DE102008022361A1

DE102008022361A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Brillenglasrohlings

Info

Publication number: DE102008022361A1
Application number: DE102008022361A
Authority: DE
Inventors: Gunter Schneider; Helwig Buchenauer; Klaus Krämer
Original assignee: Schneider GmbH and Co KG
Current assignee: Schneider & Co Kg De GmbH
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-12
Also published as: EP2119533A1; EP2119533B1; ATE496728T1; DE502009000340D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten eines Brillenglasrohlings 2 aus Kunststoff mittels einer Fräs- und/oder Drehmaschine 1 mit einer eine Spindelachse 3.1 und eine Rotationsachse R aufweisenden Werkstückspindel 3 für einen zu bearbeitenden Rohling 2 oder ein Halbzeug und mit einem einen Fräskopf 4.1 aufweisenden Fräser 4 und mit einer Bewegungsachse T, wobei der Fräser 4 und die Werkstückspindel 3 relativ zueinander in Richtung der Bewegungsachse T und in radialer Richtung zur Werkstückspindel 3 bewegbar sind, wobei zwischen dem Fräskopf 4.1 und der Rotationsachse R der Spindelachse 3.1 ein Abstand a vorhanden ist, wobei folgende Verfahrensschritte absolviert werden: - Beschleunigen des Fräskopfes 4.1 auf eine Betriebsdrehzahl; - Beschleunigen des Fräsers 4 und/oder der Werkstückspindel 3 in Richtung der Bewegungsachse T auf eine Geschwindigkeit V1; - Annähern von Fräskopf 4.1 und Werkstückspindel 3 in Richtung der Bewegungsachse T mit der Geschwindigkeit V1 bis auf einen Abstand a = a1; - Senkung der Geschwindigkeit V1 um mindestens 50% auf einen Wert V2 und Erreichen der Geschwindigkeit V2 spätestens bei dem Abstand a = a1; - Annähern von Fräskopf 4.1 und Werkstückspindel 3 mit der Geschwindigkeit V2 bis auf einen Abstand a = a2; - Senkung der Geschwindigkeit V2 um mindestens 10% auf einen Wert V3 und Erreichen der Anfahrgeschwindigkeit V3 spätestens bei dem Abstand a = a2.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fräs- und/oder Drehmaschine für Brillengläser aus Kunststoff mit einer eine Spindelachse und eine Rotationsachse R aufweisenden Werkstückspindel für einen zu bearbeitenden Rohling oder ein Halbfertigteil bzw. Halbzeug und mit einem einen Fräskopf aufweisenden Fräser und mit einer Bewegungsachse T, wobei der Fräser und die Werkstückspindel relativ zueinander in Richtung der Bewegungsachse T und in radialer Richtung zur Werkstückspindel bewegbar sind, wobei zwischen dem Fräskopf und der Rotationsachse R der Spindelachse ein Abstand a vorgesehen ist.
Es ist bereits eine numerische Steuerungseinheit mit einer Lastüberwachungsfunktion mit einer auf eine Werkzeugantriebsquelle wirkenden Last während eines Bearbeitungsvorgangs aus der DE 60 2004 000 025 T2 bekannt. Die Steuerungseinheit weist ferner auf einen Verschleißerkennungsbereich sowie einen Speicherbereich für verschiedenen verschleißabhängige Lastgrenzwerte, einen Berechnungsbereich zum Berechnen eines aktuellen Lastgrenzwertes auf Basis des aktuellen Verschleißes und einen Vergleichsbereich zum Vergleich der aktuellen Last mit dem berechneten Lastgrenzwert hin. Wenn die Last den Lastgrenzwert überschreitet, wird der Antrieb gestoppt.
Aus der JP7-51991A ist ein System zum Verhindern von Werkzeugbruch bekannt. Hierbei wird ein Stördrehmoment geschätzt und mit einem voreingestellten Referenzdrehmoment verglichen. Auf Basis des Vergleichsergebnisses wird die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs verringert oder das Werkzeug angehalten.
Aus der EP 1 166 960 A2 ist eine Bearbeitungsmaschine bekannt, die Mittel zur Vermeidung einer Kollision zwischen dem Werkzeug und anderen Maschinenteilen aufweist. Die Maschine wird gestoppt, wenn die aktuelle Last einen definierten Schwellwert überschreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brillenglasbearbeitungsmaschine derart auszubilden und anzuordnen, dass eine möglichst schnelle und sichere Bearbeitung von Brillengläsern gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Fräs- und/oder Drehmaschine die folgenden Verfahrensschritte absolviert: Beschleunigen des Fräskopfes auf eine Betriebsdrehzahl und Beschleunigen des Fräsers und/oder der Werkstückspindel in Richtung der Bewegungsachse T auf eine Geschwindigkeit V1 sowie Annähern von Fräskopf und Werkstückspindel in Richtung der Bewegungsachse T mit der Geschwindigkeit V1 bis auf einen Abstand a = a1. Anschließend Senkung der Geschwindigkeit V1 um mindestens 90 auf einen Wert V2 und Erreichen der Geschwindigkeit V2 spätestens bei dem Abstand a = a1 und Annähern von Fräskopf und Werkstückspindel mit der Geschwindigkeit V2 bis auf einen Abstand a = a2. Danach Senkung der Anfahrgeschwindigkeit V2 um mindestens 10 auf einen Wert V3 spätestens bei dem Abstand a = a2, vorzugsweise Erreichen der Anfahrgeschwindigkeit V3 spätestens bei dem Abstand a = a2. Hierdurch wird erreicht, dass unabhängig von der tatsächlichen Größe des eingesetzten und zu bearbeiteten Rohlings eine überhöhte Anfahrgeschwindigkeit und somit ein unkontrolliertes Abblocken des Rohlings trotz optimierter Fertigungszeiten vermieden wird. Der Anfahrvorgang zwischen dem Fräskopf und der Werkstückspindel wird erfindungsgemäß in zwei Teilbereiche unterteilt. Den ersten Teilbereich, in dem mit sehr großer Geschwindigkeit V1 angefahren wird. Der zweite Teilbereich, in dem mit stark reduzierter Geschwindigkeit V2 angefahren wird und schließlich ein dritter Teilbereich, in dem die Geschwindigkeit nochmals auf einen kleineren, optimalen Wert V3 reduziert wird. Der jeweilige Geschwindigkeitswert V1, V2, V3 wird in Abhängigkeit des Abstandes a zwischen dem Fräskopf und der Werkstückspindel gewählt.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn das Verhältnis von V1:V2 zwischen 100:1 und 30:1, insbesondere zwischen 88:1 und 66:1 eingestellt wird. Die Reduktion der Geschwindigkeit auf den Wert V2 gewährleistet auch bei Vorliegen eines zu großen Rohlings die eingangs erwähnte Prozesssicherheit trotz optimierter Zerspanleistung am Rohling. In Abhängigkeit von der Anfahrgeschwindigkeit in Richtung der Bewegungsachse T, von der Drehzahl des Fräsers und von der Art der verwendeten Werkstoffe für den Rohling sowie für das Blockmaterial ist auch eine geringfügigere Absenkung der Geschwindigkeit auf einen Wert innerhalb der vorgenannten Bereiche möglich.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Verhältnis von V2:V3 zwischen 5:1 und 1:1, insbesondere auf 2:1 eingestellt wird. Da in diesem dritten Anfahrabschnitt eine möglichst gute Oberflächenqualität bei der Zerspanung gewährleistet sein soll, ist eine Halbierung der Geschwindigkeit V2 auf den Wert V3 angestrebt. Mit der damit erreichten abschließenden Verzögerungsstufe wird die gewünschte Oberflächenqualität gewährleistet.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Abstand a1 zwischen dem Fräskopf und der Rotationsachse R der Spindelachse zwischen 40 mm und 50 mm, insbesondere auf 42,5 mm eingestellt wird. Die für die Brillenglasherstellung verwendeten Roh linge weisen in der Regel einen maximalen Durchmesser von 85 mm bzw. 90 mm auf. Mit dem erfindungsgemäßen Abstand a1 wird somit ein Eintauchen in den Rohling mit überhöhter Geschwindigkeit verhindert. Mit Erreichen des Abstandes a1, bei dem rein theoretisch schon ein Kontakt zwischen dem Fräskopf und einem zu großen Rohling entstehen könnte, ist erfindungsgemäß eine erste Geschwindigkeitsreduktion auf den Geschwindigkeitswert V2 vorgesehen.
Zwecks Verringerung der am Werkstück angreifenden Schneidlast kann ergänzend oder alternativ zur Reduktion der Geschwindigkeit V1, V2, V3 eine Drehzahl der Werkstückspindel bei Erreichen des Abstandes a = a1 und/oder a = a2 reduziert werden. Die Reduktion kann auch schon vor Erreichen des jeweiligen Abstandes a1, a2 eingeleitet bzw. erreicht werden. Dabei kommt eine Reduktion zwischen 30% und 70% in Betracht.
Daneben kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Durchmesser D des eingesetzten und zu bearbeitenden Rohlings (2) erfasst wird und als Wert für den Abstand a2 zwischen dem Fräskopf (3.1) und der Rotationsachse R der Spindelachse (3.1) der halbe Durchmesser D verwendet wird oder ein Wert für den Abstand a2 verwendet wird, der maximal 10% von dem halben Durchmesser D abweicht. Sobald der Fräskopf an den Rohling mit dem Durchmesser D angefahren ist, erfolgt die letztmalige Reduktion der Anfahrgeschwindigkeit auf die Prozessgeschwindigkeit zwecks Gewährleistung einer gewünschten Flächenqualität. Sollte der tatsächlich vorliegende Durchmesser D des Rohlings mit dem in der Maschine eingestellten Durchmesser übereinstimmen, tritt der Fräskopf bei Erreichen des Abstandes a2 mit dem Rohling in radialer Richtung zum Rohling in Eingriff. Die Randbearbeitung erfolgt wie üblich.
Sollte ein Rohling in der Maschine eingesetzt sein, dessen Durchmesser D größer ist als der in der Maschine eingestellte, tritt der Fräskopf bereits bei Erreichen des Abstandes a1 oder eines kleineren Abstandes zwischen a1 und a2 mit dem Rohling in Kontakt. Die Bearbeitung erfolgt mit erhöhter Geschwindigkeit V2. Die Geschwindigkeit V2 gewährleistet jedoch noch einen Spanprozess mit einer ausreichend guten Oberflächenqualität, bei dem vor allem das Abblocken des Rohlings oder eine nachteilige Beeinträchtigung der Lagerung des Rohlings verhindert wird. Auch in diesem Fall wird bei Erreichen des Abstandes a2 die Geschwindigkeit V2 auf den Wert V3 reduziert, um die letztlich gewünschte Oberflächenqualität zu gewährleisten.
Alternativ hierzu kann es vorgesehen sein, dass ein Ist-Wert Li eines Antriebsstroms und/oder einer Antriebsleistung des Fräskopfes, der Bewegungsachse T und/oder der Werkstückspindel bzw. ein Referenzwert Li für die Ist-Schneidlast erfasst und überwacht wird und dass ein Referenzwert Lf des Antriebsstroms und/oder der Antriebsleistung für den Freilauf zur Verfügung gestellt wird und dass der Ist-Wert Li mit dem Referenzwert Lf verglichen wird, wobei als Abstand a1 derjenige Abstand verwendet wird, bei dem das Verhältnis des Betrages des Ist-Wertes Li zu dem Betrag des Referenzwertes Lf größer als eins ist. Sobald der rotierende Fräskopf an dem rotierenden Werkstück in Eingriff kommt, erfolgt ein Anstieg des Ist-Wertes Li, der durch Vergleich mit einem Freilaufwert Lf erkannt werden kann.
Zu diesem Zeitpunkt kann vor Erreichen des eigentlichen Abstandes a2 die Geschwindigkeit verringert, ggf. bis auf den Wert V3 reduziert werden. Alternativ kann die Drehzahl der Werkstückspindel reduziert werden. In beiden Fällen wird die am Werkstück angreifende Schneidlast verringert.
Der Abstand a2 wird hierbei neu definiert. Die ggf. gewünschte Reduktion der Geschwindigkeit von V2 auf V3 erfolgt in diesem Fall erst nach dem Erreichen des neuen Abstandes a2. Da bei Einsatz der Geschwindigkeit V2 für die Bewegungsachse T eine Beschädigung des Werkstücks in der Regel verhindert wird, ist das Vorliegen der Geschwindigkeit V2 zum Zeitpunkt des Erreichens des neu definierten Abstandes a2 nahezu unkritisch.
Ein weiterer Schutz des Werkstücks kann erreicht werden, wenn ein bei einer vorangegangenen Standardbearbeitung eines entsprechenden Rohlings entstehender Maximalwert Lm einer Last L, also des Antriebsstroms oder der Antriebsleistung des Fräskopfes, der Bewegungsachse T und/oder der Werkstückspindel erfasst und gespeichert wird und wenn die Geschwindigkeit V2 oder V3 und/oder eine Drehzahl der Werkstückspindel um mindestens 10% oder 20% gesenkt wird, wenn der Ist-Wert Li in den ersten 1 s bis 3 s nach Erreichen des Abstandes a = a2 einen kritischen Wert Lk erreicht, wobei der Wert Lk zwischen 50% und 110% oder zwischen 80% und 100% des Maximalwertes Lm beträgt. Zu Beginn der Bearbeitung eines Rohlings steht die Randbearbeitung. Daran schließt sich die Bearbeitung einer ersten Seite bzw. der optischen Fläche des Rohlings an. Die während der Randbearbeitung entstehende Last L ist geringer als die Last L während der Bearbeitung der ersten Seite. Während der Bearbeitung der ersten Seite ist mit einem Maximalwert Lm der Last L zu rechnen. Sollte sich während der Bearbeitung des Randes, der in der Regel in den ersten 1 s bis 3 s nach Erreichen des Abstandes a2, also nach dem Kontakt zwischen dem Fräser und dem Rohling erfolgt, eine Erhöhung der Last L auf den Wert Lk ergeben, so kann diese durch Absenkung des Vorschubes verringert werden. Der Vorschub wird bei der Randbearbeitung bestimmt durch die Geschwindigkeit V2 bzw. V3 der Bewegungsachse T und/oder der Drehzahl der Werkstückspindel. Der Maximalwert Lm wird aus einer vorangegangenen Standardbearbeitung eines entsprechenden Rohlings ermittelt. Er stellt für den verwendeten Werkstoff einen Vergleichswert dar. Der Zustand bzw. die Einsatzzeit des Werkzeugs stellt bei der Bearbeitung von Brillenglasrohlingen aus Kunststoff bzw. bei der Ermittlung der Last eine unkritische Größe dar, so dass die Verwendung eines Vergleichswertes aus einer früheren Bearbeitung möglich ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Figur dargestellt.
Eine in 1 dargestellte Dreh- und Fräsmaschine 1 weist ein Maschinenbett 1.1 auf, auf welchem eine Werkstückspindel 3 mit einem darin aufgenommenen Rohling 2 sowie ein Fräser 4 mit einem Fräskopf 4.1 angeordnet sind. Die Werkstückspindel 3 weist eine Spindelachse 3.1 mit einer Rotationsachse R auf, um die der Rohling 2 rotierend antreibbar ist. Das Maschinenbett 1.1 weist gegenüber der Horizontalen eine Anstellung um den Winkel α auf.
Die Werkstückspindel 3 ist über einen Linearantrieb 3.2 in Richtung einer translatorischen Bewegungsachse T relativ zum Fräser 4 verfahrbar. Über die Bewegungsachse T ist ein Abstand a zwischen dem Fräskopf 4.1 und der Rotationsachse R variierbar.
Ausgehend von der dargestellten Position wird zwecks Bearbeitung des Linsenrohlings 2 der Fräskopf 4.1 auf eine Be triebsdrehzahl und die Werkstückspindel 3 in Richtung der Bewegungsachse T auf eine Geschwindigkeit V1 beschleunigt. Nachdem der Fräskopf 4.1 und die Werkstückspindel 3 einen Abstand a = a1 erreicht haben, wird die Geschwindigkeit V1 auf einen Wert V2 gesenkt. Nachdem der Fräskopf 4.1 und die Werkstückspindel 3 nach weiterer Annäherung einen Abstand a = a2 erreicht haben, wird die Geschwindigkeit V2 weiter auf einen Wert V3 gesenkt. Die Geschwindigkeit V1 weist dabei etwa 666 mm/s, die Geschwindigkeit V2 etwa 7,5 mm/s und die Geschwindigkeit V3 etwa 3,75 mm/s auf. Der Abstand a1 beträgt etwa 42,5 mm und der Abstand a2 etwa 32,5 mm.
Der Abstand a wird ermittelt zwischen der Rotationsachse R und einer Umfangslinie des Fräskopfes 4.1, an der ein Fräszahn aufgrund der Bewegung in Richtung der Bewegungsachse T zuerst mit dem Rohling in Kontakt tritt.
Bezüglich der Abstände a1, a2 sind die Rohlinge 2 gestrichelt und mit den Bezugszeichen 2', 2'' gekennzeichnet dargestellt. Der Rohling 2' weist dabei den Abstand a1 auf, während der Rohling 2'' den Abstand a2 aufweist.

1: Dreh- und Fräsmaschine
1.1: Maschinenbett
2: Brillenglas, Rohling, Linsenrohling
2': Rohling
2'': Rohling
3: Werkstückspindel
3.1: Spindelachse
3.2: Linearantrieb
4: Fräser
4.1: Fräskopf
a: Abstand
a1: Abstand
a2: Abstand
D: Durchmesser
R: Rotationsachse
T: Bewegungsachse
V1: Geschwindigkeit
V2: Geschwindigkeit
V3: Geschwindigkeit
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 602004000025 T2 [0002]
- JP 7-51991 A [0003]
- EP 1166960 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Brillenglasrohlings (2) aus Kunststoff mittels einer Fräs- und/oder Drehmaschine (1) mit einer eine Spindelachse (3.1) und eine Rotationsachse R aufweisenden Werkstückspindel (3) für einen zu bearbeitenden Rohling (2) oder ein Halbfertigteil und mit einem einen Fräskopf (4.1) aufweisenden Fräser (4) und mit einer Bewegungsachse T, wobei der Fräser (4) und die Werkstückspindel (3) relativ zueinander in Richtung der Bewegungsachse T und in radialer Richtung zur Werkstückspindel (3) bewegbar sind, wobei zwischen dem Fräskopf (4.1) und der Rotationsachse R der Spindelachse (3.1) ein Abstand a vorgesehen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Beschleunigen des Fräskopfes (4.1) auf eine Betriebsdrehzahl; – Beschleunigen des Fräsers (4) und/oder der Werkstückspindel (3) in Richtung der Bewegungsachse T auf eine Geschwindigkeit V1; – Annähern von Fräskopf (4.1) und Werkstückspindel (3) in Richtung der Bewegungsachse T mit der Geschwindigkeit V1 bis auf einen Abstand a = a1; – Senkung der Geschwindigkeit V1 um mindestens 90% auf einen Wert V2 und Erreichen der Geschwindigkeit V2 spätestens bei dem Abstand a = a1; – Annähern von Fräskopf (4.1) und Werkstückspindel (3) mit der Geschwindigkeit V2 bis auf einen Abstand a = a2; – Senkung der Geschwindigkeit V2 um mindestens 10% auf einen Wert V3 spätestens bei dem Abstand a = a2.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von V1:V2 zwischen 100:1 und 30:1 oder zwischen 88:1 und 66:1 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von V2:V3 zwischen 5:1 und 1:1, insbesondere auf 2:1 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a1 zwischen dem Fräskopf (4.1) und der Rotationsachse R der Spindelachse (3.1) zwischen 40 mm und 50 mm, insbesondere auf 42,5 mm ist eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Werkstückspindel (3) bei erreichen des Abstandes a = a2 und/oder a = a3 reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser D des eingesetzten und zu bearbeitenden Rohlings (2) erfasst wird und als Wert für den Abstand a2 zwischen dem Fräskopf (3.1) und der Rotationsachse R der Spindelachse (3.1) der halbe Durchmesser D verwendet wird oder ein Wert für den Abstand a2 verwendet wird, der maximal 10% von dem halben Durchmesser D abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ist-Wert Li eines Antriebsstroms oder einer Antriebsleistung des Fräskopfes (4.1), der Bewegungsachse T und/oder der Werkstückspindel (3) erfasst und überwacht wird und dass ein Referenzwert Lf des Antriebsstroms und/oder der Antriebsleistung für den Freilauf zur Verfügung gestellt wird und dass der Ist-Wert Li mit dem Referenzwert Lf verglichen wird, wobei als Abstand a2 derjenige Abstand verwendet wird, bei dem das Verhältnis des Betrages des Ist-Wertes Li zu dem Betrag des Referenzwertes Lf größer als eins ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Standardbearbeitung des Rohlings (2) entstehender Maximalwert Lm des Antriebsstroms oder der Antriebsleistung des Fräskopfes (4.1), der Bewegungsachse T und/oder der Werkstückspindel (3) erfasst und gespeichert wird und dass die Geschwindigkeit V2, V3 und/oder eine Drehzahl der Werkstückspindel (3) um mindestens 10% oder 20% gesenkt wird, wenn der Ist-Wert Li in den ersten 1 s bis 3 s nach Erreichen des Abstandes a = a2 einen kritischen Wert Lk erreicht, wobei der Wert Lk zwischen 50% und 110%, oder zwischen 80% und 100% des Maximalwertes Lm beträgt.