DE596029C - Maschine zum Schleifen sphaerischer Flaechen mittels einer kugelflaechenfoermigen Schleifschale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine zum Schleifen und Polieren sphärischer Flächen, bei der das Werkzeug (oder an seiner Stelle das Werkstück) durch eine besondere Vorrichtung in der Bahn des zu erzeugenden Sphäroides geführt wird. Im Gegensatz zu den zur Zeit allgemein gebräuchlichen Maschinen, bei denen die eine Arbeitsfläche der anderen als Führung dient, haben die bisher bekannten Maschinen vorliegender Art den Nachteil, daß verschiedene bewegte Teile durch ihre Beschaffenheit, ihre

■ Lagerung und Stellung der Bewegungsachsen zueinander die Präzision der Bewegungsbahn und somit des Erzeugnisses beeinflussen, Herstellung und Anbringung dieser Teile erfordern also einen entsprechenden Aufwand an Präzisionsarbeit. Diese Umstände bedingen eine nachteilige Begrenzung der erreichbaren Präzision, große Empfindlichkeit der Maschine gegen Verschleiß und damit enge Begrenzung der Beanspruchungsmöglichkeit. Die Erfindung soll diese Nachteile dadurch beseitigen, daß sämtliche Arbeitsbewegungen nur von der konvexen Fläche und deren Halter um einen ortsfesten Punkt ausgeführt werden, so daß nur ein in diesem Punkt verwendetes Universalgelenk (Kugelgelenk) die zu erzeugende Fläche formend beeinflussen kann. Die in diesem Gelenk sich vollziehende, auch bei gegenseitigem Einschleifen genau sphärischer Flächen übliche Bewegung hat nun aber die Wirkung, daß einer fortschreitenden Abnützung des Gelenkes eine fortschreitende genauere Formung und Einpassung entspricht.

Es zeigen:

Abb. ι Grundprinzip der Erfindung, schematisch,

Abb. 2 Aufriß eines Konstruktionsbeispieles der Maschine zur Herstellung konvexer und konkaver Sphäroide,

Abb. 3 Antriebsmaschine zu der in Abb. 2 dargestellten Vorrichtung,

Abb. 4 Konstruktionsbeispiel einer Vorrichtung zur Veränderung des Krümmungsradius (Auf- und Grundriß).

In Abb. ι ist A das in P universalgelenkig aufgehängte Pendel als Halter des Schleifkörpers (Werkzeuges) B, welcher einen anderen, ortsfest gelagerten Körper C (das Werkstück) schleifen soll. Es sei bemerkt, daß Werkzeug und Werkstück auch vertauscht werden können. Wird durch Schwingbewegung des Pendelst, um P das Werkstück C vom Werkzeug B geschliffen (poliert), so muß ein Spanvorschub erfolgen, entweder durch Verlängerung des Hebels A (in V) oder durch entgegengesetzte Bewegung des Werkstücks C in Richtung der Achse U (Abb. 1). Es entstehen so auf den beiden Schleifkörpern Sphäroide gleicher Krümmung, ein konkaves auf C und ein konvexes B mit dem Krümmungsradius R, mit dem die Bearbeitung aufhört. Die ursprüngliche Form der beiden Körper B und C kann dabei beliebig sein. Es entsteht immer eine (konvexe oder konkave) Kugelfläche vom Radius der letzten Pendellänge.

Dieses bekannte Prinzip des Schleifens sphärischer Flächen kann nun dadurch eine Vervoll-

kommnung erfahren, daß der eine oder beide Träger der Schleifkörper (Werkzeug oder Werkstück) universalgelenkig an ihren Haltern gelagert sind. Eine kreuzgelenkige Verbindung von Schale und Halter ist an und für sich bekannt. Diese hat aber den Zweck, die einen Teil der Arbeitsbewegung darstellende Kippbewegung der einen Schale auf der anderen zu ermöglichen. Im vorliegenden Falle sollen jedoch

ίο die Gelenke ein selbsttätiges Anschmiegen der einen Fläche an die andere ermöglichen. Durch Anordnung derartiger (weiter unten näher beschriebener) Gelenke mit zur Vermeidung jeden Kippdruckes möglichst nahe der Schleiffläche liegenden Schwingpunkten, sollen die Vorteile der nichtstarren Verbindung zwischen den Schalen und ihren Haltern mit denen der Maschinen dieser Art mit starrer Befestigung vereinigt werden, bestehend in dem selbsttätigen Anschmiegen der beiden Arbeitsflächen aneinander. So wird erreicht, daß die beiden Arbeitsflächen selbst bei den kleinsten Verlagerungen (etwa vor Beginn des Arbeitsprozesses oder nach Auswechslung eines Schleifkörpers) sich

«5 nicht nur gegenseitig anschmiegen, sondern sich auch in die erforderliche Lage im Raum, d. h. entsprechend der Bewegungsbahn der bewegten Arbeitsfläche, einstellen. Letzteres wird bewirkt (bei Beweglichkeit beider Gelenke) durch jeden Berührungspunkt der konvexen Fläche mit der konkaven, während das gegenseitige Sichanschmiegen durch den Beistelldruck einer der beiden Flächen (bei langsamer Abnahme der Gelenkbeweglichkeit) erreicht wird.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, eines der beiden Gelenke während des ganzen Arbeitsprozesses beweglich zu halten, und es ergibt sich daraus der Vorteil großer Unabhängigkeit des gelenkig beweglichen Schleifkörpers von seinem Halter und dessen Fehlerquellen (Materialspannungen, Formänderung infolge Temperaturschwankung, Führung des Supports). Eine geringe, dauernde oder zeitweise Hemmung des beweglichen Gelenkes oder der Vorschubbewegung des Supports ist erforderlich, damit die Hebellänge als ein den Krümmungsradius bestimmender Faktor wirksam bleibt.

Durch die auf diese Weise erreichte Steigerung der Präzision (wozu besonders auch die Eigenschaft der Vorrichtung beiträgt, daß die weiche Polierschicht nicht zugleich Führungsfläche ist) gewinnen auch andere bekannte Eigenschaften dieses Maschinentyps an Bedeutung, z. B. Einstellbarkeit mit automatischer Beibehaltung des Krümmungsradius bei Herstellung vorausberechneter optischer Systeme (Vermeidung umständlicher Meß- und Korrektionsmaßnahmen). In Abb. 2 entspricht der im ortsfesten Lager 27 mittels Kugel 1 universalgelenkig gelagerte Hohlzylinder 2 mit dem in ihm (in der Längsachse verschiebbar) eingepaßten Hohlzylinder 3 und dem Träger 11, 12 des Schleifkörpers 18 dem Pendelt in Abb. 1. Durch Schraube7 in der mit dem Hohlzylinder 2 mittels Bänder 5 befestigten Mutter 8 kann über Druckplatte 9 und die Druckfeder 10 eine durch Zapfen 6 in 5 geführte Klemmplatte 4 mit verschieden starkem Druck auf den Innenzylinder 3 gepreßt werden, wodurch beide Teile gegeneinander festgestellt bzw. der Gleitwiderstand zwischen ihnen verändert werden können. Der Hohlzylinder 3 schließt mit dem Deckel 11 ab, welcher dem Träger 12 des Werkzeuges 18 als Lager dient; der Träger 12 mit seinem kugelhaubenförmig ausgebildeten Teil 19 wird in eine entsprechende Aussparung im Deckel 11 durch einen mittleren Schraubenbolzen 14, eine kugelförmige Unterlegscheibe 13, Mutter 15 und Druckfeder 16 mit Beilegescheibe 17 gedrückt. Bei ausreichendem Preßdruck kann auch eine Ausschaltung der Gelenkigkeit um die Kugelschalenlagerung erfolgen. Zur Erreichung der genannten Hemmung bzw. einer Abstufung der Gelenkbeweglichkeit des Werkzeughalters taucht ein kreisringförmiger Fortsatz des Deckels 11 in eine zu diesem im Träger 12 konzentrisch angebrachte Ringrille ein, die mit einer zähen Masse, z. B. Pech, ausgefüllt ist. Je nach der Zähigkeit der Pechmasse (Beeinflussung durch Temperaturänderung) wird der Beweglichkeitsgrad des Gelenkes geregelt. Die Verbindung des die konkave Fläche aufweisenden Körpers 20 (Werkstück) mit dem es tragenden Zylinder 24 kann in der gleichen Weise wie die des konvexen Körpers 18 am Zylinder 3 geschehen. Dabei wird die Kugelhaube 22, welche der Haube (oben) 19 entspricht, durch die Schwere der Auflageplatte 21 und des Werkstückes 20 in die Aussparung des Lagerkörpers 23 gedrückt. Eine Rotation der Schleifkörper in ihren Lagergelenken, hervorgerufen durch die Schleifreibung, kann, wie bekannt, vermieden werden durch radial (an der Peripherie der Gelenkteile 11, 12 bzw. 22, 23 [nicht gezeichnet]) angeordnete Stifte (Anschläge), die in Gabeln 0. dgl. an den Gegenstücken eingreifen. Der Träger 22, 23 des konkaven Schleifkörpers (Werkstück) ist in Richtung der senkrechten Kugelachse zwecks Beistellung beweglich. Diese Axialbeistellbewegung wird auf Seiten des konvexen no Schleifkörpers erreicht durch Drehung einer zentralen Schraubenspindel 25, die durch Bolzen 26 axial unverschieblich mit dem Lagerteil 11 verbunden am Innenzylinder 3 sitzt, während ihre Mutter am Außenzylinder 2 befestigt ist. Ihre Längsbewegung überträgt sie also auf den Zylinder 3.

Die axiale Bewegung des konkaven Schleifkörpers kann in ähnlicher Weise erfolgen.

Eine zur genauen Bearbeitung des Werkstükkes erforderliche sehr wirksame Zonenverschiebung wird durch die, wie bekannt, nach

einem Kegelmantel kreisende Bewegung des Pendels, und zwar durch zwei (in Abb. 3 auf der einen Seite dargestellte,) gleichartige Planetengetriebe an einer umlaufenden Trommel g erzielt, die seitlich der Schleifvorrichtung an- - geordnet und wie folgt ausgebildet sind: Die um eine (Haupt-) Achse (Welle s) sich lose drehende und die Grundbewegung des Planetengetriebes erzeugende Scheibe g erhält ihren Antrieb von »ο der Schnecke r aus- über das Schneckenrad q mit der Riemenscheibe f auf seiner Achse und demRiemeno auf der trommeiförmigen Scheibeg. Dabei kämmt das Planetenrad i mit dem Sonnenzahnrad h, festgekeilt auf der senkrechten Welle s, und überträgt ihre beim Abrollen darauf entstandene Rotation über das mit ihm durch Welle k verbundene Zahnrad f auf ein Zahnrad e auf der in der oberen Trommelwand gelagerten Achse I. Der darauf befestigte Kurbelzapfen d erhält also eine erste kreisende Bewegung durch die ihn und das Zahnrad e tragende Trommel g und eine zusätzliche Schleifenbewegung durch Drehung des Zahnrades β selbst während seiner Kreisbewegung. Diese kombinierte Bewegung in einer um die Hauptachse s verlaufenden schleifenförmigen Kurve erzeugt eine gleichmäßige Abnützung von Werkzeug und Werkstück. Durch Verstellung der Welle Z des Zahnrades e in der um k konzentrisch in der oberen Trommelwand g verlaufenden Nute m kann der Radius der ersten kreisenden Bewegung und damit die Exzentrizität des Kurbelzapfens d verstellt werden. Zwecks Größenänderung der Bewegungsbahn der zweiten kreisenden Bewegung durch Zahnrad e kann der Kurbelzapfen d in einer auf e radial verlaufenden Nute t in seinem Abstand zur Achse Z des Zahnrades e verstellt werden. Die beiden synchron umlaufenden Kurbelzapfen d der beiderseitig angeordneten Planetengetriebe übertragen ihre Bewegung auf eine sie verbindende Kurbel- oder Pleuelstange c und damit auf eine mit ihr fest verbundene ringförmige Schelle h. Diese umfaßt vertikal gleitbar den Zylinder ii^a (Abb. 2). Es besteht auch die Möglichkeit, daß mehrere Führungsschellen b an derselben Pleuelstange c angebracht und dadurch ebenso viele Schleif stellen betrieben werden. Soll zwecks wesentlicher Änderung der Pendellänge (etwa durch Ansetzen weiterer Zylinderstücke im Pendel) eine Verlegung des Lagers .27 der Kugel ι erfolgen, so kann dies beispielweise durch die in Abb. 4 dargestellte Gleitvorrichtung geschehen, bestehend aus drei Metallzylindern 31, welche den Lagerkörper 27 des (oberen) Pendelgelenkes tragen und in je zwei übereinander angeordneten Lagerschellen 29 eingeklemmt sind. Durch vertikale Verschiebung der Zylinder 31 in den Schellen 29 und in weiteren über diesen angebrachten Schellen (nicht gezeichnet), kann eine Verstellung des Lagers 27 in weiten Grenzen erfolgen. Die dadurch evtl. in den Bewegungsraum des Pendels gekommenen Halter 28 und freien Schellen können infolge ihrer horizontalen Schwenkbarkeit um die ortsfesten Zapfen 30 aus dem Bewegungsraum geschwenkt werden.

Das genaue Messen des Krümmungsradius und der jeweiligen Dicke des Werkstückes kann, wie bekannt, geschehen durch Anlegen der Breitseite eines bandförmigen Anschlages an die konvexe Fläche und Ermittlung des Ortes dieses Anschlages auf einer Skala, welche auf der durch den Aufhängepunkt des Pendels gehenden senkrechten Ebene liegenden Führung dieses An-Schlages angebracht ist. Diese Skala ist mit der Marke einer Lagerschelle 29 in räumliche Beziehung gebracht. Mittels einer Skala, auf einem Hohlzylinder 31 angebracht, kann der Abstand des Aufhängepunktes des Pendels von der Marke an Lagerschelle 29 berücksichtigt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Maschine zum Schleifen sphärischer Flächen mittels einer kugelflächenförmigen Schleifschale, die in nach einem Kegelmantel kreisende Bewegung gegenüber dem Werkstück versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (oder an seiner Stelle auch das Werkstück) am schwingenden Ende eines universalgelenkig aufgehängten, in seiner Länge einstellbaren Pendels (2, 3) befestigt ist, das von einer an dem außen zweckmäßig zylindrisch ausgebildeten Kopf (n^e) des Pendels gleitbaren Schelle (V) mittels einer beiderendig angetriebenen Pleuelstange (c) dadurch in eine zweifach kreisende Bewegung versetzt wird, daß ihre beiden Kurbelzapfen (d) erstens mittelbar an zwei seitlich der Schleifmaschine angeordnete, die Hauptkreisbewegung bewirkende Trommelscheiben (g) auf Welle (s) sitzen und zweitens zur Erzielung der zusätzlichen χ05 kreisenden Nebenbewegung unmittelbar an dem letzten Zahntrieb (Z, e) zweier von dem Sonnenrade (ti) auf der festen Trommelachse (s) aus angetriebenen synchronen Planetengetriebe (i, h, f), zum Zwecke, auf dem nicht umlaufenden, völlig spielfrei gelagerten Werkstück (oder an seiner Stelle Werkzeug) eine in ihrer Form veränderliche schleifenförmige Schleifbahn zu erzeugen, die eine besonders gleichmäßige Abnützung von Werkstück und Werkzeug (Zonenverschiebung) gewährleistet.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder beide Schleifschalen- (Werkstück-) Träger (19 und 22) in ihren Halteplatten (11 und 23) universalgelenkig gelagert sind (Kugellager mit

   auf dem Schleifflächenzentrum liegenden Drehpunkt) und zwischen beiden Lagerteilen unter Benutzung einer mit Pech gefüllten Kreisrille, in die der eine Lagerteller mit seinem kreisförmigen Rand eintaucht, eine bei erweichtem Pech einstellbare Abstützung vorgesehen ist, um die aufeinander schleifenden Teile vor (oder auch während) der Bearbeitung gegeneinander und im Räume nach Bedarf einstellen zu können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen