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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schleifen,
Feinschleifen und/oder Polieren von Werkstücken in optischer Qualität,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Schleifen, Feinschleifen
und/oder Polieren von sphärischen Linsenflächen,
wie sie in der Feinoptik massenweise zu bearbeiten sind.
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Bei
dieser Bearbeitung, für die als Schleifwerkzeuge insbesondere
Topfschleifscheiben oder Kombischleifscheiben (gemäß den
deutschen Normen DIN 58741-2, DIN 58721-4, DIN
58721-5, DIN 58721-6 bzw. DIN
58721-7) bzw. Feinschleif- oder Polierwerkzeuge (z. B.
Polierschalen) zum Einsatz kommen, rotieren Werkzeug und Werkstück
gleich- oder gegensinnig, während Werkzeug und Werkstück
relativ zueinander verschwenkt werden, so dass sich der Eingriffsbereich
zwischen Werkzeug und Werkstück laufend ändert.
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Insbesondere
für das Abrichten eines sphärischen Polierwerkzeugs
an einer Poliermaschine und an einer Schleifmaschine das Schleifen
einer sphärischen Linse vermittels einer Topfschleifscheibe
ist es eine zwingende Notwendigkeit, dass sich die Werkzeug-Drehachse
der Werkzeugspindel und die Werkstück-Drehachse der Werkstückspindel
in einer gemeinsamen Fluchtungsebene befinden, in der auch die relative
Verschwenkung von Werkzeugspindel und Werkstückspindel
erfolgt. Nur dann, wenn diese geometrischen Voraussetzungen gegeben
sind, ist die ringförmige Werkzeugschneidfläche
bei der Erzeugung des gewünschten Radius über
die gesamte Breite der bearbeiteten Fläche mit einem kom pletten Ringabschnitt
der Werkzeugschneidfläche in Eingriff, so dass sich bei
der Bearbeitung sphärischer Flächen ein sogenannter
Kreuzschliff erzielen lässt, sei es an einer Linse oder
einem Polierwerkzeug. Unter Kreuzschliff ist im Allgemeinen das
Erscheinungsbild einer Oberflächenbearbeitung zu verstehen,
dessen Eigenart in halbkreisförmig verlaufenden Schleifrillen begründet
liegt, die sich sämtlich im Scheitelpunkt der sphärischen
Fläche schneiden und vom Schnittpunkt aus allseits strahlenförmig
gerichtet sind, so dass eine Art Blumenmuster entsteht (siehe 6A).
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Sind
die vorgenannten geometrischen Voraussetzungen hingegen nicht erfüllt,
besteht insofern also ein Fluchtungsfehler zwischen Werkzeugspindel und
Werkstückspindel, was sich ebenfalls am erzeugten Schliffbild
erkennen lässt (vgl. die 6B und 6C),
wird zum Beispiel beim Abrichten einer Polierschale vermittels einer
Topfschleifscheibe die Polierschale nur einseitig abgerichtet, und
die an der Polierschale erzeugte Form ist keine Sphäre,
sondern eine prolate Fläche. Ein prolates Polierwerkzeug
aber ist für einen sphärischen Polierprozess ungeeignet.
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STAND DER TECHNIK
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Im
Stand der Technik fehlt es nicht an Vorschlägen für
eine Justageeinrichtung, mittels der die oben beschriebene Flucht
zwischen Werkzeug- und Werkstückspindel zur Erzeugung eines
Kreuzschliff-Schliffbilds einstellbar ist, im Folgenden kurz Einrichtung
zur Kreuzschliffverstellung genannt.
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Bei
einer bekannten Einrichtung zur manuellen Kreuzschliffverstellung
ist die Werkzeugspindel über zwei parallel zur Werkzeugspindel
verlaufende, in Querrichtung beabstandete Befestigungsschraubenreihen
an einem Schwenkarm der Bearbeitungsmaschine befestigt. Im Bereich
der einen Befestigungsschrauben reihe sind Tellerfederpakete zwischen
Werkzeugspindel und Schwenkarm eingefügt, während
sich nahe und parallel zur anderen Befestigungsschraubenreihe, über
die die Werkzeugspindel fest am Schwenkarm angeflanscht ist, ein
Zylinderstift zwischen Werkzeugspindel und Schwenkarm erstreckt,
der als "Drehachse" dient. Im Ergebnis kann durch Herein- bzw. Herausdrehen
der Schrauben der einen Befestigungsschraubenreihe gegen bzw. mit der
Federkraft der zwischengefügten Tellerfederpakete die Werkzeugspindel
in der Art eines Festkörpergelenks bezüglich des
Schwenkarms geringfügig um den Zylinderstift verkippt werden,
um die Werkzeug-Drehachse zur Kreuzschliffverstellung zu verlagern.
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Um
diese Art der Kreuzschliffverstellung zu optimieren und zu automatisieren,
wurde ferner eine Piezopositionierung der Werkzeug-Drehachse vorgeschlagen,
und zwar unter Zuhilfenahme eines Piezoantriebs, der bei der obigen
Konstruktion anstelle der Befestigungsschrauben auf einer Seite
eingesetzt wird, so dass die Werkzeug-Drehachse zur Kreuzschliffverstellung
durch geeignete elektrische Ansteuerung des Piezoantriebs in definierter
Weise verlagert werden kann. Auch bei dieser Lösung ist der
maximale Stellweg der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung jedoch
verhältnismäßig klein, für manche
Fälle sogar unzureichend.
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So
wird in der den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildenden
DE 198 46 260 A1 schließlich eine
Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung offenbart, die verglichen
zu anderen bekannt gewordenen Einrichtungen im Feinbereich (z. B.
mit Piezokristall) bezüglich der Kraftentfaltung und des
möglichen Verfahrweges weniger begrenzt sein soll. Bei
dieser dort als "Y-Vorschubsystem" bezeichneten Einrichtung zur
Kreuzschliffverstellung ist das zylindrische Gehäuse der
Werkzeugspindel mit einer exzentrischen Bohrung zur Aufnahme der
Spindel ausgeführt und um eine vertikale Achse drehbar
gelagert. Die geometrische Mittelachse des äußeren
zylindrischen Umfangs des Gehäuses, an dem dieses drehbar
gelagert ist, und die Rotationsachse der Spindel sind damit um die
angesprochene Exzentrizität gegeneinander verschoben. Wenn
das Gehäuse dann von einem Hilfsantrieb, bestehend aus
einem Elektromotor, der über ein Zahnrad, einen Zahnriemen
und eine Verzahnung am Gehäuse Letzteres antreibt, um einige
Winkelgrade gedreht wird, so führt die Spindel, aufgrund
der Exzentrizität ihrer Aufnahmebohrung in dem Gehäuse,
eine bogenförmige Schwenkbewegung aus, die man sich ausweislich
der
DE 198 46 260
A1 "aus Bewegungen in X- und Y-Richtung zusammengesetzt
denken kann". Die Bewegung in Y-Richtung wird dabei zur Kreuzschliffverstellung
benutzt, während die Bewegung in X-Richtung durch Verfahren
eines X-Schlittens zu kompensieren ist.
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Als
nachteilig wird bei diesem Stand der Technik angesehen, dass in
jedem Fall zwei Korrekturen notwendig sind, nämlich in
Y-Richtung und in X-Richtung, und eine solche Exzenterverstellung
hinsichtlich der Verstellgenauigkeit einen erheblichen Aufwand bedingen,
wenn nicht gar Probleme bereiten kann, schon weil sich aufgrund
der bogenförmigen Schwenkbewegung die Bewegungsanteile
in X- und Y-Richtung über den gesamten Verstellweg nach Maßgabe
von Winkelfunktionen ändern.
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AUFGABENSTELLUNG
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Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
ausgehend vom Stand der Technik, wie er durch die
DE 198 46 260 A1 repräsentiert
wird, eine Vorrichtung zum Schleifen, Feinschleifen und/oder Polieren
von Werkstücken in optischer Qualität, insbesondere
von sphärischen Linsenflächen in der Feinoptik,
zu schaffen, die eine möglichst einfach und steif ausgestaltete
Einrichtung zur motorisierten bzw. automatischen Kreuzschliffverstellung
aufweist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte oder zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.
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Erfindungsgemäß weist
bei einer Vorrichtung zum Schleifen, Feinschleifen und/oder Polieren
von Werkstücken in optischer Qualität, insbesondere
von sphärischen Linsenflächen in der Feinoptik,
mit einer Werkzeugspindel, mittels der ein Werkzeug um eine Werkzeug-Drehachse
A drehend antreibbar ist, und einer Werkstückspindel, mittels
der das Werkstück um eine Werkstück-Drehachse
C drehend antreibbar ist, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel
in senkrecht zueinander verlaufenden ersten und zweiten Richtungen
X, Z axial relativverstellbar und zudem um eine Schwenkachse B in
einer Schwenkebene X-Z relativ zueinander verschwenkbar sind, wofür
eine der Spindeln an einem Schwenkkopf gehalten ist, und mit einer
Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung, die einen Antrieb umfasst, über den
eine der Spindeln wenigstens in einer zu den ersten und zweiten
Richtungen senkrecht verlaufenden dritten Richtung Y so verstellbar
ist, dass sich die Werkzeug-Drehachse A und die Werkstück-Drehachse
C in der Schwenkebene X-Z befinden; der Schwenkkopf einen Schwenkarm
und eine mit dem Antrieb der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung wirkverbundene
Spindelkonsole für die Aufnahme der in der dritten Richtung
Y verstellbaren Spindel auf, wobei die Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung ferner
eine Linearführungsanordnung zwischen Schwenkarm und Spindelkonsole
umfasst, so dass die Spindelkonsole vermittels Antrieb und Linearführungsanordnung
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung bezüglich des
Schwenkarms in der dritten Richtung Y axial verschiebbar an dem
Schwenkarm gehalten ist.
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Dadurch,
dass die Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung zwischen dem Schwenkarm
und der Spindelkonsole des quasi in diese Bestandteile aufgeteilten
Schwenkkopfs die Linearführungsanordnung aufweist, erfolgt
die Verstellung der in Rede stehenden Spindel in der dritten Richtung
Y lediglich in dieser Richtung Y, ohne dass sich Verstellbewegungsanteile
nach Maßgabe nichtlinearer Funktionen über den
gesamten Verstellweg ändern würden; auch sind
irgendwelche Kompensationsbewegungen in den anderen Richtungen X,
Z bei/aufgrund der Kreuzschliffverstellung nicht notwendig. Darüber
hinaus lässt sich die Linearführungsanordnung
sehr steif ausbilden, so dass eine hohe Verstellgenauigkeit gegeben
ist, wie auch leicht verhältnismäßig
lange Verfahrwege in der dritten Richtung Y realisierbar sind. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung
in ihrer Lage zwischen Schwenkarm und Spindelkonsole sehr nahe an
der in der dritten Richtung Y zu verstellenden Spindel befindet,
wodurch der Temperaturgang der Gesamtvorrichtung – wenn überhaupt – nur
einen sehr geringen Einfluss auf eine einmal erfolgte Kreuzschliffjustage
hat; mit anderen Worten gesagt ist sowohl die Anzahl als auch die
Länge der sich zwischen der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung
und der in der dritten Richtung Y zu verstellenden Spindel befindenden
Teile, welche bei Temperaturänderungen zu einer ungewollten
Verschiebung besagter Spindel führen könnten,
minimiert. Ferner lässt sich die vorgeschlagene Einrichtung
zur Kreuzschliffverstellung leicht an vorhandene Bearbeitungsmaschinen
adaptieren, ohne dass in deren Axial-(X, Z) bzw. Schwenk-(B) Kinematik
eingegriffen werden müsste. Schließlich handelt
es sich bei der vorgeschlagenen Lösung um eine hinsichtlich
der Kosten optimierte Lösung; so sind z. B. verglichen
zu einer für die Kreuzschliffverstellung grundsätzlich
denkbaren Kreuztischanordnung für die zwei Bewegungsrichtungen
X und Y nur geringe Antriebsleistungen notwendig, um die Spindelkonsole
mit der zugeordneten Spindel bezüglich des Schwenkarms
axial zu verschieben, weshalb der Antrieb und die Linearfüh rungsanordnung
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung relativ klein und leicht
dimensioniert werden können.
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Vorzugsweise
ist der Antrieb der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung vermittels
einer CNC-Steuerung lagegeregelt, um eine besonders hohe Positioniergenauigkeit
zu gewährleisten.
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Wenngleich
für den Antrieb der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung
prinzipiell auch ein Linearmotor denkbar wäre, ist es insbesondere
im Hinblick auf geringe Kosten bevorzugt, wenn es sich bei dem Antrieb
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung um einen elektrischen
Drehantrieb handelt, der einen mit einer Bremse ausgerüsteten
Servomotor aufweist, welcher über einen Kugelgewindetrieb
mit der Spindelkonsole wirkverbunden ist. Da der bevorzugte Servomotor
gebremst ist, ist nach der Kreuzschliffjustage eine weitere Bestromung
des Antriebs nicht notwendig.
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Grundsätzlich
kann der Servomotor an der Spindelkonsole des Schwenkkopfs angebracht
sein. Vorzugsweise ist der Servomotor jedoch am Schwenkarm des Schwenkkopfs
angebracht. Dies hat zum einen den Vorteil geringerer bewegter Massen
in der dritten Richtung Y, zum anderen, dass der Servomotor quasi
als Gegengewicht zur Spindelkonsole mit Spindel am Schwenkarm wirken
kann.
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In
einer besonders kostengünstigen, in ihren Bestandteilen
problemlos im Handel erhältlichen Ausgestaltung der Vorrichtung
kann die Linearführungsanordnung der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung
wenigstens eine Nutwellenführung mit einer Kugelnutwelle
aufweisen, der zwei Kugelnutmuttern zugeordnet sind. Wenngleich
hierbei die Kugelnutmuttern am Schwenkarm montiert sein können,
während die Kugelnutwelle fest am Schwenkarm angebracht
ist, ist es insbesondere im Hinblick auf eine kurze Baulänge
in der dritten Richtung Y bevorzugt, wenn die Verhält nisse
umgekehrt sind, also die Kugelnutwelle fest am Schwenkarm angebracht
ist, während die Kugelnutmuttern in der Spindelkonsole montiert
sind.
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Es
ist ferner bevorzugt, wenn die Linearführungsanordnung
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung zwei parallel verlaufende
Nutwellenführungen umfasst, die bezüglich einer
gedachten Ebene, welche die Drehachse der in der dritten Richtung
Y verstellbaren Spindel enthält, spiegelsymmetrisch angeordnet
sind, wodurch sich vorteilhaft ein thermosymmetrischer Aufbau ergibt,
bei dem sich Längenänderungen der beteiligten
Bauteile bezüglich besagter Drehachse kompensieren (Richtung
X). Vorzugsweise kann hierbei der Kugelgewindetrieb des Antriebs
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung zwischen und parallel
zu den zwei Nutwellenführungen der Linearführungsanordnung
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung in einer gemeinsamen Ebene
mit den Nutwellenführungen angeordnet sein.
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In
weiterem Verfolg des Erfindungsgedankens kann ein Thermosensor vorgesehen
sein, mittels dessen Temperaturänderungen an der Vorrichtung
erfassbar sind, auf deren Grundlage von der CNC-Steuerung Korrekturwerte
ermittelbar sind, wobei entsprechend den ermittelten Korrekturwerten mittels
der CNC-Steuerung der Antrieb der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung
automatisch ansteuerbar ist, um temperaturbedingte Längenänderungen der
Vorrichtung in der dritten Richtung Y zu kompensieren, so dass die
Werkzeug-Drehachse A und die Werkstück-Drehachse C auch
bei Temperaturänderungen in der Schwenkebene X-Z verbleiben.
So kann beispielsweise in der CNC-Steuerung eine vorab ermittelte
Kompensationstabelle mit Y-Korrekturwerten in Abhängigkeit
vom Temperaturgang der Vorrichtung abgelegt sein, aus der für
die jeweilige vom Thermosensor erfasste Temperatur ein bestimmter
Y-Korrekturwert herausgelesen wird, worauf automatisch eine entsprechende
Ansteuerung des Antriebs der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung erfolgt,
um besagte Achsflucht zu er halten. Vorzugsweise ist hierbei der
Thermosensor im Bereich der Schwenkachse B am Schwenkarm angeordnet;
an dieser Stelle bewirkt eine durch das Schwenkgetriebe verursachte
Erwärmung eine direkte Verschiebung des Schwenkkopfs in
der dritten Richtung Y, so dass hier die Temperatur und die temperaturbedingte Verlagerung
in der dritten Richtung Y am besten korrelieren.
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Schließlich
kann es sich bei der in der dritten Richtung Y verstellbaren Spindel
grundsätzlich um die Werkstückspindel handeln,
vorzugsweise ist es jedoch die Werkzeugspindel, welche vermittels
der Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung in der dritten Richtung
Y verlagerbar ist.
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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 denen Bauteile bzw. Baugruppen,
die für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich
erscheinen, wie Hauben, Abdeckungen, Türen und sonstige
Begrenzungswände sowie Schaltschrank mit CNC-Steuerung,
Versorgungseinrichtungen und -leitungen, etc. zur Vereinfachung
der Darstellung weggelassen wurden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Schleifen, Feinschleifen und/oder Polieren von insbesondere
sphärischen Linsenflächen in der Feinoptik von
schräg oben rechts, wobei ein Teil des Gestellrahmens weggelassen
wurde, um den Blick auf wesentliche Teile der Vorrichtung freizugeben,
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2 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1 von
schräg oben links in einem gegenüber der 1 vergrößerten
Maßstab, wobei der Gestellrahmen gänzlich weggelassen
wurde,
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3 eine
Vorderansicht der Vorrichtung gemäß 2,
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4 eine
Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 2 entsprechend
der Schnittverlaufslinie IV-IV in 3, zur Veranschaulichung
weiterer Details einer besonderen Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung,
namentlich deren Antrieb, wobei die in 2 hinter
und unterhalb eines Schwenkkopfes der Vorrichtung liegenden Bauteile
bzw. -gruppen ebenso wie eine am Schwenkkopf gehaltene Werkzeugspindel
weggelassen wurden,
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5 eine
Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 2 entsprechend
der Schnittverlaufslinie V-V in 3, zur Veranschaulichung
weiterer Details der besonderen Einrichtung zur Kreuzschliffverstellung,
insbesondere deren Linearführungsanordnung, wobei wiederum
die in 2 hinter und unterhalb des Schwenkkopfes der Vorrichtung
liegenden Bauteile bzw. -gruppen ebenso wie die am Schwenkkopf gehaltene
Werkzeugspindel weggelassen wurden,
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6A eine
Draufsicht auf eine sphärische Linse L, mit der eine strichpunktiert
angedeutete Schneidkante WZ einer Topfschleifscheibe in Bearbeitungseingriff
steht, zur Veranschaulichung des Schliffbildes M auf der Linse L,
welches bei der Schleifbearbeitung mit korrekter Kreuzschliffjustage infolge
der hierbei über die gesamte Linsenbreite gehenden, dick
eingezeichneten Kontaktlinie K zwischen Linse L und Schneidkante
WZ entsteht, wobei die Schneidkante WZ der Einfachheit halber als Kreislinie
dargestellt wurde, aufgrund der winkelmäßigen
Anstellung der Topfschleifscheibe bezüglich der Linse L
in der Projektion gesehen tatsächlich aber eine elliptische
Form hat,
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6B eine
Draufsicht auf eine sphärische Linse L analog der 6A,
hiervon abweichend aber mit fehlerhafter Kreuzschliffjustage, bei
der aufgrund der nach unten verlagerten, unvollständigen
Kontaktlinie K zwischen Linse L und Schneidkante WZ ein anderes
Schliffbild M auf der Linse L entsteht, wobei mit einem Pfeil Y+ die Richtung angedeutet ist, in der die
Werkzeug-Drehachse A relativ zur Werkstück-Drehachse C
zu verlagern ist, um den Kreuzschliff korrekt einzustellen, und
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6C eine
Draufsicht auf eine sphärische Linse L analog der 6B,
erneut mit fehlerhafter Kreuzschliffjustage, bei der diesmal allerdings
aufgrund der nach oben verlagerten, unvollständigen Kontaktlinie
K zwischen Linse L und Schneidkante WZ ein wiederum anderes Schliffbild
M auf der Linse L entsteht, wobei der Pfeil Y– in
die Richtung zeigt, in der die Werkzeug-Drehachse A relativ zur
Werkstück-Drehachse C zur richtigen Einstellung des Kreuzschliffes
zu verschieben ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die 1 bis 5 zeigen
in z. T. schematischer Darstellung eine CNC-geregelte Vorrichtung 10 zum
Schleifen, Feinschleifen und/oder Polieren von Werkstücken
in optischer Qualität, insbesondere von sphärischen
Flächen an Linsen L in der Feinoptik. Gemäß den 1 bis 3 besitzt
die Vorrichtung 10 eine im dargestellten Ausführungsbeispiel obere
Werkzeugspindel 12, mit tels der ein Werkzeug (in diesen
Figuren nicht gezeigt) in der Drehzahl geregelt um eine Werkzeug-Drehachse
A drehend antreibbar ist, und eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel
untere Werkstückspindel 14, durch die das Werkstück
(in diesen Figuren ebenfalls nicht dargestellt) in der Drehzahl
geregelt um eine Werkstück-Drehachse C drehend angetrieben
werden kann. Hierbei sind, wie nachfolgend noch näher beschrieben
werden wird, die Werkzeugspindel 12 und die Werkstückspindel 14 in
senkrecht zueinander verlaufenden ersten und zweiten Richtungen
X (Breitenrichtung) bzw. Z (Höhenrichtung) CNC-lagegeregelt
axial relativverstellbar und zudem um eine im wesentlichen horizontal
verlaufende Schwenkachse B in einer durch die X- und Z-Richtungen
aufgespannten Schwenkebene X-Z CNC-lagegeregelt relativ zueinander
verschwenkbar, wofür im dargestellten Ausführungsbeispiel
die Werkzeugspindel 12 an einem Schwenkkopf 16 gehalten
ist, der einen Schwenkarm 18 und eine Spindelkonsole 20 für
die Aufnahme der Werkzeugspindel 12 aufweist. Wesentlich
ist, dass eine auf besondere Art und Weise ausgebildete Einrichtung 22 zur
Kreuzschliffverstellung vorgesehen ist, mittels der hier die Werkzeugspindel 12 in
einer zu den X- und Z-Richtungen senkrecht verlaufenden dritten
Richtung (Längenrichtung Y) vorzugsweise CNC-lagegeregelt
so verstellbar ist, dass sich die Werkzeug-Drehachse A und die Werkstück-Drehachse
C gemeinsam in der Schwenkebene X-Z befinden. Diese Einrichtung 22 hat
für die Kreuzschliffverstellung allgemein einen Antrieb 24,
der zur definierten Verlagerung der Werkzeugspindel 12 in
der Y-Richtung mit der Spindelkonsole 20 des Schwenkkopfes 16 wirkverbunden
ist, und eine am Schwenkkopf 16, genauer zwischen Schwenkarm 18 und
Spindelkonsole 20 angeordnete Linearführungsanordnung 26, so
dass die Spindelkonsole 20 vermittels Antrieb 24 und
Linearführungsanordnung 26 bezüglich
des Schwenkarms 18 in der Y-Richtung axial verschiebbar
an dem Schwenkarm 18 gehalten ist, wie noch näher
erläutert werden wird.
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Gemäß 1 hat
die Vorrichtung 10 ferner einen in 1 nur teilweise
dargestellten Gestellrahmen 28, an dem ein Maschinenbett 30 auf
geeignete Weise befestigt ist. Auf der Vorderseite des Maschinenbetts 30 sind
zwei Führungsschienen 32 angebracht, die sich
in der (vertikalen) Höhenrichtung Z parallel zueinander
erstrecken. Ein Z-Schlitten 34 ist über Führungswagen 36,
die zusammen mit den Führungsschienen 32 eine
Linearführung bilden, in Z-Richtung verschiebbar auf den
Führungsschienen 32 gelagert. Zur Verschiebung
des Z-Schlittens 34 ist ein Antrieb 38 vorgesehen,
umfassend einen am Maschinenbett 30 seitlich angeflanschten
Servomotor 40, der über einen Kugelgewindetrieb 42 mit
dem Z-Schlitten 34 in Wirkverbindung steht. Auf dem Z-Schlitten 34 ist
eine Spindelkonsole 44 für die Aufnahme der Werkstückspindel 14 montiert,
die mittels eines weiteren Servomotors 46 drehend antreibbar ist.
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In
analoger Weise sind für die Bewegungen in der (horizontalen)
Breitenrichtung X auf der Oberseite des Maschinenbetts 30 zwei
sich in X-Richtung parallel zueinander erstreckende Führungsschienen 48 angebracht.
Ein X-Schlitten 50 ist über Führungswagen 52,
die zusammen mit den Führungsschienen 48 eine
weitere Linearführung bilden, in X-Richtung verschiebbar
auf den Führungsschienen 48 gelagert. Für
die Verschiebung des X-Schlittens 50 ist ein weiterer Antrieb 54 vorgesehen,
umfassend einen oben am Maschinenbett 30 angeflanschten
Servomotor 56, der über einen weiteren Kugelgewindetrieb 58 mit dem
X-Schlitten 50 wirkverbunden ist. Auch auf dem X-Schlitten 50 ist
eine Konsole 60 befestigt, in der für die Schwenkbewegung
um die Schwenkachse B ein Getriebe, etwa ein sogenanntes "Harmonic
Drive" Getriebe (nicht näher gezeigt) aufgenommen ist,
welches mit einem an der Konsole 60 angeflanschten Servomotor 62 antriebsverbunden
ist.
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Für
die erwähnten Schlitten 34, 50 sind in den 1 bis 3 auch
die jeweils zugeordneten Endanschläge sowie Induktivtaster und
Schaltfahnen zum Referenzieren der jeweiligen Bewegungsachse dargestellt,
aber nicht mit Bezugszeichen versehen, nachdem diese Maßnahmen
dem Fachmann geläufig sind. Sämtliche Servo- bzw.
Synchronmotoren der Vorrichtung 10 sind mit Resolvern ausgerüstet,
deren Signale auch für die Lageregelkreise genutzt werden können,
so dass zusätzliche Messsysteme, wie Linearmaßstäbe,
separate Drehwinkelgeber, etc. grundsätzlich entbehrlich
sind. Bliebe zur Werkzeugspindel 12 noch anzumerken, dass
in den 1 bis 3 auch deren gekapselter Antrieb 64 dargestellt
ist, umfassend einen oben an der Spindelkonsole 20 angeflanschten
Servomotor 66 (siehe 1) und eine
diesen umgebende, zwangsbelüftete Umhausung 68.
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Zur
Beschreibung weiterer Details der Einrichtung 22 zur Kreuzschliffverstellung
wird nunmehr vornehmlich auf die 4 und 5 Bezug
genommen, in denen am Schwenkarm 18 mit 70 die
Bohrung zur festen Aufnahme der Ausgangswelle (nicht gezeigt) des
Antriebs für die Schwenkachse B angezogen ist, während 72 die
Aufnahmeöffnung für die Werkzeugspindel 12 in
der Spindelkonsole 20 bezeichnet.
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Gemäß den 4 und 5 handelt
es sich bei dem Antrieb 24 der Einrichtung 22 zur
Kreuzschliffverstellung um einen Drehantrieb, der einen handelsüblichen,
mit einer Bremse (nicht gesondert gezeigt) ausgerüsteten
Servomotor 74 aufweist, welcher am Schwenkarm 18 angebracht,
genauer auf der von der Spindelkonsole 20 abgewandten Seite am
Schwenkarm 18 angeflanscht ist und über einen ebenfalls
handelsüblichen Kugelgewindetrieb 76, der eine
Durchgangsbohrung 78 im Schwenkarm 18 in Richtung
Spindelkonsole 20 durchgreift, mit der Spindelkonsole 20 wirkverbunden
ist. Eine Festlagereinheit 80 des Kugelgewindetriebs 76 ist
hierbei von der der Spindelkonsole 20 zugewandten Seite
des Schwenkarms 18 in der Durchgangsbohrung 78 montiert,
während eine Mutter 82 des Kugelgewindetriebs 76 in
einer Bohrung 84 der Spindelkonsole 20 befestigt
ist. Eine mit der Mutter 82 in Eingriff stehende Gewindewelle 86 des
Kugelgewindetriebs 76 durchgreift die Festlagereinheit 80 und
ist mit ihrem über die Festlagereinheit 80 in
Richtung des Servomotors 74 vorstehenden Ende innerhalb
der Durchgangsbohrung 78 vermittels einer handelsüblichen, spielfreien
Elastomerkupplung 88 mit einer Antriebswelle 90 des
Servomotors 74 antriebsverbunden.
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Details
der Linearführungsanordnung 26 der Einrichtung 22 zur
Kreuzschliffverstellung sind insbesondere der 5 zu
entnehmen. Demgemäß weist die Linearführungsanordnung 26 im
dargestellten Ausführungsbeispiel zwei parallel verlaufende
Nutwellenführungen 92 mit jeweils einer Kugelnutwelle 94 auf,
der zwei Kugelnutmuttern 96 zugeordnet sind. Die Kugelnutwellen 94 – deren
Nuten in 5 rechts gut zu erkennen sind – sind
fest am Schwenkarm 18 angebracht, während die
Kugelnutmuttern 96 in der Spindelkonsole 20 montiert
sind, und zwar so, dass die Nutwellenführungen 92 bezüglich
einer gedachten Ebene, welche die Drehachse A der Werkzeugspindel 12 enthält,
spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Genauer gesagt weist der in
einer Draufsicht gesehen im wesentlichen dreieckige (vgl. die 3) Schwenkarm 18 zwei
voneinander und bezüglich der Bohrung 70 (Schwenkachse
B) möglichst weit beabstandete Durchgangsbohrungen 98 auf,
in deren Bereich der Schwenkarm 18 geschlitzt ist (Schlitze 100 in
den 2 und 5). Die Kugelnutwellen 94 durchgreifen
die Durchgangsbohrungen 98 und sind in diesen mittels Klemmschrauben 102 (siehe
die 1 und 2) fest geklemmt.
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Entsprechend
ist die Spindelkonsole 20 mit Durchgangsbohrungen 104 versehen,
die von den Kugelnutwellen 94 durchgriffen werden und in
denen von gegenüberliegenden Seiten der Spindelkonsole 20 je
zwei Kugelnutmuttern 96 befestigt sind. An den über
die Spindelkonsole 20 vorstehenden Enden der Kugelnutwellen 94 sind
Endscheiben 106 befestigt, die die Spindelkonsole 20 auf/an
der Linearführungsanordnung 26 sichern. Im Ergebnis
liegt der Kugelgewindetrieb 76 des Antriebs 24 der
Einrichtung 22 zur Kreuzschliffverstellung zwischen und
parallel zu den zwei Nutwellenführungen 92 der
Linearführungsanordnung 26 der Einrichtung 22 zur
Kreuzschliffverstellung in einer gemeinsamen Ebene mit den Nutwellenführungen 92.
Als Endanschlag für die Spindelkonsole 20 in Richtung
Schwenkarm 18 ist im Übrigen ein Elastomerpuffer 108 am
Schwenkarm 18 angebracht; bei 110 ist schließlich
noch ein Induktivtaster zur Referenzierung der Y-Achse gezeigt.
Mittels Softwareendschaltern kann der Verfahrweg der Spindelkonsole 20 zwischen
den Endscheiben 106 und dem Elastomerpuffer 108 noch
beschränkt werden.
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Es
ist ersichtlich, dass die Spindelkonsole 20 und damit die
darin gehaltene Werkzeugspindel 12 mit Antrieb 64 vermittels
des Antriebs 24 und der Linearführungsanordnung 26 der
Einrichtung 22 zur Kreuzschliffverstellung CNC-lagegeregelt
in Y-Richtung vor und zurück verstellbar ist und damit
dafür Sorge getragen werden kann, dass sich die Drehachse
A des Werkzeugspindel 12 und die Drehachse C der Werkstückspindel 14 gemeinsam
in der Schwenkebene X-Z befinden, in der sich die Drehachse A bewegt,
wenn der Schwenkkopf 16 um die Schwenkachse B verschwenkt
wird.
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In 4 ist
noch ein Thermosensor 112 angedeutet, der durch Aufnahme
in der Bohrung 70 im Bereich der Schwenkachse B am Schwenkarm 18 angeordnet
ist. Unter Zuhilfenahme des Thermosensors 112 sind Temperaturänderungen
an der Vorrichtung 10 erfassbar, auf deren Grundlage von
der CNC-Steuerung (nicht gezeigt) Korrekturwerte ermittelbar sind,
wobei entsprechend den ermittelten Korrekturwerten mittels der CNC-Steuerung
der Antrieb 24 der Einrichtung 22 zur Kreuzschliffverstellung
automatisch ansteuerbar ist, um temperaturbedingte Längenänderungen
der Vorrichtung 10 in der Y-Richtung zu kompensieren, so
dass die Werkzeug-Drehachse A und die Werkstück-Drehachse
C auch bei Temperaturänderungen in der Schwenkebene X-Z verbleiben.
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Wie
bereits erwähnt, zeigen die 6A, 6B und 6C Schliffbilder,
die auf einer mittels einer Topfschleifscheibe (WZ) schleifbearbeiteten Fläche
einer sphärischen Linse L entstehen, wenn der Kreuzschliff
korrekt justiert ist (6A) bzw. nicht/fehlerhaft eingestellt
ist (6B und 6C).
-
Befinden
sich bei korrekter Kreuzschliffeinstellung die Werkzeug-Drehachse
A und die Werkstück-Drehachse C in der Schwenkebene X-Z,
entsteht das in 6A dargestellte "Blumenmuster"
M. Liegt indes die Werkstück-Drehachse C nicht in der Schwenkebene
X-Z der Werkzeug-Drehachse A, entsteht nach Maßgabe der
Abweichrichtung in Y ein "drehgerichtetes Muster" M, entweder im
Uhrzeigersinn (6B) oder gegen den Uhrzeigersinn (6C),
welches die inkorrekte Kreuzschliffeinstellung ebenso wie die notwendige
Korrekturrichtung signalisiert. Im Falle der 6B muss
dann vermittels der Einrichtung 22 zur Kreuzschliffverstellung
eine Verschiebung der Werkzeug-Drehachse A in Richtung Y+ erfolgen, im Falle der 6C hingegen
eine Verschiebung in Richtung Y–.
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Werkzeugspindel
- 14
- Werkstückspindel
- 16
- Schwenkkopf
- 18
- Schwenkarm
- 20
- Spindelkonsole
- 22
- Einrichtung
zur Kreuzschliffverstellung
- 24
- Antrieb
- 26
- Linearführungsanordnung
- 28
- Gestellrahmen
- 30
- Maschinenbett
- 32
- Führungsschiene
- 34
- Z-Schlitten
- 36
- Führungswagen
- 38
- Antrieb
- 40
- Servomotor
- 42
- Kugelgewindetrieb
- 44
- Spindelkonsole
- 46
- Servomotor
- 48
- Führungsschiene
- 50
- X-Schlitten
- 52
- Führungswagen
- 54
- Antrieb
- 56
- Servomotor
- 58
- Kugelgewindetrieb
- 60
- Konsole
- 62
- Servomotor
- 64
- Antrieb
- 66
- Servomotor
- 68
- Umhausung
- 70
- Bohrung
- 72
- Aufnahmeöffnung
- 74
- Servomotor
- 76
- Kugelgewindetrieb
- 78
- Durchgangsbohrung
- 80
- Festlagereinheit
- 82
- Mutter
- 84
- Bohrung
- 86
- Gewindewelle
- 88
- Elastomerkupplung
- 90
- Antriebswelle
- 92
- Nutwellenführung
- 94
- Kugelnutwelle
- 96
- Kugelnutmutter
- 98
- Durchgangsbohrung
- 100
- Schlitz
- 102
- Klemmschraube
- 104
- Durchgangsbohrung
- 106
- Endscheibe
- 108
- Elastomerpuffer
- 110
- Induktivtaster
- 112
- Thermosensor
- A
- Werkzeug-Drehachse
- B
- Schwenkachse
- C
- Werkstück-Drehachse
- K
- Kontaktlinie
- L
- Linse
- M
- Schliffbild
- WZ
- Werkzeug
- X
- Linearachse
- Y
- Linearachse
- Z
- Linearachse
- X-Z
- Soll-Schwenkebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19846260
A1 [0008, 0008, 0010]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 58741-2 [0002]
- - DIN 58721-4 [0002]
- - DIN 58721-5 [0002]
- - DIN 58721-6 [0002]
- - DIN 58721-7 [0002]