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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung der optisch wirksamen Flächen an Brillengläsern, wie sie in sogenannten ”RX-Werkstätten”, d. h. Produktionsstätten zur Fertigung von individuellen Brillengläsern nach Rezept in großem Umfang zum Einsatz kommen. Dies soll aber in keiner Weise beschränkend verstanden werden, vielmehr ist auch an einen Einsatz in der Feinoptik gedacht (Linsen-, Spiegel- und Gießformenproduktion), wo ein starker Trend hin zu komplexeren Bauteilen, namentlich mit asphärischen Flächen und Freiformflächen zu beobachten ist.
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Soweit nachfolgend beispielhaft für Werkstücke mit optisch wirksamen Flächen von ”Brillengläsern” die Rede ist, sollen darunter nicht nur Brillenlinsen aus Mineralglas, sondern auch Brillenlinsen aus allen anderen gebräuchlichen Materialien, wie Polycarbonat, CR 39, HI-Index, etc., also auch Kunststoff verstanden werden.
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STAND DER TECHNIK
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Die spanende Bearbeitung der optisch wirksamen Flächen von Brillengläsern kann grob in zwei Bearbeitungsphasen unterteilt werden, nämlich zunächst die Vorbearbeitung der optisch wirksamen Fläche zur Erzeugung der rezeptgemäßen Makrogeometrie (bzw. Topographie) und sodann die Feinbearbeitung der optisch wirksamen Fläche, um Vorbearbeitungsspuren zu beseitigen und die gewünschte Mikrogeometrie zu erhalten. Während die Vorbearbeitung der optisch wirksamen Flächen von Brillengläsern u. a. in Abhängigkeit vom Material der Brillengläser durch Schleifen, Fräsen und/oder Drehen erfolgt, werden die optisch wirksamen Flächen von Brillengläsern bei der Feinbearbeitung üblicherweise einem Feinschleif-, Läpp- und/oder Poliervorgang unterzogen, wozu man sich einer entsprechenden Maschine bedient. Insofern soll im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung der Begriff ”Polieren”, auch in Wortzusammensetzungen wie z. B. ”Polierwerkzeug” od. dgl., Feinschleif- und Läppvorgänge mit umfassen, in dem Beispiel also Feinschleif- oder Läppwerkzeuge.
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Insbesondere handbeschickte Poliermaschinen in RX-Werkstätten werden meist als ”Zwillingsmaschinen” ausgeführt, so dass vorteilhaft die zwei Brillengläser eines ”RX-Jobs” – ein Brillenglasrezept besteht stets aus einem Brillenglaspaar – gleichzeitig feinbearbeitet werden können. Eine solche ”Zwillings”-Poliermaschine ist beispielsweise aus der Druckschrift
WO 2012/123120 A1 bekannt.
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Gemäß diesem Stand der Technik (siehe dort insbesondere die 1 bis 5) weist die Poliermaschine ein Maschinengehäuse auf, das einen Arbeitsraum begrenzt, in den zwei Werkstückspindeln hineinragen, über die zwei zu polierende Brillengläser mittels eines Drehantriebs um im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Werkstück-Drehachsen C1, C2 drehend angetrieben werden können. Werkzeugseitig hat die Poliermaschine eine erste Linearantriebseinheit, mittels der ein erster Werkzeugschlitten entlang einer Linearachse X bewegbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zu den Werkstück-Drehachsen C1, C2 verläuft, eine Schwenkantriebseinheit, die auf dem ersten Werkzeugschlitten angeordnet ist und mittels der ein Schwenkjoch um eine Schwenk-Stellachse B verschwenkt werden kann, die im Wesentlichen senkrecht zu den Werkstück-Drehachsen C1, C2 und im Wesentlichen senkrecht zu der Linearachse X verläuft, eine zweite Linearantriebseinheit, die auf dem Schwenkjoch angeordnet ist und mittels der ein zweiter Werkzeugschlitten entlang einer Linear-Stellachse Z bewegbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zur Schwenk-Stellachse B verläuft, sowie zwei Werkzeugspindeln mit jeweils einem Werkzeug-Aufnahmeabschnitt, wobei die Werkzeug-Aufnahmeabschnitte jeweils einer der Werkstückspindeln zugeordnet in den Arbeitsraum hineinragen.
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Jede Werkzeugspindel weist eine Spindelwelle auf, an welcher der jeweilige Werkzeug-Aufnahmeabschnitt ausgebildet ist und die um eine Werkzeug-Drehachse A1, A2 drehangetrieben in einem Spindelgehäuse gelagert ist, das seinerseits in einem Führungsrohr in Richtung der Werkzeug-Drehachse definiert axial verschiebbar geführt ist. Während die Spindelgehäuse der beiden Werkzeugspindeln an dem zweiten Werkzeugschlitten angeflanscht sind, sind die Führungsrohre an dem Schwenkjoch angebracht, so dass im Ergebnis die Werkzeug-Drehachse A1 bzw. A2 jeder Werkzeugspindel mit der Werkstück-Drehachse C1 bzw. C2 der zugeordneten Werkstückspindel eine Ebene bildet, in der die jeweilige Werkzeug-Drehachse A1 bzw. A2 bezüglich der Werkstück-Drehachse C1 bzw. C2 der zugeordneten Werkstückspindel axial verschiebbar (Linearachse X, Linear-Stellachse Z) und verkippbar (Schwenk-Stellachse B) ist.
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Aufgrund der insoweit gegebenen Bewegungsmöglichkeiten gestattet die vorbekannte Poliermaschine bei einem im Verhältnis kompakten Aufbau die paarweise Bearbeitung von Brillengläsern sowohl mit einer sogenannten ”Tangential-Polierkinematik”, bei der die mit den Werkzeugspindeln axial zugestellten (Z) Polierwerkzeuge unter einem voreingestellten aber festen Schwenkwinkel (B) der Werkzeugspindeln oszillierend mit relativ kleinen Hüben quer (X) über die Brillengläser bewegt werden, als auch mit einer Polierkinematik, bei der die zugestellten (Z) Polierwerkzeuge während ihrer oszillierenden Querbewegung (X) zugleich kontinuierlich verschwenken (B), um der Flächenkrümmung der Brillengläser zu folgen, wobei die Brillengläser und Polierwerkzeuge gleich- oder gegensinnig mit gleichen oder verschiedenen Drehzahlen um ihre Drehachsen (A1, A2, C1, C2) angetrieben werden können (zumindest im Falle der Polierwerkzeuge aber nicht müssen).
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Bei diesem Stand der Technik ist ferner die Spindelwelle jeder Werkzeugspindel als Hohlwelle ausgebildet, über die der zur Aufnahme eines Membranfutterwerkzeugs – wie es etwa aus der Druckschrift
EP 2 014 412 A1 bekannt ist – ausgeführte Werkzeug-Aufnahmeabschnitt mit einem Fluid beaufschlagt werden kann, so dass bezüglich der axialen Verstellmöglichkeit des Werkzeugs quasi eine Zweiteilung vorgesehen ist, was freilich auch einen gewissen Mehraufwand bedingt: Zum einen ist das Spindelgehäuse – und damit der an der Spindelwelle vorgesehene Werkzeug-Aufnahmeabschnitt – insgesamt in dem Führungsrohr in Richtung der Werkzeug-Drehachse axial verschiebbar geführt, so dass ein im Werkzeug-Aufnahmeabschnitt gehaltenes Membranfutterwerkzeug – eher langsam – über relativ große Axialwege bewegt und bezüglich des zu bearbeitenden Werkstücks positioniert werden kann. Zum anderen vermag beispielsweise ein am Membranfutterwerkzeug gehaltener Polierteller den jeweiligen Bearbeitungserfordernissen entsprechend schnelle bzw. feinfühlige axiale Ausgleichsbewegungen auszuführen, wenn etwa Werkstücke mit sehr starken Krümmungen oder größeren Krümmungsänderungen über den Umfang bearbeitet werden.
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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass z. B. für einen Einsatz der Werkzeugspindel in einer Poliermaschine für Brillengläser die Axialbewegung des Polierwerkzeugs möglichst leichtgängig sein sollte. Diese Eigenschaft ist insbesondere für die Politur von Brillengläsern mit torischen, atorischen oder Gleitsichtflächen mit hoher Abweichung von der Rotationssymmetrie wichtig, damit das Polierwerkzeug stets satt bzw. flächig und mit feinfühlig einstellbarer Polierkraft (bzw. Anpresskraft) am Brillenglas anliegt. Falls nämlich das Polierwerkzeug während seiner hochtourigen Drehbewegung den Flächenkontakt zur Werkstückoberfläche auch nur kurzzeitig verlieren würde, könnte es durch die im Poliermittel vorhandenen gröberen Körner und Agglomerate zu einer Verkratzung der polierten Brillenglasfläche kommen.
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Von der Maschinenkinematik her aufbauend auf dem Stand der Technik gemäß der Druckschrift
WO 2012/123120 A1 wird in der der vorliegenden Erfindung nächstliegenden, älteren internationalen Anmeldung
PCT/EP2015/001857 insbesondere zur Vereinfachung des Werkzeughandlings und damit im Hinblick auf eine Optimierung der Prozesszeiten vorgeschlagen, jeder Werkstückspindel der Vorrichtung zwei Werkzeugspindeln zuzuordnen, an denen jeweils ein Polierwerkzeug um eine Werkzeug-Drehachse A, A' drehend antreibbar und entlang der Werkzeug-Drehachse A, A' axial zustellbar (Z) gehalten ist und die relativ zur Werkstückspindel gemeinsam entlang einer im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstück-Drehachse C verlaufenden Linearachse X bewegbar und um verschiedene Schwenk-Stellachsen B, B' schwenkbar sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstück-Drehachse C und im Wesentlichen senkrecht zu der Linearachse X verlaufen, wobei die Werkzeugspindeln in Richtung der Linearachse X gesehen hintereinander angeordnet sind.
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Hierbei weist jede Werkzeugspindel für die axiale Zustellung des jeweiligen Polierwerkzeugs entlang der zugehörigen Werkzeug-Drehachse A, A' eine Kolben-Zylinder-Anordnung auf, mit einem in einem Zylindergehäuse aufgenommenen Kolben, der in sehr kompakter Weise in koaxialer Anordnung mit einer zentralen Spindelwelle betätigungswirksam verbunden ist, die zusammen mit der Kolben-Zylinder-Anordnung in einem Spindelgehäuse um die jeweilige Werkzeug-Drehachse A, A' drehbar gelagert ist und endseitig einen Werkzeug-Aufnahmekopf für das Polierwerkzeug trägt. Zur Drehmomentübertragung von dem Zylindergehäuse der Kolben-Zylinder-Anordnung auf die zentrale Spindelwelle ist dabei eine Nutwellenführung vorgesehen, mit in der Spindelwelle ausgebildeten Führungsnuten und einer damit über ein Linearlagerelement eingreifenden Flanschmutter, die drehfest mit dem Zylindergehäuse verbunden ist.
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Wenngleich derartige Nutwellenführungen beispielsweise von der Firma Nippon Bearing Co., Ltd., Ojiya-City, Japan problemlos im Handel erhältlich, besteht hier ein Nachteil darin, dass – verglichen zu dem eingangs geschilderten Stand der Technik gemäß der Druckschrift
WO 2012/123120 A1 , bei dem sich die Drehmomentübertragung auf die Spindelwelle vom Polierwerkzeug aus gesehen hinter der axialen Führung (Führungsglied
176) des Membranfutterwerkzeugs befindet – die Axialbeweglichkeit des Werkzeug-Aufnahmekopfs nicht ganz so feinfühlig ist.
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AUFGABENSTELLUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach und kompakt ausgebildete Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken zu schaffen, deren Werkzeug-Halteabschnitt bei der Bearbeitung der Mikrogeometrie des Werkstücks sehr leichtgängig und feinfühlig der Makrogeometrie des Werkstücks zu folgen vermag.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 15.
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Erfindungsgemäß weist eine Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken ein Spindelgehäuse und einen darüber vorstehenden Werkzeug-Halteabschnitt auf, der über eine im Spindelgehäuse um eine Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbare Führungsanordnung entlang der Werkzeug-Drehachse A axial zustellbar (Zustellachse Z) und ggf. um einen Kipppunkt K auf der Werkzeug-Drehachse A verkippbar ist, wobei die Führungsanordnung für die axiale Zustellung des Werkzeug-Halteabschnitts eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Werkzeug-Drehachse A verteilten Linearlagerelementen und jeweils zugeordneten Führungsstangen aufweist, die zug- und druckfest mit dem Werkzeug-Halteabschnitt verbunden sind.
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Dadurch, dass mehrere Linearlagerelemente mit zugeordneten Führungsstangen um die Werkzeug-Drehachse A gleichmäßig verteilt sind, d. h. bezüglich der Werkzeug-Drehachse A den gleichen radialen Abstand besitzen und zudem mit um die Werkzeug-Drehachse A gesehen gleichen Winkeln voneinander beabstandet sind, besteht zunächst von daher keine Gefahr von Unwuchten bei der Rotation der erfindungsgemäßen Führungsanordnung um die Werkzeug-Drehachse A, welche der Leichtgängigkeit der axialen Relativbewegung abträglich wären. Eine Drehmomentübertragung zwischen den eng tolerierbaren Linearlagerelementen und den Führungsstangen erfolgt ferner erfindungsgemäß nach Maßgabe der Anzahl dieser Paarungen verteilt auf mehrere Stellen, so dass die einzelnen Führungsstangen im Verhältnis kleine Querschnitte aufweisen können, was nicht zuletzt im Vergleich zu der im Stand der Technik vorgesehenen Nutwellenführung zu einer geringeren Reibung führt. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass sich die Leichtgängigkeit und Laufruhe der erfindungsgemäßen Führungsanordnung unter Last, d. h. mit Drehmomentbeaufschlagung sogar noch verbessert, da es in Drehrichtung gesehen zwischen dem Linearlagerelement und der Führungsstange jeder Paarung hiervon lediglich zu einer im Wesentlichen linienförmigen Anlage kommt.
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Im Ergebnis können insbesondere Axialbewegungen des Werkzeug-Halteabschnitts mit hoher Dynamik gefahren werden, was wiederum im Einsatz der erfindungsgemäßen Werkzeugspindel in einer Poliermaschine kurze Bearbeitungszeiten bei sehr hoher Polierqualität ermöglicht, da das Polierwerkzeug stets dem Werkstück folgen kann, auch bei relativ starken Abweichungen von der Rotationssymmetrie am Werkstück. Damit ist die Werkzeugspindel vielfältig einsetzbar und erlaubt unterschiedliche Bearbeitungsstrategien, ohne dass dies längere Prozesszeiten erfordert.
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In einer besonders einfachen Ausführung kann die Führungsanordnung ein um die Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbares Aufnahmeteil mit Aussparungen zur parallelen Aufnahme der Linearlagerelemente aufweisen.
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Im Hinblick auf eine besonders steife Ausgestaltung der Führungsanordnung ist es ferner bevorzugt, wenn die Führungsanordnung eine erste und eine zweite Führungsplatte umfasst, von denen die erste Führungsplatte auf der vom Werkzeug-Halteabschnitt abgewandten Seite des Aufnahmeteils an den sich durch die Linearlagerelemente hindurch erstreckenden Führungsstangen befestigt ist und diese an einem ersten Ende starr miteinander verbindet, während die zweite Führungsplatte auf der dem Werkzeug-Halteabschnitt zugewandten Seite des Aufnahmeteils an den Führungsstangen befestigt ist und diese an einem zweiten Ende starr miteinander verbindet.
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Insbesondere hinsichtlich geringer bewegter Massen und einer vorteilhaften Massenverteilung um die Werkzeug-Drehachse A bevorzugt ist es ferner, wenn die Führungsanordnung genau drei Führungsstangen aufweist, die drei Linearlagerelementen zugeordnet sind, welche bezüglich der Werkzeug-Drehachse A um 120° winkelbeabstandet voneinander auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind.
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Als Linearlagerelemente kommen grundsätzlich alle linear führenden, leichtgängigen Lager in Frage, z. B. Lineargleitlager oder Linearkugellager mit Kugelkäfig. Im Hinblick auf eine gute Verfügbarkeit und geringe Kosten bevorzugt ist es indes, wenn es sich bei den Linearlagerelementen um Kugelbuchsen handelt.
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Was die axiale Zustellbewegung des Werkzeugs angeht, ist vorzugsweise eine Kolben-Zylinder-Anordnung für die axiale Zustellung des Werkzeug-Halteabschnitts entlang der Werkzeug-Drehachse A vorgesehen, mit einem in einem Zylindergehäuse aufgenommenen Kolben, der in einer Hintereinanderanordnung mit den Führungsstangen der Führungsanordnung betätigungswirksam verbunden ist, die in dem Spindelgehäuse zusammen mit der Kolben-Zylinder-Anordnung um die Werkzeug-Drehachse A drehbar gelagert ist. Diese Konstruktion zeichnet sich insbesondere durch ein geringes Gewicht aus.
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Hierbei ist das Zylindergehäuse der pneumatisch betätigbaren Kolben-Zylinder-Anordnung vorzugsweise zweiteilig ausgebildet und mit einer Laufhülse aus Mineralglas ausgekleidet, in der der an seiner Lauffläche aus einem Graphitmaterial bestehende Kolben längsverschieblich aufgenommen ist. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen ”Glaszylinders” resultiert aus seiner sehr geringen Stick-Slip-Neigung: So kann die Werkzeugspindel auch mit sehr geringen Polierdrücken feinfühlig arbeiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnung über einen dünnen Stab aus einem Federstahl zug- und druckfest mit den Führungsstangen der Führungsanordnung verbunden sein. Ein solches sehr leichtes und spielfreies Kraftübertragungselement sorgt in einfacher Weise für eine radiale Ausgleichsmöglichkeit, wodurch es nicht zu einem Klemmen kommen kann, falls die Mittelachsen des Kolbens bzw. der Kolben-Zylinder-Anordnung und der Führungsanordnung nicht korrekt fluchten.
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Für den Drehantrieb des Werkzeugs kann das Zylindergehäuse außenumfangsseitig mit einer schrägen Verzahnung zum Angriff eines schrägverzahnten Zahnrads versehen sein, das über einen Motor drehend antreibbar ist, um die Kolben-Zylinder-Anordnung und damit die Führungsanordnung im Spindelgehäuse um die Werkzeug-Drehachse A zu drehen. Ein solcher Drehantrieb mittels Standardantriebselementen ist nicht nur sehr laufruhig und kostengünstig, sondern hat – gegenüber einem ebenfalls denkbaren, koaxial zur Führungsanordnung angeordneten Drehantrieb – den Vorteil geringer bewegter Massen, was wiederum einer hohen Qualität der polierten Fläche bei kurzen Prozesszeiten förderlich ist.
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Des Weiteren kann die Führungsanordnung der Werkzeugspindel für die Verkippung des Werkzeug-Halteabschnitts bezüglich der Werkzeug-Drehachse A ein Kugelgelenk umfassen. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Verkippung des Werkzeugs gegenüber der Werkzeug-Drehachse A der Werkzeugspindel bei beispielsweise der Polierbearbeitung, so dass das Werkzeug den unterschiedlichsten Werkstückgeometrien, selbst z. B. zylindrischen Flächen oder Progressivflächen mit hohen Additionen an etwa Brillengläsern, auch winkelmäßig leicht folgen kann. Darüber hinaus gestattet die Verkippbarkeit des Werkzeugs vorteilhaft die Durchführung von Polierprozessen mit der bereits angesprochenen ”Tangential-Polierkinematik”, wobei sich das Werkzeug am Werkstück winkelmäßig auszurichten vermag.
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Hierbei kann das einen in einer Kugelpfanne aufgenommenen Kugelkopf aufweisende Kugelgelenk derart aufgebaut sein, dass der Kugelkopf an einem an den Führungsstangen der Führungsanordnung befestigbaren Kugelstift ausgebildet ist, während die Kugelpfanne in dem Werkzeug-Halteabschnitt ausgeformt ist. Eine umgekehrte Anordnung des Kugelgelenks, mit Kugelpfanne auf der Seite der Führungsstangen und Kugelstift auf der Seite des Werkzeug-Halteabschnitts, ist freilich ebenfalls denkbar.
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In einer besonderen Ausgestaltung kann der Kugelkopf eine Aufnahmebohrung für einen Querstift aufweisen, der sich durch den Kugelkopf hindurch erstreckt und auf beiden Seiten des Kugelkopfs mit zugeordneten Aussparungen in der Kugelpfanne eingreift, um den Werkzeug-Halteabschnitt durch Formschluss drehmitnahmefähig mit dem Kugelstift zu verbinden. Eine derartige Ausgestaltung des Kugelkopfs als Kardangelenk gestattet es auf einfache Weise, das Werkzeug drehend anzutreiben, was, verglichen zu einer ebenfalls denkbaren, bloßen reibungsbewirkten Drehmitnahme des Werkzeugs mit dem Werkstück, wesentlich kürzere Bearbeitungszeiten ermöglicht. Hinsichtlich Verkippbarkeit und Drehantriebsmöglichkeit Ähnliches, aber mit verbesserter Leichtgängigkeit bei großen Kippwinkeln, könnte mittels eines Kugelgelenks realisiert werden, welches als Kugel-Sechskant-Gelenk ausgebildet ist, mit einem Kugelstift ähnlich einem Kugelinbusschlüssel auf der einen Seite und einer Innensechskantschraube, z. B. nach DIN 912, auf der anderen Seite.
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In weiterer Ausgestaltung der Werkzeugspindel kann vorgesehen sein, dass sich der Werkzeug-Halteabschnitt über ein elastisches Ringelement an einem kugelstiftseitigen Abstützflansch derart federnd abstützt, dass der Werkzeug-Halteabschnitt bestrebt ist, sich mit seiner Mittelachse mit dem Kugelstift und damit der Werkzeug-Drehachse A der Werkzeugspindel auszufluchten. Hierdurch wird das Werkzeug an zu starken Kippbewegungen gehindert, was sich zum einen insbesondere während der Bewegungsumkehr bei dem erwähnten Oszillieren des Werkzeugs über dem Werkstück günstig auswirkt, da das Werkzeug nicht wegknicken und in der Folge am Werkstück verklemmen kann. Zum anderen ist eine solche elastische Abstützung des Werkzeug-Halteabschnitts beim Montieren bzw. Aufsetzen des Werkzeugs von Vorteil, weil der Werkzeug-Halteabschnitt mit leichtem Zwang eine definierte Lage einnimmt. Das Zusammenfahren von Werkzeug und Werkstück kann darüber hinaus infolge der elastischen (Vor-)Orientierung des Werkzeug-Halteabschnitts so erfolgen, dass das Werkzeug im Wesentlichen axial orientiert auf dem Werkstück aufsetzt, und nicht etwa verkippt, was z. B. bei besonders dicken bzw. hochbauenden Poliertellern zu Problemen führen könnte. Grundsätzlich wäre es zwar auch möglich, eine solche (Vor)Orientierung eines Poliertellers mittels eines pneumatisch beaufschlagbaren Gummibalgs an dem Werkzeug-Halteabschnitt zu bewerkstelligen, dies wäre jedoch ungleich aufwändiger.
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Im weiteren Verfolg des Erfindungsgedankens kann das Kugelgelenk der Führungsanordnung in einer insbesondere für feinoptische Anwendungen gedachten Alternative querstiftsfrei und unvorgespannt, d. h. ohne die vorbeschriebene elastische (Vor-)Orientierung des Werkzeug-Halteabschnitts ausgebildet sein. Eine Drehmitnahme des Werkzeug-Halteabschnitts mit der Führungsanordnung erfolgt dabei lediglich aufgrund der Reibung im Gelenkspalt zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne des Kugelgelenks. Damit kann ein Polierprozess weniger aggressiv durchgeführt werden. Zugleich kann der Werkzeug-Halteabschnitt auch bei großen Kippwinkeln bezüglich der Werkzeug-Drehachse A leichtgängig der Geometrie des bearbeiteten Werkstücks folgen, insbesondere weil die mit der Querstiftlösung verbundenen Kardanfehler vermieden werden.
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Schließlich kann an dem Werkzeug-Halteabschnitt ein Polierteller auswechselbar gehalten sein, wozu ein Grundkörper des Poliertellers und der Werkzeug-Halteabschnitt mit komplementären Strukturen zur axialen Verrastung und zur Drehmitnahme des Poliertellers mit dem Werkzeug-Halteabschnitt versehen sind. Dies bewirkt zum einen eine unkomplizierte Austauschbarkeit des Poliertellers sowie einen sicheren Halt des Poliertellers an der Werkzeugspindel, zum anderen eine definierte, formschlüssige Drehmomentübertragung zwischen Werkzeug-Halteabschnitt und Polierteller während der Polierbearbeitung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten, teilweise vereinfachten bzw. schematischen und nicht maßstabsgerechten Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ggf. ergänzt um einen hochgestellten Strich ('), um anzudeuten, dass es sich um eine Variante handelt. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht einer Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in einem teilweise aufgebrochen dargestellten Schwenkjoch der Vorrichtung aufgenommen ist und an einem um eine Werkzeug-Drehachse A drehbaren Werkzeug-Halteabschnitt einen Polierteller lösbar hält, der sich mit einer zu bearbeitenden Fläche am Werkstück in Bearbeitungseingriff befindet, wobei sich der Polierteller in einer gegenüber der Werkzeugspindel ausgefahrenen (Zustellachse Z), unteren Stellung befindet und ein zugeordneten Faltenbalg am Werkzeug-Halteabschnitt zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurde;
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2 eine Schnittansicht der Werkzeugspindel von 1 entsprechend der Schnittverlaufslinie II-II in 1, wobei ein Kugelgelenk einer Führungsanordnung der Werkzeugspindel weggelassen wurde, das den Werkzeug-Halteabschnitt bezüglich der Werkzeug-Drehachse A verkippbar an der Werkzeugspindel hält;
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3 eine Schnittansicht der Werkzeugspindel von 1 entsprechend der Schnittverlaufslinie III-III in 1, zur weiteren Veranschaulichung von gleichmäßig um die Werkzeug-Drehachse A verteilten Linearlagerelementen und jeweils zugeordneten, zug- und druckfest mit dem Werkzeug-Halteabschnitt verbundenen Führungsstangen, welche die Führungsanordnung der Werkzeugspindel für die axiale Zustellung (Zustellachse Z) des Werkzeug-Halteabschnitts umfasst;
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4 eine perspektivische Ansicht der von der Werkzeugspindel separierten Linearlagerelemente und Führungsstangen der Führungsanordnung der Werkzeugspindel gemäß 1 von schräg oben, die veranschaulicht, wie die Führungsstangen über obere und untere Führungsplatten starr miteinander verbunden sind und die Führungsanordnung zur axialen Zustellung (Zustellachse Z) mit einem Kolben einer Kolben-Zylinder-Anordnung gekoppelt ist;
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5 eine perspektivische Ansicht der Baugruppe von 4 von schräg unten; und
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6 eine hinsichtlich des Schnittverlaufs der 1 entsprechende Längsschnittansicht einer Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem insbesondere das Kugelgelenk der Führungsanordnung der Werkzeugspindel anders ausgebildet und der Werkzeug-Halteabschnitt Bestandteil eines anderen Polierwerkzeugs ist, das sich mit einer zu bearbeitenden Fläche am Werkstück in Bearbeitungseingriff befindet, in der Stellung und mit den Vereinfachungen von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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In
1 ist – als ein möglicher Anwendungsfall bzw. Einsatzort einer erfindungsgemäßen Werkzeugspindel
10 – eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen cc, cx an Werkstücken, wie z. B. Brillengläsern L allgemein mit
12 beziffert. Die in
1 nur teilweise dargestellte Vorrichtung
12 bildet eine Unterbaugruppe einer Poliermaschine, welche in der älteren internationalen Anmeldung
PCT/EP2015/001857 ausführlich erläutert ist. Die Vorrichtung
12 und die Poliermaschine sollen nachfolgend nur insoweit beschrieben werden, als es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich erscheint. Im Übrigen sei an dieser Stelle im Hinblick auf Aufbau und Funktion der Vorrichtung
12 und der Poliermaschine zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich auf die ältere internationale Anmeldung
PCT/EP2015/001857 Bezug genommen und verwiesen.
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Die Werkzeugspindel 10 weist ein Spindelgehäuse 14 und einen darüber vorstehenden Werkzeug-Halteabschnitt 16 auf, der über eine im Spindelgehäuse 14 um eine Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbare Führungsanordnung 18 entlang der Werkzeug-Drehachse A axial zustellbar (Zustellachse Z) und – zumindest im hier dargestellten Ausführungsbeispiel – um einen Kipppunkt K auf der Werkzeug-Drehachse A verkippbar ist. Wesentlich ist, dass die Führungsanordnung 18, die nachfolgend noch detailliert beschrieben werden wird, für die axiale Zustellung des Werkzeug-Halteabschnitts 16 eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Werkzeug-Drehachse A verteilten Linearlagerelementen 20 und jeweils zugeordneten Führungsstangen 22 aufweist, die zug- und druckfest mit dem Werkzeug-Halteabschnitt 16 verbunden sind.
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Wie in 1 gezeigt ragt die Werkzeugspindel 10 in einen – in 1 mit gestrichelten Linien angedeuteten – Arbeitsraum 24 der Poliermaschine hinein und trägt dort endseitig an seinem Werkzeug-Halteabschnitt 16 ein Polierwerkzeug 25, welches folglich um die Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbar und entlang der Werkzeug-Drehachse A axial zustellbar ist (Zustellachse Z). Die Vorrichtung 12 weist ferner eine der Werkzeugspindel 10 zugeordnet und gegenüberliegend in den Arbeitsraum 24 hineinragende Werkstückspindel 26 auf, über die ein zu polierendes Brillenglas L, welches üblicherweise mittels eines Blockmaterials M an einem Blockstück S zur Aufnahme in einem Spannfutter 28 der Werkstückspindel 26 gehalten ist, um eine Werkstück-Drehachse C mit vorbestimmter Drehzahl und Drehrichtung drehend angetrieben werden kann.
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Die Werkzeugspindel 10 ist relativ zur Werkstückspindel 26 entlang einer im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstück-Drehachse C verlaufenden Linearachse X mittels eines angetriebenen Werkzeugschlittens (nicht gezeigt) CNC-lagegeregelt bewegbar und um eine Schwenk-Stellachse B schwenkbar, die im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstück-Drehachse C und im Wesentlichen senkrecht zu der Linearachse X verläuft. Hierbei ist die Werkzeugspindel 10 an bzw. in einem auf hier nicht dargestellte Weise an dem Werkzeugschlitten angelenkten Schwenkjoch 30 montiert, das um die Schwenk-Stellachse B mittels eines an einem gabelförmigen Schwenkarm 32 des Schwenkjochs 30 angreifenden Linearantriebs (nicht gezeigt) definiert verschwenkbar ist.
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Genauer gesagt ist die Werkzeugspindel 10 über das Spindelgehäuse 14 gemäß 1 von unten am Schwenkjoch 30 angeflanscht. Die dort in 1 gezeigten, strichpunktierten Linien deuten eine Schraubverbindung an. Die weiteren Bauteile bzw. Baugruppen der Werkzeugspindel 10 sind im Spindelgehäuse 14 über eine Lageranordnung aus Wälzlagern drehbar gelagert, welche ein unteres Festlager 33 und ein oberes Loslager 34 umfasst, die mittels einer Distanzbuchse 35 voneinander beabstandet im Spindelgehäuse 14 montiert sind. Das Loslager 34 ist hierbei über mehrere, gleichmäßig am Umfang verteilte und stirnseitig in Gewindebohrungen 36 des Spindelgehäuses 14 eingeschraubte Linsenkopfschrauben 37 gegen die Distanzbuchse 35 gezogen, wie in 2 gezeigt, während sich das Festlager 33 an einer in den 1 und 2 unten im Spindelgehäuse 14 ausgebildeten Ringschulter 38 abstützt.
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Gemäß den 1 bis 3 weist die Führungsanordnung 18 ein um die Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbares Aufnahmeteil 40 auf, das hierfür in dem Spindelgehäuse 14 über das Festlager 33 gelagert ist. Das Aufnahmeteil 40 ist mit Aussparungen 42 zur achsparallelen Aufnahme der Linearlagerelemente 20 versehen. Wie 3 ferner zeigt, weist die Führungsanordnung 18 im dargestellten Ausführungsbeispiel genau drei Führungsstangen 22 aus einem metallischen Vollmaterial auf, die insgesamt drei Linearlagerelementen 20 zugeordnet sind, welche bezüglich der Werkzeug-Drehachse A um 120° winkelbeabstandet voneinander in den Aussparungen 42 auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet sind, so dass die Linearlagerelemente 20 alle denselben radialen Abstand zur Werkzeug-Drehachse A haben. Bei den Linearlagerelementen 20 handelt es sich hier um Kugelbuchsen, wie sie beispielsweise von der Firma Nippon Bearing Co., Ltd., Ojiya-City, Japan unter der Bezeichnung ”SM-W Type – Double-Wide Type” im Handel erhältlich sind.
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Wie am besten in den 4 und 5 zu erkennen ist umfasst die Führungsanordnung 18 ferner an den ersten und zweiten Enden 43, 44 der zylindrischen Führungsstangen 22 eine erste und eine zweite Führungsplatte 45, 46. Die in einer Draufsicht gesehen im Wesentlichen dreieckige, erste Führungsplatte 45 ist auf der vom Werkzeug-Halteabschnitt 16 abgewandten Seite des Aufnahmeteils 40 an den sich durch die Linearlagerelemente 20 hindurch erstreckenden Führungsstangen 22 stirnseitig mittels Schrauben 47 befestigt, so dass sie die Führungsstangen 22 an ihren ersten Enden 43 starr miteinander verbindet. Die in einer Draufsicht gesehen kreisrunde, zweite Führungsplatte 46 hingegen ist auf der dem Werkzeug-Halteabschnitt 16 zugewandten Seite des Aufnahmeteils 40 an den Führungsstangen 22 stirnseitig mittels Schrauben 48 befestigt und verbindet diese an ihren zweiten Enden 44 starr miteinander.
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Für die axiale Zustellung (Zustellachse Z) des Werkzeug-Halteabschnitts 16 entlang der Werkzeug-Drehachse A weist die Werkzeugspindel 10 des Weiteren eine Kolben-Zylinder-Anordnung 50 auf. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 50 hat einen in einem Zylindergehäuse 52 aufgenommenen Kolben 54, der in einer Hintereinanderanordnung mit den Führungsstangen 22 der Führungsanordnung 18 betätigungswirksam verbunden ist. Zum Ausfahren des Werkzeug-Halteabschnitts 16 relativ zum Spindelgehäuse 14 ist die Kolben-Zylinder-Anordnung 50 über eine handelsübliche Drehdurchführung 55 an dem in den 1 und 2 oberen Ende des Zylindergehäuses 52 pneumatisch beaufschlagbar. Dabei ist die Kolben-Zylinder-Anordnung 50 zusammen mit der Führungsanordnung 18 im Spindelgehäuse 14 um die Werkzeug-Drehachse A drehbar gelagert, wie bereits angedeutet.
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Das Zylindergehäuse 52 ist gemäß den 1 und 2 ferner zweiteilig ausgebildet, mit einem Gehäuseoberteil 56 und einem Gehäuseunterteil 57, die bei 58 aneinander zentriert miteinander verbunden, z. B. verschraubt sind. Hierbei ist im Inneren zur Auskleidung des Zylindergehäuses 52 eine Laufhülse 59 aus Mineralglas aufgenommen, die mittels einer unterhalb der Drehdurchführung 55 vorgesehenen Gewindemutter (nicht gezeigt) am Gehäuseoberteil 56 befestigt sowie unter Zuhilfenahme eines O-Rings 60 im Gehäuseoberteil 56 zentriert ist und in der der an seiner Lauffläche aus einem Graphitmaterial bestehende Kolben 54 längsverschieblich aufgenommen ist. Derartige, sehr leichtgängige und im Wesentlichen Stick-Slip-freie ”Glaszylinder” sind z. B. von der Firma Airpot Corporation, Norwalk, CT, USA kommerziell erhältlich. Zur Vermeidung von Verklemmungen, die aus Achsfluchtfehlern der (idealerweise) koaxial angeordneten Bauteile resultieren können, ist der Kolben 54 der Kolben-Zylinder-Anordnung 50 über einen dünnen Stab 61 aus einem Federstahl zug- und druckfest mit der ersten Führungsplatte 45 der Führungsanordnung 18 verbunden, und zwar über die in den 1, 2, 4 und 5 oben und unten am Stab 61 gezeigten, zentralen Schraubverbindungen 62, 63 zum Kolben 54 bzw. zur ersten Führungsplatte 45.
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Das Gehäuseunterteil 57 des Zylindergehäuses 52 stützt sich oben in den 1 und 2 drehbar über das Loslager 34 in radialer Richtung am Spindelgehäuse 14 ab. In den 1 und 2 unten ist am Gehäuseunterteil 57 das Aufnahmeteil 40 vermittels einer Verschraubung 64 angeflanscht, welches dabei zusammen mit dem Gehäuseunterteil 57 den Innenring des Festlagers 33 axial einspannt. Das Aufnahmeteil 40 bildet dabei mit der Unterseite des Spindelgehäuses 14 bei 65 auch ein Dichtlabyrinth mit engen Spaltmaßen aus und hat zudem radial innerhalb des Dichtlabyrinths 65 eine Ringaussparung 66 zur Aufnahme eines Dichtrings 67, dessen Dichtlippe ebenfalls mit der Unterseite des Spindelgehäuses 14 dichtend zusammenwirkt. Das Aufnahmeteil 40 besitzt schließlich einen zentralen Durchgang 68, der einen Bereich oberhalb des Aufnahmeteils 40 mit einem Bereich unterhalb des Aufnahmeteils 40 verbindet, so dass bei einer axialen Verlagerung der Führungsanordnung 18, genauer deren Führungsstangen 22 und -platten 45, 46 bezüglich des Spindelgehäuses 14 kein die Bewegung behindernder, zusätzlicher Luftfedereffekt entstehen kann.
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Wie die 1 zeigt durchgreift das Zylindergehäuse 52 der Kolben-Zylinder-Anordnung 50 eine im Schwenkjoch 30 ausgebildete Öffnung 69 und steht über diese mit seinem Gehäuseoberteil 56 in 1 nach oben vor. Dort ist das Gehäuseoberteil 56 des Zylindergehäuses 52 außenumfangsseitig mit einer schrägen Verzahnung 70 für den Angriff eines sehr laufruhig unter z. B. 20° schrägverzahnten Zahnrads 71 gleichen Durchmessers versehen. Das Zahnrad 71 ist über einen am Schwenkjoch 30 von oben angeflanschten Motor 72 antreibbar, um die Kolben-Zylinder-Anordnung 50 und damit die Führungsanordnung 18 im Spindelgehäuse 14 um die Werkzeug-Drehachse A in Drehzahl und Drehrichtung steuerbar zu drehen. Die Drehmomentübertragung erfolgt hierbei von dem somit drehend antreibbaren Zylindergehäuse 52 der Kolben-Zylinder-Anordnung 50 über die Verschraubung 64 auf das Aufnahmeteil 40 und von dort über die Linearlagerelemente 20 auf die Führungsstangen 22 der Führungsanordnung 18, die ihrerseits die zweite Führungsplatte 46 mitnehmen.
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Insoweit ist festzuhalten, dass die untere Führungsplatte 46 der Werkzeugspindel 10 in Drehzahl und Drehrichtung steuerbar um die Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbar ist und/oder entlang der Werkzeug-Drehachse A ggf. auch sehr feinfühlig zustellbar ist (Zustellachse Z). Zur Erkennung der hochgefahrenen Position der Führungsplatte 46/des Polierwerkzeugs 25 – und damit einer Werkzeug-Ladeposition der Werkzeugspindel 10 – ist ein Ringmagnet RM im Kolben 54 der Kolben-Zylinder-Anordnung 50 eingeklebt, der mit einem Magnetsensor (nicht gezeigt) in der Nähe der Drehdurchführung 55 zusammenwirkt.
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Ferner umfasst die Führungsanordnung 18 für die Verkippung des Werkzeug-Halteabschnitts 16 bezüglich der Werkzeug-Drehachse A ein Kugelgelenk 74, welches den Kipppunkt K für den Werkzeug-Halteabschnitt 16 auf der Werkzeug-Drehachse A definiert. Gemäß 1 hat das Kugelgelenk 74 einen in einer Kugelpfanne 75 aufgenommenen Kugelkopf 76, der an einem an den Führungsstangen 22 der Führungsanordnung 18 befestigbaren Kugelstift 77 ausgebildet ist, während die Kugelpfanne 75 in dem Werkzeug-Halteabschnitt 16 ausgeformt ist. Zur Befestigung des Kugelstifts 77 an den Führungsstangen 22 ist der Kugelstift 77 – z. B. durch einstückige Ausbildung – mit einem Flanschabschnitt 78 verbunden, der mit der unteren Führungsplatte 46 axial- und drehfest verschraubt ist. Wie am besten in den 4 und 5 zu erkennen ist, ist die Führungsplatte 46 hierfür innerhalb des durch die Schrauben 48 gebildeten Kreises mit drei bezüglich der Werkzeug-Drehachse A um 120° winkelbeabstandeten Durchgangsbohrungen 79 versehen, die auf der Unterseite der Führungsplatte 46 in einem axial über die Schrauben 48 überstehenden Bereich der Führungsplatte 46 mit Ringbünden 80 zur formschlüssigen Aufnahme in zugeordneten Ringaussparungen 81 (siehe 1) im Flanschabschnitt 78 enden. Die Durchgangsbohrungen 79 sind zwischen den Enden 44 der Führungsstangen 22 von oben von Befestigungsschrauben 82 durchgriffen, welche in zugeordneten, sich an die Ringaussparungen 81 anschließenden Gewindebohrungen 83 im Flanschabschnitt 78 eingeschraubt sind, um den Flanschabschnitt 78 fest gegen die Führungsplatte 46 zu ziehen und somit form- und kraftschlüssig an der Führungsplatte 46 festzulegen.
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Der Kugelkopf 76 hat in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Aufnahmebohrung 84 für einen Querstift 85, der sich durch den Kugelkopf 76 mit abgerundeten Enden hindurch erstreckt und auf beiden Seiten des Kugelkopfs 76 mit zugeordneten Aussparungen 86 bzw. bezüglich des Kipppunkts K diametral angeordneten Schlitzen in der Kugelpfanne 75 eingreift, um den Werkzeug-Halteabschnitt 16 in der Art eines Kardangelenks drehmitnahmefähig mit dem Kugelstift 77 und damit mit den Führungsstangen 22 der Werkzeugspindel 10 zu verbinden. Dabei stützt sich der Werkzeug-Halteabschnitt 16 über ein elastisches Ringelement 87 aus z. B. einem geeigneten Schaumstoff an einem kugelstiftseitigen Abstützflansch 88 am Flanschabschnitt 78 derart federnd ab, dass der Werkzeug-Halteabschnitt 16 bestrebt ist, sich mit seiner Mittelachse mit dem Kugelstift 77 und damit der Werkzeug-Drehachse A der Werkzeugspindel 10 auszufluchten.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Werkzeug-Halteabschnitt
16 als Polierwerkzeug
25 ein Polierteller axial- und drehmitnahmefähig – gleichwohl lösbar, d. h. auswechselbar – gehalten. Hierfür sind ein Grundkörper
90 des Poliertellers
25 und der Werkzeug-Halteabschnitt
16 mit komplementären Strukturen
91 zur axialen Verrastung und zur Drehmitnahme des Poliertellers
25 mit dem Werkzeug-Halteabschnitt
16 versehen. Diese durch die komplementären Strukturen
91 gebildete Schnittstelle zwischen Polierteller
25 und Werkzeug-Halteabschnitt
16 ist Gegenstand der Druckschrift
EP 2 464 493 B1 , auf die an dieser Stelle bezüglich Aufbau und Funktion der Schnittstelle zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich verwiesen sei.
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An dem Grundkörper
90 des hier dargestellten Poliertellers
25 ist eine im Verhältnis zum Grundkörper
90 weichere Zwischenschicht
92 aus einem elastischen Material befestigt, auf der ein Poliermittelträger
93 aufliegt, der die eigentliche, äußere Bearbeitungsfläche
94 des Poliertellers
25 bildet. Diese Ausgestaltung des Poliertellers
25 ist insofern besonders, als die Zwischenschicht
92 wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher Härte aufweist, die in Richtung der Mittelachse des Poliertellers
25 hintereinander angeordnet sind, wobei der an den Grundkörper
90 angrenzende Bereich der Zwischenschicht
92 weicher ist als der Bereich der Zwischenschicht
92, auf dem der Poliermittelträger
93 aufliegt. Genauer gesagt sind die zwei Bereiche der Zwischenschicht
92 hier durch voneinander verschiedene Schaumstoffschichten
95,
96 von jeweils – entlang der Mittelachse des Poliertellers
25 gesehen – konstanter Dicke ausgebildet, nämlich einer weicheren Schaumstoffschicht
95 auf dem Grundkörper
90, genauer dessen sphärischen Stirnfläche
97, und einer härteren Schaumstoffschicht
96 unter dem Poliermittelträger
93. Dabei sind die einzelnen Bestandteile (
90,
95,
96,
93) des Poliertellers
25 miteinander verklebt. Dieser Polierteller
25, der universell für einen großen Bereich an Werkstückkrümmungen einsetzbar ist, insbesondere seine konkrete Ausgestaltung und Dimensionierung, sind Gegenstand der älteren internationalen Patentanmeldung
PCT/EP2015/001849 , auf die an dieser Stelle diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen ausdrücklich verwiesen sei.
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Die verschiedenen, mit der vorbeschriebenen Kinematik der Vorrichtung 12 vermittels der Werkzeugspindel 10 durchführbaren Polierprozesse – bei denen im Übrigen ein flüssiges Poliermittel über an der Werkstückspindel 26 vorgesehene Poliermitteldüsen (nicht gezeigt) an die Eingriffsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück zugeführt wird – sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und sollen daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden (siehe hierzu auch schon die oben in der Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik beschriebenen Polierkinematiken mit insbesondere ”tangentialer” und/oder ”schwenkender” Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück).
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Den jeweiligen Poliererfordernissen entsprechend können natürlich auch andere Polierwerkzeuge bzw. Polierteller mit der Werkzeugspindel
10 verwendet werden. So wäre es z. B. möglich, Werkzeuge gemäß der Druckschrift
US 7,559,829 B2 ohne starren Drehantrieb einzusetzen. In diesem Fall würden im Kugelkopf eines etwas längeren Kugelstifts Aufnahmebohrung und Querstift ebenso entfallen wie der Abstützflansch und das elastische Ringelement des in
1 dargestellten Polierwerkzeugs. Stattdessen käme ein ähnlicher, aber im Durchmesser etwas größerer Flansch mit einer äußeren Radialnut zur Aufnahme eines Faltenbalgs zum Einsatz. Durch den möglichen Drehantrieb des Kugelkopfs wäre bei diesem Einsatzfall gewährleistet, dass keine hohen Relativgeschwindigkeiten im Gelenkspalt zwischen Kugelkopf und Kugelpfanne des Kugelgelenks auftreten, die andernfalls unter Einwirkung des stark abrasiv wirkenden Poliermittels einen starken Verschleiß bedingen könnten.
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Die 6 zeigt eine weitere Variante der Werkzeugspindel 10, wie sie etwa für feinoptische Polierbearbeitungsvorgänge zum Einsatz kommen kann und die nachfolgend nur insoweit erläutert werden soll, als sie sich von der oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen Werkzeugspindel 10 unterscheidet. Unterschiede bestehen hier lediglich in der Ausgestaltung des Kugelgelenks 74' der Führungsanordnung 18' und des Polierwerkzeugs 25'.
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Gemäß 6 ist das Kugelgelenk 74' der Führungsanordnung 18' nämlich querstiftsfrei und unvorgespannt ausgeführt, so dass der Werkzeug-Halteabschnitt 16' sowohl spielarm als auch leichtgängig bezüglich der Werkzeug-Drehachse A verkippen kann. Demgemäß fehlen bei dem Kugelgelenk 74' von 6 verglichen mit der Ausgestaltung nach 1 der Querstift, die Aufnahmebohrung hierfür im Kugelkopf 76' sowie die zugeordneten Aussparungen an der Kugelpfanne 75' des Werkzeug-Halteabschnitts 16'. Ferner fehlt eine Vorspannung am Kugelgelenk 74', d. h. der Werkzeug-Halteabschnitt 16' ist gegenüber dem mit der zweiten Führungsplatte 46 der Führungsanordnung 18' bei 82 verschraubten Flanschabschnitt 78' infolge des Wegfalls des Ringelements von 1 nicht elastisch abgestützt. Demnach kann eine Übertragung der Drehbewegung der Werkzeugspindel 10 von der zweiten Führungsplatte 46 auf das Polierwerkzeug 25' lediglich durch Reibung im Gelenkspalt zwischen dem Kugelkopf 76' und der Kugelpfanne 75' am Werkzeug-Halteabschnitt 16' erfolgen.
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Das Polierwerkzeug 25' selbst weist im Ausführungsbeispiel von 6 – anders als die sonst in der feinoptischen Fertigung eingesetzten, individuell formgebundenen Polierwerkzeuge – sich in radialer Richtung an den Werkzeug-Halteabschnitt 16' anschließende, bei 98' angedeutete Federarme auf, die eine elastische Zwischenschicht 92' aus z. B. einem einheitlichen Schaumstoff axial federnd abstützen, an welcher der die eigentliche Bearbeitungsfläche 94' des Polierwerkzeugs 25' ausbildende Poliermittelträger 93' befestigt ist. In einem mittleren Bereich des Polierwerkzeugs 25' hingegen stützt sich die Zwischenschicht 92' an der festen, sphärischen Stirnfläche 97' des Werkzeug-Halteabschnitts 16' ab.
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Da bei der Ausgestaltung von 6 verglichen zu der Ausbildung gemäß 1 der Abstand zwischen dem Kipppunkt K der Führungsanordnung 18' und der Bearbeitungsfläche 94' des Polierwerkzeugs 25' deutlich kleiner ist, ist trotz Entfalls des den Werkzeug-Halteabschnitt 16' elastisch abstützenden Ringelements die Gefahr gebannt, dass das Polierwerkzeug 25' ungewollt wegkippt und es in der Folge zu einer Beschädigung bzw. übermäßigen Deformierung von Werkzeug und Werkstück kommt, so dass eine hohe Prozesssicherheit stets gegeben ist.
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Bei dieser Variante könnte anstelle des angedeuteten Spannfutters 28 (Spannzange) im Übrigen auch ein Hydrodehnfutter zur Halterung von auf Präzisionskittstücken nach DIN 58767 gekitteten Bauteilen vorgesehen sein.
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Eine Werkzeugspindel für eine Vorrichtung zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen an Werkstücken hat ein Spindelgehäuse und einen darüber vorstehenden Werkzeug-Halteabschnitt. Der Werkzeug-Halteabschnitt kann über eine im Spindelgehäuse um eine Werkzeug-Drehachse A drehend antreibbare Führungsanordnung entlang der Werkzeug-Drehachse bezüglich des Werkstücks axial zugestellt (Zustellachse Z) und ggf. um einen Kipppunkt K auf der Werkzeug-Drehachse verkippt werden. Dabei weist die Führungsanordnung für die axiale Zustellung des Werkzeug-Halteabschnitts eine Mehrzahl von gleichmäßig um die Werkzeug-Drehachse verteilten Linearlagerelementen und jeweils zugeordnete Führungsstangen auf, die zug- und druckfest mit dem Werkzeug-Halteabschnitt verbunden sind. Hierdurch vermag der Werkzeug-Halteabschnitt bei der Bearbeitung der Mikrogeometrie des Werkstücks sehr leichtgängig und feinfühlig der Makrogeometrie des Werkstücks zu folgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeugspindel
- 12
- Vorrichtung
- 14
- Spindelgehäuse
- 16, 16'
- Werkzeug-Halteabschnitt
- 18, 18'
- Führungsanordnung
- 20
- Linearlagerelement
- 22
- Führungsstange
- 24
- Arbeitsraum
- 25, 25'
- Polierwerkzeug/Polierteller
- 26
- Werkstückspindel
- 28
- Spannfutter
- 30
- Schwenkjoch
- 32
- Schwenkarm
- 33
- Festlager
- 34
- Loslager
- 35
- Distanzbuchse
- 36
- Gewindebohrung
- 37
- Linsenkopfschraube
- 38
- Ringschulter
- 40
- Aufnahmeteil
- 42
- Aussparung
- 43
- erstes Ende
- 44
- zweites Ende
- 45
- erste Führungsplatte
- 46
- zweite Führungsplatte
- 47
- Schraube
- 48
- Schraube
- 50
- Kolben-Zylinder-Anordnung
- 52
- Zylindergehäuse
- 54
- Kolben
- 55
- Drehdurchführung
- 56
- Gehäuseoberteil
- 57
- Gehäuseunterteil
- 58
- Verbindung
- 59
- Laufhülse
- 60
- O-Ring
- 61
- Stab
- 62
- obere Schraubverbindung
- 63
- untere Schraubverbindung
- 64
- Verschraubung
- 65
- Dichtlabyrinth
- 66
- Ringaussparung
- 67
- Dichtring
- 68
- Durchgang
- 69
- Öffnung
- 70
- Verzahnung
- 71
- Zahnrad
- 72
- Motor
- 74, 74'
- Kugelgelenk
- 75, 75'
- Kugelpfanne
- 76, 76'
- Kugelkopf
- 77, 77'
- Kugelstift
- 78, 78'
- Flanschabschnitt
- 79
- Durchgangsbohrung
- 80
- Ringbund
- 81, 81'
- Ringaussparung
- 82
- Befestigungsschraube
- 83, 83'
- Gewindebohrung
- 84
- Aufnahmebohrung
- 85
- Querstift
- 86
- Aussparung
- 87
- Ringelement
- 88
- Abstützflansch
- 90
- Grundkörper
- 91
- komplementäre Strukturen
- 92, 92'
- Zwischenschicht
- 93, 93'
- Poliermittelträger
- 94, 94'
- Bearbeitungsfläche
- 95
- weichere Schaumstoffschicht
- 96
- härtere Schaumstoffschicht
- 97, 97'
- Stirnfläche
- 98'
- Federarm
- A
- Werkzeug-Drehachse Polierwerkzeug (drehzahlgesteuert)
- B
- Schwenk-Stellachse Polierwerkzeug
- C
- Werkstück-Drehachse (drehzahlgesteuert)
- cc
- zweite optisch wirksame Fläche
- cx
- erste optisch wirksame Fläche
- K
- Kipppunkt
- L
- Werkstück/Brillenglas
- M
- Blockmaterial
- RM
- Ringmagnet
- S
- Blockstück
- X
- Linearachse Werkzeugschlitten (lagegeregelt)
- Z
- Zustellachse Polierwerkzeug (ungesteuert)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/123120 A1 [0004, 0010, 0012]
- EP 2014412 A1 [0008]
- EP 2015/001857 [0010, 0039, 0039]
- EP 2464493 B1 [0053]
- EP 2015/001849 [0054]
- US 7559829 B2 [0056]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 912 [0028]
- DIN 58767 [0061]
