse erzeugt hierbei eine schlüsselflächenartige
Abflachung am Außenrand 68 des
Werkstücks,
wobei die Werkstückspindel 14 stationär verbleibt,
d.h. nicht drehend angetrieben wird.
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Es
wird eine Schleif- und Poliermaschine für insbesondere Linsen offenbart,
die mindestens eine Werkzeugspindel und mindestens eine Werkstückspindel
aufweist, die in senkrecht zueinander stehenden Richtungen relativverstellbar
sind. Dabei ist die Werkzeugspindel endseitig zur gleichachsigen
Aufnahme jeweils eines Werkzeugs ausgebildet und in einem Spindelgehäuse gelagert,
welches um eine rechtwinklig zur Werkzeugspindel angeordnete Schwenkachse
schwenkbar ist, um jeweils ein Werkzeug für einen Bearbeitungseingriff
bereitzustellen. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher die
Werkzeugspindel in beliebige definierte Winkelpositionen bezüglich der
Werkstückspindel
verdrehbar ist. Erfindungsgemäß besteht
diese Einrichtung aus nur einem an der Schwenkachse angeordneten Antrieb,
mittels dessen die Werkzeugspindel um die Schwenkachse sowohl für den gewünschten
Bearbeitungseingriff verschwenkbar als auch in besagte Winkelpositionen
bezüglich
der Werkstückspindel verdrehbar
ist, so daß eine
hochgenau arbeitende und kompakt bauende Maschine geschaffen ist,
die es auf einfache und kostengünstige
Weise ermöglicht,
mehrere Schleif- und Polierwerkzeuge einzusetzen.
-
- 10
- Maschine
- 11
- Maschinengestell
- 12
- Führungsschienen
- 13
- Z-Schlitten
- 14
- Werkstückspindel
- 15
- Werkstückspindel
- 16
- Spannzange
- 17
- Linse
- 18
- Vakuumfutter
- 19
- Führungsschienen
- 20
- Endanschläge
- 21
- X-Schlitten
- 22
- Primärteil
- 23
- Sekundärteil
- 24
- Gummipuffer
- 25
- Führungsschienen
- 26
- Antriebsmotor
- 27
- Sekundärteil
- 28
- Spindelgehäuse
- 29
- Schwenkachse
- 30
- Werkzeugspindel
- 31
- Werkzeugspindel
- 32
- Topfscheibe
- 33
- Kombinationstopfschleifscheibe
- 34
- Topfscheibe
- 35
- Kombinationstopfschleifscheibe
- 36
- Rotor
- 37
- Schwenkwelle
- 38
- Zwischenflansch
- 39
- Wälzlager
- 40
- Gehäuse
- 41
- Stator
- 42
- Wälzlager
- 43
- Rotor
- 44
- Stator
- 45
- Hydrodehnfutter
- 46
- Schaft
- 47
- Schaft
- 48
- Zylinderbohrung
- 49
- Zylinderbohrung
- 50
- Zentralrohr
- 51
- Innenausnehmung
- 52
- Innenausnehmung
- 53
- Radialwellendichtring
- 54
- Radialwellendichtring
- 55,
55'
- Meßtaster
- 56
- Ringsphärometer
- 57
- Platte
- 58
- Halter
- 59
- Tastspitze
- 60
- Ladearm
- 61
- Distanzstück
- 62
- Pneumatikzylinder
- 63
- Kolbenstange
- 64
- Sauger
- 65
- Düsen
- 66
- Schwenkantrieb
- 67
- Umfangsschleifscheibe
- 68
- Außenrand
- 69
- Düsenhalter
- x
- Breitenrichtung
- y
- Längsrichtung
- z
- Höhenrichtung
- X
- Linearachse
Werkzeug
- Y
- Linearachse
Werkzeug
- Z
- Linearachse
Werkstück