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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zur Endbearbeitung eines sphärisch gekrümmten Oberflächenabschnitts eines Werkstückes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des entsprechenden unabhängigen Anspruchs, sowie ein Abrichtwerkzeug für das Finishwerkzeug.
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Bei dem auch als Finishen bekannten Endbearbeiten von sphärisch gekrümmten Oberflächenabschnitten eines Werkstückes werden im Gegensatz zum Schleifen sowohl das Werkstück als auch das Finishwerkzeug rotatorisch angetrieben, wobei deren Rotationsachsen mit einem Winkel zueinander angestellt sind. Das an seiner Bearbeitungsfläche gebundene Körner enthaltende Finishwerkzeug richtet sich beim Finishen von relativ harten Werkstücken selbständig an dem bearbeiteten Oberflächenabschnitt ab und weist somit die gleiche Krümmung wie der zu bearbeitende Oberflächenabschnitt des Werkstücks auf. Ist hingegen das Werkstück relativ weich oder weist das Finishwerkzeug eine hohe Bindungshärte der Körner auf, so ist eine solche Selbstabrichtung nicht mehr gegeben.
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Es ist daher bekannt, die Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges mittels eines Diamanten auf die komplementäre Form zu dem Oberflächenabschnitt des Werkstücks abzurichten, wobei die Schnittkante des Diamanten bahngesteuert entlang der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges geführt werden muss. Dies erfordert einen relativ hohen apparativen Aufwand für die Bahnsteuerung des Diamanten, da die Bahn für unterschiedliche Finishwerkzeuge einstellbar sein muss.
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Es ist daher auch bekannt, ein Abrichtwerkzeug zu verwenden, dessen Abrichtoberfläche die gleiche Krümmung wie das mit dem Finishwerkzeug zu bearbeitende Werkstück aufweist. Hierzu wird beispielsweise der Durchmesser des kugelförmigen Werkstückes leicht reduziert und anschließend mit Diamanten beschichtet. Das mit Diamanten beschichtete Werkstück bildet somit ein Abrichtwerkzeug, dessen Außendurchmesser mit dem Außendurchmesser des jeweils zu bearbeitenden Werkstücks übereinstimmt. Hieran ist nachteilig, dass für jeden Durchmesser ein separates Abrichtwerkzeug hergestellt werden muss, und dass dieses beim Wechsel der zu bearbeitenden Werkstücke in der Maschine ebenfalls ausgetauscht werden muss.
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Verfahren und Maschinen zum Polieren von Linsen sind jeweils aus
EP 0 727 28 A1 ,
JP H042 400 71 A und
DE 197 37 215 A1 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die mit Bezug zum Stand der Technik aufgezeigten Nachteile zu überwinden und insbesondere ein Verfahren, eine Maschine und ein Abrichtwerkzeug anzugeben, mit denen der Aufwand für das Abrichten unterschiedlicher Finishwerkzeuge reduziert ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, eine Maschine und ein Abrichtwerkzeug mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, der Maschine und des Abrichtwerkzeuges sind in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben, wobei einzelne Merkmale der vorteilhaften Weiterbildungen in technologisch sinnvoller Weise beliebig miteinander kombinierbar sind. Insbesondere können die Maschine und das Abrichtwerkzeug betreffende Aspekte auf das Verfahren angewendet werden und umgekehrt.
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Gelöst wird die Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren zum Endbearbeiten eines sphärisch gekrümmten Oberflächenabschnitts eines Werkstückes mit einem eine Bearbeitungsfläche aufweisenden Finishwerkzeug, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- - Finishen des Oberflächenabschnitts des Werkstücks, wobei das Finishwerkzeug zumindest mit einem Teil der Bearbeitungsfläche in Anlage mit zumindest einem Teil des Oberflächenabschnitts des Werkstücks gebracht wird und das Werkstück und das Finishwerkzeug rotatorisch angetrieben werden,
- - Abrichten des Finishwerkzeuges mit einem eine gekrümmte Abrichtoberfläche aufweisenden Abrichtwerkzeug, wobei das Abrichtwerkzeug zumindest mit einem Teil der Abrichtoberfläche in Anlage mit zumindest einem Teil der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges gebracht wird und das Finishwerkzeug und/oder das Abrichtwerkzeug rotatorisch angetrieben wird, wobei die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges eine andere Krümmung aufweist als der sphärisch gekrümmte Oberflächenabschnitt des Werkstücks, wobei die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse und mit einer asphärischen Krümmung ausgebildet ist.
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Die Erfindung betrifft also ausschließlich die Endbearbeitung eines sphärisch gekrümmten Oberflächenabschnitts, welcher auch als kalottenförmiger Oberflächenabschnitt oder kugelförmiger Oberflächenabschnitt bezeichnet werden kann. Der endzubearbeitende Oberflächenabschnitt des Werkstückes bildet somit einen Abschnitt einer Kugeloberfläche.
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Das Finishwerkzeug weist insbesondere gebundene Körner auf und ist bevorzugt als Topfscheibe ausgebildet. Für den Finishprozess wird das Finishwerkzeug mit der Bearbeitungsfläche auf den zu bearbeitenden Oberflächenabschnitt des Werkstücks angelegt, wobei während des Finishprozesses sowohl das Finishwerkzeug als auch das Werkstück rotatorisch angetrieben werden, wobei insbesondere die Rotationsachsen schräg zueinander angestellt sind.
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Das Abrichten des Finishwerkzeuges kann vor dem erstmaligen Gebrauch des Finishwerkzeuges, aber auch als Zwischenabrichten zwischen dem Finishen zweier Werkstücke oder sogar in einer Unterbrechung des Finishprozesses eines Werkstückes erfolgen.
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Für das Abrichten wird die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges an die Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges angelegt, wobei bevorzugt eine Rotationsachse des Finishwerkzeuges und eine Rotationsachse des Abrichtwerkzeuges parallel und bevorzugt auch versetzt zueinander angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass zum Abrichten sowohl das Abrichtwerkzeug als auch das Finishwerkzeug rotatorisch um ihre jeweilige Symmetrieachse angetrieben werden. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass lediglich das Finishwerkzeug rotatorisch angetrieben wird, so dass die Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges entlang der Abrichtoberfläche des stationären Abrichtwerkzeuges bewegt wird. Es könnte auch vorgesehen sein, dass das rotatorisch angetriebene Abrichtwerkzeug in einer Ebene orthogonal zu der Symmetrieachse des Finishwerkzeuges entlang des Finishwerkzeuges auf einer Kreisbahn bewegt wird. Es ist jedenfalls nicht erforderlich, dass eine bahngesteuerte Bewegung durchgeführt wird, welche die Form der abgerichteten Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges vorgibt. Während des Abrichtens kann jedoch eine radiale Relativbewegung zwischen Finishwerkzeug und Abrichtwerkzeug erfolgen, um die Abtragsrate konstant zu halten.
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Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken nun vor, dass die Abrichtoberfläche in Bezug auf die Größe ihrer Krümmung oder den Verlauf ihrer Krümmung entlang einer Rotationssymmetrieachse anders ausgebildet ist als die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstückes, welche eben kugelförmig mit genau einem Krümmungsradius ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass genau ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten unterschiedlicher Finishwerkzeuge eingesetzt werden kann, die zum Finishen von Oberflächenabschnitten von Werkstücken mit unterschiedlichen Krümmungsradien verwendet werden.
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Insbesondere weist die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges eine hyperbelförmig oder parabelförmig entlang der Rotationsachse verlaufende Krümmung auf. Die Abrichtoberfläche kann also nicht mit genau einem Krümmungsradius charakterisiert werden, vielmehr ändert sich der Krümmungsradius entlang der Rotationsachse. Insbesondere kann der Verlauf der Krümmung entlang der Rotationsachse als eine Funktion der Höhe entlang der Rotationsachse hyperbel- oder parabelförmig beschrieben werden.
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Insbesondere ist der Durchmesser der Abrichtoberfläche kleiner als der Durchmesser der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges.
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Erfindungsgemäß weist die Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges nach dem Abrichten insbesondere entlang der Rotationssymmetrieachse eine andere Krümmung als der Oberflächenabschnitt des Werkstückes auf. Dies hat zur Folge, dass die abgerichtete Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges zumindest am Anfang des folgenden Finishprozesses nicht vollständig auf dem Oberflächenabschnitt des Werkstückes anliegt. Insbesondere liegt nach dem Abrichten nur ein kleiner Bereich der abgerichteten Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges an dem Oberflächenabschnitt des Werkstückes an. Dies hat sich insoweit bei relativ harten Werkstücken als vorteilhaft erwiesen, als dass somit eine höhere spezifische Flächenpressung (dies entspricht dem Druck auf den Oberflächenabschnitt pro Korn des Finishwerkzeuges) erreicht werden kann. Während des Finishen kann dann gegebenenfalls eine Selbstabrichtung des Finishwerkzeuges an dem Werkstück erfolgen, wobei zum Erhöhen der spezifischen Flächenpressung ein Zwischenabrichten des Finishwerkzeuges vorgesehen sein kann.
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Um die Stabilität des Finishwerkzeuges insbesondere in seinem Randbereich zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass eine axiale Stirnfläche des Finishwerkzeuges gleichzeitig mit der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges abgerichtet wird. Durch das Abrichten der axialen Stirnfläche wird an dem Finishwerkzeug eine ringförmige, axial ausgerichtete Stirnfläche hergestellt. Dies bedeutet insbesondere bei der Ausbildung des Finishwerkzeuges als Topfscheibe, dass der dem Werkstück zugerichtete Rand nicht spitz zuläuft, sondern einen stumpfen Ansatz erhält, sodass dieser Endbereich weniger empfindlich gegen Abbrechen ist.
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Die Form der abgerichteten Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges wird also durch die axiale beziehungsweise radiale Relativposition zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Finishwerkzeug vorgegeben. So kann bei Anlage der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges an einen Bereich der Abrichtoberfläche mit einer größeren Krümmung die Bearbeitungsfläche der entsprechenden Krümmung erhalten.
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Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass das eine Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Bearbeitungsfläche des einen Finishwerkzeuges nacheinander in unterschiedlichen Stellungen in Anlage mit der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges gebracht wird.
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Insbesondere wird das eine Abrichtwerkzeug zum Abrichten unterschiedlicher Finishwerkzeuge eingesetzt, die für die Endbearbeitung von sphärischen Oberflächenabschnitten von Werkstücken mit unterschiedlichen Krümmungsradien vorgesehen sind.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Maschine zum Endbearbeiten eines sphärisch gekrümmten Oberflächenabschnitts eines Werkstückes, welche insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, mit dem Werkstück, mit mindestens einem rotatorisch antreibbaren Werkstückhalter, in dem das Werkstück anordenbar ist, und mit mindestens einem rotatorisch antreibbaren Finishwerkzeughalter, in dem ein eine Bearbeitungsfläche aufweisendes Finishwerkzeug gehaltert ist, sowie mit einem eine gekrümmte Abrichtoberfläche aufweisenden Abrichtwerkzeug, wobei das Abrichtwerkzeug mit der Abrichtoberfläche in Anlage mit der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges bringbar ist, wobei die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges eine andere Krümmung aufweist als der sphärische Oberflächenabschnitt des Werkstücks, wobei die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse und mit einer asphärischen Krümmung ausgebildet ist.
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Die Maschine kann insbesondere mehrere Bearbeitungsstationen aufweisen, wobei in einer der Bearbeitungsstationen der Finishwerkzeughalter rotatorisch antreibbar angeordnet ist.
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Der Finishwerkzeughalter kann insbesondere translatorisch angestellt werden und auch relativ zu einem Werkstückhalter verschwenkt werden. Das Abrichtwerkzeug kann ebenfalls in einem Abrichtwerkzeughalter angeordnet sein, welcher zu dem Finishwerkzeughalter translatorisch angestellt und gegebenenfalls auch verschwenkt werden kann. Auch der Abrichtwerkzeughalter kann rotatorisch antreibbar sein. Insbesondere können mehrere Werkstückhalter an einem Rundtisch angebracht sein, sodass mehrere Werkstücke nacheinander der Bearbeitungsstation mit dem Finishwerkzeughalter zugeführt werden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Abrichtwerkzeug in einem Werkstückhalter angeordnet ist und dieser Werkstückhalter somit den Abrichtwerkzeughalter bildet.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Abrichtwerkzeug zum Abrichten eines Finishwerkzeuges, mit einer eine Schnittigkeit aufweisenden, rotationssymmetrischen und entlang der Rotationsachse eine Krümmung aufweisenden Abrichtoberfläche, die zur Abrichtung in Anlage mit einer Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges gebracht wird, wobei die gekrümmte Abrichtoberfläche insbesondere entlang der Rotationsachse eine asphärische Gestalt aufweist, wobei die Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse und mit einer asphärischen Krümmung ausgebildet ist.Die gekrümmte Oberfläche ist also einerseits rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse, weist entlang der Rotationsachse allerdings unterschiedliche Krümmungsradien auf, die insbesondere kontinuierlich und stetig ineinander übergehen.
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Die gekrümmte Oberfläche des Abrichtwerkzeuges ist also weder vollständig als Kugelsegment, noch konisch oder mit nur genau einem Krümmungsradius ausgebildet.
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Um eine axiale Stirnfläche des Finishwerkzeuges gleichzeitig mit der Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges abzurichten, kann sich an die gekrümmte Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges eine ebene, ringförmig ausgebildete und axial ausgerichtete Abrichtoberfläche anschließen. Das Abrichtwerkzeug kann also während des Abrichtvorganges zu dem Finishwerkzeug so ausgerichtet werden, dass entweder die Bearbeitungsfläche und die axiale Stirnfläche gleichzeitig bearbeitet werden oder dass zunächst mit der gekrümmten Abrichtoberfläche die Bearbeitungsfläche abgerichtet wird und anschließend mit der ringförmig angeordneten Abrichtoberfläche die axiale Stirnfläche des Finishwerkzeuges abgerichtet wird.
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Die Schnittigkeit der Abrichtoberfläche wird insbesondere durch eine Beschichtung mit Diamanten erreicht. Alternativ kann die Schnittigkeit aber auch dadurch erreicht werden, dass die Abrichtoberfläche abrasiv ausgestaltet ist, und zwar so, dass die die gebundenen Körner enthaltende Bearbeitungsfläche des Finishwerkzeuges von der abrasiven Abrichtoberfläche des Abrichtwerkzeuges abgetragen werden kann.
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Insbesondere weist die gekrümmte Abrichtoberfläche eine sich kontinuierlich entlang der Rotationsachse ändernde Krümmung auf, wobei diese insbesondere einen hyperbelförmigen oder parabelförmigen Verlauf entlang der Rotationsachse hat.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch
- 1: ein Finishwerkzeug und ein Abrichtwerkzeug in einer ersten Relativstellung zueinander,
- 2: ein Detail der 1,
- 3: das Finishwerkzeug und das Abrichtwerkzeug in einer zweiten Relativstellung zueinander,
- 4: ein Detail der 3,
- 5: das Finishwerkzeug und das Abrichtwerkzeug in einer dritten Relativstellung zueinander und
- 6: ein Detail der 5.
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Die Figuren zeigen ein topfförmiges Finishwerkzeug 1, welches an seinem unteren nach innen gerichteten Rand eine Bearbeitungsfläche 2 aufweist. Das Finishwerkzeug 1 weist zudem eine axiale Stirnfläche 6 auf.
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In den Figuren ist ferner ein Abrichtwerkzeug 3 mit einer gekrümmten Abrichtoberfläche 4 und einer axial ausgerichteten, ebenen Abrichtoberfläche 7 dargestellt. Das Abrichtwerkzeug 3 ist rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse 5 ausgebildet. Die Abrichtoberflächen 4 und 7 sind diamantbeschichtet.
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Es ist zu erkennen, dass die gekrümmte Abrichtoberfläche 4 zwar rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 5 ausgebildet ist, dass sich die Krümmung entlang der Rotationsachse 5 ausgehend von der ebenen Abrichtoberfläche 7 kontinuierlich verkleinert. Die gekrümmte Abrichtoberfläche 4 ist somit nicht kugelförmig ausgebildet.
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Zum Abrichten werden das Finishwerkzeug 1 und das Abrichtwerkzeug 3 zunächst in die in 1 dargestellte Stellung gebracht, in welcher die ebene Abrichtoberfläche 7 des Abrichtwerkzeuges 3 in Anlage mit der axialen Stirnfläche 6 des Finishwerkzeuges 1 ist, und in welcher die gekrümmte Abrichtoberfläche 4 des Finishwerkzeuges 1 zumindest zum Teil in Kontakt mit der Bearbeitungsfläche 2 des Finishwerkzeuges 1 gebracht wird. In dieser Stellung werden zum Abrichten der Finishwerkzeughalter 1 und gegebenenfalls auch das Abrichtwerkzeug 3 rotatorisch angetrieben.
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Nach dem Abrichten weist die Abrichtoberfläche 2 in Richtung der Symmetrieachse im Wesentlichen den Krümmungsverlauf auf, den auch die gekrümmte Abrichtoberfläche 4 hat (siehe 2). Auch die axiale Stirnfläche 6 des Finishwerkzeuges 1 wurde abgerichtet, sodass in diesem Bereich eine Dicke der Topfwand vorliegt, die ein Abbrechen verhindern kann. Im Prinzip könnte das so abgerichtete Finishwerkzeug 1 anschließend zur Finishbearbeitung eines Werkstückes mit einem sphärischen Oberflächenabschnitt eingesetzt werden.
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Es ist aber auch möglich, dass die Bearbeitungsfläche 2 des Finishwerkzeuges 1 in einem weiteren Schritt abgerichtet wird. Hierzu wird das Finishwerkzeug 1 radial nach außen und axial nach unten in die in 3 dargestellte Stellung gebracht. Nach dem Abrichten in dieser Stellung weist die Bearbeitungsfläche 2 die insbesondere in 4 dargestellte Gestalt auf.
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In noch einem weiteren Schritt kann das Abrichtwerkzeug 3 in die in 5 gezeigte Stellung gebracht werden, wobei hierzu das Abrichtwerkzeug 2 wiederum radial nach außen und axial nach unten versetzt wurde. Nach der Finishbearbeitung weist die Bearbeitungsfläche 2 drei Abschnitte auf, die sich in axialer Richtung aneinander anschließen, wie dies beispielsweise in 6 dargestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Finishwerkzeug
- 2
- Bearbeitungsfläche
- 3
- Abrichtwerkzeug
- 4
- Abrichtoberfläche
- 5
- Rotationsachse
- 6
- axiale Stirnfläche
- 7
- ebene Abrichtoberfläche
