ES2322246T3

ES2322246T3 - Torno de alta velocidad para fabricar superficies opticamente activas.

Info

Publication number: ES2322246T3
Application number: ES03003339T
Authority: ES
Inventors: Gunter Schneider; Klaus Kramer
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: EP1323497A2; DE19653233A1; EP1323497B1; EP1323497B2; DE29623288U1; DE59709902D1; DE29724906U1; EP1323497A3; DE59712994D1; EP0849038A2; ES2191805T3; ES2191805T7; EP0849038B1; EP0849038A3; ES2322246T5; EP0849038B3

Abstract

Máquina para fabricar superficies ópticamente activas, la cual dispone de un husillo portapiezas (3) que puede girar alrededor de un eje C y que dispone de un alojamiento (4) para la pieza de trabajo y cuyo número de revoluciones está controlado electrónicamente, y de un carro portaherramientas (17) que puede ser movido en la dirección radial de un eje X y en la dirección axial de un eje Z con respecto al eje C, estando previsto un motor lineal de alta dinámica al menos para el movimiento de avance axial en la dirección del eje Z y estando previsto un procesador de control para el movimiento del carro portaherramientas (17) en la dirección de los ejes X y Z y para la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, el cual controla la posición del carro portaherramientas (17) a lo largo de los ejes X y Z, así como la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, caracterizada porque el número de revoluciones así como la fase de la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C pueden ser regulados, y pueden generarse relaciones de dependencia entre las posiciones de los ejes X, Z y C mediante el procesador de control, pudiendo realizar el carro portaherramientas (17) una frecuencia de oscilación de al menos 100 Hz en la dirección del eje Z mediante el motor lineal, pero pudiendo ser operado también en un rango de frecuencias de entre 25 Hz y 100 Hz, estando enlazados electrónicamente el eje C, el eje X y el eje Z mediante técnicas de control de modo que por cada vuelta del husillo pueda ser proporcionado un nuevo juego de datos que define las relaciones de dependencia existentes en ese momento entre los ejes para la variación del movimiento del carro portaherramientas.

Description

Torno de alta velocidad para fabricar superficies ópticamente activas.

Se necesitan superficies ópticamente activas en lentes, espejos huecos, prismas y productos ópticos similares. Para simplificación del lenguaje, se habla seguidamente de "lentes" en relación con superficies ópticamente activas. Sin embargo, con este término se siguen entendiendo todas las superficies que sean ópticamente activas.

Mientras que las lentes de materiales más duros, como, por ejemplo, vidrios minerales, se fabrican mediante rectificado, las lentes de material más blando se pueden fabricar también por procesos de mecanización con arranque de virutas, por ejemplo en tornos.

La invención se refiere a una máquina para fabricar superficies ópticamente activas, la cual dispone de un husillo portapiezas que puede girar alrededor de un eje C y que dispone de un alojamiento para la pieza de trabajo y cuyo número de revoluciones está controlado electrónicamente, y de un carro portaherramientas que puede ser movido en la dirección radial de un eje X y en la dirección axial de un eje Z con respecto al eje C, estando previsto un motor lineal al menos para el movimiento de avance axial y estando previsto un procesador de control para los ejes X, Z y C, el cual controla la posición del eje Z, la posición del eje X así como la rotación del eje C. La invención se refiere, además, a un método para la puesta en funcionamiento de una máquina de este tipo.

Las características de los tornos utilizados hasta ahora son las siguientes:

1.: Máquinas de control numérico con accionamientos convencionales para la fabricación de lentes con simetría de revolución

-: Los movimientos de la herramienta sólo son lentos, referido a la velocidad periférica de la pieza de trabajo.

-: La herramienta realiza por cada vuelta del husillo un movimiento constante, es decir que, referido a la vuelta única del husillo, no tiene lugar ningún cambio de dirección en el movimiento de la herramienta.

2.: Tornos con motor lineal para la mecanización de metales

-: Los tornos con motores lineales que se han dado a conocer en la mecanización de metales se utilizan solamente para la llamada mecanización no redonda, es decir que las piezas de trabajo son mecanizadas en su periferia exterior. Se produce aquí usualmente uno respectivo tramo parcial más largo en la pieza de trabajo mecanizada con la misma sección transversal. Resulta de esto que para numerosas vueltas consecutivas de la pieza de trabajo se puede trabajar con el mismo juego de datos para accionamiento de avance del carro portaherramientas, ya que éste realiza también consecutivamente los mismos movimientos. Otra característica en la mecanización no redonda consiste en que, prescindiendo de las ovalidades producidas, la velocidad periférica y, por tanto, la velocidad de corte se mantienen aproximadamente constantes. Además, los motores lineales asíncronos empleados tiene una elevada producción de calor, lo que conduce a faltas de precisión a consecuencia de dilataciones térmicas no deseadas. Tienen solamente una dinámica reducida y fuerzas de retención pequeñas, especialmente en estado parado.

Se desprende de lo antes citado que con el torno según 1. se pueden fabricar solamente lentes usuales con simetría de revolución en las que todos los elementos superficiales que tienen la misma distancia al eje de rotación presentan la misma curvatura. Los rápidos movimientos de oscilación del carro portaherramientas que son necesarios para la fabricación de lentes que carecen de simetría de revolución no pueden ser ejecutados en estas máquinas debido a su construcción. Los tornos según 2. no son adecuados para la fabricación de lentes, ya que el material se mecaniza aquí en la periferia, mientras que en la fabricación de lentes tiene que mecanizarse en el lado frontal, de lo que resultan problemas enteramente diferentes. Por consiguiente, los tornos que se han dado a conocer hasta ahora no son adecuados para fabricar lentes con superficies de cualquier configuración, es decir, superficies sin simetría de revolución.

Sin embargo, existe una demanda considerable de lentes que no tengan simetría de revolución, es decir, en las que los elementos de superficie sobre círculos cualesquiera concéntricos al eje de rotación tengan curvaturas e inclinaciones diferentes en el recorrido del círculo correspondiente. En la industria de las gafas existe un ejemplo de aplicación típico para tales lentes. Se necesitan cristales de gafas con superficies toroidales, a menudo con curvaturas adicionales o bien con otras superficies de forma libre para lograr una visión progresiva entre lejos y cerca. Según el diferente planteamiento del problema, el cristal de unas gafas presenta en varias zonas una curvatura diferente. Hoy en día, no es posible una fabricación mediante mecanización de torneado. La presente invención se refiere a un torno de alta velocidad para fabricar tales lentes u otras similares.

Ya es conocido por el documento US 4.343.206 un dispositivo para fabricar superficies que no son rotacionalmente simétricas. En este dispositivo, la pieza de trabajo está dispuesta en un primer carro portapiezas de modo que puede girar alrededor de un eje Y, al cual está asignado un segundo carro portaherramientas que está dispuesto en ángulo recto respecto al primero y puede ser movido en la dirección X. El segundo carro portaherramientas dispone de un carro auxiliar para la herramienta, el cual puede ser movido paralelamente al primer carro portapiezas en las direcciones Z e Y, respectivamente. El carro auxiliar puede ser trasladado en la dirección Z a una velocidad relativamente alta según un programa predefinido y en ángulo recto respecto a un eje de rotación de la pieza de trabajo. El carro auxiliar se acerca a la pieza de trabajo y se aparta de la misma en la dirección Z de acuerdo con una señal dependiente de la posición angular \varphi de la pieza de trabajo y de la posición X del segundo carro portaherramientas. A diferencia del movimiento giratorio \varphi y del movimiento en la dirección X, el movimiento en la dirección del eje Z puede ser controlado mediante una función fija f (X, \varphi).

Por el documento US 5.485.771 ya se conoce una máquina para fabricar superficies oftálmicas u ópticamente activas, la cual dispone de un husillo portapiezas que puede girar alrededor de un eje C (eje de rotación) y que presenta una pieza de trabajo y cuyo número de revoluciones está controlado electrónicamente, y de dos carros portaherramientas que pueden ser movidos en la dirección radial de un eje Y (segunda dirección) y en la dirección axial de un eje X (primera dirección) con respecto al eje de rotación, estando previsto un motor de avance convencional o un motor lineal para el movimiento de avance de los carros portaherramientas. Un procesador de control está asignado a los ejes X, Z y C, el cual controla de manera independiente los movimientos de avance y la rotación. La invención se propone diseñar y disponer un torno de alta velocidad de modo que quede asegurada una fabricación precisa y rápida de superficies libres ópticamente activas que presentan una curvatura o forma cualquiera. Este problema se resuelve mediante la máquina según la reivindicación 1, el uso según la reivindicación 4 y el procedimiento según la reivindicación 8.

El torno de alta velocidad según la invención dispone de un husillo portapiezas accionado que lleva la pieza de trabajo y cuya rotación es vigilada y controlada (eje C) por una unidad electrónica. Además, está presente un carro portaherramientas que lleva la herramienta y que puede moverse radial y axialmente con respecto al husillo portapiezas, siendo vigilados y controlados también electrónicamente (eje X y eje Z) estos movimientos. Los tres ejes se enlazan electrónicamente uno con otro, es decir que los movimientos del eje C, el eje X y el eje Z dependen uno de otro y se enlazan de modo que se obtiene el contorno de lente deseado.

El movimiento de giro del eje C es controlado en todos los parámetros por la disposición de control y regulación electrónica citada. Pertenecen a éstos, por ejemplo, el número de vueltas a partir del arranque, el ángulo de fase y el número de revoluciones. El eje C se activa, entre otras cosas, de modo que el número de revoluciones del husillo portapiezas aumente cuando la herramienta realiza movimientos radiales en el eje X, dirección al eje de rotación del husillo portapiezas (eje C). Así, tal como se desea, se mantiene constante la velocidad de corte (velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo). Este aumento del número de revoluciones se interrumpe poco antes de alcanzar el eje cié rotación de la pieza de trabajo y desde allí se sigue trabajando con un alto número de revoluciones constante. Esto es necesario, ya que, en caso contrario, el número de revoluciones se haría muy grande o infinito en las proximidades del eje de rotación, en donde el radio de giro es muy pequeño o, en el caso límite, resulta igual a cero.

Con el control citado del número de revoluciones se consigue que la velocidad de corte (velocidad de la trayectoria) sea aproximadamente de igual magnitud, con independencia del radio de la pieza de trabajo sobre el cual tenga lugar precisamente la mecanización con la herramienta, en tanto ésta no se encuentre en las proximidades del eje de rotación. La limitación del número de revoluciones máximo posible cuida de que no se presenten números de revoluciones inadmisiblemente altos al mecanizar en las proximidades del eje de rotación de la pieza de trabajo (eje C). Esto es importante especialmente también en vista de los movimientos del eje Z enlazado con el eje C, cuya frecuencia de oscilación está limitada hacia arriba.

Durante el movimiento de la herramienta en dirección radial, es decir, en la dirección del eje X, dicha herramienta se mueve al mismo tiempo axialmente, en la dirección del eje Z, y genera así el contorno deseado. Si se quisiera producir lentes esféricas, sería entonces constante el movimiento en el eje Z, es decir que no tendría lugar ningún cambio de dirección. Sin embargo, dado que deben fabricarse lentes asféricas de todo tipo y especialmente lentes tóricas (también lentes de gafas para visión multifocal), el movimiento de la herramienta en el eje Z ha de ser muchísimo más complejo. En particular, tiene que enlazarse con los otros dos ejes de la máquina (ejes C y X). Para fabricar una lente tórica, por ejemplo, son necesarios varios cambios de dirección de la herramienta en el eje Z durante una sola vuelta del husillo portapiezas en torno al eje C, es decir que el carro portaherramientas con el husillo portaherramientas realiza movimientos oscilantes cuyo desarrollo tiene que coordinarse muy exactamente con el de los otros dos ejes.

El filo de la herramienta tiene que pasar exactamente por el centro de la lente (eje de rotación) al final de la mecanización y luego, con activación inversa del eje Z, tiene que rebasar aún el centro en cierto trecho para separarse luego de la pieza de trabajo con pequeño gradiente en movimiento homogéneo en dirección Z. Esta clase de mecanización del centro es necesaria para que el centro de la lente, que es especialmente importante, se pueda fabricar también de manera ópticamente impecable, es decir, con la máxima precisión mecánica.

Por consiguiente, la herramienta de mecanización realiza movimientos oscilantes rápidos al menos en una dirección de movimiento y es accionada por un motor lineal altamente dinámico. Cuando la herramienta realiza, por ejemplo, en dirección axial (eje Z) unos movimientos de oscilación rápidos, pero controlados, mientras que se mueve uniformemente hacia delante en dirección radial (eje X) y los movimientos de los tres ejes están coordinados uno con otro, se pueden fabricar así lentes en las que la curvatura e inclinación de los elementos de superficie sobre círculos cualesquiera concéntricos al eje de rotación del husillo presentan valores diferentes en función del ángulo de giro cuando se sigue el trazado del círculo correspondiente. Esto significa que se pueden fabricar lentes con cualquier contorno de su superficie.

Cuando la herramienta, accionada por un motor lineal altamente dinámico, realiza también movimientos de oscilación en el eje X, se tiene que con la máquina correspondientemente equipada se pueden fabricar también lentes cuya periferia exterior no sea de forma circular, sino que tenga una configuración cualquiera. Una importante aplicación de esto es la adaptación de cristales de gafas a la forma de la montura de las gafas. En este caso, los cristales tienen que desviarse más o menos fuertemente de la forma circular en su perímetro exterior. Estas formas específicas para gafas tienen que confeccionarse en medida creciente ya en casa del fabricante de las lentes. Pertenece a esto también la rotura de los cantos (biselado) y la aplicación de nervios periféricos en el perímetro de las lentes para su recepción en la montura de las gafas.

El problema en la construcción de este torno de alta velocidad consiste en acelerar el carro portaherramientas con la herramienta de mecanización en cambio constante, es decir, en forma oscilante, de modo que la herramienta de mecanización ocupe la posición prefijada con una precisión muy alta. Estas posiciones de la herramienta en función del ángulo de giro del husillo tienen que conseguirse sin sobreoscilación u oscilación residual. Especialmente en el caso de fuertes variaciones de curvatura en función del ángulo de giro del husillo, se pueden presentar aquí fuerzas de aceleración muy considerables. A esto se añade el que a cada nueva vuelta del husillo portapiezas es necesario un nuevo desarrollo de movimiento del carro portaherramientas y el movimiento de los tres ejes (ejes C, X y Z) tiene que desarrollarse coordinado con los de los otros dos.

Los accionamientos de los carros portaherramientas usuales hasta ahora no están en condiciones, sin excepción, de aplicar los valores de aceleración necesarios y, además, no trabajan con la precisión necesaria. Una razón de estas deficiencias consiste en que los accionamientos de los carros portaherramientas usuales hasta ahora se basan principalmente en que el movimiento de giro de motores eléctricos es convertido en movimientos lineales por medio de miembros intermedios mecánicos adecuados. Por tanto, un cambio rápido del movimiento lineal tendría en estos sistemas como consecuencia también un cambio en la dirección de giro de los motores de accionamiento. Sin embargo, tales cambios de la dirección de giro se pueden realizar sólo con relativa lentitud, ya que los motores eléctricos de marcha rápida han acumulado muchísima energía cinética que tiene que ser frenada primero hasta cero antes de que pueda invertirse la dirección de giro. Se necesita tiempo para esto y también para el nuevo arranque siguiente del motor en dirección contraria. Por tanto, no se puede realizar un cambio espontáneo de la dirección de movimiento del carro portaherramientas.

Los motores lineales asíncronos que se han dado a conocer hasta ahora en máquinas herramientas para la mecanización de metales no son adecuados para la mecanización frontal de material con miras a fabricar lentes carentes de simetría de revolución. Tienen una producción de calor demasiado grande, lo que, en su aplicación en el sector óptico, conduce a inexactitudes inaceptables a consecuencia de dilataciones térmicas, y, además, son demasiado lentos, es decir que no disponen de la dinámica necesaria, y las fuerzas de retención, especialmente en estado parado, son demasiado pequeñas. Para evitar las dificultades antes citadas se prescinde, según la invención, de la utilización de motores eléctricos con partes rotativas y de motores lineales asíncronos. Por el contrario, se utilizan motores lineales altamente dinámicos con pequeña producción de calor, como, por ejemplo, motores lineales síncronos de corriente trifásica para accionar el carro portaherramientas para al menos una dirección de movimiento. En los motores lineales síncronos de corriente trifásica la parte secundaria de campos electromagnéticos alternos equipada con imanes permanentes es puesta directamente en movimiento de traslación, es decir, en movimiento lineal. No están presentes partes rotativas. Cuando las bobinas para generar los campos eléctricos progresivos en la parte primaria de los motores lineales son activadas por una moderna unidad electrónica, la parte secundaria del motor lineal puede ser trasladada a la posición deseada en forma precisa y con aceleraciones muy altas.

Los motores lineales utilizados como accionamientos para el carro portaherramientas de tornos tienen las ventajas siguientes:

-: A causa de la falta de partes rotativas y de la pequeña masa de la parte secundaria del motor lineal, se pueden conseguir buenos valores de aceleración, con lo que son posibles rápidos cambios de posición del carro portaherramientas y, por tanto, de la herramienta.

-: Dado que se suprimen miembros intermedios mecánicos afectados de holgura, como husillos, acoplamientos, etc., la precisión con la que la unidad electrónica de control activa el motor lineal y éste se mueve, actúa directamente en la herramienta.

Los motores lineales altamente dinámicos, como, por ejemplo, motores lineales síncronos trifásicos, tienen aún las ventajas siguientes:

-: Dinámica muy alta, es decir que son posibles movimientos oscilantes con al menos 100 Hz, consiguiéndose exactitudes de posicionamiento que están en el dominio nanométrico.

-: Solamente se presenta una producción de calor muy pequeña, dado que la parte secundaria no es accionada por inducción (= producción de calor) como en el motor asíncrono, sino que dispone de modernos imanes permanentes.

-: Se consiguen fuerzas de retención muy grandes, especialmente también en estado parado, lo que está correlacionado también con los imanes permanentes citados.

El torno de alta velocidad según la invención para la obtención de superficies ópticamente activas de cualquier forma en lentes, espejos huecos y otros componentes ópticos tiene típicamente un husillo rotativo accionado por motor con eje vertical (eje C) para recibir la pieza de trabajo y un carro portaherramientas con al menos dos guías lineales que sirve para recibir las herramientas. Por medio de estas guías lineales se puede mover el carro portaherramientas tanto en dirección axial (eje Z) como en dirección radial (eje X), referido al eje del husillo (eje C). Estos dos movimientos pueden realizarse independientemente uno de otro. Para el accionamiento en al menos una dirección está previsto un motor lineal altamente dinámico, por ejemplo un motor lineal síncrono trifásico. Sin embargo, pueden utilizarse también dos motores lineales de esta clase.

El carro portaherramientas está construido de modo que puede recibir varias herramientas (por ejemplo, cuchilla de torno, herramienta pulidora) que se utilizan sucesivamente para las diferentes operaciones de mecanización. Típicamente, se utiliza primero una cuchilla de torno especial de diamante que mecaniza primero la superficie de modo que ésta sea capaz de ser pulida. Una segunda herramienta, que está decalada lateralmente, aplica seguidamente el bisel al perímetro de la lente. Sin embargo, se puede mecanizar también completamente el borde de la lente, siendo posible un contorno cualquiera. Cuando se ha obtenido la forma básica de la lente, se sigue mecanizando la superficie mediante pulido, con lo que se obtiene la superficie ópticamente activa deseada. Para la operación de pulido citada se puede utilizar una herramienta accionada (rotativa) o no accionada. En cualquier caso, la herramienta pulidora está fijada al carro portaherramientas y realiza movimientos semejantes a los de la cuchilla de torno antes citada.

La alta dinámica de los motores lineales citados permite mover el carro portaherramientas con altos valores de aceleración de modo que varíe varias veces la dirección del movimiento de avance durante una sola vuelta del husillo portaherramientas. Por tanto, se pueden obtener superficies ópticamente activas con casi cualquier geometría deseada. Así, por ejemplo, se pueden fabricar cristales de gafas de cualquier curvatura sin que sean necesarias otras operaciones de rectificado fino entre la mecanización con la cuchilla de torno de diamante y el pulido.

Las ventajas del torno de alta velocidad según la invención son las siguientes:

-: Es posible producir casi cualquier superficie ópticamente activa sin que se tenga que cambiar de posición la pieza de trabajo, lo que incrementa la exactitud.

-: Debido a las posibilidades de fabricación ampliadas, por ejemplo en la fabricación de cristales de gafas bifocales, toroidales o bien otros de cualquier curvatura, se pueden suprimir pasos de trabajo que eran necesarios hasta ahora para mecanizar las diferentes superficies. Se reducen así los costes.

-: Debido al guiado extraordinariamente preciso del carro portaherramientas se pueden suprimir operaciones que, en caso contrario, son necesarias antes del pulido para que se consiga una calidad suficientemente buena de la superficie. Para fabricar un cristal de gafas es suficiente ahora una mecanización en torno muy fina (calidad apta para pulido) con mecanización subsiguiente del borde, y luego se realiza la pulimentación de corta duración.

-: Dado que es suficiente el motor lineal sin partes giratorias, el desgaste del torno de alta velocidad según la invención es más pequeño que en tornos usuales. Se reduce el coste del mantenimiento.

-: Dado que el carro portaherramientas se equipa con varias herramientas, se pueden suprimir operaciones en máquinas pospuestas. En una posición de sujeción de la pieza de trabajo se prepara la superficie apta para el pulido con una herramienta, mientras que a continuación se realiza la mecanización del borde con una segunda herramienta. Seguidamente, se pule la superficie con una tercera herramienta. La consecuencia son ahorros de costes adicionales.

El torno de alta velocidad según la invención tiene típicamente para el husillo portapiezas un intervalo de números de revoluciones de aproximadamente 750 rpm a 3000 rpm y trabaja con velocidad de corte casi constante (velocidad de trayectoria) a lo largo de una amplia zona del radio de giro mediante regulación posterior del número de revoluciones. En las proximidades del eje de rotación se limita el número de revoluciones, sin embargo, la máquina puede hacerse funcionar también con otros números de revoluciones. El carro portaherramientas, accionado por uno o más motores lineales, puede realizar varias oscilaciones (en los eje X y/o Z) por cada vuelta del husillo portapiezas (eje C). Una oscilación significa aquí un movimiento de avance con inversión de la dirección. Recíprocamente, a partir del intervalo de números de revoluciones citado y suponiendo dos oscilaciones por cada vuelta se obtiene una frecuencia de 25 a 100 Hz con la cual tiene que oscilar en vaivén el carro portaherramientas. Sin embargo, son posibles también otras frecuencias.

Para compensar las fuerzas libres de inercia que se presenten, las cuales se producen por efecto del movimiento de la parte secundaria del motor lineal y del carro portaherramientas enganchado, incluyendo la herramienta, puede ser conveniente prever dispositivos de compensación especiales. En uno de estos dispositivos se puede poner en oscilación, por ejemplo, una masa igual en dirección contraria con la misma frecuencia. Las fuerzas de inercia se anulan en este caso.

Normalmente, el sistema de medida de la posición, que capta la posición exacta de las partes linealmente movidas, está integrado en el motor lineal. Sin embargo, puede ser también conveniente disponer el sistema de medida en el carro portaherramientas. Se asegura así que la posición exacta del carro portaherramientas quede garantizada incluso aunque otras partes de la máquina realicen movimientos (por ejemplo, movimientos de oscilación).

El sistema de medida de la posición se elige de modo que trabaje con medición absoluta, con lo que es conocida siempre la posición del carro portaherramientas. Ventajosamente, se utiliza para ello una varilla de vidrio de medición absoluta con escala grabada por ataque químico.

En el torno de alta velocidad según la invención para superficies ópticamente activas se forma la parte secundaria del motor lineal preferiblemente con una sección transversal en U. La parte secundaria del motor lineal obtiene así una rigidez especialmente alta y, además, resulta con ello la posibilidad de instalar en las dos superficies laterales de la parte secundaria en forma de U del motor lineal el sistema de guía lineal previsto por ambos lados. Para este guiado lineal de la parte secundaria del motor lineal con el carro portaherramientas enganchado y la herramienta se prevén preferiblemente guías lineales pretensadas de circulación de bolas o de circulación de rodillos. Sin embargo, se pueden utilizar también otros sistemas de guía.

En lugar de las cuchillas de torno de diamante anteriormente mencionadas para la diferentes mecanizaciones, se pueden fijar también en el carro portaherramientas unas cabezas de corte con un sistema de cambio rápido que permitan instalar cabezas de corte de cualquier naturaleza en secuencia rápida. Igualmente, se pueden montar también husillos portaherramientas con accionamiento sobre el carro portaherramientas. La máquina según la invención puede utilizarse entonces también para el fresado o rectificado de lentes de material duro, por ejemplo vidrio mineral.

Una característica particular de la invención es la electrónica de alta potencia tiene que estar en condiciones de proporcionar un juego de datos completamente nuevo para el eje Z y eventualmente también para el eje X a cada nueva vuelta del husillo portapiezas (eje C). Para un número supuesto de revoluciones del husillo portapiezas de 3000 rpm, una vuelta dura 0,02 s. Sin embargo, a causa de los tiempos de reacción y de los procesos de regulación necesarios este tiempo no está disponible, sino que cada 4 ms ha de proporcionarse un nuevo juego de datos. El grandísimo flujo de datos resultante de esto requiere capacidades de ordenador que van bastante más allá de las usuales hoy en día.

Se explica seguidamente con referencia a un ejemplo una ejecución del torno de alta velocidad con un motor lineal altamente dinámico para el eje Z y un accionamiento convencional con motor rotativo para el eje X.

La figura 1 muestra una vista de la máquina.

La figura 2 muestra una sección transversal de la máquina.

Nota: No se han representado las diferentes posibilidades de compensación de masas ni tampoco las posibilidades adicionales de equipamiento del carro portaherramientas 17. Todos los movimientos de la máquina se controlan y regulan por medio de una unidad electrónica de alta potencia. Los tres ejes de la máquina (ejes C, X y Z) están enlazados uno con otro.

El cuerpo de la máquina consiste en una bancada de máquina inferior 1 sobre la cual se alzan a derecha e izquierda dos partes laterales verticales 2. En la bancada 1 de la máquina está montado un husillo portapiezas 3 que presenta en su extremo superior un alojamiento 4 para la pieza de trabajo 5. El husillo portapiezas 3 es accionado por un motor eléctrico 6 y puede girar discrecionalmente en forma continua o bien puede ser transformado por conmutación de eje en un eje redondo controlado (eje C).

Las dos partes laterales 2 llevan en su extremo superior dos tubos de guía horizontales 7 situados uno tras otro, sobre los cuales corren las guías 8 de circulación de bolas. Estas hacen posible el movimiento radial de la herramienta (eje X) y llevan el travesaño 9. En el travesaño 9 están fijados a la derecha y a la izquierda sendos tubos de guía 10, y además éstos llevan la pieza intermedia 11 destinada a recibir la parte primaria 12 del motor lineal con los devanados del estator.

El travesaño 9 está unido, además, con una biela 13 que establece la unión con un accionamiento de avance convencional 14. Con este accionamiento de avance convencional 14 se acciona (eje X) el sistema de aproximación radial de la herramienta (en dirección horizontal).

Sobre los tubos de guía verticales 10 corren a derecha e izquierda sendos pares de guías 15 de circulación de bolas que llevan a su vez la parte secundaria móvil 16 del motor lineal y hacen posible así el movimiento axial (eje Z). En la parte secundaria 16 del motor lineal está fijado el carro portaherramientas 17, que en el ejemplo representado lleva tres herramientas. La herramienta derecha 18 sirve para mecanizar el contorno de la pieza de trabajo 5, mientras que la herramienta izquierda 19 sirve para confeccionar biseles en la pieza de trabajo 5. La herramienta central 20 es la herramienta pulidora.

El funcionamiento de la máquina es el siguiente:

La pieza de trabajo 5 es puesta en rotación rápida por medio del husillo portapiezas 3. A continuación, el carro portaherramientas 17 es trasladado verticalmente hacia abajo según el eje Z por medio de la parte secundaria 16 del motor lineal y horizontalmente según el eje X por medio del accionamiento de avance convencional 14 hasta que la punta de la herramienta 18 toque justamente el borde exterior de la pieza de trabajo 5. Mientras que, a continuación, el accionamiento de avance 14 proporciona un movimiento de avance uniforme del carro portaherramientas 17 y la herramienta 18 en dirección horizontal, es decir, en dirección radial (eje X), el carro portaherramientas 17 con la herramienta 18 es movido de forma oscilante en dirección vertical, es decir, en dirección axial (eje Z), por la parte secundaria 16 del motor lineal de modo que se obtiene el contorno deseado en la pieza de trabajo 5. Esta operación puede repetirse a continuación -en caso necesario- con alta velocidad de corte junto con movimientos de aproximación muy pequeños según el eje X para conseguir la calidad deseada de la superficie. Seguidamente, se mecaniza la lente en su perímetro con la herramienta 19 y se la pule con la herramienta 20. Todos los movimientos en los tres ejes están enlazados uno con otro, es decir que dependen uno de otro.

Lista de símbolos de referencia

1.: Bancada de la máquina

2.: Parte lateral

3.: Husillo portapiezas

4.: Alojamiento de piezas de trabajo

5.: Pieza de trabajo

7.: Tubo de guía

8.: Guía de circulación de bolas

9.: Travesaño

10.: Tubo de guía

11.: Pieza intermedia

12.: Parte primaria

13.: Biela

14.: Accionamiento de avance

15.: Guías de circulación de bolas

16.: Parte secundaria

17.: Carro portaherramientas

18.: Herramienta

19.: Herramienta

20.: Herramienta

Claims

1. Máquina para fabricar superficies ópticamente activas, la cual dispone de un husillo portapiezas (3) que puede girar alrededor de un eje C y que dispone de un alojamiento (4) para la pieza de trabajo y cuyo número de revoluciones está controlado electrónicamente, y de un carro portaherramientas (17) que puede ser movido en la dirección radial de un eje X y en la dirección axial de un eje Z con respecto al eje C, estando previsto un motor lineal de alta dinámica al menos para el movimiento de avance axial en la dirección del eje Z y estando previsto un procesador de control para el movimiento del carro portaherramientas (17) en la dirección de los ejes X y Z y para la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, el cual controla la posición del carro portaherramientas (17) a lo largo de los ejes X y Z, así como la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, caracterizada porque el número de revoluciones así como la fase de la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C pueden ser regulados, y pueden generarse relaciones de dependencia entre las posiciones de los ejes X, Z y C mediante el procesador de control, pudiendo realizar el carro portaherramientas (17) una frecuencia de oscilación de al menos 100 Hz en la dirección del eje Z mediante el motor lineal, pero pudiendo ser operado también en un rango de frecuencias de entre 25 Hz y 100 Hz, estando enlazados electrónicamente el eje C, el eje X y el eje Z mediante técnicas de control de modo que por cada vuelta del husillo pueda ser proporcionado un nuevo juego de datos que define las relaciones de dependencia existentes en ese momento entre los ejes para la variación del movimiento del carro portaherramientas.

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque un motor lineal de alta dinámica está asociado al movimiento del carro portaherramientas (17) en la dirección del eje X, el cual asegura varias oscilaciones por cada vuelta del husillo portapiezas (3).

3. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque para posicionar el carro portaherramientas (17) está previsto un sistema de medida de posición con medición absoluta, y este sistema de medida de posición es un componente integrado del motor lineal o está dispuesto como una parte separada de la máquina en la zona del carro portaherramientas (17).

4. Uso de la máquina según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el número de revoluciones del husillo portapiezas (3) es aumentado por activación de la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C cuando la herramienta realiza movimientos radiales según el eje X, dirección al eje de rotación del husillo portapiezas (3) (eje C), de modo que la velocidad de corte se mantiene constante, y esta variación del número de revoluciones se interrumpe poco antes de alcanzar el centro de la lente y a partir de ahí se sigue trabajando con un número de revoluciones constante, conduciendo a continuación el filo de la herramienta exactamente a través del centro de la lente y discurriendo después todavía un trecho más allá del centro de la lente con activación inversa del eje Z y separándose después de la pieza de trabajo con un pequeño gradiente en un movimiento homogéneo en la direc-
ción Z.

5. Uso de la máquina según las reivindicaciones 1 a 3, o uso según la reivindicación 4 para mecanizar una pieza de trabajo, caracterizado porque

a): la superficie ópticamente activa de la pieza de trabajo se mecaniza mediante una cuchilla de corte,

b): la superficie de contorno de la pieza de trabajo y la superficie lateral relacionada con la forma de contorno se mecanizan mediante la cuchilla de corte o una segunda herramienta,

c): a continuación, la superficie ópticamente activa de la pieza de trabajo se pule.

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6. Uso de la máquina según la reivindicación 5, caracterizado porque el pulido se realiza mediante una herramienta que puede ser accionada o una herramienta no accionada.

7. Uso de la máquina según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el torneado se realiza mediante una primera herramienta y el pulido se realiza mediante una segunda herramienta, quedando la pieza de trabajo en el mismo alojamiento durante todo el proceso de mecanizado.

8. Procedimiento para el control de una máquina para fabricar superficies ópticamente activas, la cual dispone de un husillo portapiezas (3) que puede girar alrededor de un eje C y que dispone de un alojamiento (4) para la pieza de trabajo y cuyo número de revoluciones está controlado electrónicamente, y de un carro portaherramientas (17) que puede ser movido en la dirección radial de un eje X y en la dirección axial de un eje Z con respecto al eje C, estando previsto un motor lineal de alta dinámica al menos para el movimiento de avance axial en la dirección del eje Z y estando previsto un procesador de control para el movimiento del carro portaherramientas (17) en la dirección de los ejes X y Z y para la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, el cual controla la posición del carro portaherramientas (17) a lo largo de los ejes Y y Z, así como la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, caracterizado porque se regulan el número de revoluciones, así como la fase de la rotación del husillo portapiezas (3) alrededor del eje C, y se generan relaciones de dependencia entre las posiciones de los ejes X, Z y C mediante el procesador de control, realizando el carro portaherramientas (17) un movimiento de oscilación con una frecuencia de al menos 100 Hz en la dirección del eje Z mediante el motor lineal, y realizando un movimiento de oscilación con una frecuencia de entre 25 Hz y 100 Hz cuando el número de revoluciones del eje C oscila entre 750 rpm y 3.000 rpm, y porque el eje C, el eje X y el eje Z se enlazan electrónicamente mediante técnicas de control, de modo que por cada vuelta del husillo se proporciona un nuevo juego de datos que define las relaciones de dependencia existentes en ese momento entre los ejes para la variación del movimiento del carro portaherramientas.