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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schleif- und Poliermaschine zum
Schleifen und/oder Polieren von Werkstücken in optischer
Qualität, insbesondere von Linsen, entsprechend dem Oberbegriff
des Schutzanspruchs 1. Neben der Bearbeitung von Linsen sollen auch
komplexe optische Bauteile sowie Formeinsätze mit der Maschine
bearbeitbar sein.
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STAND DER TECHNIK
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Für
die Durchführung komplexer Bearbeitungsabläufe
sind bisher eine oder auch mehrere Schleif- und Poliermaschinen
mit einer Mehrzahl genau laufender Werkzeuge erforderlich. Neben
einspindeligen Maschinen sind auch solche Maschinen bekannt, die
mehrere Bearbeitungsspindeln verwenden und auch Werkzeugwechsler,
mit denen die Bearbeitungswerkzeuge automatisch eingewechselt werden
können.
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Bei
einer solchen bekannten Maschine (
DE 100 29 967 A1 ) zur Bearbeitung von optischen
Werkstücken sind die Werkstückspindeln in einem
Joch angeordnet, während zwei Werkzeugspindeln entsprechend
dem sogenannten Gantry-Konzept in einem Portalaufbau oberhalb des
Jochs mit drei zueinander senkrecht verfahrbaren Linearachsen angeordnet
sind. Für das Verschwenken des Jochs wird hierbei ein Torque-Motor
verwendet, der Winkeleinstellungen mit hoher Präzision
ermöglicht. Der hohe maschinenbautechnische Aufwand hierfür
verhindert jedoch eine kostengünstige Herstellung dieser
Maschine. Darüber hinaus verursacht die Verwendung eines
Werkzeugwechslers mechanische Schnittstellen zwischen Werkzeugen
und Werkzeugspindeln, so daß die Werkzeugspindeln komplexe
integrierte Spannsysteme benötigen. Mit diesen Schnittstellen ist
jedoch die Erzielung der für die hochgenaue Schleifbearbeitung
erforderlichen Reproduzierbarkeit bezüglich des Rundlaufs
und des Planlaufs der Werkzeuge angesichts der gewünschten
Genauigkeiten von etwa einem Mikrometer schwierig.
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Bekannt
sind auch Kombinationswerkzeuge (
DE 197 37 217 A1 ), bei denen zum Herstellen
polierfähiger Linsen mittels Grob- und Feinschleifen zwei Topfschleifwerkzeuge
koaxial und axial verschiebbar zueinander angeordnet sind. Hierbei
ist jedoch der Werkzeugdurchmesser eingeschränkt und sowohl die
Steifigkeit der Anbindung an die Spindel als auch der Rundlauf der
Schleiflippen ist verbesserungsbedürftig. Auch das axiale
Verschieben der Werkzeuge zueinander ist wegen der Beladung des
Kühlmittels mit Glasabrieb störanfällig.
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Bei
einem weiteren bekannten Verfahren mit zugeordneter Vorrichtung
(
DE 197 51 750 A1 )
sind drei oder mehrere Schleifspindeln und ggf. Meßstationen
parallel zueinander und nebeneinander auf einem gemeinsamen Schlitten
angeordnet. Die Anzahl der Spindeln, der Aufwand zur Steuerung der
Spindeln, der erstmalige Rüstaufwand, die Folgejustagen sowie
der konstruktiv bedingte erhöhte Platzbedarf dieses Konzepts
führt zu beträchtlichen Gesamtkosten.
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Eine
Schleif- und Poliermaschine der im Oberbegriff des Schutzanspruchs
1 angegebenen Gattung wurde von der Loh Optikmaschinen AG, Wetzlar,
unter der Bezeichnung ”Toromatic-2 SL” entwickelt.
Diese nach dem ”Swing-Spindel-Konzept” arbeitende
Maschine besitzt eine Werkzeugspindel mit je einem an den Spindelenden
angeflanschten Fräs- bzw. Schleifwerkzeug. Um das jeweilige
Werkzeug mit dem Werkstück in Eingriff bringen zu können,
ist die Spindel revolverkopfartig um ihre rechtwinklig zur Spindel
angeordnete Schwenkachse schwenkbar und in diesen den zwei Werkzeugen
zugeordneten Rastpositionen fixierbar. Zur Winkelverstellung der
Werkzeugspindel bezüglich der Werkstückspindel
ist bei dieser Maschine eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen,
die aus einem um eine weitere Achse drehbaren Schwenkkopf besteht,
der mit einem zusätzlichen Hydraulikantrieb versehen ist. Am
Schwenkkopf ist mit Abstand zu dessen Drehachse die Schwenkachse
des die Werkzeugspindel lagernden Spindelgehäuses angeordnet.
Diese Anordnung erfordert somit zwei verschiedene Antriebe zum 180°-Verschwenken
der Werkzeugspindel einerseits und zum Winkelpositionieren der Werkzeugspindel
bezüglich der Werkstückspindel andererseits.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochgenau arbeitende
und kompakt bauende Schleif- und Poliermaschine der eingangs angegebenen
Gattung bereitzustellen, die es auf einfache und kostengünstige
Weise ermöglicht, mehrere Schleif- und Polierwerkzeuge
einzusetzen.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebene Schleif- und
Poliermaschine gelöst. Vorteilhafte oder zweckmäßige
Weiterbildungen der Maschine sind in den Unteransprüchen
angegeben und werden nachfolgend ebenfalls näher beschrieben.
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Gemäß dem
Schutzanspruch 1 ist die Schleif- und Poliermaschine ausgehend von
der im Oberbegriff angegebenen Ausbildung erfindungsgemäß durch
die Merkmale gekennzeichnet, daß die im Oberbegriff bezeichnete
Einrichtung aus einem an der Schwenkachse angeordneten Antrieb besteht, mittels
dessen die Werkzeugspin del um die Schwenkachse sowohl für
den gewünschten Werkzeugeingriff verschwenkbar als auch
in beliebige definierte Winkelpositionen bezüglich der
Werkstückspindel verdrehbar ist.
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Nach
dem Grundgedanken der Erfindung werden die bei dem im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen einschlägigen Stand der Technik
vorhandenen zwei Achsen, nämlich die dem Werkzeugwechsel
dienende Schwenkachse und die der Einstellung definierter Winkelpositionen
zwischen Werkzeugspindel und Werkstückspindel dienende
Drehachse zu einer einzigen gemeinsamen Schwenk-/Drehachse vereinigt.
Die Werkzeugspindel mit dem jeweils zum Einsatz gelangenden Werkzeug
kann in beliebige Winkelpositionen sowohl statisch als auch dynamisch
gedreht werden. Für beide Funktionen, nämlich
Werkzeugwechsel-Verschwenkung als auch Drehbewegungen zur Veränderung der
Winkelpositionen zwischen Werkzeugspindel und Werkstückspindel
wird nur ein Antrieb eingesetzt.
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Vorzugsweise
ist der Antrieb, wie im Anspruch 2 angegeben ist, ein gleichachsig
mit der Schwenkachse angeordneter Torque-Motor, dessen Rotor über
eine Schwenkwelle mit dem Spindelgehäuse fest verbunden
ist. Auf diese Weise wird nicht nur ein kompakter Direktantrieb
für das Spindelgehäuse erzielt, sondern es werden
hochpräzise Winkelpositionierungen ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Schleif- und Poliermaschine kann
in einfachster Bauweise mit nur einer Werkzeugspindel ausgerüstet
sein. Es können entsprechend Anspruch 3 vorteilhaft aber
auch mehrere Werkzeugspindeln, beispielsweise zwei Werkzeugspindeln,
parallel zueinander im Spindelgehäuse vorgesehen sein,
wodurch die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen
Maschine bezüglich der an den Werkzeugspindeln eingesetzten
unterschiedlichen Werkzeuge und dementsprechend bearbeitbaren unterschiedlichen
Werk stückgeometrien/Werkstoffe erhöht wird.
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Jedenfalls
ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Schwenkachse
(im wesentlichen) durch den Massenschwerpunkt des Spindelgehäuses
unabhängig von der Anzahl der Werkzeugspindeln verläuft,
wie aus Anspruch 4 hervorgeht. Auf diese Weise läßt
sich das Spindelgehäuse mit den daran gelagerten Werkzeugspindeln
schwenken und in definierte Winkelpositionen gleichförmig
drehen, ohne daß dabei störende durch einen exzentrischen Massenschwerpunkt
erzeugte Massenmomente zu überwinden sind.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann entsprechend Anspruch
5 am Spindelgehäuse seitlich außen wenigstens
ein Funktionselement zur Erfassung der Werkstückgeometrie
oder für die Werkstückhandhabung angebracht sein.
Auf diese Weise können Messungen der Werkstückgeometrie unmittelbar
vor, während oder nach verschiedenen Bearbeitungsstufen
gewissermaßen in situ durchgeführt und erforderliche
Korrekturen automatisch von der CNC-Steuerung berücksichtigt
werden. Zur Erfassung der Werkstückgeometrie kann als Funktionselement
gemäß Anspruch 6 ein Meßtaster am Spindelgehäuse
angebracht sein, oder gemäß Anspruch 7 ein Ringsphärometer
unter Zwischenlage einer gummielastisch-flexiblen Schicht zur Messung
von Radien an Werkstücken. Durch die Schwenkbarkeit des
Spindelgehäuses und damit des Meßtasters bzw.
des Sphärometers ist es möglich, diese Funktionselemente
in Normalrichtung auf jeden beliebigen Ort des Werkstücks
aufzusetzen, wodurch Fehlmessungen, die durch schräges
Antasten entstehen können, sicher vermieden werden.
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Anstelle
eines mechanischen Meßtasters als Funktionselement zum
Erfassen der Linsendicke und Linsenkontur kann auch ein berührungslos
arbeitendes Meßsystem eingesetzt werden, bei spielsweise ein
pneumatisch mittels Staudruck (Pralldüse) arbeitendes System.
Auch ein optisches Meßsystem kann als Funktionselement
eingesetzt werden. Geeignete optische Meßsysteme sind z.
B. Laser-Autofocus, Laser-Triangulations- oder interferometrisch
messende Systeme.
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Für
die Werkstückhandhabung kann entsprechend Anspruch 8 ein
Ladearm mit Sauger oder Greifer als Funktionselement am Spindelgehäuse angebracht
werden. Auch mehrere unterschiedliche Funktionselemente können
an verschiedenen Stellen seitlich außen am Spindelgehäuse
angebracht sein, wie aus Anspruch 9 hervorgeht.
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Die
vorhandenen CNC-Achsen, mit denen das Spindelgehäuse linear
bewegt und geschwenkt werden kann, werden bei der Werkstückhandhabung so
verwendet, daß Werkstücke z. B. aus einem Werkstückmagazin
in das Aufnahmefutter der Werkstückspindel transportiert
werden und umgekehrt. Die Schwenkmöglichkeit des Spindelgehäuses
kann darüber hinaus auch dafür genutzt werden,
ein Werkstück zu wenden, was eine Zweiseitenbearbeitung ermöglicht.
Auch können damit automatisierte Werkzeugprofilmessungen
oder Justierungen an Meßtastern oder Justierhilfselementen
vorgenommen werden, die an beliebiger Stelle im Aktionsbereich des Spindelgehäuses
maschinenfest angeordnet sind, z. B. auch über Kopf entgegengesetzt
zur Werkstückspindel. Mehrere Meßstationen können
im Aktionsbereich des Spindelgehäuses vorgesehen werden, ohne
die Baugröße der Maschine wesentlich zu vergrößern.
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Die
Erfindung ermöglicht eine besonders vorteilhafte zentrale
Kühlmittelzufuhr direkt in das Innere der verwendeten Werkzeuge.
Hierzu ist gemäß Anspruch 10 vorgesehen, daß die
Werkzeugspindel mit einem im wesentlichen über ihre Länge
durch gehenden Zentralrohr versehen ist, das beiderseits mit Innenausnehmungen
der Werkzeuge zur Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug hindurch
in Verbindung steht, wobei auf der von dem aktiven Werkzeug abgewandten
Seite der Werkzeugspindel eine Kühlmitteldüse
positionierbar ist. Hierzu ist gemäß Anspruch 11
am Spindelgehäuse ein Düsenhalter mittels eines pneumatischen
oder elektrischen Schwenkantriebs angebracht, der dafür
sorgt, daß die Düse von oben her Kühlmittel
durch das inaktive Werkzeug hindurch zuführen kann.
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Das
erfindungsgemäße Konzept ermöglicht es,
mit im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich geringerem konstruktiv-technischen
Aufwand kostengünstig mehr Werkzeuge als in allen bisherigen
Ausführungsformen präzise und genau laufend mit
dem Werkstück in Eingriff zu bringen, um so eine große
Anzahl komplexer Oberflächen und Bauelemente unter weitgehender
Vermeidung von Sonderwerkzeugen zu bearbeiten. Das erfindungsgemäße Konzept
ermöglicht die Durchführung aller üblichen Schleif-
und Polierverfahren, wie Drehumfangsquer- oder -längsschleifen
und -polieren, Außenrundschleifen und -polieren, Topfschleifen
oder Stirnschleifen und -polieren. Beim Polieren können
neben Werkzeugen für spezielle Linsengeometrien insbesondere Standard-Polierwerkzeuge
mit unterschiedlichen sogenannten Poliergründen zur Vor-
und Feinpolitur eingesetzt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele
darstellenden, teilweise schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigt:
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1 die
erfindungsgemäße Schleif- und Poliermaschine in
einer perspektivischen Ansicht,
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2 die
abgebrochen dargestellte Vorderansicht der Maschine,
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3 die
abgebrochen dargestellte Draufsicht auf die Maschine,
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4 eine
Schnittansicht entsprechend der Schnittverlaufslinie IV-IV in 3,
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5 die
Vorderansicht eines Werkzeugspindelgehäuses mit zusätzlich
angebrachten Funktionselementen,
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6 eine
perspektivische Ansicht eines Werkzeugspindelgehäuses mit
Düsenhalter für die Positionierung von Kühlmitteldüsen,
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7 die
Vorderansicht eines Spindelgehäuses, das mit einer Werkzeugspindel
ausgerüstet ist, und zweier Werkstückspindeln,
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8 bis 11, 14 und 15 jeweils die
Vorderansicht eines Spindelgehäuses, das mit zwei Werkzeugspindeln
ausgerüstet ist, und zweier Werkstückspindeln,
wobei unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge dargestellt
sind, und
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12 und 13 jeweils
die Vorderansicht eines Spindelgehäuses, das mit zwei Werkzeugspindeln
ausgerüstet ist, und zweier Werkstückspindeln, wobei
ein Meßtaster in zwei unterschiedlichen Positionen am Werkstück
dargestellt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
eine CNC-geregelte Schleif- und Poliermaschine 10 insbesondere
zur Bearbeitung optischer Linsen in einem rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystem,
in welchem der Buchstabe x die Breitenrichtung, der Buchstabe y
die Längenrichtung und der Buchstabe z die Höhenrichtung
der Maschine 10 bezeichnet.
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Die
Maschine 10 besitzt ein Maschinengestell 11, das
aus einem monolithischen Block aus Polymerbeton geformt ist. An
der Vorderseite der Maschine sind zwei Führungsschienen 12,
die sich in der vertikalen Höhenrichtung z parallel zueinander erstrecken,
am Maschinengestell 11 befestigt. An den Führungsschienen 12 ist
ein Z-Schlitten 13, der durch zugeordnete CNC-Antriebs-
und Steuerelemente (nicht gezeigt) in beiden Richtungen einer Z-Achse
CNC-lagegeregelt verstellbar ist, über Führungswagen
verschiebbar gelagert.
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Am
Z-Schlitten 13 sind zwei parallel zueinander angeordnete
Werkstückspindeln 14 und 15 vorgesehen,
die jeweils bezüglich ihrer Drehachsen CNC-winkelpositionsgeregelt
sind. Im gezeigten Beispiel ist an der Werkstückspindel 14 eine
Spannzange 16 angebracht, welche eine Linse 17 zur
Bearbeitung einspannt. Die andere Werkstückspindel 15 ist im
gezeigten Beispiel mit einem Vakuumfutter 18 zur Werkstückhalterung
ausgerüstet.
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Auf
der Oberseite der Maschine 10 sind zwei Führungsschienen 19,
die sich in der horizontalen Breitenrichtung x parallel zueinander
erstrecken, am Maschinengestell 11 befestigt. Die beiden
Führungsschienen 19 sind durch Endanschläge 20 begrenzt. An
den Führungsschienen 19 ist ein X-Schlitten 21 über
Führungswagen verschiebbar geführt, der durch
einen Linear motor in beiden Richtungen einer X-Achse CNC-lagegeregelt
verstellbar ist. Das Primärteil 22 des Linearmotors
ist am X-Schlitten 21 befestigt, während das Sekundärteil 23 zwischen
den Führungsschienen 19 am Maschinengestell 11 angeordnet
ist. Am X-Schlitten 21 sind den Endanschlägen 20 zugeordnete
Gummipuffer 24 befestigt.
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Auf
dem X-Schlitten 21 sind zwei Führungsschienen 25,
die sich in der horizontalen Längenrichtung y parallel
zueinander erstrecken, befestigt, wie aus 1 in Verbindung
mit 3 hervorgeht. An den Führungsschienen 25 ist
ein Antriebsmotor 26 über Führungswagen
verschiebbar geführt, der durch einen weiteren Linearmotor,
vom dem aus 3 lediglich das zwischen den
Schienen 25 am X-Schlitten 21 befestigte Sekundärteil 27 ersichtlich ist,
in beiden Richtungen einer Y-Achse CNC-lagegeregelt verstellbar
ist. Der Antriebsmotor 26 bildet auf noch zu beschreibende
Weise eine Schwenkeinrichtung für ein oberhalb der Werkstückspindeln 14 und 15 angeordnetes,
ebenfalls noch näher zu beschreibendes Spindelgehäuse 28.
Die Bezugszahl 29 bezeichnet eine horizontale Schwenkachse
für das Spindelgehäuse 28.
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Bei
dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind in dem Spindelgehäuse 28 zwei parallel zueinander
angeordnete Werkzeugspindeln 30 und 31 vorgesehen,
die drehzahlgesteuert durch z. B. jeweils einen Torque-Motor drehend antreibbar
sind. Beide Werkzeugspindeln 30, 31 sind an beiden
Enden zur gleichachsigen Aufnahme jeweils eines Werkzeugs ausgebildet,
um jeweils eines der beiden Werkzeuge für einen Eingriff
mit einem Werkstück bereitzustellen. Im Ausführungsbeispiel sind
an der Werkzeugspindel 30 eine Topfscheibe 32 und
eine Kombinationstopfschleifscheibe 33 angebracht. Auch
an der Werkzeugspindel 31 sind eine Topfscheibe 34 und
eine Kombinationstopfschleif scheibe 35 angebracht, jedoch
mit unterschiedlicher Dimensionierung. Bei Ausführung der
Maschine 10 als Polier- oder Feinschleifmaschine können
statt dessen formgebundene Polierwerkzeuge belegt mit z. B. PUR-Folie
als Poliergrund oder mit Diamant-Pellets belegte Feinschleifwerkzeuge
eingesetzt werden.
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Der
Antriebsmotor 26 ist ein gleichachsig mit der Schwenkachse 29 angeordneter,
in der Drehwinkelstellung CNC-geregelter Torque-Motor, der in 4 im
Längsschnitt dargestellt ist. Der Rotor 36 des
Motors 26 ist an einer Schwenkwelle 37 angebracht,
die über einen Zwischenflansch 38 fest mit dem
Spindelgehäuse 28 verbunden ist (beispielsweise
mittels hier nicht dargestellter Schrauben). Die Schwenkwelle 37 ist über
zwei voneinander beabstandete Wälzlager 39 in
einem Gehäuse 40 drehbar und axial unverschiebbar
gelagert. Der konzentrisch zum Rotor 36 des Motors 26 angeordnete
Stator 41 ist im Gehäuse 40 drehfest
befestigt.
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Von
den beiden übereinstimmend ausgebildeten Werkzeugspindeln 30 und 31,
die parallel zueinander im Spindelgehäuse 28 vorgesehen
sind, ist in 4 die Werkzeugspindel 31 im
Längsschnitt dargestellt. Die Werkzeugspindel 31 ist über
zwei voneinander beabstandete Wälzlager 42 drehbar und
axial unverschiebbar im Spindelgehäuse 28 gelagert.
An der Werkzeugspindel 31 befindet sich der Rotor 43,
und im Gehäuse 28 der den Rotor 43 konzentrisch
umgebende Stator 44 des Torque-Motors. An beiden Enden
der Werkzeugspindel 31 sind Hydrodehnfutter 45 vorgesehen,
um die Schäfte 46 und 47 der in Zylinderbohrungen 48 bzw. 49 der
Werkzeugspindel 31 eingesetzten Werkzeuge 34 bzw. 35 einzuspannen.
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Die
Werkzeugspindel 31 ist mit einem im wesentlichen über
ihre Länge durchgehenden Zentralrohr 50 versehen,
das beiderseits mit Innenausnehmungen 51 bzw. 52 der
Werkzeuge 34 bzw. 35 abgedichtet durch Radialwellendichtringe 53 bzw. 54 in Verbindung
steht. Diese Anordnung dient der Kühlmittelzufuhr zu dem
jeweils aktiven Werkzeug von innen durch das Werkzeug hindurch (6).
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Wie
aus den Zeichnungen, z. B. aus 2, hervorgeht,
ist die Lage der Schwenkachse 29 bezüglich des
Spindelgehäuses 28 so gewählt, daß sie etwa
durch den Massenschwerpunkt des Spindelgehäuses 28 verläuft.
Bei der gezeigten Anordnung von zwei Werkzeugspindeln 30 und 31 befindet
sich der Massenschwerpunkt etwa mittig zwischen den beiden Spindeln 30, 31.
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Am
Spindelgehäuse 28 kann seitlich außen wenigstens
ein Funktionselement zur Erfassung der Werkstückgeometrie
oder für die Werkstückhandhabung angebracht sein.
Wie beispielsweise in den 12 und 13 gezeigt
ist, kann es sich bei dem Funktionselement um einen Meßtaster 55 handeln. Zur
Messung von Radien an Werkstücken kann als Funktionselement
ein Ringsphärometer 56 seitlich außen
am Spindelgehäuse 28 befestigt sein (5). Geeignet
sind Sphärometer nach DIN 58724. Wie in 5 gezeigt
ist, wird das Sphärometer 56 unter Zwischenlage
einer gummielastisch-flexiblen Schicht, d. h. einer Platte 57 am
Spindelgehäuse 28 montiert, um eine bessere Anpassung
des Meßrings an die Linse zu erzielen. Das Sphärometer 56 ist
mittels eines winkelförmigen Halters 58 am Spindelgehäuse 28 befestigt.
Wie weiterhin aus 5 hervorgeht, ist am Halter 58 in
Verbindung mit dem Ringsphärometer 56 ein Meßsystem
angebracht, bestehend hier aus einem inkrementalen Meßtaster 55' (z. B.
der Baureihe MT 12 des Herstellers Heidenhain), dessen Tastspitze 59 aus
dem Meßring des Sphärometers 56 vorsteht.
Das Meßsystem ist durch eine geeignete Abdeckung (nicht
dargestellt) gegen Schmutz und Kühlmittel geschützt.
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Ein
der Werkstückhandhabung dienendes Funktionselement ist
ebenfalls in 5 dargestellt. Hierbei handelt
es sich um einen Ladearm 60, bestehend aus einem Distanzstück 61 und
einem Pneumatikzylinder 62 mit Kolbenstange 63,
an derem freien Ende ein Sauger 64 angebracht ist. Die
Arbeitsweise dieses Funktionselements ist z. B. wie folgt: Der Sauger 64 wird über
das Werkstück in der Werkstückspindel 14 gefahren.
Sodann wird der Sauger 64 mittels des Pneumatikzylinders 62 nach
unten gefahren, während die Werkstückspindel 14 nach
oben gefahren wird. Der Sauger 64 kann jetzt die Linse 17 ansaugen,
die Spannzange 16 wird geöffnet und die Linse 17 vom
Sauger 64 übernommen. Danach wird der Sauger 64 nach
oben gefahren, um die Linse 17 zunächst zwischenzulagern,
damit sie von einem externen Ladesystem (nicht gezeigt) wieder übernommen
werden kann. Dieses besitzt einen um 180° schwenkbaren
Sauger, der die Linse 17 wendet und sie gewendet erneut
in eines der Werkstückfutter einlegen kann.
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Wie 5 veranschaulicht
können mehrere unterschiedliche Funktionselemente an verschiedenen
Stellen seitlich am Spindelgehäuse 28 angebracht
sein.
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Für
die Zuführung eines Kühlmittels zu dem jeweils
im aktiven Eingriff befindlichen Werkzeug kann am Spindelgehäuse 28 ein
Düsenhalter 69 mittels eines in 6 schematisch
gezeigten pneumatischen oder elektrischen Schwenkantriebs 66 angebracht
sein. An dem Düsenhalter 69 sind zwei Düsen 65 im
Abstand der beiden Werkzeugspindeln 30, 31 befestigt,
die einen dünnen, wenig divergierenden Strahl erzeugen.
Nach genauem Einschwenken des Düsenhalters 69 in
die in 6 gezeigte Position wird die oberhalb der aktiven
Werkzeugspindel befindliche Düse 65 mit Kühlmittel
beschickt, so daß der Kühlmittelstrahl durch das
Zentralrohr 50 der jeweiligen Spindel hindurch in das Zentrum
des in aktiven Eingriff befindlichen Werkzeugs gelangt. Mittels
des Schwenkantriebs 66 kann der Düsenhalter 69 wahlweise
bezüglich des Spindelgehäuses 28 in der
in 6 dargestellten Relativstellung (oder einer bezüglich
dieser Stellung um 180° gedrehten Relativstellung) festgehalten
werden, so daß sich der Düsenhalter 69 mit
dem Spindelgehäuse 28 mitbewegt, oder bezüglich
des Spindelgehäuses 28 verdreht werden, etwa um
90°, um z. B. einen Werkzeugwechsel zu ermöglichen.
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Die 7 zeigt
die einfachste Ausführungsform der Erfindung mit nur einer
Werkzeugspindel 30, an deren beiden Enden mittels Hydrodehnfutter
(45 in 4) jeweils eine Topfscheibe 34 bzw.
Kombinationstopfschleifscheibe 35 angebracht ist. Die Schwenkachse 29 ist
im Zentrum der Spindel 30 im Massenschwerpunkt des Gehäuses 28 rechtwinklig zur
Spindeldrehachse angeordnet. Eine – oder wie in der Zeichnung
dargestellt – zwei Werkstückspindeln 14 und 15 sind
gegenüber der Werkzeugspindel 30 angeordnet. Da
die rotierende Kombinationstopfschleifscheibe 35 die Linse 17 an
der Werkstückspindel 14 bearbeitet, wird hierbei
nur die Spindel 14 angetrieben, was durch das Pfeilsymbol
unterhalb der Spindel 14 angedeutet ist.
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In 8 sind
zwei Werkzeugspindeln 30 und 31 in einem Spindelgehäuse 28 vorgesehen,
wie das schon in den 1 bis 6 dargestellt
und anhand dieser Figuren beschrieben worden ist. Die Werkzeugspindeln 30 und 31 sind
an beiden Aufnahmeenden mit Topfwerkzeugen 32, 34 bzw.
Kombinationswerkzeugen 33, 35, die jeweils aus
einer Topfscheibe und einer Umfangsschleifscheibe bestehen, bestückt.
Seitlich am Spindelgehäuse 28 ist ein Meßtaster 55 angebracht.
Im gezeigten Beispiel wird die an der Werkstückspindel 14 befindliche
Linse 17 bearbeitet, wofür die Werkstückspindel 14 im
Drehwinkel CNC-geregelt und die Werkzeugspindel 31 drehzahlgesteuert
angetrieben werden. Hierbei wird zunächst die Konvexfläche
der Linse 17 mittels des Werkzeugs 35 bearbeitet,
wobei unter Drehung der beiden Spindeln 31 und 14 die
Kombinationstopfschleifscheibe 35 eine Vorschubbewegung
in Richtung der Achse des Werkstücks ausführt
(Flachschleifprinzip).
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In 9 ist
das Feinschleifen derselben Linsenfläche der Linse 17 dargestellt.
Hierzu wurde das Spindelgehäuse 28 mit den beiden
Werkzeugspindeln 30 und 31 mittels des mit Bezug
auf 4 beschriebenen Antriebsmotors 26 um
etwa 180° um die Schwenkachse 29 geschwenkt, so
daß nunmehr die Topfscheibe 34 im Arbeitseingriff
mit der Linse 17 steht. Die Arbeitsweise im übrigen
entspricht der mit Bezug auf 8 beschriebenen.
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Die 10 zeigt
das Vorschleifen einer Konkavfläche (gestrichelt dargestellt)
mittels der Kombinationstopfschleifscheibe 33 an der Werkzeugspindel 30.
Für diesen Arbeitsschritt werden die Werkzeugspindel 30 und
die Werkstückspindel 15 angetrieben, wie das durch
die betreffenden Pfeilsymbole angedeutet ist.
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In 11 ist
das Feinschleifen derselben Konkavfläche dargestellt, wozu
zuvor das Spindelgehäuse 28 mit den Werkzeugspindeln 30 und 31 um etwa
180° um die Schwenkachse 29 geschwenkt wurde.
Für diesen Bearbeitungsvorgang werden wiederum die Werkzeugspindel 30 und
die Werkstückspindel 15 angetrieben.
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Die 12 veranschaulicht
die Benutzung des Meßtasters 55 um z. B. die Mittendicke
der Linse 17 zu messen. Hierfür ist das Spindelgehäuse 28 so zu
verschwenken, daß der Meßtaster 55 koaxial
mit der Achse der Werkstückspindel 14 ausgerichtet
ist. Der Meßtaster 55 kann auch dazu verwendet
werden, die gesamte Geometrie der Linse zu erfassen. Dies ist insbesondere
bei der Messung von asphärischen Flächen vorteilhaft.
Die Meßwerte können direkt in die CNC-Steuerung
eingelesen werden, um automatische Korrekturen und Verschleißkompensationen
durchzuführen.
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Wie
in 13 gezeigt ist, kann der Meßtaster 55 mit
dem Spindelgehäuse 28 gegenüber der Linse 17 so
um die Schwenkachse 29 verschwenkt werden, daß er
in Normalrichtung, d. h. senkrecht zur Tangente am Meßpunkt,
zur Werkstückoberfläche antastet. Auf diese Weise
können auch Werkstückflächen mit starken
Neigungen vermessen werden, ohne daß es zu Fehlmessungen
durch sich seitlich wegbiegende Tastspitzen kommt. Diese Möglichkeit ist
insbesondere auch bei Verwendung von optischen Tastsystemen wie
Laser-Autofocus, Weißlicht- oder Triangulationssensoren
vorteilhaft, da diese häufig nur eingeschränkt
auf geneigten Flächen messen können.
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Die 14 zeigt
den Einsatz des um die Schwenkachse 29 schwenkbaren Spindelgehäuses 28 mit
den Werkzeugspindeln 30, 31 beim Bearbeiten einer
Asphäre oder Freiformfläche an der Linse 17 mittels
einer Umfangsschleifscheibe 67. Diese Bearbeitung kann
nach dem Drehumfangs-Querschleifprinzip oder – Längsschleifprinzip
erfolgen, wobei die Werkstückfläche entweder spiralförmig oder
mäanderförmig abgearbeitet werden kann.
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Die 15 zeigt
die Bearbeitung einer Planfläche am Außenrand
eines Werkstücks, wobei die Stirnfläche der Topfscheibe 34 benutzt
wird. Ein linearer Vorschub in Richtung der Y-Achse erzeugt hierbei
eine schlüsselflächenartige Abflachung am Außenrand 68 des
Werkstücks, wobei die Werkstückspindel 14 stationär
verbleibt, d. h. nicht drehend angetrieben wird.
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Es
wird eine Schleif- und Poliermaschine für insbesondere
Linsen offenbart, die mindestens eine Werkzeugspindel und mindestens
eine Werkstückspindel aufweist, die in senkrecht zueinander
stehenden Richtungen relativverstellbar sind. Dabei ist die Werkzeugspindel
endseitig zur gleichachsigen Aufnahme jeweils eines Werkzeugs ausgebildet
und in einem Spindelgehäuse gelagert, welches um eine rechtwinklig
zur Werkzeugspindel angeordnete Schwenkachse schwenkbar ist, um
jeweils ein Werkzeug für einen Bearbeitungseingriff bereitzustellen. Ferner
ist eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher die Werkzeugspindel
in beliebige definierte Winkelpositionen bezüglich der
Werkstückspindel verdrehbar ist. Erfindungsgemäß besteht
diese Einrichtung aus nur einem an der Schwenkachse angeordneten Antrieb,
mittels dessen die Werkzeugspindel um die Schwenkachse sowohl für
den gewünschten Bearbeitungseingriff verschwenkbar als
auch in besagte Winkelpositionen bezüglich der Werkstückspindel verdrehbar
ist, so daß eine hochgenau arbeitende und kompakt bauende
Maschine geschaffen ist, die es auf einfache und kostengünstige
Weise ermöglicht, mehrere Schleif- und Polierwerkzeuge
einzusetzen.
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- 10
- Maschine
- 11
- Maschinengestell
- 12
- Führungsschienen
- 13
- Z-Schlitten
- 14
- Werkstückspindel
- 15
- Werkstückspindel
- 16
- Spannzange
- 17
- Linse
- 18
- Vakuumfutter
- 19
- Führungsschienen
- 20
- Endanschläge
- 21
- X-Schlitten
- 22
- Primärteil
- 23
- Sekundärteil
- 24
- Gummipuffer
- 25
- Führungsschienen
- 26
- Antriebsmotor
- 27
- Sekundärteil
- 28
- Spindelgehäuse
- 29
- Schwenkachse
- 30
- Werkzeugspindel
- 31
- Werkzeugspindel
- 32
- Topfscheibe
- 33
- Kombinationstopfschleifscheibe
- 34
- Topfscheibe
- 35
- Kombinationstopfschleifscheibe
- 36
- Rotor
- 37
- Schwenkwelle
- 38
- Zwischenflansch
- 39
- Wälzlager
- 40
- Gehäuse
- 41
- Stator
- 42
- Wälzlager
- 43
- Rotor
- 44
- Stator
- 45
- Hydrodehnfutter
- 46
- Schaft
- 47
- Schaft
- 48
- Zylinderbohrung
- 49
- Zylinderbohrung
- 50
- Zentralrohr
- 51
- Innenausnehmung
- 52
- Innenausnehmung
- 53
- Radialwellendichtring
- 54
- Radialwellendichtring
- 55,
55'
- Meßtaster
- 56
- Ringsphärometer
- 57
- Platte
- 58
- Halter
- 59
- Tastspitze
- 60
- Ladearm
- 61
- Distanzstück
- 62
- Pneumatikzylinder
- 63
- Kolbenstange
- 64
- Sauger
- 65
- Düsen
- 66
- Schwenkantrieb
- 67
- Umfangsschleifscheibe
- 68
- Außenrand
- 69
- Düsenhalter
- x
- Breitenrichtung
- y
- Längsrichtung
- z
- Höhenrichtung
- X
- Linearachse
Werkzeug
- Y
- Linearachse
Werkzeug
- Z
- Linearachse
Werkstück
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10029967
A1 [0003]
- - DE 19737217 A1 [0004]
- - DE 19751750 A1 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
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