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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Drehmaschine zur Bearbeitung von
optischen Werkstücken, insbesondere
von Brillengläsern,
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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STAND DER
TECHNIK
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Bei
der hochgenauen Drehbearbeitung nichtrotationssymmetrischer Brillengläser werden
sogenannte Fast-Tools eingesetzt, die als hochdynamisch bewegbare
Drehmeißelhalterungen
mit eigenem Antrieb zur linear reziprozierenden oder auch zur rotativen
Drehmeißelführung ausgebildet
sind. Bei der Bearbeitung derartiger Brillengläser treten Hubbewegungen des
Drehmeißels
bis zu etwa 30 mm Weglänge
und extrem hohe Beschleunigungen bis zu etwa 20 g auf. Durch diese
hohen Beschleunigungen in wechselnder Bewegungsrichtung werden Schwingungen
generiert, die als Vibrationen auf das Maschinengestell übertragen
werden. Diese Vibrationen sind sehr unerwünscht, weil dadurch Formfehler auf
den bearbeiteten optischen Werkstückflächen entstehen.
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Es
ist bereits vorgeschlagen worden, die bewegte Fast-Tool-Masse durch Massenkompensation mittels
einer entsprechenden im Gegentakt schwingenden Ausgleichsmasse zu
kompensieren, so daß keine
störenden
Schwingungen auf das Maschinenbett übertragen werden können. Beispielsweise
werden mehrere Fast-Tool-Anordnungen (US 2003/0183050 A1) verwendet,
die in Gegenrichtung zu dem an der Drehbearbeitung aktiv beteiligten Werkzeug
schwingen. Bei einer weiteren bekannten Bearbeitungsmaschine (
EP 0 854 769 B1 )
ist vorgesehen, daß die
durch die Beschleunigung des Linearantriebs bewirkte Reaktionskraft
dynamisch ausgeglichen wird durch einen zweiten Linearantrieb, der kolinear
zum ersten Linearantrieb angeordnet ist und dessen Gehäuse bzw.
Stator mechanisch mit dem Gehäuse
bzw. Stator des ersten Linearantriebs über das Maschinenbett gekoppelt
ist und der in entgegengesetzter Richtung zum ersten Linearantrieb
angesteuert wird. Nachteilig bei der bekannten Art der Massenkompensation
ist der hohe mechanische, elektrische, regelungstechnische und steuerungstechnische
Aufwand zur Erzeugung synchroner Massenausgleichsbewegungen.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmaschine der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Ausbildung bereitzustellen, bei der
auf ebenso einfache wie kostengünstige
Weise die Übertragbarkeit
von durch das Fast-Tool erzeugter störender Vibrationen auf das
Maschinenbett vermieden ist.
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Die
gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, die nachfolgend
ebenfalls näher
erläutert
sind.
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Nach
dem Grundgedanken der Erfindung wird ein schweres, steifes und gute
Dämpfungseigenschaften
aufweisendes Maschinengestell aus Polymerbeton vorgesehen, das ein
einteilig angeformtes Maschinenoberteil aus Polymerbeton besitzt, in
welchem Maschinenelemente, insbesondere die Fast-Tool-Anordnung
und die Werkstückspindelanordnung,
die an dem Maschinenbett anzubringen sind, leicht montierbar und
justierbar sind.
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Während nach
dem Stande der Technik das Oberteil einer solchen Drehmaschine nur
aus einer leichten aufsetzbaren Haube aus Blech oder Faserverbundwerkstoffen
besteht, ist das Maschinenoberteil erfindungsgemäß mit dickwandigen schweren Wandteilen
aus Polymerbeton geformt, die zusammen mit dem Maschinenbett ein
einteiliges Maschinengestell aus Polymerbeton bilden. Im Verfolg
des Erfindungsgedankens wird also ein möglichst hohes Masseverhältnis zwischen
der Masse der bewegten Teile der Fast-Tool-Anordnung und der Masse
des Maschinengestells angestrebt. Beispielsweise können die
bewegten Teile der Fast-Tool-Anordnung eine
Masse von 1,2 kg haben, während
der stationäre
Teil der Maschine, d. h. das Maschinengestell aus Polymerbeton und
die übrigen
Komponenten der Maschine eine Masse von 1200 kg aufweisen können. Das
Massenverhältnis
beträgt
hierbei 1 : 1000. Es hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße monolithische
Ausbildung des Maschinengestells aus Polymerbeton keine von der
Fast-Tool-Anordnung generierten störenden Vibrationen auf das
Maschinengestell und damit auf die Werkstückspindel übertragen werden, so daß keine
Formfehler auf der bearbeiteten optischen Werkstückfläche auftreten können.
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Die
einteilige Herstellung des Maschinengestells aus Polymerbeton eröffnet die
vorteilhafte Möglichkeit
alle Funktionsflächen,
Funktionsräume
und sonstige Aussparungen schon bei der Herstellung maßgenau einzuformen.
So können
beispielsweise wie im Anspruch 2 angegeben die Funktionsflächen die
Montageflächen
für die
Fast-Tool-Anordnung, die Werkstückspindel
mit Querschlitten-Anordnung und ggf. eine zusätzliche Frässpindelanordnung sowie die
Anlageflächen
für ein
Bedienpult und Ablageflächen
einschließen,
während
die Funktionsräume
beispielsweise einen Arbeitsraum, einen Schrankraum für die Pneumatik elemente
der Maschine und einen Schrankraum für die elektrischen/elektronischen
Elemente der Maschine einschließen.
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Vorzugsweise
ist die Drehmaschine entsprechend Anspruch 3 so ausgebildet, daß der Massenschwerpunkt
der Drehmaschine etwa in der Bewegungsebene der Fast-Tool-Anordnung
liegt, wodurch keine von der Fast-Tool-Bewegung verursachten Kippmomente
um den Schwerpunkt entstehen können,
was einen ruhigen Bearbeitungsablauf sicherstellt.
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Zur
Schaffung eines glattflächigen
Planums für
die Montage der Fast-Tool-Anordnung, der Werkstückspindelanordnung mit Querschlittenanordnung und
ggf. der zusätzlichen
Frässpindelanordnung
können
die zugehörigen
Montageflächen
wie im Anspruch 4 angegeben mit einem Epoxidharz ausgegossen sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Darin zeigt:
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1 Eine
perspektivische Vorderansicht des einteilig geformten Maschinengestells
aus Polymerbeton, im wesentlichen noch vor der Montage der Funktionselemente
der Drehmaschine,
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2 eine
perspektivische Rückansicht
des in 1 dargestellten Maschinengestells,
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3 eine
perspektivische Horizontalschnittansicht, bei welcher das Maschinenoberteil
der fertig montierten Maschine etwa in der Höhe der Fast-Tool-Anordnung
und der Werkstückspindelanordnung
geschnitten ist,
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4 eine
perspektivische Vertikalschnittansicht entsprechend der Schnittlinie
IV-IV in 1,
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5 eine
perspektivische Vorderansicht ähnlich 1,
jedoch bei fertig montierter Maschine, und
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6 eine
perspektivische Rückansicht
der in 5 dargestellten Maschine.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Das
in den Zeichnungen dargestellte einteilig geformte Maschinengestell 10 ist
aus einem für
den Maschinenbau geeigneten Polymerbeton gegossen. Polymerbeton
ist ein Verbundwerkstoff, bestehend aus einem mineralischen Füllstoffgemisch
und einem Bindemittel auf Reaktionsharzbasis und wird aufgrund seiner
Zusammensetzung auch als Mineralguß bezeichnet. Als Reaktionsharz
sind Epoxidharze gebräuchlich,
weil sie die Hauptanforderungen an den Mineralguß, nämlich hoher E-Modul, gutes Dämpfungsverhalten,
niedrige innere Spannungen, minimaler Schwund für hohe Abformgenauigkeit und einen
geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, am besten erfüllen.
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Das
Maschinengestell 10 umfasst ein Maschinenbett 11 und
ein einteilig damit gegossenes Maschinenoberteil 12. Auf
dem Maschinenbett 11 sind, wie am besten aus 3 hervorgeht,
die Fast-Tool-Anordnung 13 und die Werkstückspindelanordnung 14 angeordnet
und durch Anschrauben befestigt, im Fall der Werkstückspindelanordnung 14 über eine
Querschlittenanordnung 15. Im gezeigten Beispiel befindet
sich neben der Fast-Tool-Anord nung 13 noch eine Frässpindelanordnung 16,
die der Randbearbeitung der Brillengläser dient.
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Das
Maschinenbett 11 ist aufgrund dickwandiger Gestaltung und
der spezifischen Eigenschaften des Polymerbetons sehr steif und
schwingungsresistent. Die angestrebte Verlagerung des Massenschwerpunkts
der Drehmaschine etwa in die Bewegungsebene der Fast-Tool-Anordnung 13 läßt sich unter
Berücksichtigung
der Masse der mit dem Maschinengestell 10 fest verbundenen
Funktionsteile, hauptsächlich
der Massen der Fast-Tool-Anordnung 13, der Werkstückspindelanordnung 14 und
der Frässpindelanordnung 16,
durch entsprechende Gestaltung des Maschinenbetts 11 und
des Maschinenoberteils 12, d. h. durch entsprechende Massenverteilung
zwischen Maschinenbett 11 und Maschinenoberteil 12,
konstruktiv leicht erzielen.
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Alle
Funktionsflächen
und -räume
und alle sonstigen Aussparungen im Maschinengestell 10 können durch
entsprechende Gestaltung der Gießform beim Gießen des
Polymerbetons erzeugt werden. Zu den Funktionsflächen gehören die Montageflächen 17 und 18 am
Maschinenbett 11 für
die Fast-Tool-Anordnung 13 und die Frässpindelanordnung 16 bzw.
für die
Werkstückspindelanordnung 14 mit
dazugehöriger
Querschlittenanordnung 15, die Anlageflächen 19 für ein Bedienpult 20 (5)
und Ablageflächen 21.
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Zu
den Funktionsräumen
gehört
der eigentliche Arbeitsraum 22 der Drehmaschine, in welchem die
Bearbeitung des von der CNC-gesteuerten
Werkstückspindelanordnung 14 angetriebenen
Brillenglasrohlings durch das Fast-Tool und ggf. gleichzeitig durch
die Randbearbeitungsfräse
der Frässpindelanordnung 16 erfolgt.
Auch Aussparungen 23 und 24 im Maschinenoberteil 12,
die mit dem Arbeitsraum 22 in Verbindung stehen und der
Aufnahme der Fast-Tool-Anordnung 13 mit der Frässpindelanordnung 16 bzw.
der Werkstückspindelanordnung 14 dienen,
gehören
zu den Funktionsräumen
des Maschinengestells 10. Schließlich sind auch ein Schrankraum 25 für Pneumatikelemente,
der sich im Maschinenbett 11 befindet, und ein Schrankraum 26 für elektrische/elektronische
Elemente, der sich vom Maschinenbett 11 bis in das Maschinenoberteil 12 erstreckt,
zu den Funktionsräumen
zu rechnen.
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An
den Arbeitsraum 22 schließt sich nach unten als weiterer
Funktionsraum ein Auffangraum 27 für das an den Bearbeitungsort
zugeführte
Kühlmittel
an, wie am besten aus 4 hervorgeht. Das in den Auffangraum 27 gelangende
Kühlmittel
wird durch eine Öffnung 28 (6)
nach außen
abgeführt.
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Wie
aus den 5 und 6 zu entnehmen ist,
sind bei der fertiggestellten Drehmaschine die Schrankräume 25 und 26 durch
Türen 29 bzw. 30 verschließbar. Der
Arbeitsraum 22 ist nach oben und vorn durch einen Spritzschutzdeckel 31 abdeckbar, in
welchem sich eine automatisch öffnende
Klappe für
den Werkstückwechsel
mit einem Sichtfenster 32 befindet, wie aus 5 hervorgeht.
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In
den 5 und 6 ist auch ein Barcode-Reader 33 am
Maschinengestell 10 dargestellt, der zur Erfassung der
Daten der Brillenglasrohlinge dient. Wie aus allen Zeichnungen ersichtlich
ist sind an den vier unteren Ecken des Maschinengestells 10 höheneinstellbare
Aufstellfüße 34 vorgesehen.
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Vorgeschlagen
wird eine Drehmaschine zur Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere
von Brillengläsern,
mit einer Fast-Tool-Anordnung und einer Werkstückspindelanordnung, wobei die
Drehmaschine ein monolithisch aus Polymerbeton gegossenes Maschinengestell
besitzt, an und in welchem alle Funktions flächen, Funktionsräume und sonstigen
Aussparungen bei der Gießformung
maßgenau
gebildet sind. Das Maschinenoberteil des einteilig gegossenen Maschinengestells
deckt zugleich nach Art einer Abdeckhaube die Fast-Tool-Anordnung
und die Werkstückspindelanordnung
und damit das Maschinenbett ab. Das monolithische Maschinengestell
aus Polymerbeton ist von kompakten Abmessungen, hat ein sehr steifes
schwingungsdämpfendes
Maschinenbett und besitzt im Vergleich zu den schnell bewegten Elementen
der Fast-Tool-Anordnung eine sehr große Masse mit hochliegendem Schwerpunkt,
welche die Übertragung
störender Schwingungen
aus der Fast-Tool-Bewegung auf das Maschinenbett und damit auf die
Werkstückspindelanordnung
verhindert. Die so ausgebildete Drehmaschine ist preisgünstig herzustellen
und ermöglicht die
Erzeugung von beliebigen Brillenglasoptikflächen von höchster Formtreue und Flächengüte. Die
erzielbare Optikflächenqualität ermöglicht direktes
Polieren mittels flexibler oder anpassungsfähiger Polierwerkzeuge, wodurch
erhebliche Einsparungen im Folgeprozeß ermöglicht werden. Bei entsprechender Ausrüstung mit
einer Frässpindelanordnung
können Randbearbeitungen
der Brillengläser
vorgenommen werden.
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- 10
- Maschinengestell
- 11
- Maschinenbett
- 12
- Maschinenoberteil
- 13
- Fast-Tool-Anordnung
- 14
- Werkstückspindelanordnung
- 15
- Querschlittenanordnung
- 16
- Frässpindelanordnung
- 17
- Montagefläche
- 18
- Montagefläche
- 19
- Anlagefläche
- 20
- Bedienpult
- 21
- Ablageflächen
- 22
- Arbeitsraum
- 23
- Aussparung
- 24
- Aussparung
- 25
- Schrankraum
- 26
- Schrankraum
- 27
- Auffangraum
- 28
- Öffnung
- 29
- Türen
- 30
- Türen
- 31
- Spritzschutzdeckel
- 32
- Sichtfenster
- 33
- Barcode-Reader
- 34
- Aufstellfüße