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Vorrichtung zum Rohschleifen asphärischer Oberflächen Es ist bei Werkzeugmaschinen
bekannt, zum Einstellen verschiedener Oberflächeni)unkte eines Werkstücks lineare
Verschiebungen über drei rechtwinklige Koordinaten x, y, z vorzunehmen.
So führt beispielsweise bei Fräsinaschinen im allgemeinen der Werkstückhalter eine
lotrechte Bewegung (z) aus, während das Werkstück auf einem querlaufenden Tisch
(x) eines in Längsrichtung (y) bewegbaren Schlittens angebracht ist.
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Diese Art der Einstellung eignet sich jedoch schlecht für die Bearbeitung
von Sphäroidflächen. Vorteilhafter ist hierfür die Einstellung über Polarkoordinaten.
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Zur Bearbeitung sphärischer Oberflächen, z. B. von optischen Linsen,
ist es bekannt, eine sphärische Schleifkalottenfläche gegen das Werkstück anzupressen
und gegenüber dem umlaufenden Werkstück in einer Ebene zu verschwenken. In zahlreichen
Anwendungsflächen, insbesondere bei der Herstellung von Brillengläsern, ist jedoch
ein sphärischer Schliff nicht ausreichend. Man ist daher zu torischen Gläsern übergegangen,
die durch Drehung eines ringförinigen Werkstücks um eine Achse erzeugt werden, die
nicht mit einem Durchmesser des Kreisrings zusammenfällt. Die Bearbeitung erfolgt
hierbei nicht mehr flächenartig über das gesamte Werkstück, sondern jeweils nur
längs einer Linie, welche die zu bearbeitende Werkstücksoberfläche überstreicht.
Kompliziertere Oberflächenformen, die keine linienförinige Bearbeitung zulassen,
können indessen unter Verwendung dieser bekannten Anordnungen nicht hergestellt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der komplizierte asphärische Oberflächen durch punktweises Zusammensetzen einer
entsprechenden Anzahl von vorbestimmten Oberflächenpunkten erhalten werden können.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Rohschleifen einer asphärischen
Oberfläche an einem mit sphärischer Ausgangsoberfläche versehenen Werkstück, das
an einem Werkstückhalter befestigt ist, dessen Längsachse den Krümmungsmittelpunkt
der sphärischen Ausgangsfläche enthält und der um eine durch diesen Mittelpunkt
gehende und zur Längsachse senkrechte Achse schwenkbar ist, erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Werkstückhalter zusätzlich um eine weitere durch den Krümmungsmittelpunkt
gehende und auf der Längsachse sowie der Schwenkachse des Halters senkrecht stehende
Achse schwenkbar und der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Ausgangsfläche als
Schnittpunkt aller drei Achsen entweder in Richtung auf die Schleiffläche des Werkzeugs
verschiebbar oder um eine zur letztgenannten Achse parallele Achse schwenkbar ist.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann zur Herstellung beliebiger
rechnerisch festgelegter asphärischer Flächen benutzt werden.
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Hierzu werden die Koordinaten einer hinreichenden Anzahl von Einzelpunkten
der Oberfläche berechnet und durch Schwenken des Werkstücks in Verbindung mit einer
zusätzlichen Verschwenkung der Schwenkachse diese. Einzelpunkte, nacheinander erzeugt,
wobei die Schleiffläche des Werkstücks in einer Tangentialebene der gewünschten
Oberfläche gehalten wird. Für die sich hierbei ergebende, aus benachbarten ebenen
oder konkaven Teilflächen zusammengesetzte facettenartige Rohfonn der Fläche stimmt
die Mitte jeder Teilfläche bezüglich Lage und Richtung mit der berechneten Oberfläche
an diesen Punkten genau überein. Eine anschließende örtliche Glättung oder Schlichtung
stellt dann die kontinuierliche Verbindung zwischen diesen Flächenabschnitten her
und liefert damit die gewünschte Oberfläche mit um so größerer Genauigkeit,
je
größer die Anzahl der einzelnen rechnerisch vorbestimmten
Punkte und die diesen entsprechend hergestellten Teilflächen ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist die Verstelleinrichtung
züm Schwenken des Werkstückhalters um die zu seiner Längsachse senkrechten Achsen
einen Rahmen auf, demgegenüber der Werkstückhalter um, die eine der senkrechten
Achsen schwenkbar und feststellbar ist, sowie einen Rahmenhalter, demgegenüber der
Rahmen um die andere senkrechte Achse schwenkbar und feststellbar gelagert ist wobei
zum Feststellen je ein mit Bohrungen für Haltebolzen versehenes Kreisringstück
oder je ein mit einer Stellschnecke zusammenarbeitender Zahnbogen dient.
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Die Erfindung ist im folgenden in Verbindung mit den Zeichnungen an
Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht
der Vorrichtung, F i g. 2 eine entsprechende Draufsicht, F i g. 3
eine Ansicht ähnlich der F i g. 1, wobei die Mittel zur Steuerung der Schwenkbewegung
des Werkstückhalters abgewandelt sind, F i g. 4 in ähnlicher Weise eine abgewandelte
Ausführungsform der Steuerung der translatorischen Relativbewegung des Werkzeuges,
F i g. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise eines
Werkzeuges mit sphärischer Oberfläche.
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Um die relative Genauigkeit der Bearbeitung eines einer sphärischen
Oberfläche angenäherten Werkstückes zu erhöhen, wird nach der Erfindung eine Art
der Lagerung des Werkstückhalters gewählt, bei der es durch Verwendung von Polarkoordinaten,
bezogen auf seinen Krümmungsmittelpunkt, möglich ist jeden Punkt der Oberfläche
des Werkstücks einzustellen.
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Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, sind für die Einstellung
eines zu bearbeitenden Werkstücks P zwei Freiheitsgrade gegeben, die Schwenkbewegungen
um die beiden Achsen xx' und zz", die sich in dem Punkt 0 schneiden. Die
Längsachse yy' des WerkstückhaltersB für das WerkstückP enthält den Punkt
0, und der Werkstückhalter ist zu diesem Punkt derart eingestellt, daß die
Strecke OC dem Bezugskrümmungsradius der Sphäroidfläche gleich ist.
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Der Werkstückhalter B ist um die Achse zz' innerhalb eines Rahmens
D schwenkbar, wobei der Rahmen D selbst mittels zweier Lagerzapfen,
die sich gegen Träger F und F abstützen, um die waagerechte Achse xx' schwenkbar
gelagert ist.
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Die Einstellung der Koordinaten kann in einfacher Weise mit Hilfe
von Kreisringstücken E und G erfolgen, die mit dem Rahmen
D bzw. den Trägem F, r
starr verbunden sind und Bohrungen zur Aufnahme
von Haltebolzen V bzw. W aufweisen. Das Kreisringstück E dient der Einstellung
des Werkstückhalters B mit Bezug auf die Achse z, z', das Kreisringstück
G der Einstellung des Rahmens D mit Bezug auf die Achse xx., Die Träger
FY sind auf einem Schlitten H gelagert, der auf einem Sockel K gleitbar angebracht
und mittels einer von einem HandradI gedrehten Präzisionsspindel verschiebbar ist.
Die mittels des Handrades I eingestellte Eindringtiefe kann auf einer an dem Sockel
K angebrachten Skala oder auf einer Meßuhr L abgelesen werden, die fest mit dem
Sockel verbunden ist und sich gegen einen Ansatz des Schlittens H abstützt.
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Wenn, wie in F i g. 1 gezeigt, eine ebene Schleifscheibe M
verwendet wird, erhält man mit dieser Vorrichtung eine aus Tangentialflächen zusammengesetzte
Oberfläche, deren Abweichung von der sphärischen Oberfläche mit dem Bezugsradius
CO
für jeden ihrer Punkte berechnet werden kann.
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Einige Details in der obigen Beschreibung wurden der Klarheit wegen
vereinfacht. Es können jedoch innerhalb des Rahmens der Erfindung auch mit größerer
Genauigkeit arbeitende oder sogar unterschiedliche Vorrichtungen verwendet werden.
So kann die Winkeleinstellung um die Achsen xx', zz' statt mittels eines in Bohrungen
eingreifenden Haltebolzens auch durch Drehung einer Stellschnecke AA
erreicht
werden, die, wie in F i g. 3 gezeigt, mit einem Zahnbogen kämmt. Es können
ein oder zwei Stellschnecken AA, BB verwendet werden, je nachdem,
ob diese Art der Einstellung für eine oder beide Verstellebenen Anwendung finden
soll. Weiterhin kann der Vorschub der Schleifscheibe T gegen das Werkstück durch
Verschieben des schwenkbaren Werkzeuges erreicht werden, während der Werkstückhalter
ortsfest auf dem Sockel angebracht ist. Der Vorschub kann auch durch eine Schwenkbewegung
um eine Hilfsachse gesteuert werden, die bei ww' im unteren Teil der F i
g. 4 dargestellt ist. Diese Achse verläuft parallel zur Achse xx' in der
Arbeitsebene der Schleifscheibe T, und die Drehung um diese Achse wird von einer
Schraube N gesteuert, die über einen Hebel U gedreht wird. Eine von
einem der Träger F oder F getragene und sich gegen den Sockel R abstützende Meßuhr
Q mißt den Vorschub oder die Schleiftiefe unter Berücksichtigung des Hebelverhältnisses
a zu b (F i g. 4).
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Wenn die Oberfläche zu stark von der sphärischen Oberfläche abweicht,
d. h. wenn der Abrieb an den verschiedenen Punkten zu unterschiedlich ist,
so muß die Verlagerung des Berührungspunktes Z mit der Schleifscheibe berücksichtigt
werden (F i g. 5). Um diesen Nachteil zu beseitigen, kann eine sphärische
Schleifscheibe benutzt werden, wie sie in F i g. 3
gezeigt ist, deren Krümmungsmittelpunkt
auf der Achse yy' liegt. Je kleiner der Radius dieser Schleifscheibe ist, um so
geringer ist die Verlagerung der Berührungspunkte, jedoch bilden die so erhaltenen
überschneidungen der nebeneinanderliegenden Schleifflächen Kanten oder Grate, die
um so stärker vorspringen, je kleiner der Radius dieser Schleifscheibe ist.
Praktisch wird für Oberflächen, deren Unterschiede der Eindringtiefe oder Schleiftiefe
in der Größenordnung von 1 mm liegen, ein Radius in der Größenordnung von
60 mm verwendet, wodurch die Verlagerung des Berührungspunktes merklich verringert
wird, ohne daß zu starke Kanten entstehen.
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Um eine solche Fläche herzustellen, sind die Teile der Maschine so
gewählt, daß die Strecke OS ein Vielfaches der Strecke OC ist, wodurch die zum Feststellen
der Arbeitsstellung dienenden Bohrungen des Kreisringstücks G und ihre Abstände
mit Genauigkeit hergestellt werden können. Wenn alle zwei Millimeter geschliffen
werden soll und OS=30C beträgt, genügt es, wenn die Bohrungen des Kreisringstücks
G 3 mm Abstand haben. Das gleiche gilt für die Einstellung um die Achse zz'.
Je nachdem, ob diese Anordnung bei einer Spezialinaschine
oder
bei einer üblichen Fräs- oder Schleifmaschine verwendet wird, kann an die Stelle
der beschriebenen waagerechten Anordnung beispielsweise eine lotrechte Anordnung
treten. Diese letztgenannte Anordnung hat den Vorteil, die frei tragenden Teile
gegenüber der waagerechten Anordnung zu reduzieren.
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Allgemein erfordert die Bearbeitung solcher Werkstücke eine ziemlich
lange Zeit, da die Anzahl der Schliffe sehr groß ist.
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Die oben beschriebene einfache Vorrichtung kann daher zweckmäßig durch
eine nicht die Erfindung mit darstellende automatische Steuerung der Bewegungen
mittels Lochkarten vervollständigt werden. Zu diesem Zwecke genügt es, wenn die
Spindeln AA und BB der F i g. 3 elektrisch gesteuert
werden, um eine automatische Verschiebung von einer ,Schleiffläche zur anderen zu
gewährleisten, wobei die Drehung des Rades I zur Steuerung der Eindringtiefe dann
mit elektromechanischen oder hy-
draulischen Mitteln durchgeführt wird, die
ihre Angaben oder Steuersignale von der gleichen Lochkarte erhalten, die gleichzeitig
die Spindeln AA und BB steuert.
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Soll ein sphäroid-konkaves Werkstück bearbeitet werden, so sind der
Werkstückhalter B und der Rahmen D derart abgestimmt, daß die Schleifscheibe
mit sphärischer Oberfläche auf den Krilmmungsmittelpunkt 0 zentriert wird,
wobei der Radius dieser Schleifscheibe dann kleiner ist als der Radius
CO der sphärischen Ausgangsfläche.