DE552316C

DE552316C - Schleifen und Polieren vorzugsweise sphaerischer Flaechen bei Polflaechenberuehrung mittels umlaufender, auf sich schneidenden Achsen sitzender Werkstueck- und Werkzeugtraeger

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Publication number: DE552316C
Application number: DE1930D0029530
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Priority date: 1930-10-29
Filing date: 1930-10-29
Publication date: 1932-06-13
Also published as: GB391470A; FR727494A; US2005718A; BE383540A

Description

Das Schleifen und Polieren sphärischer oder asphärischer Flächen bei Polflächen- oder Polringflächenberührung mittels umlaufender, auf sich schneidenden Achsen sitzender Werkstück- und Werkzeugträger, welche die aufeinanderschleifenden Teile in starrer Befestigung aufnehmen, ist gemäß vorliegender Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung kürzester Schleifstriche auf dem Werkstück mit der Folge der Beteiligung einer möglichst hohen Zahl von Schleifkörnern am Schleifprozeß die erstrebte Wirkung durch entsprechende Wahl der Umlaufgeschwindigkeit, zweckmäßig auf empirischem Wege festgestellt, erzielt wird.

Der Einfluß des vorliegenden Verfahrens, insonderheit auf die Beteiligung einer möglichst hohen Zahl von unter Polflächenberührung arbeitenden und dennoch den vollen Spanquerschnitt vom Rande der Werkstückfläche aus frei anschneidenden Schleifkörnern, ferner auf eine Verringerung des Anpreßdruckes und u. a. auf eine praktisch wirksame und wirtschaftliche Steigerungsfähigkeit der günstigsten Drehgeschwindigkeiten, Abschliffmengen usw., zur Verbesserung und erheblichen Beschleunigung der Schleifwirkung stellte sich bei praktischen Versuchen als wesentlich heraus. Dieser Einfluß und die genannten Zusammenhänge sind bisher nicht oder nicht hinreichend erkannt worden. Es fehlte mithin das Bestreben, durch entsprechende Wahl der relativen Umlaufgeschwindigkeiten und der in Betracht kommenden Einzelheiten die von den hauptsäch-Hch wirksamen Werkzeugteilen unter Polflächenberührung erzeugten Schleifstriche sehr kurz zu gestalten und die Zeitdauer, Wegstrecken und Krümmungsradien der Schleif- oder Polierstriche planmäßig auf ein bestimmtes günstiges Verhältnis einzustellen. Im allgemeinen bevorzugte man daher die in Abb. I und II dargestellten Schleifstriche, welche bekanntlich meist endlos lange und sich selbst häufig schneidende Kurvenbahnen auf der Werkstückfläche vollführten.

Bei vorliegendem Verfahren wird es in vielen Fällen erforderlich oder zweckmäßig sein, zur Erzielung sich schneidender Bahnen der Schleif- und Polierstriche entweder die (relativen) Umlaufgeschwindigkeiten oder Drehrichtungen der Spindeln bei dem einen Prozeß zu ändern oder die Breite des Werkzeugringes bei gleichbleibendem Ringdurchmesser verschieden zu wählen oder Werkzeuge verschiedenen Durchmessers anzuwenden.

Dabei kann man zur Erleichterung des Werkzeugwechsels auf ein und derselben Werkzeugwelle die verschiedenen Schleifoder Polierwerkzeuge in konzentrischer An-

Ordnung, nach Bedarf abnehmbar, anbringen. Hierdurch wird ein automatisch erfolgender Schleif- und Polierbetrieb sehr begünstigt.

Dieser kann z. B. auch in der Weise durchgeführt werden,. daß die aufeinander arbeitenden Elemente auf konzentrischen, gegeneinander verdrehbaren Trägern so angeordnet sind, daß durch die Verdrehung nacheinander verschiedene Werkzeuge zur Wirkung ίο gelangen können.

In nachstehenden Ausführungsbeispielen soll an Hand schematischer Zeichnungen das Verfahren, seine Wirkungen und seine Durchführung noch näher erläutert werden. In Abb. III ist das Werkstück 1 auf dem Werkstückträger 2 befestigt, welcher von der hohlen Drehspindel 3 gehalten wird. Die Spindel 3 wird von z\vei Kugellagern 4 und 5 getragen, welche im Gußteil 6 sitzen und mit diesem um eine nicht gezeichnete, zweckmäßig senkrecht zur Drehspindel 3 und Werkzeugspindel 7 verlaufende und durch die Arbeitsfläche gehende Achsenrichtung (im PunkteP) eingestellt werden, so daß Spindel 3 und 7 sich unter einem jeweils gewünschten Achsenwinkel α im optischen Zentrum O (unterhalb oder oberhalb der Arbeitsfläche) schneiden. Die Einstellung dieses Winkels α erfolgt in an sich bekannter Weise nach der Gleichung: Radius der Flächenkrümmung R — PQ/sina, worin PQ der senkrechte Abstand des Schnittpunktes der Werkstückachse 3 mit der schleifenden und geschliffenen Fläche von der Werkzeugdrehachse OQ bzw. 7 ist. Die Werkzeugspindel 7 trägt auf ihrem Führungsdorn 8 mit konischer Endspitze 9 den Werkzeughalter 10 mit dem ringförmigen Werkzeug 11, dessen Abmessungen und Stellung zum Werkstück 1 derart sind, daß der Kreisbogen, in dem die Kugelringfläche des Werkzeuges in der Achsenebene das Werkstück berührt, von dessen Drehachse 3 etwa in der Mitte geschnitten wird.

Am unteren Ende des Werkzeughalters 10 sind Kupplungszähne 12 vorgesehen, welche von Gegenzähnen der Tragscheibe 13 erfaßt werden, so daß das Werkzeug 11 die Drehung der auf der Spindel 7 befestigten Tragscheibe 13 mitmacht. Die Büchse 14 der Spindel 7, die mittels Nut und Feder auf der Achse 7 undrehbar befestigt ist, wird von der Riemenscheibe 15 und die Spindel 3 von ihrer Riemenscheibe 16 angetrieben.

Wenn die Spindel 7 in axialer Richtung nach unten bewegt wird, so legt sich der Werkzeughalter 10 mit seinem Flansch 17 auf den von der Schwenkachse 19 getragenen Auffangring 18, und wenn dann bei weiterer Axialbewegung der Werkzeugspindel 7 nach unten der Werkzeugträger 10 zunächst außer Eingriff mit den Kupplungszähnen 12 schließlich über die konische Endspitze 9 hinaus gelangt ist, so kann die durch Zahnrad 20 gedrehte Achse 19 den Werkzeughalter 10 mit dem Werkzeug 11 in eine nicht gezeichnete Ruhelage ausschwingen. Alsdann schwenkt eine zweite Achse 19' einen in Ruhelage befindlichen Werkzeughalter 10' mit dem Glättoder Polierwerkzeug 11' in Arbeitsstellung, so daß die von nicht gezeichneten mechanisehen, hydraulischen oder sonstigen Vorrichtungen in ihrer Spindelbüchse betätigte und hochsteigende Werkzeugspindel 7 den Halter 10' erfaßt und ihn von seinem Auffangring 18' abhebt, bis das Werkzeug 11' unter Polflächenberührung sich mit gewünschtem, einstellbarem Arbeitsdruck gegen das Werkstück ι anlegt und der nächste Arbeitsgang beginnen kann.

Daß bei der dargestellten Anordnung stets eine Kugelfläche, mit demAbstand der Schleiffläche vom Achsenschnittpunkt als Radius, mathematisch genau entstehen muß, auch dann, wenn die Formen der Teile ursprünglich abweichend gewählt worden sind, dürfte bekanntlich darauf zurückzuführen sein, daß sich beide Schleifteile so lange abnutzen bzw. abarbeiten, bis volle Flächenberührung vorliegt, was nur durch die genannte Kugelfläche ermöglicht wird.

Eine Auswechslung verschiedener Schleifoder Polierwerkzeuge für vorliegendes Verfahren braucht nicht durch ein vollständiges Loslösen und Abheben der Schleifwerkzeuge von der Spindel 7 zu erfolgen. Vielmehr kann man gemäß Abb. IV in für automatischen Betrieb vorteilhafter Weise so verfahren, daß die untere Schleifscheibe 11 während des Polierens auf ihrem Halter 10 an der Spindel 7 befestigt verbleibt und ein zweiter entsprechend größer und hutförmig ausgebildeter Träger 10' der Polierschale 11' über die Schleifscheiben gestülpt wird und mit seinen Zähnen in die Zähne 12' des seine Tragscheibe 13' zugleich bildenden Halters 10 eingreift. Erforderlichenfalls kann er noch einen Schlammbehälter u. dgl. für das Auffangen des benutzten Polierrotes tragen.

Ein jedesmaliges Loslösen, Abnehmen, Aufsetzen und Festspannen der für die no Schleifgenauigkeit maßgebenden Schleifscheibe 11 bei jedem neuen Arbeitsgange ist also bei dem Beispiel gemäß Abb. IV nicht erforderlich, so daß an Raum, Arbeitsmaßnahmen, präzisen Lagerungen usw. gespart wird. Die Verminderung oder Vermeidung von Betriebsunterbrechungen beim Auswechseln von Werkzeugen von verschiedenen Abmessungen bzw. mit verschiedenen Schleiflinienbüscheln beim Schruppen, Schleifen,

lätten, Vorpolieren oder Fertigpolieren ist für die Verwendung des vorliegenden Verfah-

rens bei voll- oder halbautomatischen Maschinen mit starr gelagerten Drehspindeln von besonderem Vorteil. Gegebenenfalls kann das Aufsetzen und Abnehmen des Polierkopfes ii' völlig selbsttätig und ohne Stillsetzen der Spindeln erfolgen.

Bezeichnet man mit d_t den mittleren Durchmesser der Werkzeugschleif fläche im Punkte P und den Durchmesser des Werkstückes mit <i₂

ίο sowie mit U₁ die Umfangsgeschwindigkeit des Werkzeugs im Punkte P und die Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes mit ?<₂, so ergibt sich für den Gfenzfall der Erzeugung von völlig geraden, durch das Zentrum der Arbeitsfläche diametral von Umfang zu Umfang verlaufenden Schleifstrichen für plane Schleifflächen die mathematische Beziehung

Dieser Grenzfall ergibt, wie Abb. V erkennen läßt, theoretisch und praktisch weit günstigere Schleifverhältnisse als z. B. diejenigen von Abb. I und II. Bemerkt sei, daß bei gekrümmten Schleifflächen sich für eine mathematische Berechnung sehr verwickelte sphärisch-trigonometrische Funktionen ergeben. Gegenüber einem etwaigen Bedenken, daß sich die Schleifstriche in Abb. V lediglich im Mittelpunkt der Werkstückfläche schneiden, sei darauf hingewiesen, daß durch entsprechende Breite des Schleifwerkzeuges ein Kurvenbüschel gebildet werden kann, welches ein völlig genügendes Ausgleichen etwaiger Riefen praktisch ermöglicht.

Besitzen die von einer mit schmalem Arbeitsrand versehenen Schleifscheibe unter Polringflächenberührung auf einer planen Schleiffläche erzeugten Kurvenbüschel ungefähr eine Form wie auf Abb. VI, so sind ^₁ bzw. tu größer oder d% bzw. Ii₁ kleiner als es dem obenerwähnten Grenzfall entspricht. Für Abb. VI gelten z.B. O₁ = So mm, <f₂ = 57 mm bei H₁ = 3 600 Umdrehungen und M₂ = 3 150 Umdrehungen in der Minute. Dagegen gelten für Abb. VII d_t = 55 mm, (Z₂ = 60 mm bei H₁ = 4 860 und iu = 3 820. Obwohl die Drehrichtungen von Werkstück und Werkzeug bei den Beispielen gemäß Abb. VI und VII gleichartig gewählt wurden, besitzen dennoch die erzeugten Schleifstriche verschiedenen Krümmungssinn. Falls die rechnerische oder zeichnerische Ermittlung der Schleifstriche umständlich erscheint, bereitet es keine Schwierigkeiten, die Schleifstriche z. B. mittels Anwenden eines schmalen Schleifringes mit verhältnismäßig grobem Schleifkorn bequem sichtbar zu machen, erforderlichenfalls unter Anwenden einer Lupe.

So Abb. VIII soll eine Anzahl Schleif striche darstellen, welche durch die Mitte der Werkstückfläche gehen und kurze Wege auf ihr ausführen.

Die mit Schleifstrichen von verhältnismäßig schwacher Krümmung mit losen oder festen Schleifmitteln vorbearbeitete glatte und gleichmäßige Arbeitsfläche läßt sich in jeweils geeignet erscheinender Weise vorpolieren bzw. fertigpolieren. Beim Übergang von einer gröberen zu einer feineren Schleif- oder Poliermittelkörnung, insonderheit beim Übergang von den Schleifprozessen zu den Poliervorgängen, welche auf derselben oder auf einer anderen Werkstückspindel erfolgen können, wird es u. U. zur Erlangung der bestmöglichen Wirkung vorteilhaft sein können, die Schleif- oder Polierstriche, namentlich bei kleineren Werkstückflächen, zu ändern. Dies kann in ganz einfacher Weise z. B. durch Ändern der relativen Umlaufgeschwindigkeiten oder Drehrichtungen, u. U. während des Betriebes, oder aber durch Polierscheiben oder Polierschalen geschehen, deren Durchmesser oder Arbeitsflächen absichtlich verschieden im Verhältnis zum vorhergehenden Werkzeug sind.

Demgemäß besteht in Abb. III und IV das Schleif- oder Glättwerkzeug 11 aus einem schmalen Schleifring, das Polierwerkzeug 11' aus einer vollen Polierschale oder einem breiten Polierkranz. Die hierbei sich ergebende planmäßige Veränderung bzw. Hinzufügung von Kurvenbüscheln genügt in vielen Fällen,

j um bei vorliegender Arbeitsweise ein möglichst rasches Vorpolieren bzw. ein gutes Fertigpolieren herbeizuführen.

Durch planmäßiges, von einer Schablone, einem Hebelsystem o. dgl. in nicht gezeichneter Weise beeinflußtes Bewegen der Werkstückspindel 3 in Abb.III, z.B. durch Schwenken um eine Kurve oder um eine außerhalb des optischen Zentrums liegende Schwenkachse während der Bearbeitung oder durch planmäßig geregeltes Parallelverschieben der Werkzeugspindeln 7, lassen sich u. a. auch asphärische Linsen mittels kurzer Schleifstriche erzeugen, wobei erforderlichenfalls (z. B. bei torischen Linsen) besondere Trägergelenke u. dgl. angewandt werden können.

Da die hier in Rede stehenden Sohleifmaschinen nunmehr auch bei Einzelschliff hinreichende ' Genauigkeit, jedoch schnellere Schleifwirkung, besseres Zentrieren und Innehalten der Mittendicke usw. gegenüber den gebräuchlichen Maschinen und Arbeitsweisen mit sogenanntem Vielfachschliff aufweisen, so besteht eine weitere wesentliche Auswirkung des vorliegenden Verfahrens darin, daß auf den hier in Rede stehenden Schleifmaschinen ein mit vielen Vorzügen versehener voll- oder halbautomatischer Schleif- und Polierbetrieb mit Einzelschliff, welcher kleine und verhält-

nismäßig einfache Maschinen erfordert, praktisch nunmehr erst ermöglicht wird.

Bisher konnten die genannten Maschinen aus verschiedenen Gründen bekanntlich nur in besonders schwierigen Fällen (z. B. bet Bifokalgläsern u. dgl.) mit ständiger Bedienung praktische Verwendung finden. Denn infolge der bisher angewandten Schleif- und Polierstriche mit geringen Schleifleistungen ίο hatte es bei den sich dadurch ergebenden Betriebsverhältnissen offenbar keinen Sinn, die hier in Betracht kommende Maschinenart für sphärische und asphärische Linsen von großem bis zu kleinstem Durchmesser in umfangreichen Werkstückserien, welche eine Vorbedingung für automatischen Betrieb bilden, zu verwenden.

Mittels des vorliegenden Verfahrens vermag man offenbar auch mehrere Werkstücke, welche in üblicher Weise auf einem gemeinsamen Werkstückträger aufgekittet oder befestigt sind, unter Anwenden fester oder loser Schleif- oder Poliermittel rasch mit verhältnismäßig großen Arbeitsgeschwindigkeiten gleichzeitig und gemeinsam im Vielfachschliff mittels einer Werkstückspindel zu bearbeiten, wobei die Bearbeitungsfläche sich aus entsprechend vielen Einzelflächen zusammensetzt.

Wenn jeweils nur ein Werkstück 1 in Abb. III und IV auf der entsprechend raschlaufenden Werkstückspindel 3 befestigt ist, kann übrigens dennoch eine Mehrzahl von solchen Einzelschliffspindeln gleichzeitig im Eingriff mit dem raschlaufenden konkaven, planen oder konvexen Werkzeug 11 stehen, wie die punktierte Werkstückachse (in Abb. III schräg links) erkennen läßt.

Falls zur Erleichterung einer raschen Maschineneinstellung oder bei Anwenden von Begrenzungsanschlägen oder Tastervorrichtungen für die axiale Werkzeugbewegung es vorteilhaft erscheint, die Lage der schleifenden Fläche (Punkt/³) im Räume aufrechtzuerhalten, so kann man den Werkstückträger 2, welcher erforderlichenfalls für verschiedene Linsenkrümmungen verschiedene Länge oder axiale Verstellbarkeit erhalten kann, um eine durch den Punkt P gehende Achse schwingeinstellbar anordnen, wie in Abb. III angedeutet ist.

Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn

man die im Patent 499 284 beschriebenen 'Verfahren und selbsttätigen Vorrichtungen unter Anwenden loser oder fester Schleif- und Poliermittel mit vorliegendem Verfahren kombiniert.

Es ist bekannt, hauptsächlich bei den hier

nicht in Betracht kommenden Glasschleifmaschinen mit universalgelenkig gelagerten Schalenträgern unter sogenannter Wackelbewegung derselben, verhältnismäßig günstige Schleifergebnisse namentlich bei planen oder schwach gekrümmten Schleifflächen auf entsprechend großen Schleifmaschinen dadurch zu erzielen, daß man die wirksame Schleiffläche durch Auf kitten sehr vieler Werkstücke nebeneinander auf einen gemeinsamen Werkstückhalter möglichst groß machte. Betrachtet man bei diesem allgemein bevorzugten Vielfachschliff die einzelnen, meistens durch nicht genau beeinflußbare und ständig sich verändernde Schalenreibung erzeugten Schleifstriche näher, so ergibt sich im allgemeinen, daß die Längen bzw. die Krümmungsradien der Schleif striche lediglich proportional mit der erwähnten Vergrößerung der wirksamen Werkstückschleiffläche wachsen. Zudem weist das Nebeneinanderkitten von Gläsern manche Schwierigkeiten (betr. optischer Zentrierung, Einhaltung bestimmter Mittendicken, betr. völliger Gleichmäßigkeit des Abschliffs und der Politur auf allen Werkstücken, betr. sicherer Lage und Reinigung sowie betr. Kratzerfreiheit usw. aller Linsen) auf und ist erzwungenerweise bei stark gekrümmten Linsenflächen nur in geringem Umfange oder zuweilen gar nicht praktisch durchführbar.

Das hauptsächlich beim Metallschleifen go mit verhältnismäßig geringen Ansprüchen an Genauigkeit oder Feinheit der Werkstückfläche allgemein angewandte Schälverfahren, bei welchem beliebig große Schleifscheiben während des relativ sehr langsamen Werk-Stückvorschubes das Material (unter geringer Linien- bzw. unvollkommener Flächenberührung) stufenweise und gleichsam fräsend aus dem Werkstück heraustrennen, ist für spröde Glaslinsen aus verschiedenen Gründen für optische Zwecke nicht praktisch geworden, obwohl an sich die Schleifstriche keine oder nur geringe Krümmung aufweisen und sehr kurz sind.

Claims

Patentansprüche:

i. Schleifen und Polieren vorzugsweise sphärischer Flächen bei Polflächenberührung mittels umlaufender, auf sich schneidenden Achsen sitzender Werkstück- und Werkzeugträger, welche die aufeinanderschleifenden Teile in starrer Befestigung aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung kürzester Schleif striche auf dem Werkstück mit der Folge der Beteiligung einer möglichst hohen Zahl von Schleifkörnern am Schleifprozeß die erstrebte Wirkung durch entsprechende Wahl der Umlaufgeschwindigkeit, zweckmäßig auf empirischem Wege festgestellt, erzielt wird.
2. Schleifen und Polieren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung sich schneidender Schleifund Polierbahnen entweder die Umlaufgeschwindigkeiten oder Drehrichtungen bei dem einen Prozeß geändert werden oder die Breite des Werkzeugringes bei gleichbleibendem Ringdurchmesser oder Werkzeuge verschiedenen Durchmessers gewählt werden.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung des vorzugsweise selbsttätig erfolgenden Werkzeugwechsels auf ein und derselben Werkzeugwelle die verschiedenen Werkzeuge in konzentrischer Anordnung, nach Bedarf abnehmbar, angebracht sind.
4. Ausbildung der Einrichtung zum

Schleifen und Polieren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung der Maschineneinstellung bzw. zur Erhaltung der Lage der schleifenden Fläche und der Begrenzungsanschläge im Räume für die axiale Werkzeugbewegung der Werkstückträger um den Durchdringungspunkt (P) seiner Achse mit der schleifenden Fläche schwingeinstellbar ist, um die Krümmungsradien der Werkstücke zu ändern.
5. Anwendung des Bearbeitungsvorganges nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander arbeitenden Elemente auf konzentrischen, gegeneinander verdrehbaren Trägern so angeordnet sind, daß durch die Verdrehung nacheinander verschiedene Werkzeuge zur Wirkung gelangen können.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen