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Maschine zum Fräsen asphärischer, insbesondere torischer Flächen
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von optischen Gläsern, beispielsweise Brillengläser Die Erfindung
betrifft eine Maschine zum Fräsen asphärischer, insbesondere torischer Flächen von
vorzugsweise nach Rezeptan-Weisung als Einzelstücke anzufertigender Brillengläser,
wobei als Fräswerkzeug eine motorisch antreibbare, vorzugsweise diamantbesetzte
Topfscheibe und als Werkstückaufnahme bzw. -träger ein Teil dient, mit Hilfe dessen
das Werkstück beim Bearbeitungavorgang auf einer vorbestimmbaren Bewegungsbahn am
rotierenden Werkzeug vorbeiführbar ist.
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Maschinen zur Herstellung von Brillengläsern mit konkav-torischer
bzw. konvex-torischer Oberfläche sind bereits in den verschiedensten Ausführungsformen
bekannt geworden. Alle arbeiten sie mehr oder weniger nach dem gleichen Prinzip,
wonach beim Bearbeitungsvorgang entweder das Werkstück auf einer kreisbogenförmigen
Bewegungsbahn an der Schneidlippe eines rotierenden Topffräsers oder umgekehrt das
rotierende Werkzeug am ortsfest gehaltenen Werkstück vorbeigefahren wird. Die optische
Achse der zu erzeugenden Torusfläche bleibt, betrachtet man Jenen Fall, der die
ortsfeste Halterung des Werkzeugs vorsieht, stets auf den Mittelpunkt der Kreisbahn
ausgerichtet, wobei dieser Mittelpunkt nicht unbedingt auf der Rotationsachse der
das Werkzeug tragenden Spindel zu liegen braucht. Auf diese Weise entsteht am Werkstück
eine Torusform, dessen in der Bewegungsebene liegender Radius r,t dem Abstand zwischen
Werkzeug-Schneidlippe und Drehmittelpunkt entspricht und dessen senkrecht dazu verlaufende
Erimmungaform rmer der elliptischen Schrägpro#ektion des Werkzeugdurchmessers gleicht.
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Was die Führung des Werkstücks bzw. des Werkzeugs auf der auffr###o#rU#
erwähnten kreisförmigen Bewegungsbahn anlangt, so hat man sich bei der konstruktiven
Gestaltung der bekannten Maschinen unterschiedlicher Mittel bedient. Bekannt ist
z.B. eine Maschine, bei der der Mittelpunkt der Kreisbahn als Lagerachse körperlich
vorhanden ist. Um diese Lagerachse wiederum ist ein der Führung des Werkstücks oder
des Werkzeugs dienender Tragarm schwenkbar angeordnet, wobei die Relativlage der
Drehachse vermittels Einstellmittel sowohl in Quer- als auch in Axialrichtung des
Tragarms veränderbar ist. Als Einstellvorrichtungen für diesen Zweck finden meist
durch Spindelvorschub betätigbare Supporte Anwendung. Sie ermöglichen die Veränderung
sowohl der elliptischen Schrägprojektion des Werkzeugdurchmessers rmer als auch
des Abstands des Schwenkpunkts von der Werkzeuglippe rrot. Wenngleich mit der als
körperlich vorhandenen Lagerachse als Mittelpunkt sowie unter Zuhilfenahme des um
diesen Mittelpunkt bewegbaren Schwenkarms eine frei zügige Einstellbarkeit auf die
Radien innerhalb eines begrenzten Arbeitsbereichs gegeben ist, so haftet dieser
bekannten Anordnung dennoch der Nachteil an, daß der Einstell-und damit der Arbeitsbereich
der Fräsmaschine durch die Länge des Schwenkarms festgelegt ist. Mit anderen Worten
ausgedrückt bedeutet dies, daß auf einer sich des vorbeschriebenen Führungsprin
zips bedienenden Maschine nur solche Werkstücke bearbeitet werden können, deren
Radienbereich innerhalb des begrenzten Einstellbereichs des im praktischen Anwendungsfall
nicht beliebig lang ausführbaren Schwenkarms liegt.
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In Erkenntnis dieses dem vorstehenden Führungsprinzip anhaftenden
Mangels hat man auch schon eine Maschine entwickelt und gebaut, bei der man zum
Führen des Werkstücks bzw. des Werkzeugs der zu bildenden Torusfläche entsprechende
Schablonen sowie diese abtastende Etellglieder verwendet hat.
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Wohl können bei dieser bekannten Maschine die Bahnbewegungen so gesteuert
werden, daß im Verlaufe der Spanabnahme die gleichen Relativbewegungen zwischen
Werkstück und Werkzeug entstehen, wie sie bei einem möglichst kurzen oder einem
sehr langen, im Grenzfall sogar einem unendlich langen Schwenkarm entstehen würden.
Nachteilig wiederum an dieser bekannten Bahnführung ist, daß für jede mit der Fräsmaschine
anzufertigende Radienkombination einer Torusfläche ein spezieller Schablonensatz
verfügbar sein muß. Fehlt ein solcher muß er erst erstellt oder aber auf den Einsatz
der Maschine verzichtet werden. Die bekannte Maschine setzt daher, sofern ihre generelle
und stetige Nutzung gewährleistet sein soll, die Bereitstellung baw, Lagerhaltung
von Schablonen für alle gängigen wie auch für die weniger in Betracht kommen den
Radienkombinationen voraus #ie der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
einerseits die den bekannten Maschinen der eingangs erwähnten Gattung anhaftenden
Nachteile zu vermeiden und andererseits eine Anordnung zu schaffen, die sich durch
eine besondere Freizügigkeit hinsichtlich Auswahl und Einsteuerung von Krümmungeradien
von torischen Flächen, ferner dadurch auszeichnet, daß der bei Verwendung von Topf
scheiben zum Bearbeiten optischer Gläser unvermeidbare Ellipsenfehler auf eine Dimension
zurückgeführt wird, die keine nennenswerte zeitraubende Nacharbeit mehr beansprucht.
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Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß sorgeßchlagen9 daß
der Werkstückträger auf einem an sich bekannten Kreuztisch angeordnet ist, dessen
in einem X- und #-Koordinatensystem linear beweglich geführt#Schlitten vermittels
steuerbarer Vorschubeinrichtungen fortschaltbar sind und daß der Werkstückträger
um eine zum X- und Y-Koordinatensystem normal gerichtete Achse dreh bar gelagert
sowie vermittels einer ansteuerbaren Stellvorricbtung derart fortbewegbar ist, daß
jedem X- Y-Koordinatenpunkt eine spezielle, auf das Werkzeug bezogene Winkelstellung
des Werkstückträgers zugeordnet ist. Ein besonderer Vorteil dieser
Anordnung
liegt darin begründet, daß sie unter Verzicht auf eine aufwendige und kostspielige
Kopiereinrichtung sowie Bereitstellung und Lagerhaltung von Schablonen odgl. die
Bearbeitung auch solcher optischer Linsen, Gläser udgl. ermöglicht, die mit aus
dem Rahmen des üblichen fallenden torischen oder irgendwie anders geformt#nOberflächen
zu versehen sind. Damit wiederum konnten die Voraussetzungen dafür geschaffen werden,
die einen universellen Einsatz der Fräsmaschine, wie er insbesondere von Rezeptwerkstätten
lange schon gefordert wird, gewährleisten.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird darin gesehen,
daß der Antrieb der Schlitten des Kreuztisches sowie die inkrementale Winkelverstellung
des Werkstückträgers auf dem Kreuztisch durch Schrittmotoren erfolgt, die mit Hilfe
einer an sich bekannten NC-Steuerung ansteuerbar sind. Damit kann Jede beliebige
geometrische Form einer erwünschten Fräsfläche unter genauester Einhaltung der Bahnbewegung
des Werkstückträgers in die Maschine eingegeben werden. Mit der Anwendung von Schrittmotoren
einhergehende Vorteile sind ferner darin zu sehen, daß sie Kenntnis von dem zurückgelegten
Weg aufgrund der mitgezählten Schritte geben, außerdem stets eine informative Aussage
über die genaue Relativlage der Schneidlippe am Werkzeug vermitteln.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen,
daß zur Steuerung der Schrittmotoren ein an sich bekannter, an die Maschine angeschlossener
Rechner dient. Die Anwendung eines der Dateneingabe dienenden Rechners bringt den
beachtenswerten Vorteil mit sich, daß er auftretende Abmutzungserscheinungen an
der Schneidlippe des Topfwerkzeugs zu berücksichtigen und auch selbsttätig zu korrigieren
vermag, womit wiederum erreicht werden konnte, daß die Werkzeuge bei Vermeidung
häufigen Wechsels auch nach längerer Gebrauchsdauer noch in der Lage sind exakte
Arbeiteergebnisse zu liefern. St
Besonders günstige Verhältnisse
in baulicher wie auch in funktioneller Hinsicht lassen sich mit der erfindungsgemäßen
Koordinatensteuerung dadurch erreichen, daß die Schlitten des Xreuztisches über
je eine mit dem Schrittmotor in Treibverbindung stehende Gewindespindel und Spindelmutter
antreibbar sind, während die Drehung des Werkstückträgers über ein mit einem Schrittmotor
in Antriebsverbindung stehenden Schneckentrieb erfolgt.
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Um möglichst kurze Rüstzeiten, wie sie die Bestückung des Werkstückträgers
mit Rohlingen erfordert, zu erzielen ist vorgesehen, daß der Werkstückträger mittels
einer Schnell spannvorrichtung; mit der Achse des Kreuztisches auf Drehmitnahme
lösbar verbunden und gegen-einen Werkstückträger gleicher Ausführung auswechselbar
ist. Die Bedeutung dieser Maßnahme ist umso höher einzuschätzen, wenn man berücksichtigt,
daß die erfindungsgemäße Fräsmaschine hsuptsächlich fiir die Einzelfertigung von
Brillengläsern vorgesehen ist, die mit torischer Oberfläche nach Daten einer Rezeptanweisung
auszustatten sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß
die Maschine über zwei Arbeitsstationen mit Je einer auf einer Werkzeugspindel angeordneten
Topf scheibe verfügt, welche hinsichtlich Durchmesser unterschiedlich groß ausgeführt
sind.
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Aufgrund dieser Anordnung können beim Fräsen mit Topfwerkzeugen entstehende
elliptische Fehler durch Auswahl des günstigsten Werkzeugs auf einfache Weise dadurch
minimiert werden, daß der der Koordinatensteuerung dienende Rechner selbst die im
Ergebnis zu dem minimalsten Ellipsenfehler führende Arbeitsstation ansteuert. Außerdem
ist es möglich, auch sehr kleine Radien, welche auch einen kleinen Werkzeugdurchmesser
beanspruchen, ohne Umbau der Maschine zu bearbeiten, wobei ebenfalls die Auswahl
der richtigen Werkzeuge selbsttätig durch den Rechner erfolgen kann. Schließlich
besteht auch noch die Möglichkeit, die Werkzeugspindeln der Fräsmaschine mit Diamantwerkzeugen
verschiedener Korngröße auszurüsten, um bei erwünschter großer Zerspanung
mit
einem groben Werkzeug vorzufräsen und mit einem feinkörnigeren Werkzeug nachzufräsen.
Diese Anordnung ermöglicht auch die Bearbeitung von Werkstücken aus Silikat-Glas
oder Kunststoff in beliebiger Folge auf ein und derselben Maschine ohne vorausgehende
Umrüstung.
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Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigt: Fig.1 eine Draufsicht auf die sowohl für die Bearbeitung innentorischer
(konkaver) als auch außentorischer (konvexer) Brillengläser geeignete sowie numerisch
gesteuerte Fräsmaschine, Fig.2 die Maschine in Seitenansicht, Fig.3 eine Darstellung
der geometrischen Verhältnisse beim Fräsvorgang am Beispiel eines mit innentorischer
(konkaver) Fläche zu versehenden Werkstücks, Fig.3a eine perspektivische Projektion
des Werkzeugs insel. Werkstück gemäß der in Fig.3 angedeuteten Pfeilrichtung, Fig.4
Werkzeug und Werkstück in einer auf Fig.3 bezogenen fortgeschrittenen Arbeitsphase,
Fig.5 die zwischen Werkzeug und Werkstück vorherrschenden geometrischen Verhältnisse
bei Bearbeitung eines Werkstücks mit einer außentorischen (konvexer) Fläche und
schließlich Fig.6 in andeutungsweiser Darstellung den weiten Bereich erzielbarer
Torustlächen mit extrem kleinen und extrem großen Krümmungsradien.
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In Fig.1 und 2 ist ein vorzugsweise Gehäuseform aufweisendes und damit
weitgehend verwindungssteifes Grundgestell einer im gezeig~ ten Ausführungsbeispiel
als Tischgerät ausgeführten Maschine bezeichnet. Auf der als einheitliche Ebene
ausgebildeten Tragfläche des Grundgestells 1 ist ein Spindelgehäuse 2 angeordnet,
das im Ausführungsbeispiel der drehbaren Lagerung zweier nebeneinander angeordneter
Werkzeugspindeln 3 und 4 dient. Wenngleich mit der Anordnung zweier Werkzeugspindeln
Vorteile, insbesondere hinsicht; lich Minimierung des sogenannten Ellipsenfehlers
bei der Bearbei tung und Bildung von Torusflächen erzielbar sind, so ist die Doppelanordnung
für den prinzipiellen Aufbau der Maschine sowie deren Arbeitsweise keineswegs unver#ichtbare
Voraussetzung, da die vorteilhaften, von des Maschine erwarteten Wirkungen sich
auch schon bei Anordnung von nur einer einzigen Werkzeugspindel einstellen. Angetrieben
werden die Werkzeugspindeln 3 und 4 durch einen Elektromotor 5, der im Innern des
Spindelgehäuses 2 angeordnet und vorzugsweise über jeweils einen Riementrieb 6,
7, 8 mit beiden Werkzeugspindeln 3 und 4 in Treibverbindung Egebibacht ist, Auf
beiden Werkzeugspindeln 3 und 4 drehfest angeordnet ist ein Schleif- bzw. Fräswerkzeug
9 bzw0 10. Beide Werkzeuge sind vorzugsweise als Topfecheibe -ausgebildet, ferner
mit einer diamantbesetzten Schneidlippe versehen sowie zur Erzielung optimaler Einsstzmöglichkeiten
hinsichtlich Durchmesser unterschiedlich groß ausgeführt. Jede der beiden Werkzeugspindeln
3 bzw. 4 ein~ schließlich Topfscheibe 9 bzw. 10 ist Hauptbestandteil einer Arbeitsstation
A bzw. Be Einer dieser Stationen wird das zur Bearbeitung anstehende Werkstück,
veranlaßt durch Befehl bzw.
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Steuerimpule eines nachstehend noch näher erläuterten Steuergeräts,
das beispielsweise als ein an die Maschine angeschlossener Rechner 11 odgl. ausgeführt
sein kann, wahlweise zugeführt, und zwar immer abhängig von bestimmten Kriterien
der zu erzeugen den Torusfläche. Dies etwa in der Weise, daß Werkstücke, die mit
einer Innen- oder Außen-Torusfläche zu versehen sind, deren meridianer Krümmungsradius
rmer innerhalb eines bestimmten Radienbereichs liegt, der Arbeitastation A mit der
großen Topfecheibe
und alle anderen Werkstücke, die eine Torusfläche
mit einem außerhalb dieses Bereichs liegenden meridianen Krümmungsradius erhalten
sollten, der anderen Arbeitsstation B zugeführt werden.
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Zweck dieser Maßnahme ist es vor allem, den beim Fräsvorgang mit Topfscheiben
der dargestellten Art aufgrund der Schrägprojektion dieser Scheibe beim Arbeitseinsatz
nicht völlig zu vermeidenden, sogenannte Ellipsenfehler auf eine Dimension zurückzuführen,
die zeitraubende Nacharbeit vor oder beim Polieren der gefrästen Fläche vermeidet.
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Mit 13 und 14 sind in der Zeichnung zueinander parallel sowie zu den
Werkzeugspindeln 3 und 4 rechtwinklig verlaufende Führung organe, wie Schienen,
Profilstangen odgl. bezeichnet, welche an der Oberseite eines auf das Grundgestell
1 aufgesetzten Kastens 15 angeordnet sind und sich über dessen Länge ausdehnen.
Die Schienen 13 und 14 dienen der gleitbaren Führung eines vorzugsweise als Tragplatte
ausgeführten Schlittens 16, auf dem weitere Führungsschienen 17 und 18 mit rechtwinkliger
Zuordnung zu den vorerwähnten Führungsorganen ausgebildet bzw. angeordnet sind.
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Auf den Schienen 17 und 18 gleitbar geführt ist ein weiterer, vorzugsweise
ebenfalls als Kasten ausgebildeter Schlitten 19, der ebenso wie der Schlitten 16
Bestandteil eines in 1- und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren sogenannten Kreuztisches
16, 19 ist. Da an die Schlitten 16 und 19 im praktischen Anwendungsfall hohe Anforderungen
in Bezug auf exakte Bahnbewegung bzw. führung gestellt werden, empfiehlt sich die
Ausstattung der Maschine mit an sich bekannten Wälzkörperführungen, bei denen durch
Vorspannung Stick-Slipn-Freiheit bei gleichzeitiger Freiheit von Führung spiel gewährleistet
ist. Zum Verfahren des jeweiligen, dem Kreuztisch angehörenden Schlittens 16 bzw.
19 können vorzugsweise Schrittmotoren 20 und 21 vorgesehen sein, während zum Zwecke
der Ubertragung der die Fortbewegung des jeweiligen Schlittens 16 bzw. 19 bewirkenden
motorischen Antriebskräfte sogenannte Kugelumlaufepindeln 22 und 23 Anwendung finden
können. Derartige Kraftübertragungsorgane sind aufgrund ihrer Leichtgängigkeit,
insbesondere aber ihrem hohen Grad an Spielfreiheit wegen besonders geeignet für
den Antrieb der Schlitten 16 und 19 des Kreuztisches.
Die Spindeln
als solche können zu dem vorgenannten Zweck in der für sie herkömmlichen Weise gelagert
und, wie nicht weiter dargestellt, in der für Kugelumlaufapindeln eigenen Art mit
dem jeweiligen Schlitten in Wirkungsverbindung gebracht sein. Die Übertragung der
Motorantriebskraft auf die Kugelumlaufspindel 22 bzw. 23 kann, wie in Fig.1 und
2 dargestellt, unter Zuhilfenahme eines möglichst schlupffreien Riemen- oder aber
Kettentriebes 24 bzw. 25 erfolgen. Soweit die Konstruktion der Maschine den Verzicht
auf diesen Zwischentrieb zuläßt oder sogar vorschreibt, kann der motorische Antrieb
direkt auf die Kugelumlaufspindel 22 bzw.
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23 eingeleitet werden. Wenn dies geschieht, bzw. der Motor 20 die
Spindel 22 antreibt, führt der Schlitten 16 eine Bewegung in der X-Komponente des
Koordinatensystems aus, während im Falle des Antriebs der Spindel 23 der Schlitten
19 eine Fortbewegung in der quer zur X-Koordinate gerichteten Y-Koordinatenrichtung
erfährt.
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Beide Bewegungsabläufe können einander so überlagert sein, daß jedem
Bewegungsschritt in der X-Koordinatenrichtung ein solcher in der #-Koordinatenrichtung
folgt oder umgekehrt. Schließlich ist die Bewegung des Schlittens in der einen oder
anderen Richtung immer abhängig von der Drehrichtung, mit der der jeweilige Schrittmotor
20 bzw. 21 umläuft. Auf die vorstehende Weise angetrieben, lassen sich mit dem Kreuztisch
16, 19 Bahnbewegungen beliebigen Verlaufs darstellen und auch solche Bewegungsabläufe
nachvollziehen, wie sie beispielsweise bei Maschinen zur Herstellung von Linsen,
Gläsern odgl. mit torischer Oberfläche bisher unter Zuhilfenahme von Hebelführungen,
Schablonen oder andersartiger Hilfsmittel zum Steuern der Bahnbewegungen erzielbar
sind.
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Die Koordinatenbewegungen des Werkstückträgers 28 in X- und Y-Richtung
sind für die Herstellung einer Torusfläche mit der vorbeschriebenen Einrichtung
allein noch nicht ausreichend, da der Träger zur Einhaltung bestimmter geometrischer
Voraussetzungen stets eine exakte, auf das Werkzeug 9 bzw. 10 bzw. dessen Schneidlippe
9a bzw. 10a ausgerichtete Winkelstellung einzunehmen hat.
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So ist die Torusfläche nur unter der Bedingung erzielbar, wenn der
das Werkstück am Werkzeug vorbeiführende Träger in jedem X- r-Koordinatenpunkt eine
solche Relativlage einnimmt, wie sie.
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dem Werkstück vermittelt würde, wenn es, wie von einer herkömmlichen
Fräsmaschine bekannt, von einer zapfengelagerten sowie drehbeweglichen Hebelführung
gehalten, auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn am rotierenden Werkzeug vorbeigeführt
würde. Zu diesem Zweck ist auf dem vorzpgsweise Gehäuseform aufweisenden Schlitten
16 des Kreuztische mit Hilfe einer Drehscheibe 26 sowie einer normal zu den Bewegungsebenen
des Kreuztisches gerichteten Achse 27 ein Teil 28 drehbeweglich gelagert. Dieser
dient der Aufnahme, Halterung und Führung von Werkstücken 30, z.B. Rohlingen zur
Herstellung von Brillengläsern. Hierzu ist der mittels einer nicht weiter veranschaulichten
Schnellspannvorrichtung drehfest sowie lösbar mit der Drehachse 27 verbindbare Werkstückträger
28, wie insbesondere deutlich aus den Fig.1 und 2 ersichtlich, vorzugsweise als
Prisma mit quadratischer Grundfläche ausgebildet, dessen Grundflächenmitte zugleich
Drehmittelpunkt P ist. Die jeweilige der vier vorhandenen Seitenflächen 28a des
Trägers 28 ist mit je einer Aufnahmeöffnung 31 ausgestattet. Alle diese Öffnungen
sind zweckmäßigerweise für den Einsatz eines zylindrischen Blocks geeignet. Auf
diesen ist zuvor der zu bearbeitende Brillenglas-Rohling befestigt, d.h.
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aufgekittet worden. Wartezeiten, die sich zwangsläufig aus einer vorzubereitenden
Bestückung des Werkstückträgers 28 mit einem oder mehreren Rohlingen ergeben würden,
lassen sich auf einfache Weise dadurch vermeiden, wenn man für die Maschine mehr
als nur einen einzigen Werkstückträger 28, und zwar wenigstens einen zweiten Träger
bereithält. Ein mit fertigbearbeiteten Werkstücken bestückter Träger 28 ist auf
diese Weise mit einem Minimum an Zeitaufwand gegen einen anderen, mit noch zu bearbeitenden
Rohlingen besetzten Träger 28 auswechselbar.
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Wie vorstehend bereits angedeutet, hat der Werkstückträger 28 zur
Bildung von Torusflächen, und zwar sowohl von solchen mit
einer
negativ-torischen als auch solchen mit einer positivtorischen Flache während der
Arbeitsbewegung, ausgehend von einem Bezugs- bzw. Nullpunkt suPer den Fortschaltbewegungen
in X- und #-Koordinatenrichtung zusätzliche in.krementale Drehbewegungen um die
Achse 27 auszuführen. Diese schrittweisen, sich addierenden Drehbewegungen sind
deswegen erforderlich, weil das in schräger Position am rotierenden Werkzeug 9 bzw.
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10 auf kreisförmiger Bahn vorbeibewegte Werkstück 30 in jedem X- #-Koordinatenpunkt
eine spezielle, auf das Werkzeug bezogene, in den Fig.3 bis 5 mit 1!S bezeichnete
Winkelstellung einnimmt Zur Erzielung dieses Effekts ist für den Werkstückträger
28 ein Drehantrieb vorgesehen, der im wesentlichen aus einem Schrittmotor 33 und
einem mit einem Antriebsritzel 34 in Ein griff stehenden Schneckentrieb 35, 36 besteht.
Mit dem Werkstückträger 28 und dem Schneckenrad 36 drehfest verbunden ist die gegen
axiale Verschiebung im Gehäuse des Schlittens 18 gesichert gelagerte Drehachse 27
Was im einzelnen die Bahnsteuerung des Krauztisches 16, 19 sowie die zusstzliche
Drehverstellung des auf diesen dreh beweglich gelagerten Werkstückträgers 28 angeht,
so ist vor gesehen, daß man sich zu diesem Zweck d.h0 zur Steuerung der Schrittmotoren
20, 21 und 33 einer an sich bekannten NO-Steuerung bedient Hierzu kann beispielsweise
ein handelsüblicher Ttschrechner 11 Anwendung finden, der über einen besonderen
Steuerteil in stetiger Folge Befehle erteilt bzw.
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Schaltimpulse vermittelt, die die Schrittmotoren kurzfristig an Spannung
legen und diese damit zur Ausführung bestimmter, der Daten- oder aber der Programmeingabe
des Rechners 11 entsprechenden Schalt schritten veranlassen. Eine Realisierung einer
derartigen Bahnsteuerung kann darin gesehen werden, daß man jedem Schrittmotor 20
bzw. 21 bzw, 33 einen nicht weiter veranschaulichten Vorwahlschalter und Zähler
zuordnet, der die aufgrund des Steuerbefehls vom Schrittmotor auszuführenden Schaltschritte
mitzählt. Im übrigen kann die Anordnung noch
so getroffen sein,
daR sämtliche Schrittmotoren 20, 21 und 33 einen gemeinsamen Takt besitzen, wobei
zu jedem Zeitpunkt entschieden wird, welcher der Motoren einen bzw. mehrere Schaltschritte
auszuführen hat und weicher nicht. Die numerische Steuerung als solche kann, wie
vorstehend bereits angedeutet, durch Dateneingabe von Hand in den Tischrechner 11
erfolgen oder aber durch Informationsträger in Form von Spur-Lochstreifen. Gegenüber
der vorprogrammierten Lochstreifeneingabe hat die direkte Einsteuerung von Hand
in den Tischrechner 11 den Vorteil, daß sie den Verzicht auf elektronische Speichereinrichtungen
ermöglicht, weshalb man diesem Verfahren der Dateneingabe immer dort den Vorzug
geben wird, wo ein Verzicht auf automatisierte Arbeitsabläufe angebracht erscheint.
Ein solcher Anwendungsfall liegt insbesondere bei der Herstellung von Brillengläsern
nach Rezeptanweisung vor. Bekanntlich unterscheidet sich die Herstellung von Brillengläsern
in Rezeptwerkstätten von der Serienfertigung grundlegend dadurch, daß normalerweise
jedes der anzufertigenden Brillengläser sich vom andern unterscheidet, somit also
die für den Arbeitsprozeß wichtigen Daten jeweils vor der Bearbeitung des Brillenglases
in die Maschine einzusteuern sind. Deswegen ist ein wichtiges Kriterium für eine
rationelle Fertigung von Brillengläsern in Rezeptwerkstätten darin zu sehen, daß
durch die Anwendung beispielsweise eines handelsüblichen Tischrechners Vorkehrungen
dahingehend getroffen sind, die eine freizügige Einsteuerung der Rezeptdaten bei
minimalem Zeitaufwand ermöglichen.
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Voraussetzung für die vorbeschriebene numerisch gesteuerte Maschine
ist, daß sie eine Nullpunktverschiebung besitzt, die eine Ausrichtung des zu bearbeitenden
Werkstücks 30 auf einen Koordinaten-Ausgangspunkt ermöglicht, der sodann als dem
Bearbeitungsprogramm zugrundeliegend zu betrachten ist. Zur Festlegung der tatsächlichen
Bahnbewegung des Werkstückträgers 28 kann eine Nullpunkt-Markierung vorhanden sein,
und zwar getrennt für die X- und X-Koordinaten ebenso wie für die Drehwinkelverstellung.
Die Bestimmung des Koordinaten-Nullpunkts kann beispielsweise
durch
zwei magnetische Fühlerelemente erfolgen, wobei davon auszugehen ist, daß der Null-
bzw. Ausgangspunkt für die Bearbeitung des Werkstücks 30 denn erreicht ist, wenn
beide Fühlerelemente gleichzeitig ansprechen. Zur Übernahme der Rechnerbefehle,
die Interpretation und Weiterleitung an die Motorsteuerungen könnte such ein Mikroprozessor-System
Anwendung finden. Ein solches System könnte als vorteilhaft insofern angesehen werden
als es leicht an den Rechner 11 anzupassen und gegebenenfalls durch Ergänzung von
Display und Rechenprogramm zu einem selbständigen System erweitert werden kann.
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Wie an sich schon dargelegt, dient die vorstehend in ihrem prinzipiellen
Aufbau näher umschriebene Maschine, die sowohl als Standmaschine wie auch als Tischgerät
ausgeführt sein kann, insbesondere der Bearbeitung von für die Brillenglasanfertigung
geeigneten Preßlingen, insbesondere solchen mit torischer Innen-oder Außenfläche.
Zur Erzielung derartiger Flächen ist das in die Aufnahme 31 des Werkstückträgers
28 auf einer bogenförmigen, meist kreisförmigen Bahnbewegung bei gleichzeitiger
digitalinkrementaler Winkelverstellung an einem der rotierenden Werkzeuge 9 bzw.
10 entlangzufahren. Dabei sind die vom Werkstückträger 28 auszuführenden schrittweisen
Drehbewegungen auf die Vorschubbewegungen des Kreuztisches 16, 19 in X- und Y-Koordinatenrichtung
so aufeinander abgestimmt, daß der Werkstückträger 28 über den gesamten Bewegungsablauf
in jedem Punkt eine Winkelstellung Y einnimmt, in der die optische Achse des Werkstücks
30 stets durch den Mittelpunkt M1 der vom Werkstückträger 28 während des Arbeitsprozesses
zurückgelegten Kreisbahn verläuft. Hierbei ist jedoch der Mittelpunkt M1 nicht als
körperlich ausgeführte Lagerachse sondern nur als ideelle Achse vorhanden. Die kreisförmige
Bahnbewegung kommt dabei dadurch zustande, daß die Schlitten 16 und 19 des Kreuztisches,
angetrieben durch die Schrittmotoren 20 und 21, in zeitlich wechselnder Folge Vorschubbewegungen
in X- und Y-Richtung den als Koordinatensystem ausgebildeten
Führungsorganen
13, 14 bzw. 17, 18 ausführen. Ebenso wiVevdfier Kreuztisch nimmt der drehbeweglich
auf ihm sitzende Werkstückträger 28 an der Bahnbewegung teil. Der Werkstückträger
28 ist somit nicht mehr abhängig von einer Drehmittelpunktführung bzw.
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an die Einhaltung bestimmter, im durchführbaren Bereich einer Hebelführung
odgl. liegender Radien gebunden. Der besondere Vorteil einer numerisch steuerbaren
Maschine zum Bearbeiten von optischen Gläsern, deren Werkstückträger 28 in einem
X- Y-Koordinatensystem geführt und inkremental-drehbeweglich auf diesem angeordnet
ist, liegt vor allem in der theoretisch unbeschränkt bestimmbaren Auswahl des Drehmittelpunkts
der vom Werkstückträger 28 beim Fräsvorgang, und zwar sowohl beim Fräsen von konkaven
als auch konvexen Flachen zu vollziehenden kreisförmigen Bewegungsbahn begründet.
Ihre praktische Begrenzung erfährt die Mittelpunktlage der Bahnbewegung bei sehr
kleinen Radien durch den Durchmesser des zum Einsatz kommenden Werkzeugs 9 bzw.
10, während andererseits die Erzeugung von Planflächen auf Preßlingen mit unendlich
großem Radius möglich ist.
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Anhand der in den Fig.3, 3a, 4 und 5 veranschaulichten geometrischen
Verhältnissen soll nachstehend der Bewegungsablauf eines Werkstücks 30 zur Bildung
einer konkav-torischen (negativtorischen) sowie zur Erzeugung einer konvex-torischen
(positivtorischen) Oberfläche kurz erläutert, zuvor jedoch die in diesen Darstellungen
benutzten Kurzbezeichnungen hinsichtlich ihrer geometrischen Bestimmung erklärt
werden. Es bedeuten: N = Rotationsachse des Werkzeugs 9 bzw. 10 r, = Werkzeugradius
r1 ' Schleif- bzw. Fräsradius einer torisch konkaven bzw.
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torisch konvexen Oberfläche in der Zeichenebene r2 = Schleif- bzw.
Fräsradius der zu bildenden torischen Oberfläche senkrecht zur Zeichenebene
d
~ W#rkstückdurchmesser P = Dreh- und geometrischer Mittelpunkt des Werkstückträgers
28 M1 = Mittelpunkt des Schleif- bzw. Frcisradius r1 M2 = Mittelpunkt des Schleif-
bzw. Fräsradius r2 0 = Der durch Ein#rif£ der Werkzeug-Schneidlippe in das gif rkstack
gebildetete Abtragungspunkt 1 = Distanz des Abtragungspunkts 0 vom Dreh- und Mittelpunkt
P des Werkstückträgers 28 x = Bewegungskomponente des Punktes P quer zur Rotationsachse
N Y r Gleichgerichtete Bewegungskomponente des Punktes P zur Rotationsachse N =
= Der sich über die Ablaufbewegung des Werkstückträgers 28 ständig ändernde Winkel,
den die optische Achse des Werkstücks mit der der Y Komponente des Koordinatensystems
einschließt = = Konstanter Winkel zwischen Rotationsachse N und der die beiden geometrischen
Punkte M2 und 0 verbindenden Linie bzw. Einstellwinkel zur Bestimmung der Zylinderkurve
a = Kreisförmige Bahnbewegung des Punktes P Wie vorstehend bereits dargelegt, soll
die Steuerung durch den Rechner 11 dahingehend ausgelegt sein, daß der motorisch
antreibbare Werkstückträger 28 entsprechend der Eingabedaten vor Beginn des eigentlichen
Arbeitsprozesses eine der beiden Arbeitsstationen A oder B anfährt. Nach den vorgegebenen
Auswahlkriterien wird es immer jene Station sein, die als Ausstattung ein Werkzeug
9 bzw. 10 aufweist, welches die günstigsten Voraussetzungen zur Bildung einer mit
dem geringsten Ellipsenfehler behafteten
Torusfläche erfüllt. Aufgrund
der zuvor eingegebenen Daten kann die diesbezügliche Auswahl der Arbeitsstation
A oder B dem Rechner 11 ebenso überlassen bleiben, wie die Anlaufbewegung des Werkstückträgers
28 in jene Ausgangsposition, die mit dem Null-bzw. Ausgangspunkt für die Bearbeitung
des Werkstücks 30 identisch ist. Hat der Träger 28 diese erreicht,setzt die der
Bearbeitung des Werkstücks 30 dienende, ebenfalls rechnergesteuerte Vorschubbewegung
ein. Dabei wird der Drehmittelpunkt P des Werkstückträgers 28, wie in Fig.3 und
4 veranschaulicht, auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn a mit dem ideellen Mittelpunkt
M1 am Werkzeug 9 bzw. 10 vorbeigefahren, wobei dessen Schneidlippe am Werkstück
30 eingreifend im Punkt O Material abträgt. Im Verlaufe der Arbeitsbewegung, an
der charakteristisch ist, daß die Schlitten 16 und 19 des Kreuztisches ständig monotone
rechnergesteuerte Schrittbewegungen in X- und Y-Richtung ausführen, welche ihrerseits
noch durch zusätzliche inkrementale Drehbewegungen des Werkstückträgers 28 um die
Achse 27 überlagert sind, wird am Werkstück 30 eine Toruafläche mit einem in der
Bewegungsebene liegenden Krümmungsradius r1 sowie einem weiteren senkrecht zu dieser
Ebene verlaufenden Krümmungsradius r2 gebildet. Im Gegensatz zum Krümmungsradius
r1 (Basiskurve), dessen Mittelpunkt M1 bei Erzeugung einer Torusfläche stets eine
Relativlage neben der Rotationsachse N des Werkzeugs einnimmt, liegt der Mittelpunkt
k des meridianen Krümmungsradius r2 (Zylinderkurve) immer auf dieser Achse. Während
der Winkel .' größenmäßig abhängig ist vom Durchmesser bzw. Radius rg des zum Einsatz
kommenden Werkzeugs 9 bzw. 10 und daher unverändert bleibt, erfährt der Winkel 'f
, der gleichbedeutend mit der Neigung der optischen Achse des Werkstücks 30 zur
Y-Komponente des X- Y-Koordinatensystems ist, im Verlaufe der Bahnbewegung des Punktes
P eine monotone Veränderung.
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Dies in der Weise, daß jedem vom Drehmittelpunkt P des Werkstückträgers
28 erreichten X- und Y-Koordinatenpunkt einen Winkel tp bestimmter Größe zugeordnet
ist. Die Veränderung des Winkels /-resultiert aus inkrementalen Drehbewegungen des
Werkstückträgers 28 um die mit dem Punkt P identische Achse 27. Wie aus Fig.3 ersichtlich,
erfährt der Winkel f bei Bildung einer Innentorusfläche,
ausgehend
vom Nullpunkt eine stetige Verringerung, um z.B. im Koordinatenpunkt P' die Größe
r ' zu erreichen. Sobald der Werkstückträger 28 die ihm vorgegebene kreisförmige
Bahnbewegung a beendet hat, fahren die beiden Schlitten 16 und 19 des Kreuztisches
auf einer ebenfalls vermittels entsprechender Daten in den Rechner 11 eingegebenen
Bahnbewegung wieder auf ihre durch den Nullpunkt fixierte Ausgangsposition zurück.
In der weiteren Funktionsfolge wird der Werkstückträger 28 zunächst weitergeschaltet,
d.h. um einen Winkelbetrag von 900 um die Normalachse 27 gedreht, womit der nächste,
für die Bearbeitung vorgesehene Rohling in die für den Beginn des Arbeitsprozesses
geeignete Bezugsposition gebracht wurde.
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Bei der Bearbeitung einer Außentorusfläche gemäß Fig.5 liegen die
gleichen geometrischen Bedingungen vor wie bei Erzeugung einer Innentorusfläche,
nur mit dem Unterschied, daß sowohl der ideelle Mittelpunkt M1 als auch der ideelle
Mittelpunkt M2 auf der der Schneidlippe 9a bzw. 10a des Werkzeugs 9 bzw. 10 zugekehrten
Seite liegen. Außerdem führt der Werkstückträger 28 im Verlaufe der Vorschubbewegung
auf der kreisförmigen Bewegungsbahn mit dem ideellen Mittelpunkt M1 und dem Radius
r1 bezogen auf den Drehmittelpunkt P inkrementale Drehbewegungen entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn
aus.
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Eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Bahnbewegung des Werkzeugträgers
28 könnte darin gesehen werden, daß man zur Erzielung schrittweiser oder stufenloser
monotoner Fortschaltbewegungen der Schlitten 16 und 19 des Kreuztisches je ein eine
Koordinatenbewegung in X-Richtung und eine weitere Koordinatenbewegung in Y-Richtung
bewirkendes Bahnführungslineal odgl. anwendet. Die Anordnung der beiden, die Schlitten
des Kreuztisches und damit den Werkstückträger 28 führenden Lineale könnten hinsichtlich
des X- Y-Koordinatensystems derart einstellbar getroffen sein, daß Veränderungen
und Anpassungen der Fortbewegung der Schlitten an die zu bildende Torusfläche durchführbar
sind.