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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Bearbeitung
von optischen Werkstücken,
insbesondere von Kunststoff-Brillengläsern, gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs
1.
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STAND DER
TECHNIK
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Üblicherweise
liegt bei der Bearbeitung von Kunststoff-Brillengläsern ein
aus Kunststoff spritzgegossener Brillenglasrohling, auch "Blank" genannt, vor, der
eine standardisierte endbearbeitete konvexe Außenfläche mit z.B. sphärischer
oder progressiver Form aufweist. Die in der Regel konkaven Innen- bzw.
Rezeptflächen
erhalten mittels spanender Bearbeitung eine sphärische, asphärische,
torische, atorische, progressive oder Freiformgeometrie (Gleitsichtflächen), je
nach der gewünschten
optischen Wirkung. Der typische konventionelle Ablauf bei der Innenflächenbearbeitung
sieht nach dem Aufblocken des Brillenglasrohlings mit seiner Außenfläche auf
einem Blockstück
einen Fräs- oder Drehbearbeitungsprozeß zur Herstellung
der optisch aktiven Form vor, in der Regel gefolgt von einem Feinschleif-
oder Polierprozeß zur
Erzielung der notwendigen Oberflächengüte.
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Für den oben
erwähnten
Drehbearbeitungsprozeß werden
im Stand der Technik auch sogenannte Fast-Tool-Drehmaschinen eingesetzt,
bei denen ein Drehmeißel
entweder linear reziprozierend (siehe z.B. die gattungsbildende
WO 02/06005 A1) oder rotativ (vergl. beispielsweise die WO 99/33611
A1) hochdynamisch bewegt werden kann, so daß nicht-rotationssymmetrische
Linsenflächen
im Drehverfahren erzeugt werden können. Dabei muß der Drehmeißel, insbesondere
bei der Erzeugung hochgenauer optischer Flächen, mit dem Arbeitspunkt seiner
Schneidkante hochgenau auf die Rotationsachse der Werkstückspindel
ausgerichtet werden, damit im Zentrum der bearbeiteten Linsenfläche keine
vorstehende nichtbearbeitete Zone verbleibt. Nach dem Stand der
Technik ist daher für
den Drehmeißel
eine sehr genaue Höheneinstellbarkeit
mittels spezieller Stellachsen erforderlich.
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Hierfür werden
häufig
Festkörpergelenke
benutzt, welche den Drehmeißel
oder auch die vollständige
Fast-Tool-Einheit tragen können.
Durch manuelle Verstellung einer Feingewindeschraube wird dabei das
gesamte Festkörpergelenk
auf der gegenüberliegenden
Seite des Drehmeißels
deformiert, wodurch es zu einer sehr feinfühligen Höhenverlagerung der Schneidkante
des Drehmeißels
kommt. Eine Abbildung eines solchen Stellmechanismus und eine Beschreibung
seiner Funktion ist beispielsweise aus dem Maschinenhandbuch "Precitech Nanoform® 200/Nanoform® 350" der Precitech Inc.,
Keene, New Hampshire, USA, Seiten 14 und 15, ersichtlich.
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Darüber hinaus
sind Werkzeughalter und Revolverköpfe handelsüblich, die über entsprechende Höhenjustagemöglichkeiten
für Drehmeißel verfügen. Insbesondere
sind austauschbare Werkzeughalter bekannt, die entsprechende mechanische
Höheneinstellungsmechanismen
besitzen (siehe z.B. die Druckschriften
US 5,245,896 und
DE 42 27 268 A1 ).
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Die
Höhenausrichtung
wird üblicherweise
in Werkzeugvoreinstellgeräten
außerhalb
der Maschine vorgenommen, wobei der gesamte Drehmeißelhalter in
einer Vorrichtung mittels eines Kreuztisches an ein Justierstück, welches
die Lage der Hauptspindeldrehachse repräsentiert, herangefahren wird.
Mittels eines Profilprojektors wird die Höhe und Lage der Drehmeißelschneide
erfaßt
und zu dem Justierstück in
Relation gebracht.
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Die
bekannten Mechanismen verwenden jedoch sämtlich eine manuelle Einstellung.
Um eine automatische Verstellung auch während des Betriebs der Bearbeitungsmaschine
zu ermöglichen,
müßte eine
zugeordnete CNC-gesteuerte Stellachse vorgesehen werden, was einen
erheblichen Aufwand mit sich bringen würde.
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Ausgehend
vom Stand der Technik nach der WO 02/06005 A1 liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zur Bearbeitung von optischen
Werkstücken,
insbesondere von Kunststoff-Brillengläsern mit
einer Fast-Tool-Anordnung bereitzustellen, bei welcher der Arbeitspunkt
der Schneidkante des Drehmeißels
auf möglichst
einfache Weise hochgenau auf die Rotationsachse der Werkstückspindel
ausgerichtet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte und/oder zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Schutzansprüche 2 und 3.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß ist bei
einer Maschine zur Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere
von Kunststoff-Brillengläsern,
die eine Werkstückspindel,
mittels der das Werkstück
um eine Werkstück-Drehachse
drehend antreibbar ist, und eine Fast-Tool-Anordnung aufweist, mittels der
ein Drehmeißel
in einer Fast-Tool-Bewegungsebene bewegbar ist, wobei die Werkstückspindel
und die Fast-Tool-Anordnung zudem in einer Ebene, welche die Werkstück-Drehachse
enthält,
relativ zueinander bewegbar sind, die Fast-Tool-Bewegungsebene bezüglich der
die Werkstück-Drehachse enthaltenden Ebene
um einen Anstellwinkel schräggestellt.
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Durch
die erfindungsgemäße Schrägstellung der
Bewegungsebene des Fast-Tools derart, daß zwischen dieser Bewegungsebene
und der die Werkstück-Drehachse
enthaltenden Ebene, mithin der Werkstück-Drehachse der Werkstückspindel
ein Winkel von vorbestimmter Größe vorhanden
ist, läßt sich
in Verbindung mit der ohnehin an der Maschine vorhandenen Zustellbewegung
der Werkstückspindel
in der die Werkstück-Drehachse
enthaltenden Ebene, genauer in Richtung der Werkstückspindel eine
hochgenaue Höheneinstellung
der Drehmeißelschneide
auf die Werkstück-Drehachse
der Werkstückspindel
erzielen, ohne daß dazu
Höhenverlagerungen
der Drehmeißelschneide
bezüglich
der Fast-Tool-Anordnung erforderlich sind. Das Maß der Zustellbewegung
der Werkstückspindel
in Richtung ihrer Achse und damit der dadurch erzielte Höhenausgleich
zwischen der Werkstück-Drehachse
der Werkstückspindel
und dem Arbeitspunkt der Drehmeißelschneide erfolgt nach Maßgabe der
Sinusfunktion des vorbestimmten Winkels.
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Im
Ergebnis sind mechanische Stellsysteme, wie sie im Stand der Technik
vorgesehen sind und die im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung
ohnehin keine automatische Höhenjustage
der Drehmeißelschneide
während
der Bearbeitung ermöglichen,
entbehrlich. Hierdurch reduziert sich im Vergleich zum Stand der
Technik auch das Gewicht der mittels der Fast-Tool-Anordnung zu
bewegenden Massen, nämlich
um das Gewicht der im Stand der Technik zwischen dem Drehmeißel und
dem Schlitten der Fast-Tool-Anordnung vorgesehenen mechanischen Stellelemente,
so daß die
Dynamik und Bandbreite der Fast-Tool-Anordnung nicht durch zu hohe
bewegte Massen limitiert wird. Dies ermöglicht eine höhere Formtreue
der mittels der Fast-Tool-Anordnung gedrehten Flächen und führt nicht zuletzt auch zu kürzeren Bearbeitungszeiten.
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Mit
der Erfindung wird ferner nicht nur eine komplette Verstellachse
eingespart bzw. die Anzahl der notwendigen Bewegungsachsen auf ein
Minimum beschränkt,
sondern es ist darüber
hinaus auch möglich,
die Zustellbewegungen von Werkzeug (Fast-Tool-Anordnung) und Werkstück (Werkstückspindel)
vorteilhaft aufzuteilen. So kann die Zustellbewegung der Werkstückspindel dazu
verwendet werden, die rotationssymmetrischen Anteile einer Linse,
d.h. also den sphärischen
Anteil der Fläche
zu erzeugen, während
die nicht-rotationssymmetrischen Anteile der Linse, wie sie z.B.
bei torischen Flächen, prismatischen
Flächen,
atorischen Flächen
oder Freiformflächen
vorhanden sind, über
die Zustellbewegung der Fast-Tool-Anordnung erzeugt werden. Hierdurch
können
auch Fast-Tool-Anordnungen mit geringerem Hub und damit größerer Steifigkeit
(infolge der kürzeren
Hebel) verwendet werden, was wiederum der Qualität der erzeugten Flächen zuträglich ist.
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Im
Hinblick auf die Feinfühligkeit
der Höheneinstellung
der Drehmeißelschneide
bezüglich
der Werkstück-Drehachse
ist es bevorzugt, wenn die Fast-Tool-Bewegungsebene und die die
Werkstück-Drehachse
enthaltende Ebene einen Anstellwinkel einschließen, der zwischen 2° und 10° beträgt.
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Wenngleich
es insbesondere im Hinblick auf eine möglichst einfache Mathematik
bei der Regelung der Bewegungsachsen bevorzugt ist, wenn der Drehmeißel mittels
der Fast-Tool-Anordnung lagegeregelt in axialer Richtung zustellbar
ist, kann der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, nämlich das
winkelmäßige Anstellen
der Fast-Tool-Bewegungsebene bezüglich
der die Werkstück-Drehachse enthaltenden
Ebene auch an einer Maschine mit einer rotativen Fast-Tool-Anordnung,
wie sie etwa aus der WO 99/33611 A1 bekannt ist, realisiert werden.
In diesem Fall steht die Fast-Tool-Bewegungsebene senkrecht zur
Schwenkachse des rotativen Fast-Tools.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten,
teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Maschine zur Bearbeitung
von optischen Werkstücken,
namentlich Kunststoff-Brillengläsern,
von schräg
vorne/oben, die werkzeugmäßig mit
einer Fräseinheit
und zwei Fast-Tool-Anordnungen ausgestattet ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Maschine gemäß 1 von schräg hinten/oben;
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3 eine
nach unten abgeschnittene Vorderansicht der Maschine gemäß 1;
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4 eine
nach unten abgeschnittene Vorderansicht der Maschine gemäß 1,
die sich von der Darstellung in 3 dahingehend
unterscheidet, daß eine
Frässpindel
der Fräseinheit
teilweise abgeschnitten dargestellt ist, um den Blick auf die dahinter liegende
Fast-Tool-Anordnung freizugeben;
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5 eine
Draufsicht auf die Maschine gemäß 1 mit
Blickrichtung von oben in den 3 und 4;
und
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6 schematische
Vorderansichten einer Werkstückspindel
der Maschine gemäß 1,
an der ein im Querschnitt dargestelltes Brillenglas montiert ist,
welches mittels eines Drehmeißels
der Fast-Tool-Anordnung bearbeitet wird, wobei im oberen Teil von 6 eine
fehlerhafte Höhenjustage
des Drehmeißels
bezüglich
der Werkstück-Drehachse der
Werkstückspindel
veranschaulicht ist, während im
unteren Teil von 6 eine korrekte Höhenjustage
des Drehmeißels
bezüglich
der Werkstück-Drehachse
gezeigt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die 1 bis 5 zeigen
in schematischer Darstellung eine CNC-geregelte Maschine 10 insbesondere
zur Flächenbearbeitung
von Brillengläsern
L aus Kunststoff in einem rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystem,
in dem die kleinen Buchstaben x, y bzw. z die Breitenrichtung (x),
die Längenrichtung (y)
und die Höhenrichtung
(z) der Maschine 10 bezeichnen.
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Gemäß den 1 bis 5 besitzt
die Maschine 10 ein Maschinengestell 12, das einen
Bearbeitungsbereich 14 begrenzt. Auf der in 1 linken Seite
des Bearbeitungsbereichs 14 sind zwei Führungsschienen 16,
die sich in der (horizontalen) Breitenrichtung x parallel zueinander
erstrecken, auf einer in 1 oberen Montagefläche 17 des
Maschinengestells 12 befestigt. Ein X-Schlitten 18, der durch zugeordnete
CNC-Antriebs- und Steuerelemente (nicht gezeigt) in beiden Richtungen
einer X-Achse CNC-lagegeregelt verstellbar ist, ist verschiebbar
auf den Führungsschienen 16 gelagert.
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Zwei
weitere Führungsschienen 20,
die sich in der (gleichfalls horizontalen) Längsrichtung y parallel zueinander
und senkrecht zu den Führungsschienen 16 erstrecken,
sind auf einer in 1 oberen Montagefläche 21 des
X-Schlittens 18 befestigt. In einer Kreuztischanordnung
ist ein Y-Schlitten 22 verschiebbar auf den Führungsschienen 20 gelagert, der
durch zugeordnete CNC-Antriebs- und Steuerelemente (ebenfalls nicht
gezeigt) in beiden Richtungen einer Y-Achse CNC-lagegeregelt verstellbar
ist.
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An
einer in den 1 bis 4 unteren Montagefläche 23 des
Y-Schlittens 22 ist
eine Werkstückspindel 24 befestigt,
die mittels eines Elektromotors 26 in der Drehzahl und
dem Drehwinkel CNC-geregelt um eine Werkstück-Drehachse B drehend antreibbar
ist. Die Werkstück-Drehachse
B ist mit der Y-Achse ausgefluchtet. An der Werkstückspindel 24,
genauer deren in den Bearbei tungsbereich 14 hineinragenden
Ende ist in an sich bekannter Weise das auf einem Blockstück aufgeblockte Brillenglas
L für die
Bearbeitung insbesondere der Rezeptfläche R des Brillenglases L derart
angebracht, daß es
gleichachsig mit der Werkstückspindel 24 drehen
kann.
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Aus
der obigen Beschreibung ist soweit ersichtlich, daß die Werkstückspindel 24 mittels
der Kreuztischanordnung (X-Schlitten 18, Y-Schlitten 22) CNC-lagegeregelt
in einer X-Y-Ebene bewegbar ist, welche die Werkstück-Drehachse
B enthält
und zu der die Montageflächen 17, 21 und 23 parallel
sind, während
das Brillenglas L in Drehzahl und Drehwinkel CNC-geregelt um die
Werkstück-Drehachse
B drehbar ist.
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Auf
der in
1 rechten Seite des Bearbeitungsbereichs
14 ist
nun zunächst
eine Fräseinheit
28 auf
dem Maschinengestell
12 montiert, wie sie aus der
EP 0 758 571 A1 der
Anmelderin in Aufbau und Funktion grundsätzlich bekannt ist. Die Fräseinheit
28 weist
eine mittels eines Elektromotors
30 um eine Fräser-Drehachse C drehzahlgeregelt
antreibbare Frässpindel
32 auf,
an deren in den Bearbeitungsbereich
14 hineinragenden Ende
ein Fräswerkzeug
34 montiert
ist.
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Mittels
der Fräseinheit
28 kann
an dem Brillenglas L ein Fräsbearbeitungsvorgang
ausgeführt werden,
der – entsprechend
der Lehre der
EP 0
758 571 A1 – einen
Einstech-Arbeitsgang umfaßt,
bei dem das um die Fräser-Drehachse
C drehzahlgeregelt rotierende Fräswerkzeug
34 und
das drehwinkelgeregelt um die Werkstück-Drehachse B drehende Brillenglas
L in wenigstens einer der beiden Achsrichtungen X und Y derart lagegeregelt
relativ zueinander bewegt werden, daß die Schneiden des Fräswerkzeugs
34 mindestens
im Bereich des Außenrands des
Brillenglases L eine ringmuldenförmigen
Ausnehmung erzeugen, bevor das Fräswerkzeug
34 in einem
formgebenden Arbeitsgang entlang eines spiralförmigen Weges durch Regelung
der Bewegungsbahn des Bril lenglases L in den X- und Y-Achsen, d.h. in
der X-Y-Ebene über
das Brillenglas L von außen nach
innen geführt
wird, um weiteres Material abzutragen. Wahlfreie, wenn auch bevorzugt
mitablaufende Arbeitsgänge
bei diesem Fräsbearbeitungsvorgang
sind die Randbearbeitung und das Facettieren des Brillenglases L.
Bei der Randbearbeitung wird mittels des rotierenden Fräswerkzeugs
34 eine
Bearbeitung des Brillenglasrohlings z.B. auf die durch die Brillengestellform
vorgegebene Umfangskontur vorgenommen, während bei dem Facettieren die
obere bzw. innere Umfangskante des Brillenglasrohlings mittels des
rotierenden Fräswerkzeugs
34 abgeschrägt wird.
Diese Verfahrensschritte sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so daß an dieser Stelle
hierauf nicht weiter eingegangen werden soll.
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In
den 1, 3 und 4 hinter
der Fräseinheit 28 ist/sind
wenigstens eine, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Fast-Tool-Anordnungen 36, 38 in
Parallelanordnung vorgesehen (mehr als zwei Fast-Tool-Anordnungen
sind grundsätzlich
ebenfalls denkbar). Wie etwa aus der WO 02/06005 A1 bekannt ist,
weist jede Fast-Tool-Anordnung 36, 38 einen Aktuator 40, 42 und
einen jeweils zugeordneten Schlitten 44, 46 (auch "shuttle" genannt) auf. Während der
Schlitten 44 der ersten Fast-Tool-Anordnung 36 in beiden Richtungen
einer Fast-Tool-Achse F1 vermittels des Aktuators 40 axial bewegbar
ist, ist der Schlitten 46 der zweiten Fast-Tool-Anordnung 38 vermittels
des Aktuators 42 in beiden Richtungen einer zur ersten
Fast-Tool-Achse F1 parallelen zweiten Fast-Tool-Achse F2 axial bewegbar.
Hierbei ist die Lage bzw. der Hub der Schlitten 44, 46 mittels
CNC unabhängig
voneinander regelbar. Wie die 5 zeigt,
verlaufen die Fast-Tool-Achse F1, die Fast-Tool-Achse F2, die Y-Achse
und die Werkstück-Drehachse
B in der Draufsicht gesehen in derselben Richtung. In der Vorderansicht
gemäß den 3, 4 und 6 gesehen
weicht die Richtung der Y-Achse und der Werkstück-Drehachse B einerseits indes
von der Richtung der Fast-Tool-Achse F1 und der Fast-Tool-Achse
F2 andererseits ab, worauf nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
trägt jeder
der Schlitten 44, 46 an seinem in den Bearbeitungsbereich 14 hineinragenden
Ende einen Drehmeißel 48, 50,
der am jeweiligen Schlitten 44, 46 auf hier nicht
näher gezeigte
Art und Weise vorzugsweise fest (im Gegensatz zu verstellbar) befestigt
ist, so daß die
Drehmeißel 48, 50 in
einer Fast-Tool-Bewegungsebene (X-F1-Ebene bzw. X-F2-Ebene) bewegbar
sind. Gemäß insbesondere 6 ist
an dem Drehmeißel 48 ein
Schneidplättchen 52 ggf.
lösbar oder
als Beschichtung angebracht, das eine Schneidkante 54 ausbildet
und den jeweiligen Erfordernissen entsprechend, insbesondere spezifisch
für den
zu bearbeitenden Werkstoff, aus polykristallinem Diamant (PKD),
CVD, Naturdiamant oder aber auch Hartmetall mit oder ohne Verschleißschutz-Beschichtung
bestehen kann.
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Mittels
der Fast-Tool-Anordnung(en) 36 (und ggf. 38) kann
die durch die Fräseinheit 28 vorbearbeitete
Rezeptfläche
R des Brillenglases L drehend nachbearbeitet werden, was wiederum
unter Regelung der Bewegung des Brillenglases L in der X-Achse und
ggf. der Y-Achse, d.h. in der X-Y-Ebene sowie unter Regelung der
Bewegung des bearbeitenden Drehmeißels 48 (bzw. 50)
in der F1-Achse (bzw. F2-Achse), d.h. in der X-F1-Ebene (bzw. X-F2-Ebene) erfolgt.
Hierbei können
die Fast-Tool-Anordnungen 36 und 38 derart angesteuert
werden, daß sich der
nicht an der Drehbearbeitung beteiligte Schlitten zu dem an der
Drehbearbeitung beteiligten Schlitten in Gegenrichtung bewegt, so
daß die
Schlitten quasi gegenläufig
bzw. im Gegentakt schwingen, um durch Massenkompensation zu verhindern,
daß störende Schwingungen
in das Maschinengestell 12 übertragen werden bzw. diese
zu verringern, wie es in der WO 02/06005 A1 offenbart wird. Im Ergebnis
sind bei der Drehbearbeitung Flächenqualitäten erzielbar,
die fast der Flächenqualität entsprechen,
die mit herkömmlichen
Polierverfahren erzielbar ist.
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Eine
Besonderheit der vorbeschriebenen Maschine 10 besteht darin,
wie weiter oben schon allgemeiner angesprochen wurde, daß die Fast-Tool-Anordnungen 36 und 38 auf
einer Montagefläche 56 des
Maschinengestells 12 montiert sind, die bezüglich der
Montageflächen 17, 21 bzw. 23 für die Kreuztischanordnung
(X-Schlitten 18,
Y-Schlitten 22) bzw. die Werkstückspindel 24 um einen
Winkel α verkippt
bzw. angestellt ist, so daß die
Fast-Tool-Bewegungsebene
(X-F1-Ebene bzw. X-F2-Ebene) bezüglich
der die Werkstück-Drehachse
B enthaltenden Bewegungsebene (X-Y-Ebene) der Werkstückspindel 24 schräggestellt
ist. Dieser Winkel α beträgt im dargestellten
Ausführungsbeispiel
etwa 5°,
kann aber auch etwas mehr oder etwas weniger betragen, beispielsweise
im Bereich von 2° bis
10° liegen.
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Durch
diese Maßnahme
hat eine Verstellung des Drehmeißels 48 mittels der
Fast-Tool-Anordnung 36 in der F1-Achse bzw. eine Verstellung
des Drehmeißels 50 mittels
der Fast-Tool-Anordnung 38 in der F2-Achse zur Folge, daß die Bewegung
der jeweiligen Schneidkante 54 zwei Bewegungskomponenten erhält, nämlich eine
Bewegungskomponente in der Längsrichtung
y der Maschine 10 und eine Bewegungskomponente in der Höhenrichtung
z der Maschine 10. Letztere kann dafür genutzt werden, den Arbeitspunkt
der Schneidkante 54 des jeweiligen Drehmeißels 48, 50 auf
die Werkstück-Drehachse
B der Werkstückspindel 24 auszurichten,
um Höhenfehler
bzw. -abweichungen der Schneidkante 54 in Höhenrichtung
z zu kompensieren. Ein solches Vorgehen ist in 6 veranschaulicht.
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Im
oberen Teil von 6 ist eine fehlerhafte Höhenjustage
des Drehmeißels 48 gezeigt.
Obgleich hier eine relative Zustellung von Werkstückspindel 24 und
Drehmeißel 48 in
der Längsrichtung
y derart erfolgt, daß das
Brillenglas L am Ende der Drehbearbeitung (links dargestellter Drehmeißel 48)
eine Dicke in Längsrichtung
y aufweist, die der gewünschten Dicke,
d.h. der Soll-Enddicke ds des Brillenglases
L entspricht, verbleibt ein Flächenfehler
in Form eines in 6 übertrieben groß dargestellten
Zapfens 58 auf der Rezeptfläche R. Dieser Flächenfehler
ist darauf zurückzuführen, daß der Drehmeißel 48,
genauer dessen Schneidkante 54 am Ende der Drehbearbeitung
die Werkstück-Drehachse
B nicht "trifft", sondern unterhalb
der Werkstück-Drehachse
B zum Stehen kommt (bei fehlerhafter Axialposition ye der Werkstückspindel 24:
Werkzeug 48 ist am Ende der Drehbearbeitung zu niedrig).
Ein vergleichbarer, kegelförmiger
Flächenfehler
entsteht (nicht gezeigt), wenn am Ende der Drehbearbeitung die Schneidkante 54 des
Drehmeißels 48 oberhalb
der Werkstück-Drehachse
B zum Stehen kommt (Werkzeug zu hoch).
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Im
unteren Teil von 6 ist nun eine korrekte Höhenjustage
des Drehmeißels 48 bezüglich der Werkstück-Drehachse
B dargestellt, bei der auf der Rezeptfläche R des Brillenglases L kein
zentraler Flächenfehler
verbleibt. Hierfür
wird wie folgt vorgegangen: Zunächst
wird – bei
bekannter Lage der Schneidkante 54 des Drehmeißels 48 im
Koordinatensystem der Maschine 10 und bekanntem Anstellwinkel α der Fast-Tool-Achse
F1 – eine
Axialposition yk der Werkstückspindel 24 in
Längsrichtung
y berechnet, bei der der Arbeitspunkt der Schneidkante 54 des
Drehmeißels 48 bei
Soll-Enddicke ds des zu bearbeitenden Brillenglases
L in der die Werkstück-Drehachse
B enthaltenden X-Y-Ebene zum Liegen kommt, d.h. die Werkstück-Drehachse
B "trifft". Sodann wird die
Werkstückspindel 24 durch
lagegeregeltes axiales Verfahren bzw. Zustellen in der Y-Achse in
die berechnete Axialposition yk gebracht, worauf
ein axiales Festsetzen oder Halten der Werkstückspindel 24 in der
berechneten Axialposition yk erfolgt. Nun
kann das drehend angetriebene Brillenglas L unter lagegeregeltem
Quervorschub der Werkstückspindel 24 in
der X-Achse und
lagegeregeltem (F1-Achse) Zustellen des Drehmeißels 48 in der Fast-Tool-Bewegungsebene,
d.h. der X-F1-Ebene bearbeitet werden bis die Soll-Enddicke ds am bearbeiteten Brillenglas L erzielt ist.
Am Ende der Drehbearbeitung "trifft" die Schneidkante 54 des
Drehmeißels 48 die
Werkstück-Drehachse
B jetzt automatisch.
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Alternativ
dazu kann, wie eingangs bereits erwähnt, so vorgegangen werden,
daß die
Werkstückspindel 24 in
der Y-Achse nicht festgehalten wird, sondern neben der Bewegung
der Fast-Tool-Anordnung 36 in der F1-Achse auch eine geometrieerzeugende
Bewegung der Werkstückspindel 24 in
der Y-Achse erfolgt, genauer gesagt die Geometrieerzeugung auf die
Y-Achse und die F1-Achse derart aufgeteilt wird, daß die Y-Achse
für den
langsameren Bewegungsanteil zuständig
ist, während
die F1-Achse den schnelleren Bewegungsanteil übernimmt. Der Vorteil einer
solchen Vorgehensweise ist insbesondere der, daß Fast-Tool-Anordnungen 36, 38 mit
geringerem Hub und damit größerer Steifigkeit
verwendet und außerdem
höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten
erzielt werden können.
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Ein
solches Vorgehen umfaßt
dann die folgenden Schritte: Zunächst
wird eine sphärische
oder auch torische Flächengeometrie
berechnet, die der Soll-Flächengeometrie
der am Brillenglas L zu bearbeitenden Rezeptfläche R am besten entspricht ("best fit sphere" bzw. "best fit toric surface"). Ferner wird, wie
bei dem vorhergehend beschriebenen Vorgehen auch, eine Axialposition
yk der Werkstückspindel 24 berechnet,
bei der der Arbeitspunkt der Schneidkante 54 des Drehmeißels 48 bei
Soll-Enddicke ds des zu bearbeitenden Brillenglases
L in der die Werkstück-Drehachse B enthaltenden
X-Y-Ebene zum Liegen kommt. Sodann wird das drehend angetriebene
Brillenglas L bearbeitet, und zwar unter lagegeregeltem Quervorschub
der Werkstückspindel 24 in
der X-Achse, lagegeregeltem Zustellen der Werkstückspindel 24 in der
Y-Achse entlang einer Bewegungsbahn, die der berechneten sphärischen
oder torischen "best
fit" Flächengeometrie
entspricht, bis die Werkstückspindel 24 die
vorher berechnete Axialposition yk erreicht hat sowie gleichzeitigem
lagegeregelten Zustellen des Drehmeißels 48 in der F1-Achse
bzw. der Fast- Tool-Bewegungsebene (X-F1-Ebene)
entsprechend Abweichungen der Soll-Flächengeometrie der zu bearbeitenden
Rezeptfläche
R von der berechneten sphärischen
oder torischen "best
fit" Flächengeometrie
bis die Soll-Enddicke ds an dem bearbeiteten
Brillenglas L erzielt ist.
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Wenngleich
im beschriebenen Ausführungsbeispiel
die X-Y-Ebene horizontal verläuft,
während die
X-F1-Ebene bzw. die X-F2-Ebene aus der Horizontalen um den Winkel α herausgekippt
ist, können die
Verhältnisse
grundsätzlich
auch umgekehrt getroffen werden, mit einer horizontal verlaufenden X-F1-Ebene
bzw. X-F2-Ebene und einer bezüglich der
Horizonalen in einem Winkel angestellten X-Y-Ebene. Ebenfalls ist
eine Ausgestaltung denkbar, bei der sowohl die X-Y-Ebene als auch
die X-F1-Ebene bzw. X-F2-Ebene
aus der Horizontalen herausgekippt sind, dann allerdings um verschiedene
Winkelbeträge.
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Es
wird eine Maschine zur Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere
von Kunststoff-Brillengläsern
offenbart, die eine Werkstückspindel
hat, mittels der das Werkstück
um eine Werkstück-Drehachse
drehend antreibbar ist, und eine Fast-Tool-Anordnung aufweist, mittels der
ein Drehmeißel
in einer Fast-Tool-Bewegungsebene bewegbar ist, wobei die Werkstückspindel
und die Fast-Tool-Anordnung zudem in einer Ebene, welche die Werkstück-Drehachse
enthält,
relativ zueinander bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist die Fast-Tool-Bewegungsebene
bezüglich
der die Werkstück-Drehachse
enthaltenden Ebene schräggestellt. Im
Ergebnis wird eine Maschine bereitgestellt, bei der der Arbeitspunkt
der Schneidkante des Drehmeißels auf
besonders einfache Weise hochgenau auf die Rotationsachse der Werkstückspindel
ausgerichtet werden kann.
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- 10
- Maschine
- 12
- Maschinengestell
- 14
- Bearbeitungsbereich
- 16
- Führungsschiene
- 17
- Montagefläche
- 18
- X-Schlitten
- 20
- Führungsschiene
- 21
- Montagefläche
- 22
- Y-Schlitten
- 23
- Montagefläche
- 24
- Werkstückspindel
- 26
- Elektromotor
- 28
- Fräseinheit
- 30
- Elektromotor
- 32
- Frässpindel
- 34
- Fräswerkzeug
- 36
- Fast-Tool-Anordnung
- 38
- Fast-Tool-Anordnung
- 40
- Aktuator
- 42
- Aktuator
- 44
- Schlitten
- 46
- Schlitten
- 48
- Drehmeißel
- 50
- Drehmeißel
- 52
- Schneidplättchen
- 54
- Schneidkante
- 56
- Montagefläche
- 58
- Zapfen
- α
- Anstellwinkel
- ds
- Soll-Enddicke
des Werkstücks/Brillenglases
- x
- Breitenrichtung
- y
- Längsrichtung
- ye
- fehlerhafte
Axialposition der Werkstückspindel
- yk
- korrekte
Axialposition der Werkstückspindel
- z
- Höhenrichtung
- B
- Werkstück-Drehachse
- C
- Fräser-Drehachse
- F1
- Linearachse
1. Fast-Tool
- F2
- Linearachse
2. Fast-Tool
- L
- Werkstück/Brillenglas
- R
- Rezeptfläche
- X
- Linearachse
Werkstück
- Y
- Linearachse
Werkstück