专利名称：：用于机加工光学工件、尤其是塑料眼镜片的机床的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于加工光学工件、尤其是塑料眼镜片的、按照权利要求1的前言部分的机床。
背景技术：
：当机加工塑料眼镜片时，通常使用由塑料模注形成的、具有例如带球形或渐进的形状的标准的机加工外凸表面的一透镜“坯料”。根据所需的光学效果，通过切削机加工使内部的或配镜表面(prescriptionsurface)(通常是凹面)成为一球面的、非球面、弯曲面的、非弯曲面的、渐进的或任意形式的几何形状(渐进的透镜表面)。当机加工内表面用典型的传统过程在将透镜片坯料放置成它的外表面位于一台座上时，进行切削或车削机加工，用于产生光学有效的形状，随后进行精磨或抛光加工，实现所需的表面质量。对于上述车加工过程，在现有技术中使用所述高速刀具车床，其中以高度动态方式以直线往复型式(例如见专利文件WO02/06005A1)或以旋转型式(例如参阅专利文件WO99/33611A1)能够运动一车刀，以致以车削方法可以形成非旋转对称的镜片表面。在这情况下，尤其当产生高精度光学表面时，车刀必须用它的切削刃的加工点(workingpoint)以一高度准确方式对齐在工件主轴的旋转轴线上，以使在机加工的透镜表面的中心不会留下突出的未加工区。按照现有技术，因此要求依靠特定的调节轴线进行车刀的很准确的高度调节。为此，通常使用能够装载车刀或甚至整个高速刀具单元的挠性连接。通过调节-细牙螺杆，使车刀的相对侧上的整个挠性连接变形，造成车刀的切削刃的很细小的高度位移。例如在美国新罕布什尔州Keene市的Preciteck有限公司出版的机器手册“PrecitechNanoform200/Nanoform350”，第14页和第15页上可以找到这一调节机构的图像和它的功能叙述。此外，还有具有用于车刀的适当高度调节能力的刀架和转盘。尤其是，已知具有适当的机械的高度调节机构的可互换的刀架(例如参见文件US5,245,896和DE4227268A1)。通常在该机器外部的刀具预设置单元中执行该高度对齐，同时由一十字台架使整个车刀刀架运动进入一装置到达代表主轴转动轴线的一调节部分。由一轮廓投影仪检测车刀切削刃的高度和位置，并且与调节件有关。但是，已知的机构完全由手工进行调节。为了甚至能在机加工机床的工作期间进行自动调节，必须设置一关联的CNC(计算机化数字控制)受控的调节主轴，它需要相当大的成本。在按照WO02/06005A1的现有技术，本发明的目的是提供一种用于机加工光学工件，尤其是眼镜片的机器，该机器包括一高速刀具装置，在其中能够尽可能简单地以高度准确方式将车刀的切削刃的加工点对齐在工件主轴的旋转轴线上。由权利要求1限定的特征实现了该目的。本发明的有利的和/或合适的进一步演变形成了权利要求2至5的主题。
发明内容按照本发明，在用于机加工光学工件，尤其是塑料眼镜片的、包括一工件主轴和一高速刀具(fasttool)装置的机床中，该工件主轴能够围绕一工件旋转轴线旋转驱动工件，高速刀具装置能使车刀在一高速刀具运动平面内运动，其中，工件主轴和高速刀具装置还能够在包含工件旋转轴线的一平面内相对运动，该快速刀具运动平面相对于包含工件旋转轴线的平面倾斜一工作角。按照本发明的高速刀具运动平面的倾斜位置是以这样一方式产生的，即，一预定大小的角度存在于这运动平面和包含工件旋转轴线的平面、因此和工件主轴的工件旋转轴线的平面之间。工件主轴的调节运动，任何情况下在该机床上、存在于含有工件旋转轴线的平面内、更确切地说在工件主轴的方向。借助于上述高速刀具运动平面的倾斜、连同工件主轴的调节运动，能够实现车刀刀刃在工件主轴的工件旋转轴线上的高精度的高度调节，而不需要车刀刀刃相对于高速刀具装置的高度位移。工件主轴在它的轴线方向的调节运动的长度和因此在工件主轴的工件旋转轴线和车刀刀刃的加工点之间所实现的高度补偿取决于该预定角度的正弦函数。因此，不需要在现有技术中设置的任何机械调节系统，该系统不像本发明、不允许在机加工操作期间进行车刀刀刃的自动的高度调节。因此与现有技术比较，也减轻了高速刀具装置必须移动的诸质量的重量，即减轻了在现有技术中、在车刀和高速刀具装置的往复器之间设置的诸机械调节件的重量，以致高速刀具装置的动态性能和误差范围不受过大的运动质量的限制。这使高速刀具装置所车削的表面具有较高的形状精度，并也导致了较短的机加工时间。依据本发明，不仅省去了一个完全调节的轴线和将所需的运动轴线的数量限制到最少，而且可以有利地将刀具(快速刀具装置)和工件(工件主轴)的调节运动分开。例如，能够使用工件主轴的调节运动来产生一镜片的旋转对称部分，也就是说该表面的球形部分，而透镜的非旋转对称部分，例如在复曲面的表面、棱柱表面、非复曲面的表面或任意形状表面的情况下存在的，则通过高速刀具装置的调节运动产生。因此，还可以使用带有一较短行程和从而较大刚度(由于较短的刀杆)的高速刀具装置，这又有利于所产生的表面质量。关于车刀刀刃相对于工件旋转轴线的高度调节的精细特点，如果高速刀具运动平面和包含工件旋转轴线的平面包围2°到10°之间的工作角，那么这个特点是较佳的。虽然它是较佳的，尤其是使用关于在控制运动轴线时所使用的尽可能最简单的数学，如果依靠高速刀具装置以一可控制定位的方式在轴向能够调节车刀，那么也能够在带有旋转的高速刀具装置的机器上实现本发明的基本概念，即相对于包含工件转动轴线的平面的高速刀具运动平面的角度调节，例如从WO99/33611A1已知的那样。在这情况下，高速刀具运动平面垂直于转动的高速刀具的枢转轴线。以下将在一较佳实施例的基础上参照所附的、部分示意的图较详细地叙述本发明，在附图中图1示出了按照本发明的、用于机加工光学工件，尤其是塑料眼镜片的一台机床的、从前上方倾斜观察的立体图，该机床在刀具方面装备有一刀具单元和两个快速刀具装置(fasttoolarrangement)；图2示出了按照图1的机床的、从后上方倾斜地观察的立体图；图3是按照图1的机床的、在底部折断的正视图；图4是按照图1的机床的、在底部折断的不同于图3的视图的正视图，其中所示的刀具单元的刀具主轴被局部折断了，以便可看到位于它后方的快速刀具装置；图5是按照图1的机床的、从图3和4的上方观察的平面图；图6示出了按照图1的机床的工件主轴的前方示意图，在该主轴上安装有一镜片，所述镜片被示出在横剖面中和被快速刀具装置的车刀机加工，其中图6的顶部示出了车刀相对于工件主轴的工件旋转轴线的不正确高度调节，而图6的底部示出了车刀相对于工件旋转轴线的正确高度调节。具体实施例方式图1至5示意地在直角笛卡儿坐标系统中示出了尤其用于机加工塑料眼镜片L的表面的CNC-受控的机床10，其中小写字母x、y、和z代表机器10的宽度方向(x)、长度方向(y)和高度方向(z)。如图1至5所示，机床10包括确定一机加工区域14的一机架12。在图1中固定于机加工区域14的左手侧、在图1中的机架12的上安装表面17上的是相互在(水平的)宽度方向x平行延伸的两导轨16。在导轨16上可移动地安装的是由关联的诸CNC驱动和控制元件(未示出)以CNC可控制定位方式在X轴线的两个方向可以调节的一X滑板。在图1中相互平行地在(同样水平的)长度方向y延伸的、垂直于导轨16的另外两个导轨20固定于X滑板18的上安装表面21。一Y滑板22可移动地安装在导轨20上的一交叉运动结构(crosstablearrangement)中，由关联的诸CNC驱动和控制元件(同样没有示出)以一CNC可控制定位方式在Y轴线的两个方向可以调节该Y滑板。固定于图1至4中的Y滑板22的一下安装表面23的是一工件主轴24，该轴由一电动机26、以一在转动速度和转动角度方面CNC受控方式驱动以围绕工件旋转轴线B转动。工件旋转轴线B与Y轴线对齐。放置在一机加工用的台座上的镜片L，尤其是镜片L的配镜表面R，以一已知的方式安装在工件主轴24上，或者更确切地说安装在该主轴的伸到机加工区域24内的端部，以使它能在与工件主轴24相同的轴线上转动。从以上叙述明显的是由交叉运动结构(X滑板18、Y滑板22)以CNC可控制定位的方式在X-Y平面内可移动工件主轴24，所述X-Y平面包括工件旋转轴线B并平行于安装表面17、21和23，而镜片L能够以CNC受控方式在转动速度和转动角度方向围绕工件转动轴线B旋转。安装在图1中机加工区域14的右手侧的机架12上的首先是一刀具单元28，从本申请人的EP07586571A1的原理中已知它的结构和功能。该刀具单元28包括由电动机30以受控的转速围绕刀具旋转轴线C可以驱动的一刀具主轴32，同时一刀具34安装在伸入加工区域14内的刀具主轴的端部上。可以利用刀具单元28在镜片L上进行切削机加工，按照EP0758571A1的原理该加工包括切入式磨削(plunge-cutting)加工，其中，以受控的转速围绕刀具旋转轴线C转动的刀具34和以受控的转速围绕工件旋转轴线B转动的镜片L在轴向X和Y方向中的至少一方向、按一可控制定位的方式这样地相互运动，即，通过控制镜片L沿X和Y轴线的运动路径、在一成形操作中沿一螺旋路径引导刀具34之前，也即在镜片上在X-Y平面中从外侧引导刀具进入以去除其它材料之前，刀具34的切削刃至少在镜片L的外边缘区域中产生一环形槽状凹部。可选择地但较佳地，在这切削机加工操作期间进行的过程是镜片L的边缘加工和镜片L的平面加工(faceting)。在边缘加工期间，由旋转刀具34例如在由镜片架(spectacleframe)的形状所形成的周边轮廓上执行镜片坯料的机加工，而在平面加工期间，由旋转刀具34斜削镜片坯料的上和内周边。这些方法步骤对该领域的那些熟练人员是已知的，为此在这方面将不对它们进行任何更详细的讨论。在图1、3和4中，至少一个、但在所示的实施例中是两个高速刀具装置36、38相互平行地设置在刀具单元28之后(两个以上的快速刀具装置在原理上也是可能的)。例如从WO02/06005A1已知那样，各高速刀具装置36、38包括致动器40、42和一各自的关联的往复器(shuttle)44、46。当致动器40能使第一高速刀具装置36的往复器44在第1高速刀具轴线F1的两方向轴向运动时，致动器42能使第二高速刀具装置38的往复器46在第二高速刀具轴线F2的两方向轴向运动，其中，第二高速刀具轴线F2平行于第一刀具轴线F1。在这情况下，CNC能够相互单独地调节往复器的位移和行程。如图5所示，高速刀具线轴F1、高速刀具轴线F2、Y轴线和工件旋转轴线B从平面图看是沿相同方向延伸。但是，如在按照图3、4和6的正视图中所示，Y轴线的和工件旋转轴线B的方向一方面与高速刀具轴线F1的方向和另一方面与高速刀具轴线F2的方向都不同，如以下更详细讨论的那样。在所示的实施例中，各往复器44、46在各自伸入机加工区域14的端部处装有车刀48、50，该车刀较佳地在一固定位置(而不可调节地)按一没有更详细示出的方式固定于相应的往复器44、46，以致能够在高速刀具运动平面(X-F1平面或X-F2平面)内运动车刀48、50。尤其如图6中所示，一小刀片52安装在车刀上，可选择为可拆卸地或者作为一复层，该刀具板形成一刀刃54，这取决于相应的要求、尤其关于要加工的材料的要求，小刀片可以由多晶金刚石(PCD)、CVD、天然金刚石或带有或不带有耐磨涂层的硬金属制成。由刀具单元28已预加工的镜片L的配镜表面B随后可以由该高速刀具装置(或多个高速刀具装置)36(和可能由高速刀具装置38)以转动方式机加工，以及通过调节镜片L在X轴线和可能在Y轴线的运动，也就是说在X-Y平面内的运动、以及通过调节机加工车刀48(或50)在F1轴线(或F2轴线)、也就是说在X-F1平面(或X-F2平面)内的运动能够再次进行机加工。在此，能够以这样一方式驱动高速刀具装置36，即，不参预该车削机加工的往复器沿与参预该车削机加工的往复器的相反的方向运动，从而两往复器沿相反方向运动，以便依靠质量补偿防止发生破坏性的振动传送到机架12的情况，或减小所述破坏性的振动，如在WO02/06005中所揭示的那样。因此，在该车削机加工中，可以获得几乎相当于用传统抛光方法能够得到的表面质量的表面质量。上述机床10的一个特征是，如以上已按较一般方式叙述的那样，高速刀具装置36和38安装在机架12的一安装表面56上，该安装表面是倾斜的，或者被放置成相对于用于交叉运动结构(X-滑板18、Y-滑动22)和用于工件主轴24的安装表面17、21和23倾斜一α角，从而高速刀具运动平面(X-F1平面或X-F2平面)被定位成相对于含有工件运动轴线B的、工件主轴24的运动平面(X-Y平面)倾斜。在所示的实施例中，这角度α约5°，但它可以稍大或较小，例如在2°到10°的范围内。依靠这个措施，由高速刀具装置36使车刀48在F1轴线方向的调节和由高速刀具装置38使车刀50在F2轴线方向的调节意味着相应的刀刃54的运动有两个运动分量，即沿机器10的长度方向y的一运动分量和沿机器10的高度方向z的一运动分量。能够利用后者将相应车刀48、50的刀刃54的加工点对齐在工件主轴24的工件旋转轴线B上，以便补偿高度误差或刀刃在高度方向z的差异。在图6中示出了这一过程。图6的上部示出了车刀48的不正确高度调节。虽然在这情况中工件主轴24和车刀48的相对调节发生在长度方向y，从而在车削机加工的终点(示出在左方的车刀48)处镜片L具有对应于所需厚度的、在长度方向y的一厚度，即镜片L的最终厚度ds，但是在配镜表面R上留有毛刺58形状的表面误差，在图6中夸大地示出了所述毛刺。这表面误差是由于这情况产生的车刀48，或者更确切地它的刀刃54在车削机加工操作的终点处没有与工件旋转轴线B“相迂”，而是停留在工件旋转轴线B之下(在工件主轴24的不正确轴向位置ye的情况下在车削机加工操作终点处刀具48太低)。当在车削机加工操作终点处车刀48的刀刃54停留在工件旋转轴线B之上(刀具太高)时产生了一类似锥形的表面误差(未示出)。图6的下部示出了车刀48相对于工件旋转轴线B的正确高度调节，其中没有中央表面误差保留在镜片L的配镜表面R上。为此，过程如下所述。首先，对于在机床10的坐标系统中的车刀48的刀刃的一已知的位置和高速刀具轴线F1的一已知的加工作角α，计算工件主轴24在长度方向y的一轴向位置yk，在该位置车刀48的刀刃54的加工点在要加工的镜片L的一所需的最终厚度ds处、位于包含工件转动轴线B的X-Y平面内，也就是说“迂到”工件旋转轴线B。那么通过在Y轴线方向可控制定位的轴向位移，使工件主轴24到达所计算的轴向位置yk，随后将工件主轴24轴向固定或保持在所计算的轴向位置yk。然后工件主轴24沿X轴线可控制定位地横向前进，车刀48在高速刀具运动平面、也就是说在X-F1平面里可控制定位地调节之下可以对被旋转驱动的镜片机加工，直至获得在被加工的镜片上的所需的最终厚度ds。在车削机加工操作的终点处，此时车刀48的刀刃54自动地“迂到”工件旋转轴线B。作为对此的一替换形式，如以上所述，过程可以是这样的除了高速刀具装置36在F1轴线方向运动之外，在Y轴线方向工件主轴24不被保持住，而是工件主轴24沿Y轴线还发生一产生几何形状运动(geometry-producingmovement)，或者更确切地以这样一方式在Y轴线和F1轴线之间分解几何形状的形成(geometryproduction)，即，Y轴线负责较慢的运动分量，而F1轴线承担较快的运动分量。这一过程的优点是尤其高速刀具装置36、38带有较小的行程，从而能够使用较大的刚度，因此能够实现更高的机加工速度。从而这一过程包括以下步骤。首先，计算最对应于镜片L上要被加工的配镜表面R的所需的表面外形尺寸的球形的或复曲面的表面外形尺寸(“最适合的球形”或“最适合的复曲面表面”)。而且，如在以上所述的过程中那样，计算工件主轴24的轴向位置yk，在该位置处车刀48的刀刃54的加工点在要被加工的镜片L的所需最终厚度ds的条件下、位于包含工件旋转轴线B的X-Y平面内。然后，具体地说，根据在要被加工的配镜表面R的所需的表面外形尺寸与算出的球形的或复曲面的“最适合”的表面外形尺寸之间的差异，在工件主轴24沿X轴线方向的可控制定位的横向前进、工件主轴24沿Y轴线沿一对应于被计算的球形的或复曲面的“最适合”的表面的外形尺寸的运动路径可控制定位的调节之下，直至工件主轴已到达以前计算的轴向位置yk，以及，同时在车刀48沿F1轴线或在高速刀具运动平面(X-F1平面)里可控制定位的调节之下，对被旋转驱动的透镜L进行机加工，直至在被加工的镜片L上获得所需的最终厚度ds。虽然在所述的实施例中X-Y平面水平延伸，而X-F1平面或X-F2平面离开水平倾斜一角度α，但是在原理上这些情况可以颠倒过来，即X-F1平面或X-F2平面水平延伸，而一X-Y平面相对于水平有一角度。也考虑了其中X-Y平面和X-F1或X-F2平面都离开水平倾斜、不过倾斜角度不同的结构。已揭示了用于机加工光学工件、尤其是眼镜片的机床，该机床包括一工件主轴和一高速刀具装置，该工件主轴能够围绕一工件旋转轴线旋转驱动工件，该高速刀具装置可以使一车刀在高速刀具运动平面内运动，其中，工件主轴和高速刀具装置还能够在包含工件旋转轴线的一平面内相对运动。按照本发明，高速刀具运动平面被定位成相对于包含工件旋转轴线的平面倾斜。因此，提供了其中车刀刀刃的加工点能够以特别简单的和高度准确的方式对准在工件主轴的旋转轴线上的机床。权利要求1.一种用于机加工光学工件(L)，尤其是塑料眼镜片的机床(10)，该机床包括一工件主轴(24)和一高速刀具装置(36)，该工件主轴能够围绕一工件旋转轴线(B)旋转驱动工件(L)，该高速刀具装置能够在一高速刀具运动平面(X-F1平面)内移动一车刀(48)，其中，工件主轴(24)和高速刀具装置(36)还能够在包含该工件旋转轴线(B)的一平面(X-Y平面)内相对运动，其特征在于，高速刀具运动平面(X-F1平面)相对于包含工件旋转轴线(B)的平面(X-Y平面)被倾斜地(工作角α)定位。2.如权利要求1所述的机床(10)，其特征在于，高速刀具运动平面(X-F1平面)和包含工件旋转轴线(B)的平面(X-Y平面)包围一2°-10°的工作角(α)。3.如权利要求1或2所述的机床(10)，其特征在于，依靠高速刀具装置(36)能够以一可控制定位的方式沿轴向(F1轴向)调节车刀(48)。4.一种用于使用一台按照以上诸权利要求中的任一项的机床(10)机加工光学工件(L)，尤其是塑料眼镜片的方法，在该机床中能够以一可控制定位的方式沿工件旋转轴线(B)的方向轴向(Y轴线)移动工件主轴(24)，所述方法包括以下步骤(i)在要被加工的工件(L)的所需的最终厚度(ds)的条件下，计算当车刀(48)的刀刃(54)的加工点运动到位于包含工件旋转轴线(B)的平面(X-Y平面)内时的、工件主轴(24)的轴向位置(yk)；(ii)可控制定位地沿轴向(Y轴线)调节工件主轴(24)进入所计算的轴向位置(yk)；(iii)将工件主轴(24)沿轴向固定或保持在算出的轴向位置(yk)；以及(iv)在工件主轴(24)的可控制定位的(X轴线)横向前进和车刀(48)在高速刀具运动平面(X-F1平面)内可控制定位的(F1轴线)调节之下对被旋转驱动的工件(L)进行机加工，直到获得被机加工工件(L)上的所需的最终厚度(ds)。5.一种用于使用一台按照以上诸权利要求中的任一项的机床(10)机加工光学工件(L)，尤其是塑料眼镜片的方法，在该机床中能够以一可控制定位的方式沿工件旋转轴线(B)的方向轴向(Y轴线)移动工件主轴(24)，所述方法包括以下步骤(i)计算最对应于在工件(L)上要加工的表面(R)的所需的表面外形尺寸的一球形的或复曲面的表面外形尺寸；(ii)在要加工的工件(L)的所需的最终厚度(ds)的条件下，计算当车刀(48)的刀刃(54)的加工点运动到位于包含工件旋转轴线(B)的平面(X-Y平面)内时的工件主轴(24)的轴向位置(yk)；(iii)按照在要加工的表面(R)的所需的表面外形尺寸和算出的球形的或复曲面的表面外形尺寸之间的差异，在工件主轴(24)的可控制定位的(X轴线)横向前进、工件主轴沿着对应于所计算的球形的或复曲面的表面的外形尺寸的一运动路径的可控制定位的(Y轴线)调节下直至工件主轴(24)已到达计算的轴向位置(yk)，同时在车刀(48)在高速刀具运动平面(X-F1平面)同步地可控制定位的(F1轴线)调节之下，对被旋转驱动的工件(L)进行机加工，直到获得在被机加工的工件(L)上的所需的最终厚度(ds)。全文摘要本发明揭示了一种用于机加工光学工件(L)，尤其是塑料眼镜片的机床(10)，该机床包括一工件主轴(24)和一高速刀具装置(36)，该工件主轴能够围绕工件旋转轴线(B)旋转驱动工件，高速刀具装置能够在高速刀具运动平面(X－F1平面)内移动车刀(48)，其中，工件主轴和高速刀具装置还能够在包含工件旋转轴线的平面(X－Y平面)内相对运动。按照本发明，相对于包含工件旋转轴线的平面(X－Y平面)倾斜地(工作角α)对高速刀具运动平面(X－F1平面)定位，因此，提供了一种能够以特别简单的和高度准确的方式使车刀刀刃的加工点对准在工件主轴的旋转轴线上的机床。文档编号B23B5/40GK1857835SQ20061007990公开日2006年11月8日申请日期2006年4月27日优先权日2005年5月6日发明者M·萨冯,E·麦克帕森申请人:萨特隆有限公司