DE1729096C2

DE1729096C2 - Vorrichtung zum Herstellen positiver und negativer asphärischer Rotationsflächen

Info

Publication number: DE1729096C2
Application number: DE1729096A
Authority: DE
Inventors: David Pepper Pike Ohio Volk (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-09-30
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1973-01-04
Also published as: DE1729096B1

Description

Fi g. 13 und 14 Darstellungen, wie die Werkzeugflache statt längs einer Ebene entlang konkaven und konvexen Linien ausgebildet sein kann.

Die Vorrichtung zum Herstellen positiver und negativer asphanscher Rotationsoberflächen ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, und sie entspricht in gewisser Hinsici.t einer üblichen Drehbank, die in der Werkzeugindustrie verwendet wird. Es ist ein Bett 10 mit parallelen, sich in Längsrichtung erstreckenden Schienen Il vorhanden, die einen gleitenden Schlitten 12 tragen, der mittels einer Spindelmutter 13 betätigt wird, wobei diese Spindelmutter 13 durch eine Drehung einer Spindel 1* mittels eines Handrades 15 oder auf andere Weise betätigt wird. Ein Querschlitten 16 ist auf parallelen Schienen 17 des Schlittens 12 in einer Richtung senkrecht zur zuerst beschriebenen Bewegung o.'er quer zum Bett 10 bewegbar montiert Für den Querschlitten 16 ist ebenfalls ein Spindelantrieb vorh:nden, bei dem eine Spindel 18 mittels ei 'es Handradcs 19 gedreht werden kann. Ein Werkzeughalter 20 hat eine sich nach unten erstreckende zylindrische Verlängerung20fl, die drehbar von einer hohlen zylindiischen Hülse 21 α aufgenommen ist, die ein Teil eines Werkzeugständers 21 ist, der mit einer Gewindeverbindung 22 auf einen sich vom Querschlitten 16 aus nach oben erstreckenden Vorsprung aufgeschraubt ist Eine Einstellung eines Werkzeuges 26 in senkrechter Riclitung ist mittels der Gewindeverbindung 22 möjilich, wobei diese Gewindeverbindung 22 durch einen Handgriff 23 blockiert werden kann. Eine Drehbewegung des Werkzeughalters 20 um eine senkrechte Achse kann manuell durchgeführt werden, und die Drehstellung kann an einer Skala 24 abgelesen werden Der Werkzeughalter 20 kann in seiner Lage durch eine Betätigung eines Handgriffes 25 blockiert werden Das in F i g. 3 dargestellte Werkzeug 26 ist durch eine öffnung in dem Werkzeughalter 20 geführt, und es wird mittels einer Schraube 28 in seiner Lage gehalten Diese Schraube 28 tritt in eine öffnung 29 im Schaft 27 des Werkzeuges 26 ein *

Zum Herstellen asphäri.cher Rotationsoberflächen mit dieser Vorrichtung wird das Werkzeug 26 26a welches so ausgebildet ist, wie es in den F i g. 3. 4 und 5 oder in F i g. 6 gezeigt ist, in der in den Fi g. 1 und 2 dargestellten Lage befestigt, und es erfolgt eine Einstellung in den drei Hauptrichtungen, und zwar in zwei horizontale Richtungen, die unter einem rechten Winkel zueinander verlaufen ,und in eine senkrechte Riehtung, um die Spitze der elliptischen Werkzeugschneidkante so nahe wie möglich an die Werkstückacise30 heranzubringen, um die jedes Werkstück 31 rotiert. Das Werkstück 31 wird in einem Spannfutter in einem Spindelstock 32 gehalten und durch einen nicht dargestellten, im Gehäuse 33 angeordneten Antrieb gedreht, der von einem Motor 34 über ein Vorgelege 35 angetrieben wird.

Das Werkstück mit einer Kante, die die Form einer Ellipse hat, kann in der Weise hergestellt werden, daß ein Zylinder oder ein Konus schräg geschnitten wird. Die einfachste und eine bevorzugte A.usführungsform des Werkzeuges wird dadurch erzielt, daß ein gerader Zylinder entlang einer Ebene geschnitten wird, die schräg zur Querschnittsebene verläuft. Ein derartiges Werkzeug ist von Vorteil, da es Ieichl: geschliffen und zugerichtet werden kc:in. In F i g. 4 ist ein gerader Zylinder 5 dargestellt, dessen Querschnitt den Radius OB mit einer Länge B hat. Die Querschnittsebene ABCD verläuft senkrecht zur Achse LOM des Zylinders S und die Schnittebene EFGH durch den Zylinder S, die gegenüber der Querschnittsebene ABCD um den Winkel Θ geneigt ist, stellt eine Ellipse mit der Exzentrizitäte dar, wobei die Beziehung gilt: e sin Θ. Der Krümmungsradius r der Ellipse am Ende ihrer größeren Hauptachse beträgt:

r = 5 cos Θ,

xo _wobei B die kleinere Halbachse und OX = - * die

größere Halbachse der Ellipse ist.

^Zur Erzeugung negativer Rotationsflächen zweiter Ordnung bildet die äußere konvexe Ellipse, die durch ^{eine Ebene} ausgebildet wird, weiche entweder einen vollen Zylinder oder einen Hohlzylinder schneidet, die ^{Form der} Schneidkante oder der abgetragenden Kante ^des Werkzeuges 26,26a. wie die:, η den 1- i g. 5. 6 und 7 g^eze'g^{l isl}- ^Fur das Herstellen positiver Rotationsober-

Rächen zweiter Ordnung ist die innere konkave Ellipse, ^{die durch einen sclir}ägen Schnitt durch e-ien rohrlörmigen Zylinder gebildet wird, die Schneidkante ^odel abtragende Kante des Werkzeuges 26a.

^{Aus der} Geometrie der Oberflächen ist es bekannt, ^daß Schnitte von Rotationsflächen zweiter Ordnung Kegelschnitte sind. Beispielsweise können Schnitte von zweischalig«! Rotationshyperboioiden Hyperbeln. Parabeln, Ellipsen und Kreise sein. Schnitte von Rotationsparaboloiden können Parabeln, Ellipsen und Kreise sein, und Schnitte von Rotationsellipsoiden kon- und Kreise sein.

^nen p

^Diese Kenntnis ist die Basis der Erzeugung von Rotationsflächen zweiter Ordnung mit dem neuen Werkzeug, das eine elliptische Umfaßkante hat.

^{Bei der} Bearbeitung einer Rotationsfläche zweiter Ordnung berührt die elliptische Werkzeugflache mit ^{dem Ende lhrer} größeren Hauptachse das Werkstuck ^{m der} Werkstückachse in einer elliptischen Bogenhnie, ^{und zwar derart}- ^{daß die Ebene Jcr elll}P^{tlschen B}°g^en' ^{urue unter} einem Winkel zur Werkstückachse steht, wie ^diei ⁱⁿ.^de"^F ** ^{7 bis} ^l2 _t ^darß^estellt jf.

^Zwei Gleichungen stellen die Beziehungen der Exzentrizitäten und der Sp.tzenkrummungsrad.en der erzeugten Rotationsflachen zweiter Ordnung zu den ^entnzitaten Y* ^de" Spitzenkrummungsradien der

elliptiscnen Werkzeugflache her:

e_een

'"gen=

^cos * _r

cos Φ

dabei ist

«"gen die Exzentrizität der erzeugten Oberfläche,

e_w die Exzentrizität der elliptischen Werkzeugfläche, r_gen der Spitzenkrümmungsradius der erzeugten Öberfläche,

r_w der Krümmungsradius der elliptischen Werkzeugfläche an der größeren Hauptachse und

Φ die Neigung des spitzen Winkels zwischen der Werkstückachse und der elliptischen Werkzeugfläche.

Der Winkel Θ kann beliebig gewählt werden, jedoch liegt dieser Winkel zur Erzielung besonders guter Ergebnisse vorzugsweise zwischen etwa 30 und etwa 60''.

Unter Bezugnahme auf die Gleichungen (I), (2) und

(3) ergibt sich die Beziehung zwischen r'gen, e_gCn, Θ und B, dem Radius des Werkzeugzylinders durch die folgende Gleichung:

r_ge„ tan Θ

(4)

wobei der Minimalwert für e_gen gleich sin θ ist. In diesem Fall gilt: r_gen -- B cos Θ = r_w.

Durch die Benutzung der Gleichung (4), wobei für Θ ein Wert von 35" gewählt wurde, wurden beispielsweise Werte für B errechnet, die einer begrenzten Reihe von Werten für r_wn bei Werten von e_Kn = 0,700, 1,000 und 1,200 entsprechen. Diese Werte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt, und es sei bemerkt, daß die Werte für e_ten von 0,700,1,000 bzw. 1,200 für Ellipsoide, Paraboloid^ bzw. Hyperboloide gelten.

Liste von Werten für B in Millimeter

	ßfür	ßfür	ßfür
r _Rcn in mm	e,_c„ = 0,700	e,_e„ --= 1,000	e,e„ = 1,200
7,00	7,002	4,901	4,085
7,10	7,102	4,971	4.143
7,20	7,202	5,041	4,201
7,30	7,302	5,112	4,260
7,40	7,402	5,182	4,3iS
7,50	7,502	5,252	4,376
7,60	7,602	5,322	4,435
7,70	7,702	5,392	4,493
7,80	7,802	5,462	4,551
7,90	7,902	5,532	4,610
8,00	8.002	5,602	4,668

Als ein spezielles Beispiel für ein negatives Ellipsoid seien die oben genannten Variablen wie folgt angesetzt:

B (Krümmungsradius des Zylinders, aus dem das Werkzeug hergestellt ist) = 6,351 mm, θ (spitzer Winkel zwischen der Querschnittsebene und der elliptischen Werkzeugfläche) = 30°. Mit den im vorstehenden aufgeführten beiden Variablen hat die elliptische Werkzeugfläche eine Exzentrizität von 0,50 und an der Spitze einen Krümmungsradius r von 5,50 mm. Φ (der Neigungswinkel zwischen der Werkstückachse und der elliptischen Werkzeugfläche) = 44,417°. Wenn die elliptische Werkzeugfläche mittels des Handrades 15 gemäß Fig.7 in das sich schnell drehende Werkstück 31 hineingedrückt wird, wird von dem Werkstück 31 Material durch die elliptische Schneidkante des Werkzeuges 26 abgenommen, bis die gesamte Oberfläche hergestellt ist. Die Oberfläche ist ein Rotationsellipsoid mit einer Exzentrizität von 0,7 und einem Spitzenkrümmungsradius von 7,7 mm.

Durch die Verwendung eines negativen oder hohlen Werkzeuges kann bei der gleichen Festlegung der genannten Variablen gemäß F i g. 8 ein positives Rotationsellipsoid hergestellt werden, das eine Exzentrizität von 0,7 und einen Spitzcnkrümmungsradiusvon7,7mm hat.

In einem zweiten Beispiel einer Herstellung einer negativen asphärischen Rotationsoberfläche sind die folgenden Werte für die Variablen vorgesehen:

B = 4,446 mm

θ = 30°

Φ = 60°

Mit diesen Variablen hat die elliptische Werkzeugfläche eine Exzentrizität von 0,50 und einen Spitzenkrümmungsradius von 3,85 mm. Bei einem Winkel von Φ = 60° ist die gemäß F i g. 9 auf dem Werkstück hergestellte Oberfläche ein Rotationsparaboloid (<? = 1) mit einem Spitzenkrümmungsradius von 7,70 mm. Durch die Verwendung des negativen oder hohlen Werkzeuges 26a mit den gleichen Variablen wird gemäß F i g. 10 ein positives Rotationsparaboloid mit einer Exzentrizität von e — 1,00 und einem Spitzenkrümmungsradius von 7,70 mm hergestellt.
In einem dritten Beispiel einer Herstellung einer

ao negativen asphärischen Rotationsoberfläche sind die folgenden Werte für die Variablen vorgesehen:

B - 3,705
θ = 30,000°
Φ - 65,376°

Mit diesen Variablen hat die elliptische Werkzeugfläche eine Exzentrizität von 0,50 und einen Spitzenkrümmungsradius von 3,208 mm. Bei einem Winkel Φ von 65,376° ist die gemäß F i g. 11 auf dem Werkstück hergestellte Oberfläche ein Rotationshyperboloid mit einer Exzentrizität von e = 1,20, wobei der Spitzenkrümmungsradius 7,70 mm beträgt.

Durch die Verwendung des negativen oder hohler. Werkzeuges 26a bei der Wahl der gleichen Variablen wird gemäß F i g. 12 ein positives Rotationshyperboloid mit einer Exzentrizität von e = 1,20 und einem Spitzenkrümmungsradius von 7,70 mm hergestellt. Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß mit in geeigneter Weise ausgewählten Variablen ein weiter Bereich von positiven und negativen Rotationsflächen zweiter Ordnung hergestellt werden kann.

Im vorstehenden wurde ein im allgemeinen zylindrisches Werkzeug beschrieben, das längs einer ebenen Fläche zugeschnitten ist, um eine elliptische Werkzeug-

fläche zu erzeugen. Ähnliche und etwas abgeänderte Linsenoberflächen können erfolgreich hergestellt werden, wenn das zylindrische Werkzeug gemäß F i g. 13 entlang einer konkaven Werkzeugfläche 40 oder gemäß F i g. 14 entlang einer konvexen Werkzeugfläche 41

geschnitten ist In beiden Fällen ist der Winkel 90°—Θ derjenige Winkel, der zwischen der Tangente an die Kurve an der Spitze und der Werkzeugachse eingeschlossen ist, wobei der so bestimmte Winkel θ in die vorgenannten Formern eingesetzt werden kann.

Bei dem in F i g. 13 dargestellten Beispiel nimmt, wenn das Werkstück in das Material einschneidet, die Exzentrizität der Rotationsoberfläche zu, wenn man von dem Scheitel abgeht, längs dem der Schnitt durchgeführt wird. Bei dem in Fig. 14 dargestellten Bei-

spiel nimmt die Exzentrizität der Rotationsoberfläche ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Reihe von Zonen von sphärischen Oberflächen mitein- Patentansprüche: ander verbunden wird, deren Krümmung zum Umfang der Linse hin allmählich abnimmt. Hierbei is£ die

1. Vorrichtung zum Herstellen positiver und nega- exakte Krümmungsveränderung der negativen asphätiver asphärischer Rotationsflächen, insbesondere 5 rischen Oberfläche nur sehr schwer herzustellen. Auch zum Herstellen von Rotationsoberflächen aus die Herstellng genauer positiver asphäriscljer Oberdurchsichtigem Kunststoff oder Glas für Kontakt- flächen für Koni iktlinsen bereitet ebenfalls mit der be-Iinsen, mit einem rotierenden Werkstückfäger, auf kannten Vorrichtung und mit den bekannten Werkdem das um eine Werkstückachse rotierende Werk- zeugen sehr große Schwierigkeiten.

stück gehalten wird, und einem an das Werkstück io Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, eine Vorrichheranbewegbaren, um eine zur Werkstückachse tung zum Herstellen positiver und negativer asphärechtwinklig verlaufende Werkzeugachse schwenk- rischer Rotationsflächen zu schaffen, mit der auf einbaren Werkzeug zum Abtragen von Material, fache Weise die vorbestimmten Rotationsflächen dadurch gekennzeichnet, daß das exakt hergestellt werden können.
Werkzeug (26) eine in einer Ebene (EFjGH) 15 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geschräg zur Querschnittsebene (ABjCD) liegende löst, daß das Werkzeug eine in einer Ebene schräg zur elliptische W.'rkzeugnäche aufweist. Que.schnittsebene liegende elliptische Werkzeugfläche

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- aufweist.

kennzeichnet, daß zum Herstellen negativer Rola- Durch die Erfindung entspricht die Schneidkante des

tionsoberflächen die Kante zwischen der elliptischen 20 Werkzeuges genau der gewünschten Rotationsfläche.

Werkzeugfläche und der Außenwand des Werk- Mit dieser Schneidkante kann nun die ganze Fläche

zeuges (26) als Schneidkante ausgebildet ist. des Werkstückes gleichzeitig bearbeitet werden, wo-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- durch die Aufeinanderfolge von getrennten Bearbeikennzeichnet, daß zum Herstellen positiver Rota- tungsabschnitten zur Herstellung einer asphärischen tionsoberflächen das Werkzeug (26) eine zylin- as Oberfläche, die aus vielen sphärischen Abschnitten drische Höhlung aufweist und die Kante zwischen gebildet ist, entfällt. In vorteilhafter Weise können dader elliptischen Werkzeugfläche und der Wand der durch die Kontaktlinsen dünner hergestellt werden, Höhhing als Schneidkante ausgebildet ist. als dies bisher möglich war, und gleichzeitig leichter und

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kleiner gestaltet werden. Derartige, mit der erfindungszeichnet, daß das Werkzeug (26) eine konkav ge- 30 gemäßen Vorrichtung hergestellte Kontaktlinsen gleikrümmte elliptische Werkzeugfläche (40) hat. ten nicht mehr so leicht von dem Auge ab. Weiterhin

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- entfallen die bisher bei der Bearbeitung aufgetretenen kennzeichnet, daß das Werkzeug (26) eine konvex Rillen oder Riefen auf der Linsenoberfläche, die beim gekrümmte elliptisch Werkzeugfläche (41) hat. Drehen mit nur einer runden Schneidnase eines beim

35 Schneidvorgang geschwenkten *"erkzeuges entstehen und die nachträglich auszupolieren sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Her- 40 F i g. 1 eine Seitenansicht einer drehbankartigen stellen positiver und negativer asphärischer Rotations- Vorrichtung zum Herstellen asphärischer Rotationsflächen, insbesondere zum Herstellen von Rotations- oberflächen,

oberflächen aus durchsichtigem Kunststoff oder Glas F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der in

für Kontaktlinsen, mit einem rotierenden Werkstück- F i g. 1 dargestellten Vorrichtung,
träger, auf dem das um eine Werkstückachse rotierende 45 F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeu-Werkstück gehalten wird, und einem an das Werkstück ges, das in der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Vorheranbewegbaren, um eine zur Werkstückachse recht- richtung verwendet wird,

winklig verlaufende Werkzeugachse schwenkbaren F i g. 4 eine schematische Ansicht eines bevor-

Werkzeug zum Abtragen von Material. zugten Aufbaues des Werkzeuges, wobei ein im allge-

Aus der USA.· Patentschrift 2 237 744 ist eine der- 50 meinen zylindrisches Werkstück längs einer Ebene geartigs Vorrichtung bekannt, bei der ein Schneid- oder schnitten ist, die gegenüber der Achse des Zylinders ge-Drehwerkzeug verwendet wird, das eine einfache runde neigt ist,

Nase hat. Mit einem derartigen Werkzeug ist es jedoch Fig. 5 einen Scnnitt längs der Linie 5-5 in der

nur möglich, sphärische Außenflächen von Augen- F i g. 4, der die elliptische Form der Werkzeugschneidkontaktlinsen herzustellen. 55 kante darstellt,

Die Hornhaut eines menschlichen Auges, auf der F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Ansicht, die

eine Kontaktlinse aufliegen soll, hat jedoch keine ein- ein rohrförmiges hohles Werkzeug darstellt, welches fache sphärische Form, sondern ihre Form ist asphä- für den gleichen Zweck verwendbar ist, wenn die risch, und sie ähnelt im allgemeinen dem Spitzenab- äußere Schneidkante verwendet wird, und welches schnitt eines gestreckten Ellipsoides, eines Paraboloides 60 ebenfalls zur Herstellung positiver oder konvexer oder eines Hyperboloides .Die Verwendung einer Kon- asphärischer Rotationsoberflächen verwendet werden taktlinse mit einem großen Mittelbereich mit spärischer kann, wie es in den F i g. 8, 10 und 12 gezeigt ist, Krümmung auf der der Hornhaut zugewandten Seite F i g. 7 und 8 Stellungen des Werkzeuges beim

kann lediglich zu einem angenäherten Sitz der Linse Schneiden von Rotationsellipsoiden,
auf der Hornhaut führen. 65 F i g. 9 und 10 Stellungen des Werkzeuges beim

Mit den bekannten Werkzeugen ist die Herstellung Schneiden von Rotationsparaboloiden,
einer negativen asphärischen Oberfläche zur Auflage Fig. Il und 12 Stellungen des Werkzeuges beim

■iuf die Hornhaut nur in der Weise möglich, daß eine Schneiden von Rotationshyperboloiden und