DE19737217A1 - Kombiwerkzeug zum Grob- und Feinschleifen optischer Linsen mit zwei Werkzeugen an einer Werkzeugspindel - Google Patents

Description

Optische Linsen werden üblicherweise durch schleifende Bearbeitung von entspre­ chenden Glasrohlingen hergestellt. An das Schleifen schließt sich ein Poliervorgang an. Aufgabe der nachstehend beschriebenen Erfindung ist es, das Schleifen optischer Linsen bezüglich Herstellungskosten und Genauigkeit günstiger zu gestalten. Die schleifende Bearbeitung wird dabei in zwei Stufen durchgeführt.

Zunächst wird in einem ersten Schleifgang die Kontur der Linse erzeugt (Grobschleifen). In einem zweiten Schleifgang wird die Oberfläche der Linse weiterbearbeitet und dabei ihre Rauhigkeit vermindert (Feinschleifen). Bei diesem zweiten Schleifgang wird die Rauhtiefe der Oberfläche soweit vermindert, daß eine polierfähige Oberfläche entsteht. Nach den Schleifvorgängen wird die Linse dann in einem dritten Arbeitsgang poliert, dabei entstehen die benötigten durchsichtigen, optisch aktiven Oberflächen.

Für das Grob- und Feinschleifen werden sogenannte Topfwerkzeuge eingesetzt, deren Rand mit Schleifkörpern (z. B. Diamanten) belegt ist. Dieser Besatz mit Schleifkörpern kann je nach Aufgabenstellung variiert werden, d. h. für das Grob- und Feinschleifen werden Schleifkörper unterschiedlicher Körnungen benutzt.

Während in der Vergangenheit für jeden der drei genannten Arbeitsgänge, Grob­ schleifen, Feinschleifen und Polieren, eine spezielle Maschine eingesetzt wurde, gibt es heute Zweispindel-Schleifmaschinen, bei denen für das Grob- und das Feinschleifen je eine Spindel vorgesehen ist, so daß beide Schleifgänge ohne Umspannen des Werkstücks (Linse) durchgeführt werden können. Anschließend wird die Linse auf einer separaten Maschine poliert.

Beim Arbeiten mit Zweispindel-Schleifmaschinen wird eine komplette Bearbeitungs­ maschine eingespart, was zu einer Kostenreduzierung auf der Beschaffungsseite führt. Außerdem entfällt das aufwendige Umspannen der Linse, was zu einer weiteren Kostensenkung führt. Hinzu kommt, daß jeder Umspannvorgang aufgrund der Maschinen- und Werkstücktoleranzen mit Ungenauigkeiten verbunden ist, was sich auf die Qualität der erzeugten Linsen nachteilig auswirken kann. Beim Einsatz von Zweispindel-Schleifmaschinen wird dieser Qualitätsnachteil vermieden, da der Grob- und Feinschleifvorgang in einer Aufspannung durchgeführt wird.

Es ist daher üblich, Linsen, insbesondere sphärische Linsen, auf zweispindeligen Schleifmaschinen herzustellen. Diese Maschinen haben eine untere, senkrechte Spindel zur Aufnahme des Werkstücks (Werkstückspindel) und zwei obere Spindeln zur Aufnahme der Schleifwerkzeuge zum Grob- und Feinschleifen (Werkzeugspindeln). Jede der drei Spindeln hat einen Motorantrieb. Die untere Spindel (Werkstückspindel) kann mittels eines Z-Schlittens senkrecht verfahren werden, während die beiden oberen Spindeln (Werkzeugspindeln) an einem Schwenkkopf befestigt sind, der seinerseits mit einem X-Schlitten verbunden ist, der sich waagerecht, d. h. rechts/links, verfahren läßt. Der Schwenkkopf läßt sich außerdem durch Verdrehen um seine Schwenkachse schräg stellen. Mit diesen Zweispindel-Schleifmaschinen lassen sich die sphärischen Oberflächen der Linsen mittels Topfwerkzeugen herstellen.

Das Linsenschleifen nach dem Stand der Technik bei Einsatz von Ein- oder Zweispindel-Schleifmaschinen hat jedoch die folgenden Nachteile:

• - Wenn Einspindel-Maschinen benutzt werden, so müssen für das Grob- und Feinschleifen jeweils separate Maschinen eingesetzt werden. Daraus ergeben sich hohe Investitionen, erhöhter Arbeitsaufwand für das Umspannen der Linse von der Grob- auf die Feinschleifmaschine und Ungenauigkeiten durch den Umspannvorgang.
• - Wenn Zweispindel-Maschinen benutzt werden, so entfallen zwar die Nachteile, die sich aus dem Umspannen ergeben. Nachteilig ist jedoch, daß die Zweispindel- Schleifmaschinen relativ hohe Investitionskosten erfordern und daß außerdem eine Werkzeugspindel immer in Ruhestellung ist, während mit der anderen gearbeitet wird. Der Ausnutzungsgrad der Maschine ist daher gering.

Bei dem erfindungsgemäßen Kombiwerkzeug zum Grob- und Feinschleifen optischer Linsen mit zwei Werkzeugen an einer Werkzeugspindel werden diese Nachteile vermieden. Das Kombiwerkzeug ist die Kombination von zwei koaxialen Topfwerkzeugen, wobei die Anordnung unterschiedlich sein kann. Eine Ausführung sieht vor, daß das Feinschleifwerkzeug mittels Hydrodehnspannfutter oder einer anderen Vorrichtung an der Werkzeugspindel befestigt ist, und sich das Grobschleifwerkzeug mittels Zugstange und mechanischem Antrieb axial dazu verschieben läßt wobei in diesem Fall das im Durchmesser kleinere Feinschleifwerkzeug von dem größeren Grobschleifwerkzeug umgeben wird. Es sind aber auch andere Anordnungen der Werkzeuge zueinander vorgesehen und auch andere Möglichkeiten zum Verschieben des Grobschleifwerkzeugs, wie z. B. ein hydraulischer Zylinder, der in das Kombiwerkzeug integriert werden kann.

Zwischen dem angetriebenen Schleifwerkzeug und dem mitlaufenden Schleifwerkzeug sind außerdem Konstruktionselemente angeordnet, die die Drehbewegung des von der Werkzeugspindel angetriebenen Schleifwerkzeuges auf das andere Schleifwerkzeug übertragen. Als solches Konstruktionselement kommen z. B. Stahlringe mit Hirthverzahnung in Frage. Es ist auch möglich, die Anordnung von Fein- und Grobschleifwerkzeug zu vertauschen oder auch Funktionselemente anderer Art für die verschiedenen Aufgaben vorzusehen, als vorstehend beschrieben.

Beim Arbeiten mit dem Kombiwerkzeug auf einer an sich bekannten Linsenschleifmaschine wird dieses an einer schräggestellten und angetriebenen Werkzeugspindel befestigt. Dann wird das Grobschleifwerkzeug, z. B. mittels einer Zugstange, nach vorne geschoben und steht somit deutlich über das Feinschleifwerkzeug vor. Der Linsenrohling wird an der, üblicherweise im unteren Teil der Maschine mit vertikaler Achse angeordneten, Werkstückspindel unter Zwischenschaltung einer Spannvorrichtung befestigt. Das Grobschleifen kann dann in der üblichen Art und Weise durchgeführt werden. Nach Beendigung dieses Arbeitsgangs werden das Schleifwerkzeug und die Linse wieder auseinandergefahren (z. B. Verfahren der Werkstückspindel in Z-Richtung) und das Grobschleifwerkzeug wird wieder zurückgezogen, so daß das Feinschleifwerkzeug nach vorne, d. h. in Richtung Linse, übersteht. Nach dem Zusammenfahren von Linse und Kombiwerkzeug kann der Feinschleifprozeß durchgeführt werden.

Das Kombiwerkzeug kann in Verbindung mit preiswerten Einspindel-Schleifmaschinen eingesetzt werden, ohne daß die Nachteile dieser Maschinenart (zum Grob- und Feinschleifen je eine gesonderte Maschine, Aufwand und Ungenauigkeiten beim Umspannen) zum Tragen kommen. Durch die Kombination von Grob- und Feinschleifwerkzeug an einer Werkzeugspindel ergeben sich alle Vorteile einer Zweispindel-Schleifmaschine (kein Zeitaufwand und keine Ungenauigkeiten durch das Umspannen der Linsen zwischen Grob- und Feinschleifen), ohne daß die Nachteile der Zweispindel-Schleifmaschine zum Tragen kommen (hohe Investitionskosten, geringer Ausnutzungsgrad). Das Kombiwerkzeug spart somit die Investitionskosten für eine komplette Einspindelschleifmaschine bzw. die Mehrkosten für eine Zweispindel­ schleifmaschine ein und bietet dennoch den hohen Bearbeitungskomfort einer Zweispindel-Schleifmaschine, obwohl nur eine preiswerte Einspindel-Schleifmaschine zum Einsatz kommt.

Das Kombiwerkzeug bietet aber auch noch eine andere Einsatzmöglichkeit. Wenn es auf einer Zweispindel-Schleifmaschine eingesetzt wird, so kann mit der ersten Werkzeugspindel der gesamte Schleifprozeß (Grob- und Feinschleifen ) durchgeführt werden, während mit der zweiten Werkzeugspindel die Linse poliert werden kann. Zwischen den Schleifvorgängen und insbesondere zwischen dem Feinschleifen und dem Polieren muß der Arbeitsraum der Maschine mit Wasser sorgfältig ausgespült werden, damit die Schleifrückstände aus den zuerst durchgeführten Arbeitsgängen bei den nachfolgenden Arbeitsgängen nicht zu Störungen führen (z. B. Kratzer auf der Linsenoberfläche). Bei der Arbeitsweise mit der Zweispindel-Schleifmaschine und dem Kombiwerkzeug wird zusätzlich noch die Poliermaschine eingespart, ein Umspannen der Linse findet überhaupt nicht mehr statt, was weitere Kosten spart und die Genauigkeit steigert.

Der grundsätzliche Aufbau des Kombiwerkzeugs wird an einem Beispiel erläutert. Die Abb. 1 zeigt das Kombiwerkzeug in der Arbeitsstellung Grobschleifen, während die Abb. 2 das Kombiwerkzeug in der Arbeitsstellung Feinschleifen zeigt.

Erläuterungen zu Abb. 1

Das Feinschleifwerkzeug (1) ist mit seinem Aufnahmezapfen (20) mittels eines, an der Werkzeugspindel (nicht gezeichnet) befestigten, Hydrodehnspannfutters (2) an der Werkzeugspindel der Schleifmaschine festgespannt. An seinem vorderen Rand verfügt das Feinschleifwerkzeug (1) über eine diamantbesetzte Bearbeitungskante (3). Das Feinschleifwerkzeug (1) wird von dem Grobschleifwerkzeug (4) umgeben, das ebenfalls über eine Bearbeitungskante (18) verfügt, wobei die Achsen (5) der beiden Werkzeuge koaxial verlaufen, d. h. zusammenfallen. Zum axialen Verschieben des Grobschleifwerkzeugs (4) gegenüber dem Feinschleifwerkzeug (1) dient eine Zug­ stange (6), die von einer nicht gezeigten Mechanik angetrieben wird und das Spülmittelrohr (7) umgibt. Über das Spülmittelrohr (7) wird dem Arbeitsbereich mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) eine Spülflüssigkeit zugeführt, mit der das abgetragene Material weggespült wird. Die Spülflüssigkeit dient außerdem zur Kühlung von Linse (8) und dem Grobschleifwerkzeug (4), das in Abb. 1 im Einsatz ist. Die Zug­ stange (6) und das Grobschleifwerkzeug (4) sind mittels mindestens zweier Mitnehmerstifte (9) miteinander verbunden. Ein Langloch (10) in dem Feinschleifwerkzeug (1) ist so ausgebildet, daß die Zugstange (6) mit den Mitnehmerstiften (9) axiale Bewegungen ausführen kann, wobei die eingezeichnete Mittellinie (11) die Lage der Mitnehmerstifte (9) angibt, wenn das Grobschleifwerk­ zeug (4) von der Zugstange (6) zurückgezogen wurde (siehe auch Abb. 2). Wenn das Grobschleifwerkzeug (4) jedoch nach vorne gefahren ist, so wird es von dem Feinschleifwerkzeug (1) über Metallringe mit Hirthverzahnung mitgenommen. Zu diesem Zweck ist ein erster, antreibender Metallring (12) mit Hirthverzahnung mittels Schrauben (13) an dem Feinschleifwerkzeug (1) befestigt, während ein zweiter angetriebener Metallring (14) ebenfalls mit Hirthverzahnung mittels Schrauben (15) an dem Grobschleifwerkzeug (4) befestigt ist. Wenn das Grobschleifwerkzeug (4) mittels Zugstange (6) und Mitnehmerstiften (9) nach vorne gefahren wird, so greifen die Hirthverzahnungen (16) von dem antreibenden Metallring (12) und dem angetriebenen Metallring (14) ineinander, so daß das Feinschleifwerkzeug (1) seine rotierende Bewegung auf das Grobschleifwerkzeug (4) übertragen kann.

Im gezeigten Beispiel entsprechend Abb. 1 ist das Grobschleifwerkzeug des Kombiwerkzeugs im Einsatz. Hierzu ist das Grobschleifwerkzeug (4) nach vorne gefahren und mit seiner Bearbeitungskante (18) in Berührung mit der rotierenden Linse (8). Die Werkstückspindel und andere Bauteile der Poliermaschine wurden in Abb. 1 nicht dargestellt. Entlang dem Kreisausschnitt, der sich in der Abb. 1 als Bearbeitungslinie (17) abbildet, findet der gewünschte Materialabtrag an der Linse (8) statt. Da sowohl das Grobschleifwerkzeug (4) als auch die Linse (8) entgegengesetzt rotieren, überträgt sich dieser Bearbeitungsvorgang auf die gesamte Linsenoberfläche wobei entsprechend dem Materialabtrag Zustellbewegungen von der Schleifmaschine ausgeführt werden. Da die Bearbeitungskante (3) des Feinschleifwerkzeugs (1) gegenüber der Bearbeitungskante (18) des Grobschleifwerkzeugs (4) zurücksteht berührt es die Oberfläche der Linse (8) in diesem Fall nicht, so daß der Grobschleifvorgang nicht gestört wird.

Erläuterungen zu Abb. 2

In Abb. 2 wird das Kombiwerkzeug in der Arbeitsstellung "Feinschleifen" gezeigt. Auch hier wurde wieder auf die Darstellung der Werkstückspindel und anderer Bauteile verzichtet. Das Grobschleifwerkzeug (4) wurde mittels der Zugstange (6) und der Mitnehmerstifte (9) zurückgefahren, wobei auch der antreibende Metallring (12) und der angetriebene Metallring (14) auseinandergerückt sind. Da jetzt die Bearbeitungs­ kante (3) des Feinschleifwerkzeugs (1) deutlich über die Bearbeitungskante (18) des Grobschleifwerkzeugs (4) vorsteht, kann der Feinschleifvorgang durchgeführt werden ohne daß das Grobschleifwerkzeug (4) mit seiner Bearbeitungskante (18) die Oberfläche der Linse (8) schädigend berührt. Das Feinschleifwerkzeug (1) ist mit seiner Bearbeitungskante (3) in Berührung mit der Linse (8). Entlang dem Kreisausschnitt, der sich in der Abb. 2 als Bearbeitungslinie (19) abbildet, findet der gewünschte Materialabtrag an der Linse (8) statt. Da sowohl das Feinschleifwerk­ zeug (1) als auch die Linse (8) entgegengesetzt rotieren, überträgt sich auch dieser Bearbeitungsvorgang auf die gesamte Linsenoberfläche, wobei entsprechend dem Materialabtrag Zustellbewegungen von der Schleifmaschine ausgeführt werden. Nach dem Feinschleifen ist die Linse (8) fertig zum Polieren.

Claims (11)

1. Kombiwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen polierfähiger Linsen mittels Grob- und Feinschleifen in dem Kombiwerkzeug sowohl ein Grobschleifwerkzeug (4), als auch ein Feinschleifwerkzeug (1) so miteinander kombiniert sind, daß beide Werkzeuge eine Baueinheit bilden und an einer einzigen Werkzeugspindel betrieben werden können und durch einfaches Verstellen, d. h. ohne Umbau, entweder das eine oder das andere Werkzeug in Arbeitsposition gebracht werden kann und die beiden Werkzeuge (Grobschleifwerkzeug (4) und Feinschleifwerkzeug (1) ) koaxial zueinander angeordnet sind und mit dem in Arbeitsposition befindlichen Werkzeug die gewünschte Bearbeitung durchgeführt wird, ohne daß das andere Werkzeug dabei stört.

2. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobschleifwerkzeug (4) außen angeordnet ist und an dem innen liegenden Feinschleifwerkzeug (1) befestigt ist.

3. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grobschleifwerkzeug (4) gegenüber dem Feinschleifwerkzeug (1) axial verschiebbar ist und durch diese Verschiebung entweder das Grobschleifwerkzeug (4) oder das Feinschleifwerkzeug (1) in Arbeitsposition gebracht werden kann.

4. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Grobschleifwerkzeugs (4) gegenüber dem Feinschleifwerk­ zeug (1) mittels einer Zugstange (6) erfolgt, die mit dem Grobschleifwerkzeug (4) über Mitnehmerstifte (9) verbunden ist, wobei das Feinschleifwerkzeug (1) über ein Langloch (10) verfügt, durch das der Mitnehmerstift (9) hindurch gesteckt ist so daß der Mitnehmerstift (9) sich mit genügend großem Hub bewegen kann.

5. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Grobschleifwerkzeugs (4) gegenüber dem Feinschleif­ werkzeug (1) mittels eines Hydraulik- oder Luftzylinders erfolgt, der in das Kombiwerkzeug integriert sein kann oder Teil der Schleifmaschine ist.

6. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Feinschleifwerkzeug (1) und dem Grobschleifwerkzeug (4) Mitnehmerelemente vorhanden sind, die die rotatorische Antriebsenergie der Werkzeugspindel von dem angetriebenen Schleifwerkzeug auf das mitgenommene Schleifwerkzeug übertragen.

7. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerelemente aus einem antreibenden Metallring (12) und einem angetriebenen Metallring (14) bestehen, die beide eine Hirthverzahnung (16) aufweisen und mittels Schrauben (13) und Schrauben (15) an dem Feinschleifwerkzeug (1) bzw. an dem Grobschleifwerkzeug (4) befestigt sind.

8. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Grobschleifwerkzeug (4) als auch das Feinschleifwerkzeug (1) topfförmig ausgebildet sind und jeweils über eine Bearbeitungskante (3) bzw. (18) verfügen.

9. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülmittelrohr (7) vorhanden ist, das durch das Kombiwerkzeug hindurch führt.

10. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kombiwerkzeug ein Aufnahmezapfen (20) vorhanden ist, mit dem es an der Werkzeugspindel der Schleifmaschine befestigt werden kann.

11. Kombiwerkzeug nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmezapfen (20) mittels eines, der Werkzeugspindel der Schleifmaschine zugeordneten, Hydrodehnspannfutters (2) an der Werkzeugspindel befestigt wird.