!HU000007561T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 007 561
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 910674 2004. 08. 03.
(73) Jogosult: ESSILOR INTERNATIONAL (COMPAGNIE GENERALE D’OPTIQUE), 94220 Charenton le Pont (FR)
US
(72) Feltalálók: RIALL, James, Daniel, Roanoke, VA 24018 (US); DANNHARDT, Walter, Roanoke, VA 24019 (US); MANDLER, Roland, 35435 Heuchelheim (DE); MULLER, Tobias, 35435 Wettenburg (DE) (54)
HU 007 561 T2
B23C 3/16
(21) Magyar ügyszám: E 05 782713 (22) A bejelentés napja: 2005. 08. 03. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20050782713 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1773528 A1 2006. 02. 16. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1773528 B1 2009. 11. 25.
(2006.01) B23Q 15/00 (2006.01) B24B 13/06 (2006.01) G05B 19/18 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 06017661 PCT/US 05/027743
(74) Képviselõ: Farkas Tamás, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Szemüveglencsék megmunkálása raszteres technológiával
A leírás terjedelme 16 oldal (ezen belül 7 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 007 561 T2
A találmány tárgya A jelen találmány jó minõségû háromdimenziós felületek, különösen szemüveglencsék megmunkálására vonatkozik úgy, hogy a rasztermintázaton állandó megmunkálóerõt alkalmazunk. A technika állása A szemüveglencsék gyártásánál forgácsolást alkalmaznak, különösen a szokásos progresszív lencséknél, amelyeknek aszferikus felületük van, és nem lehet hagyományos optikai polírozással elõállítani. Mindazonáltal a forgácsolt lencsék jelentõs hátrányokkal rendelkeznek, elsõsorban azoknak a nehézségeknek a tekintetében, amelyek a felület kialakítása során felmerülnek a kívánt optikai pontosság elérése érdekében, továbbá a végsõ felület minõségével kapcsolatosak. Azért, hogy megértsük ezeket a hátrányokat, hasznos lehet figyelembe vennünk néhány részletet a hagyományos esztergálással, továbbá a spirális forgácsolással kapcsolatban, amelyet a felületi geometria elõállítására használnak. Egy tipikus háromtengelyes eszterga látható az 1. ábrán. 10 munkadarab van csatlakoztatva a 12 orsóhoz 14 tokmánnyal, amelyet a 16 orsótengely körül forgatunk (ahogy azt általában „C” tengelynek is nevezzük). A 10 munkadarabot úgy alakítjuk, hogy 18 forgácsolószerszámot mozgatunk a 16 tengely irányában („X tengely” irányban), miközben szabályozzuk helyzetét a „Z tengely” irányában, párhuzamosan a 16 orsótengellyel. Egy számítógép-vezérlésû („CNC”) háromtengelyû esztergának egyélû forgácsolószerszámai, vagy több, nagy sebességû horonymarója lehet, hasonlóan egy marógéphez. Mindkét esetben a felület alakját a szerszám forgácsolja ki spirális forgácsolási pálya mentén, és az anyag utolsó levágandó darabja a forgó 10 munkadarab közepén van. Az eszterga 12 orsója rendszerint állandó sebességgel forog. Ennek következtében a felületi forgácsolási sebesség csökken, ahogy a 18 forgácsolószerszám a 10 munkadarab közepe felé mozog, miközben ennek megfelelõen változik a forgácsolóerõ a szerszám és a forgácsolt lencsék között. Ez a változás a forgácsolóerõben fokozatosan hibát okoz a kialakítandó felület alakjában. Még akkor is, hogyha az eszterga folyamatosan változtatható orsósebességû, a sebességnek felsõ határa van, és ennek folytán van egy olyan sugár, amelyen túl lehetetlen fenntartani az állandó felületi forgácsolási sebességet. Ennél a rádiusznál a forgácsolási erõ megváltozik, és a hiba kezd beépülni a munkadarabba. További probléma egy jellegzetesen központi hiba, amely akkor lép fel, ha a lencse kialakítása azt kívánja, hogy anyagot távolítsunk el egészen a 10 munkadarab közepéig. Ez a központi hiba egy kicsiny benyomódás, amely azért keletkezik, mert a forgácsolóerõ hirtelen nullára csökken, amikor az anyag utolsó darabját is eltávolítják. A forgácsolóerõ a szerszámcsúcsot enyhén elfordítja a lencse felületétõl a forgácsolás során. Amikor az erõ hirtelen nullává válik, a forgácsolószerszám tokmányában megszûnik a feszültség és a szerszám a még forgó lencse felé mozdul el, ekkor egy kicsiny be-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
nyomódást hoz létre a lencse közepén. Még nagy sebességû, illetve nagy precizitású esztergák is okoznak központi hibát, amely 1 és 5 mikron közötti mélységû, olyan felületi hibákat okozva, amelyek gyakran láthatók és nemkívánatos szépséghibának minõsülnek. A prizma alakú lencsekialakítások esetén, ahol a központi tartomány lapos, a forgácsolóerõ hirtelen eltûnése nagyobb rádiusznál következik be, de még jelentõs hatással van a prizma domború oldalán lévõ kiemelkedés formájára, és bemélyedést okoz az alsó oldalon. A kiemelkedés tipikusan 2 mikron magas és a bemélyedés általában 2 mikron mély. Mivel ezek a forgácsolóerõ megszûnésével kapcsolatos hibák a szerszám élezésének bonyolult függvényei, továbbá a felületi geometriától, az anyag tulajdonságaitól és a gép jellemzõitõl is függnek, lényegében elõre kiszámíthatatlanok. Azok a kísérletek, amelyek során szoftverek használatával megpróbálták kompenzálni ezeket a hibákat, gyakran még súlyosabb hibákat okoztak. További probléma a lencsék esztergakések alkalmazásával történõ forgácsolásának vonatkozásában az, hogy a forgácsolt felület minõsége a forgácsolási sebesség függvénye. Az optimális hatékonyság, valamint a legjobb végsõ minõség elérése érdekében a felületi sebességet csak azoknál a lencserádiuszoknál kell szabályozni, ahol erre szükség van. A hagyományos esztergagépeknél a forgácsolási sebesség a rádiusz rögzített függvénye és nem változtatható. További probléma az esztergákkal az, hogy a forgácsolószerszám alakja nem tökéletes (amelyet gyakran „alakhibának” hívnak) és ez átadódik a lencse felületére. Egy tipikus csúcsminõségû forgácsolószerszám, amelyet esztergában használhatunk, egy egyélû gyémántfej, amelyet kb. 2 mm¹es rádiuszra csiszolnak. Az ilyen gyémánt élének pontossága mindazonáltal csak 2 mikron. Ez a pontatlanság kagylósodásban jelentkezik (amelyet „hullámosságnak” is neveznek) és ez közvetlenül átadódik a lencsére, vagyis 2 mikronnyi hullámosság a forgácsolószerszámon a lencse felületén 2 mikronnyi hullámos hibát okoz. A hullámossági hiba elõre teljesen megjósolhatatlan, és nem lehet szoftverrel kompenzálni. A szabályozott hullámosságú szerszámok rendkívül drágák. Ugyanakkor gyorsan lekopnak egy olyan pontig, ahol már kívül vannak a tûrésükön, és így elõnyük rendkívül költséges és rövid életû. Ezek a forgácsolási hibák hagyományosan a forgácsolt lencse polírozásával küszöbölhetõk ki, de ez további eltérést eredményez az optimális lencsealaktól (amelyet általában „alakhibának” neveznek a lencse felületén). A gyakorlatban kompromisszumot kell kötni az okozott alakhiba nagysága és a látható központi szépséghiba között, amelyet eltávolítanak. További hagyományos formája a felületi megmunkálásnak a marás. Egy tipikus marógép látható sematikusan a 2. ábrán. A 2. ábra oldalnézetben mutat be egy 10 munkadarabot, amely 20 marótokmányban van befogva, és raszterpályán van mozgatva az X–Y síkban, miközben 22 forgó marószerszámot mozgatunk le és fel a Z tengely mentén. A 2B. ábra elölnézet, amelyen a
1
HU 007 561 T2
24 rasztermintázat látható, amely a forgácsolószerszám valóságos pályája a 10 munkadarabhoz képest. Jóllehet a hagyományos marás lehetõvé teszi a felületi forgácsolási sebesség és helyzetbeállítás független szabályozását, és nem jelentkeznek problémák a forgácsolóerõ hirtelen nullára történõ csökkenésével kapcsolatban sem, rendkívül gyenge minõségû felületet eredményez. A 2C. ábra nagyított keresztmetszetben mutatja, hogy egy tipikus 26 mart felület gyakran meglehetõsen kagylós, ha elkészül. A kagylósodás (amelyet „hullámosságnak” is neveznek) a mart felület esetében nagy, tipikusan milliméter nagyságrendû. Ezért az ilyen raszteres forgácsolási technikákat vagy eljárásokat hagyományosan nem alkalmazták az optikai lencsék készítésénél. A DE 42 10 381 számú irat egy nem tengelyszimmetrikus, aszferikus felület kialakítására szolgáló egységet ábrázol, amely lencsék marására szolgál, és amelynek munkadarabtartója, valamint teta forgástengelyû egysége van a szerszámtartónak a Z tengely körüli folyamatos forgatása érdekében, a teta koordinátatengelyû szerszámtartó irányában. A szerszám egy korong. Az US 5 711 696 számú irat berendezést ismertet munkadarab megmunkálására nem forgásszimmetrikus és aszferikus felület elõállítása érdekében forgó köszörûkoronggal. A berendezés tartalmaz egy munkadarab-befogó elemet, amely a munkadarabot megfogja és egy korongfejet, amely köszörûkorong, és amelynek külsõ kerület menti felülete gömbi. A munkadarab és a köszörûkorong relatív mozgást végez elsõ meghajtómechanizmus révén az elõtolás irányában, továbbá a munkadarab-befogó elem és a köszörûkorongfej relatív mozgást végez egy második meghajtómechanizmus révén keresztirányú elõtolás irányában, amely merõleges az elõtolás irányára, továbbá a munkadarab-befogó elem és a köszörûkorongfej relatív mozgást végez egy harmadik meghajtómechanizmus révén fogásmélységirányban, amely merõleges mind az elõtolás, mind pedig a keresztirányú elõtolás irányára. Ami rendkívül fontos a hatékony lencsemegmunkálás szempontjából, különösen az immár elterjedt progresszív lencsék vagy más aszferikus lencsekialakítás esetében az a forgácsolási eljárás, amely a megfelelõ aszferikus tartományt ki tudja alakítani, továbbá háromdimenziós felületet tud képezni, és legyõzi a hagyományos forgácsolási eljárásokkal összefüggõ felületi minõség problémák egyikét vagy ezek közül többet is.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50 A rajzok rövid ismertetése A rajzon az 1. ábra egy tipikus háromtengelyû eszterga sematikus bemutatása, a 2A. ábra egy tipikus háromtengelyû marógép sematikus ábrázolása, a 2B. ábra raszteres forgácsolási képet mutat be sematikusan, a 2C. ábra tipikus háromtengelyû marógéppel megmunkált kagylós felület sematikus nagyí-
55
60 3
2
tott keresztmetszete, ahol raszteres forgácsolási mintázatot alkalmaztak, a 3. ábra a jelen találmány szerinti forgácsolóberendezés egy példa szerinti kiviteli alakjának bemutatása, a 4. ábra a jelen találmány szerinti forgácsolóeljárás egyik példa szerinti kiviteli alakjának sematikus bemutatása, az 5. ábra a jelen találmány egyik példa szerinti kiviteli alakjában a forgácsolószerszám forgácsolási útvonalát mutatja be sematikusan oldalnézetben, a 6. ábra egy szemüveglencse forgácsolásához használt raszteres forgácsolási mintázat nézete, a 7. ábra sematikus oldalnézet, amely állandó felületi lépcsõket mutat be az X tengely mentén, a 8. ábra sematikus oldalnézet, amely állandó felületi lépcsõket mutat be az Y tengely mentén, a 9. ábra a jelen találmány egyik példa szerinti kiviteli alakjának megfelelõ szferikus szerszámszabályozó berendezést mutat be sematikusan oldalnézetben, a 10. ábra a jelen találmány egyik példa szerinti kiviteli alakjában sematikusan mutat be egy toroid forgácsolószerszámot, a 11A. ábra izometrikus nézet egy aszferikus felületrõl, amelyen egyenes vonalú raszter nyomvonalak vannak, a 11B. ábra aszferikus felület izometrikus nézete, amelyen három egyenlõ távolságban lévõ ponton olyan normálvektor, érinti a felületet, és egyenesen a raszterpálya irányába mutat, és a 11C. ábra aszferikus felület nézete, amelyen egy „imbolygó vonal” látható, amelyet a forgácsolószerszám közepe követ annak érdekében, hogy egyenes vonal mentén forgácsoljon. A célszerû kiviteli alakok részletes ismertetése A jelen találmány lényegében állandó felületmaró berendezésre és eljárásra vonatkozik, amely alkalmas arra, hogy nagy pontosságú felületeket állítson elõ az elõre meghatározott felületi specifikációkhoz viszonyítva, továbbá a felület minõsége megfelelõen jó minõségû legyen ahhoz, hogy az optikai iparban használhassák. Az ilyen maróeljárások és ¹eszközök nagy keresletnek örvendenek az optikai iparban, különösen azért, mert a rendszeresített aszferikus felületek elõállításának hatékony módját jelentik, ahogy az például a progresszív szemüveglencsék esetében van. Bizonyos célszerû kiviteli alakokban a lényegében állandó forgácsolóerõvel dolgozó berendezés tartalmaz egy lényegében szferikus kialakítású marószerszámot, amelynek viszonylag nagy sugara van, ahol ez a sugár célszerûen kb. 30 mm. Az eljárás elõnyös forgácsolószerszámot alkalmazó, célszerû kiviteli alakjai
1
HU 007 561 T2
a szerszámot forgástengely körül forgatják, miközben egy raszter forgácsolómintázatban mozgatják a kialakítandó felülethez képest. Mivel a célszerû forgácsolószerszám viszonylag nagy sugara miatt a forgácsolószerszám útvonala az említett célszerû eljárás során számítással van meghatározva, ahol a forgácsolószerszám gömbi középpontjának az alakítandó munkadarab és az érintkezési pont között lényegében a kívánt, elõre meghatározott háromdimenziós felületen kell feküdnie. A forgácsolófej célszerûen ezt követõen egy rasztermintázatban mozog, amely mozgást számítógéppel szabályozott szervomotor végzi úgy, hogy a forgácsolófej középpontja követi a kívánt útvonalat. Még további célszerû kiviteli alakokban a jelen találmány szerinti eljárások során lényegében alapvetõen állandó felületmegmunkálási sebességet tartunk fenn a gépi megmunkálás túlnyomó részében, és még célszerûbben lényegében az egész megmunkálási folyamat alatt. Az elõnyös kiviteli alakokban ennek során lényegében szabályozzuk a forgácsolószerszám forgási sebességét. Például a forgácsolószerszám mûködõ sugarát az összes forgácsolási helyzetre kiszámíthatjuk, és a forgácsolószerszám forgási sebességét szabályozhatjuk úgy, hogy a hatásos sugár és a forgási sebesség lényegében állandó marad a teljes forgácsolási folyamat során. Még további kiviteli alakokban a találmány szerinti eljárás során a forgácsolószerszámot lényegében állandó felületi sebességgel mozgatjuk. Célszerû kiviteli alakokban ez a mozgatási fázis lényegében a forgácsolószerszám gömbje, valamint a forgácsolandó háromdimenziós felület közötti érintkezési pont térképének kiszámításából áll, továbbá abból, hogy biztosítjuk, hogy az egymást követõ érintkezési pontok közötti elmozdulás ideje lényegében a közöttük lévõ távolsággal állandó arányban legyen. A szervomotorok által hajtott szerszámgép, amely forgácsolószerszámot mozgathat rendkívül precíz módon, jól ismert a szakmai gyakorlatban. Egy ilyen szerszámgép lehet számítógépvezérelt, és például komplex háromdimenziós felületeket állíthat elõ elõre meghatározott specifikációk alapján, ami általában egy számítógépes program (amelyet „pontfájlnak” is hívnak), amely háromdimenziós koordinátatérkép formájában részletezi a felület alakját. A jelen találmány alkalmas az ilyen számítógéppel vezérelt szervomotor által mûködtetett szerszámgéphez, és megfelelõen kialakított és pontos szerszámhoz annak érdekében, hogy szabadon megválasztott alakú felületet megmunkáló berendezést és eljárást alkalmazzunk, amely alkalmas arra, hogy olyan felületeket alakítson ki, amelyek pontosan megfelelnek egy kívánt alaknak és optikai minõségû végfelületet adnak. A jelen találmány célszerû kiviteli alakjait részletesen a csatolt rajzra történõ hivatkozással ismertetjük, ahol a rajzokon a hasonló számok hasonló elemeket jelentenek. A 3. ábra egy háromtengelyû, kétorsós, számítógéppel vezérelt szerszámgépet mutat be sematikusan, a jelen találmány egyik célszerû kiviteli alakja szerint. A szerszámgép célszerûen tartalmaz egy lencse-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
tartó 3 tokmányt, amelyen a vágandó 32 lencse van elhelyezve, egy orsótartó 40 állványt, amelyen egy nyersmaró 36 orsó van, továbbá egy finomforgácsoló 38 orsó van elhelyezve, valamint 41 szabályozóegységet. A lencsetartó 30 tokmány alkalmas pontos, komputer által szabályozott mozgásra a 34 Y tengely irányában. A 40 orsótartó állvány képes pontos, számítógép által vezérelt mozgásra mind a 42 Y tengely, mind a 44 Z tengely irányában. Célszerû kiviteli alakokban a nyers vagy durva 36 forgácsolóorsók, valamint a finom 38 forgácsolóorsók mindegyike alkalmas arra, hogy megfelelõ forgácsolószerszámokat rögzítsen és forgasson változtatható és nagy sebességgel megfelelõ elektromos motorok révén, mégpedig számítógép által szabályozott módon. Egy célszerû kiviteli alakban az akár a nyers 36 forgácsolóorsóra, akár a finom 38 forgácsolóorsóra szerelt forgácsolófejek alkalmasak a célszerûen számítógép által irányított 44 Z tengely irányú mozgásra, miközben a 34 X tengellyel és 42 Y tengellyel párhuzamos síkban lévõ rasztermintázat mozgatására is képesek. Ez az elrendezés lehetõvé teszi, hogy a forgácsolófejek háromdimenziós felületet hozzanak létre a 32 lencse felsõ felületén. 41 szabályozóegység, amely bármilyen alkalmas számítógépes egység lehet, szolgál arra, hogy kiszámítsa a forgácsolószerszám forgácsolási pályáját vagy a forgácsolószerszám bármely pontját a 32 lencsén forgácsolandó bármely ponthoz képest, továbbá szabályozó szervomotorok (nem láthatók) szolgálnak arra, hogy a 30 és 40 állványokat megfelelõen mozgassák. Egy célszerû kiviteli alakban a 36 durvaforgácsoló orsó egy durvaforgácsoló marószerszámot hordoz, amely többélû gyémántszerszám („PCD”), amely célszerûen legalább közepes pontosságú. A 4. ábra finom 46 forgácsolószerszámot mutat be, amelyet a jelen találmány egyik célszerû kiviteli alakjában alkalmazunk. A finom 46 forgácsolószerszámnak pontos 48 felülete van, továbbá egy finomforgácsoló 38 orsóhoz van rögzítve, amely alkalmas ara, hogy 50 orsótengely körül elforduljon. Egy célszerû kiviteli alakban a finom 46 forgácsolószerszám tartalmaz egy sárgarézzel szinterelt gyémánt köszörûkorongot, amely célszerûen úgy van bevonva, hogy íves 48 felülete minimálisan hullámos. Bizonyos rendkívül célszerû kiviteli alakokban a 48 íves felület legalább egy gömbfelület egy része, és még célszerûbben egy olyan gömbfelület része, amelynek hullámossága nem nagyobb, mint kb. 0,5 mikron. Ahogy azt a továbbiakban részletesen is ismertetjük, a 46 finomforgácsoló szerszám élezése célszerûen automatikus, és akkor megy végbe, amikor a finom 38 forgácsolóorsóhoz rögzítjük, csökkentve a fenntartási költségeket. A forgácsolószerszám élezése, miközben azt a forgácsolóorsóhoz csatlakoztatjuk (amelyet a továbbiakban „fedélzeti, automatikus élezésnek” hívunk) végbemehet a 46 finomforgácsoló szerszám mozgatásával, célszerûen elforgatásával egy élezõállomásra, amelynek harmadik orsója van. Más anyagok is felhasználhatók a 46 finomforgácsoló szerszámként, ideértve, de nem korlátozva azt az elektroplattirozott gyémánttárcsára, jóllehet ezek közül nem mindegyiket lehet helyben élezni.
1
HU 007 561 T2
Az 52 forgácsolandó felületet három koordinátával írhatjuk le (amelyet „pontsorozatnak” hívhatunk), amely részletesen leírja a felületet egy sorozat diszkrét ponttal. Mivel a forgácsolószerszám 48 gömbjének sugara nagy, összehasonlítva a hagyományos esztergakések csúcssugarához képest, célszerûen legalább kb. 20 mm, és így összemérhetõ az 52 felületen található sugarakkal, amelyet a forgácsolási eljárás során kialakítunk, jelentõs hibák adódhatnak, ha a forgácsolószerszámot egyszerûen csak úgy mozgatjuk, hogy a szerszámcsúcs középpontja egy olyan útvonalat követ, amely lényegében párhuzamos a kívánt felülettel, ahogy az a hagyományos CNC szerszámgépek esetén van. Az 5. ábra egy finomforgácsoló szerszámot mutat be a találmány egyik kiviteli alakja szerint két helyzetben a forgácsolás során, amikor egy elõre meghatározott háromdimenziós 54 felületet mar. Az elsõ helyzetben a szerszám az 54 felületet 56 pontban forgácsolja, míg egy második helyzetben a szerszám az 54 felületet 58 pontban forgácsolja. Az 5. ábrán látható, hogy a 60 forgácsolási pálya, amelyet a 60 forgácsolószerszám középpontja követ, az 54 forgácsolandó felülethez igazodik. A 60 forgácsolási pályát például kiszámíthatjuk úgy, hogy meghatározzuk, hol lenne az ugyanolyan sugarú gömb középpontja, mint a finomforgácsoló 48 gömbszerszámé, ha minden egyes érintkezési pont a gömb és az 51 munkadarab között, amelyet forgácsolunk, lényegében az elõre meghatározott háromdimenziós 54 felületen feküdne. Például a 60 forgácsolási útvonal vagy pálya áthalad a 62 ponton, amely a gömb középpontjának az a helyzete, amely egybeesik a 48 gömbfelülettel, amikor a 48 gömbfelület érintkezésben van a kialakítandó 54 felület 56 pontjával. Ehhez hasonlóan a 60 forgácsolási pálya áthalad a 64 ponton, amely a 48 gömb középpontjának az a helyzete, amikor ez érintkezésben van az 54 kialakítandó felület 58 pontjával. A 6. ábrán 66 optikai lencsét láthatunk, amelyet finomforgácsoló szerszámmal munkálunk meg a találmány egy példa szerinti kiviteli alakjában. A 66 lencsét a 68 befogón tartjuk és a forgácsolási pontot mozgatjuk a felület fölött 70 rasztermintázatban. Célszerû kiviteli alakokban a jelen találmány szerinti eljárások tartalmazzák a forgácsolószerszám központjának szabályozását oly módon, hogy az érintkezési pont a gömb és a lencse felülete között egy lényegében egyenes vonalat követ. Bizonyos kiviteli alakokban, például egy olyan kiviteli alakban, amelyben a kialakítandó 66 lencse sugara változik, a forgácsolószerszám 48 gömbjének középpontját célszerûen úgy szabályozzuk, hogy enyhén eltérjen az egyenes vonaltól annak érdekében, hogy a gömb és a lencse felülete közötti érintkezési pont egyenes vonalat kövessen. Az ilyen kiviteli alakokban a forgácsolási pálya „imbolygó” vonal vagy „imbolygó” rasztermintázat. Annak érdekében, hogy a forgácsolószerszám 48 gömbje és a forgácsolandó 51 munkadarab közötti érintkezési pontjának pályája egy olyan rasztermintázatban legyen, amely egyenes vonalakból áll az ilyen kiviteli alakokban, célszerû, hogyha az eljá-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
rás során a forgácsolószerszám 48 gömbjének középponti rasztermintázatát, illetve „imbolygó” rasztermintázatát számoljuk ki, és a szervomotorokat, amelyek a 30 és 40 platformokat vezérlik, ezen számítások alapján vezéreljük. A 11A–11C. ábrák a „imbolygó” pályát mutatják részletesen. A 11A. ábra egy 100 aszferikus felület izometrikus nézete, amelyen a szükséges egyenes vonalú 102 raszterpályák helyezkednek el. A 11B. ábra izometrikus ábra, amelyen a 104 vektor merõleges a kívánt 100 felületre és R hossza, amely egyenlõ a forgácsolószerszám 48 gömbjének sugarával, ismert. Ennek megfelelõen a 106 vektorcsúcs a forgácsolószerszám 48 gömbje középpontjának helyzete. A 104 vektor úgy látható, hogy érintkezésben van a 100 aszferikus felülettel három egyenlõ távolságra lévõ 108, 110 és 112 pontban, és az aszferikus 100 felületbe nyúló 102 egyenes vonalú raszterpálya mentén helyezkedik el. A 11C. ábra 100 aszferikus felület nézete, amelyen egyenes vonalú 102 raszterpályák láthatók, és a 100 felülettel érintkezõ 104 merõleges vagy normálvektor a három, egymástól egyenlõ távolságban elhelyezkedõ 108, 110 és 112 pontokkal érintkezik. A 114 kanyargó vonal az a pálya, amelyet a forgácsolószerszám 48 gömbjének középpontja követ annak érdekében, hogy a 108, 110 és 112 érintkezési pontok egy egyenes vonalon helyezkedjenek el. Egy lencseforgácsoló eljárást mutatunk be egy célszerû kiviteli alakjában a jelen találmány szerint a 3–4. ábrákkal kapcsolatban. A kívánt 56 lencsefelületet elõre meghatározott specifikáció alapján határozzuk meg, amely egy számítógépes pontsorozat. Ezt a számítógépes fájlt fordítja le a számítógép az ismert technikával egy szerszámpályafájllá, amelyet arra használunk, hogy vezérlõ jeleket adjon, amelyek meghatározzák a forgácsolás pályáját a nyers forgácsolószerszám és a 46 finomforgácsoló szerszám számára. A nyers forgácsolószerszám, amelyet a nyers 36 forgácsolóorsóra szerelhetünk, forgácsolja ki a lencsét, mégpedig szerszámpályafájl alapján és az ezzel létrehozott vezérlõjelek alapján úgy, hogy egy kis, elõre meghatározott mennyiségû anyagot hagy maga után, amelyet majd a 46 finomforgácsoló szerszám választ le. A gép célszerûen koordinált módon mozgatja a nyers forgácsolószerszámot, célszerûen szervomotorokkal úgy, hogy vezérli a 30 és 40 asztalokat az X, Y és Z tengelyek mentén. A nyers forgácsolás során a nagy pontosság általában nem szükséges. A jelen találmány egyik kiviteli alakjában a nyers forgácsolás egy szokványos háromtengelyû esztergán végezhetõ, mivel az összes fent említett hiba általában elfogadható a nyers forgácsolás stádiumában. A jelen találmány számos kiviteli alakja a finomforgácsolás mûveletének fontos aspektusaival függ össze, ahogy azt itt ismertettük. A jelen találmány szerinti eljárások egyik célszerû kiviteli alakjában a finomforgácsoló szerszámot úgy szabályozzuk, hogy az célszerûen egy számítógéppel elõállított CNC szerszámpályát kövessen, amely lényegében egy rasztermintázat. Számos célszerû kiviteli alakban a forgácsolás so-
1
HU 007 561 T2
rán a forgácsolás egyszerû lineáris tengely mentén történik, célszerûen lényegében minden fogás egymástól egyenlõ távolságra lévõ párhuzamos vonalak mentén. Az X, Y és Z mozgások célszerûen elõre kiszámítottak, vezéreltek és koordináltak úgy, hogy a 46 forgácsolószerszám 48 gömbfelületének 56 érintkezési pontja a lencse felületén mozog úgy, hogy az anyagot lényegében egyenletes sorokban választja le. Ez a lényegében egyenletes anyageltávolítás a forgácsolási erõt lényegében állandó értéken tartja, és ezzel a felület megfelel a kialakítandó felületnek, célszerûen annak, amelyet a pontfájl határoz meg. Azokban a kiviteli alakokban, ahol maximális hatékonyságra van szükség, a forgácsolás lépésében célszerûen mind elõre, mind pedig hátrafelé ütemben is forgácsolunk. Megfontolandó, hogy a raszter mérete széles tartományban változhat a jelen találmány oltalmi körén belül és attól függ például, hogy milyen hullámos lehet a finoman forgácsolt felület. Általában a kisebb raszterméretek célszerûek annak érdekében, hogy kevésbé hullámos felületet alakítsunk ki, de így hosszabb a mûvelet és fordítva. Ehhez hasonlóan az ütemsebesség széles tartományban változhat a találmány oltalmi körén belül olyan tényezõktõl függõen, mint az anyageltávolítás kívánt sebessége, a forgácsfinomság, a forgácsolószerszám percenkénti fordulatszáma (rpm), a forgácsolási mélység és a raszter mérete, mindezek az itt ismertetett technikával, illetve az ismert mérnöki szaktudással kombinált módon. Bizonyos célszerû kiviteli alakokban az eljárások pontos, szabadon alakított felületeket eredményeznek, célszerûen úgy, hogy állandó értéken tartjuk a forgácsolóerõket egy íves kialakítású forgácsolószerszámmal. Célszerûen a lényegében állandó forgácsolási erõ fenntartása során lényegében állandó mennyiségû lencseanyagot távolítunk el egységnyi idõ alatt. Több kiviteli alakban a lényegében állandó forgácsolóerõ alkalmazása rendkívül fontos, mivel egyetlen mikron hiba a lencsefelület alakján lényegében megváltoztatja annak funkcióját, és a lencse kozmetikai küllemét. Ha a forgácsolóerõk állandóak maradnak, a rendszer hajtása állandó értékû, és a lencsefelület állandó marad. Egy célszerû kiviteli alakban az állandó forgácsolóerõvel lényegében állandó pályaszélességet tartunk, célszerûen állandó forgácsolási pályasebesség, és még célszerûbben lényegében állandó felületi forgácsolási sebesség mellett. A 7. ábra azt mutatja, hogy hogyan mérjük az állandó 72 forgácsolási útvonalat a forgácsolandó 54 felületen és nem derékszögû Descartes-koordináta-rendszerben, mint 74 távolságot. Bonyolult lencsealakok esetében, mint a gyûrûtest alakú lencsék, a sugár állandóan változhat, és minden egyes ponton a sugarat ki kell számítani, és ezt fel kell használni arra, hogy meghatározzuk az állandó 60 forgácsolási útvonalat a 46 finomforgácsoló szerszám 48 gömbfelületének középpontja számára. A 8. ábra azt mutatja, hogy a találmány egy célszerû kiviteli alakjában hogy tartjuk fenn az állandó forgácsolási sebességet a 76 távolság mérésével az 54 forgácsolandó felület mentén, és nem a 78 távolság men-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
tén, amelyet a Descartes-koordináták szerint az Y tengelyen mérnénk. A szervomotorok merõleges sebességét úgy szabályozzuk, hogy az 54 felület mentén a sebességet állandó értéken tarthassuk. Az 5. ábra azt mutatja, hogy egy célszerû kiviteli alakban hogyan tartjuk állandó értéken a 46 finomforgácsoló szerszám felületi marósebességét. Amikor a forgácsolás az 56 pontban megy végbe, a 80 hatásos forgácsolási sugár a finom 50 orsótengelyre merõleges vonal és a tengelytõl az 56 érintkezési pontig húzódik. Esetleg a hatásos 80 forgácsolási sugarat kiszámíthatjuk úgy, hogy a 48 gömbsugarat megszorozzuk a 82 érintõszög szinuszával. Az 58 érintkezési pontban végrehajtott forgácsolás idején a hatásos forgácsolási sugár a gömb sugara. A finomforgácsoló szerszám forgási sebességének változtatásával úgy, hogy a hatásos forgácsolási sugár és a forgási sebesség szorzata állandó, a felületi forgácsoló sebességet állandó értéken tartjuk. A hatásos sugarat megkapjuk, ha merõlegest húzunk az orsótengelytõl egy olyan pontba, ahol a forgácsolószerszám gömbje érintkezik a kialakítandó háromdimenziós felülettel. Több kiviteli alakban a pontos forgácsolási útvonal, az állandó pályaszélesség, az állandó szerszámsebesség és az állandó forgácsolási sebesség valamilyen mértékben számításon alapul, ahol a forgácsoló 48 szerszámgömb középpontja a gömb és a forgácsolandó felület közötti érintkezési ponthoz viszonyítva helyezkedik el. Rendkívül fontos ezekben a kiviteli alakokban, hogy egészen pontos alakú és méretû 48 forgácsolószerszám-felületet tartsunk. A 9. ábra a 46 forgácsolószerszám élezésének elõnyös eljárását mutatja be annak érdekében, hogy fenntartsunk egy pontos 48 gömbi felületet. A 48 forgásfelület élezése 84 köszörûkövön történik, amelyet 86 orsón forgatunk, amely merõleges az 50 finomszerszám orsóra, és a 48 felületet pontosan gömb alakban tartjuk mind formáját, mind pedig végsõ felületét tekintve. Egy célszerû kiviteli alakban a 84 köszörûkövet korundból készítjük. A 84 köszörûkövet célszerûen forgatjuk, miközben ezzel párhuzamosan szinterelt gyémánt 46 gömbi szerszámot forgatunk, és leeresztjük a 46 szerszámot a Z tengely irányában, a kettõt összekoptatjuk egy pontos gömbbé. A 48 gömbfelület végsõ sugara mérhetõ akár közvetlenül, akár közvetett módon úgy, hogy egy fogást veszünk a lencseanyagon, majd ezt követõen jól ismert optikai technikákat alkalmazunk, amelyek gömbök mérésére szolgálnak. Ehhez hasonlóan a gömbfelület minõségét megmérhetjük hagyományos vagy szokásos felületkövetõ technikákkal. A mért szerszámrádiuszt ezt követõen felhasználhatjuk a CNC megmunkálóközpontban, hogy kiszámítsuk a különbözõ szükséges útvonalakat vagy pályákat. A 10. ábra egy olyan lehetséges kiviteli alakot mutat be, amelyben a 88 finomforgácsoló szerszám felülete egy toroid része. A toroidnak 90 kisebb köre van, 92 alsó középponttal, amelyet az itt ismertetettekkel megegyezõ módon felhasználhatunk a gömb középpontjaként a különbözõ szükséges forgácsolási pályák számítása során.
1
HU 007 561 T2
A raszteres megközelítés további elõnye a lencsék forgácsolásával kapcsolatban az, hogy csak a lencse méretére van szükség a forgácsolandó végtermékhez, ahogy az a 6. ábrán látható. Ez ellentétes a hagyományos lencséknél megszokottal, amelyek úgy vannak elkészítve, mint kerek lencsék, majd ezt követõen sorjázva vannak, hogy megkapják végsõ alakjukat. A forgácsolt és polírozott lencsék többsége, amelyeket hagyományos módon képeznek ki, szélezésre kerülnek, amikor kialakítják a szemüvegkeretnek megfelelõ alakot. Csak a lencsék készre forgácsolása takarít meg mûveleti idõt és akadályozza meg, hogy a minõség-ellenõrzés kiselejtezzen egy lencsét olyan hiba miatt, amelyet a végsõ kialakítás során úgyis eltávolítanak.
5
10
15 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás háromdimenziós felület kialakítására munkadarabon (51), ahol az eljárás során: orsótengellyel (50) ellátott orsót (36, 38) alkalmazunk; lényegében gömbi forgácsolófelületû (48) forgácsolószerszámot (46) alkalmazunk; meghatározzuk az említett gömbi forgácsolófelülettel (48) egybeesõ külsõ felülettel rendelkezõ gömb középpontját; kiszámítjuk az említett gömb (48) középpontjának helyzetét úgy, hogy a gömb (48) és az említett munkadarab (51) közötti érintkezési pont lényegében az említett háromdimenziós felületen feküdjön; forgatjuk az említett forgácsolószerszámot (46) az említett orsótengely (50) körül; és az említett gömbi felület (48) középpontját a kiszámított helyzetbe állítjuk, ezzel kialakítjuk az említett háromdimenziós felületet, továbbá az említett középpontot az említett helyzetbe mozgatjuk egy rasztermintázat mentén (70), azzal jellemezve, hogy az eljárás során továbbá kiszámítjuk az említett forgácsolószerszám (46) hatásos sugarát (80), ahol az említett hatásos sugár hossza egyenlõ az említett orsótengelyre (50) merõleges egyenesen az említett orsótengely (50) egy pontjától egy olyan érintkezési pontig (56) húzódó távolsággal, amely az említett forgácsolószerszám gömb (48), valamint az említett háromdimenziós felület között van, és szabályozzuk az említett gömbi forgácsolószerszám (46) forgási sebességét oly módon, hogy az említett forgási sebesség és az említett érintkezési sugár eredõje lényegében állandó. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás során továbbá kiszámítjuk számos olyan érintkezési pont helyzetét, amely az említett forgácsolószerszám gömb (48), valamint az említett háromdimenziós felület között van, és ahol az említett középpont mozgása olyan mozgás, hogy az említett érintkezési pontok közül kettõ közötti mozgás ideje és az említett két érintkezési pont közötti távolság aránya lényegében állandó. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett rasztermintázat (70) lényegében az
20
25
30
35
40
45
50
55
60 7
2
említett orsótengelyt (50) magában foglaló síkban helyezkedik el. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett rasztermintázat (70) tartalmaz egy mozgást az Y tengely mentén, amely lényegében párhuzamos az említett orsótengellyel (50), továbbá egy mozgást az X tengely mentén, amely lényegében merõleges az említett orsótengelyre, és az említett forgácsolófej gömb (48), valamint a háromdimenziós felület közötti érintkezés csak az említett X tengely mentén történõ mozgás során valósul meg. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett gömb sugara nagyobb, mint 20 mm. 6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett forgácsolószerszámnak olyan felülete van, amely egy toroid része, és ahol az említett toroid kisebb körének (90) legalsó középpontja (98) az említett gömb középpontja. 7. Berendezés háromdimenziós felület kialakítására, amely tartalmaz: egy orsótengellyel (50) ellátott orsót (36, 38); egy lényegében gömbi forgácsolófelülettel (48) ellátott forgácsolószerszámot (46); egy munkadarab (51) megtámasztására szolgáló tokmányt, amely háromdimenziós szabályozott mozgásra alkalmas az említett forgácsolószerszámhoz (46) viszonyítva; egy szabályozóegységet, amely arra szolgál, hogy kiszámítsa a forgácsolási pályát, amely az említett gömb középpontjának számos helyzetét tartalmazza, amikor az említett forgácsolófej gömb (48) érintkezésbe kerül az említett háromdimenziós felülettel, és ahol az említett szabályozóegység továbbá alkalmas arra, hogy vezérelje az említett tokmányt és az említett forgácsolószerszámot (46) oly módon, hogy az említett gömb középpontja követi az említett forgácsolópályát a munkadarabhoz viszonyítva, ahol az említett forgácsolópálya rasztermintázat (70), azzal jellemezve, hogy a berendezés továbbá tartalmaz: egy forgatóeszközt, amely alkalmas arra, hogy az említett forgácsolószerszámot változtatható forgási sebességgel forgassa; továbbá ahol az említett szabályozóegység alkalmas arra, hogy kiszámolja az említett forgácsolószerszám (46) hatásos sugarát (80), ahol az említett hatásos sugár hossza egyenlõ az említett orsótengelyre merõleges egyenesen az említett orsótengely egy pontjától egy olyan érintkezési pontig húzódó távolsággal, amely az említett forgácsolószerszám gömb (48), valamint az említett háromdimenziós felület között van, és szabályozzuk az említett gömbi forgácsolószerszám (46) forgási sebességét oly módon, hogy az említett forgási sebesség és az említett érintkezési sugár eredõje lényegében állandó. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az említett szabályozóegység továbbá alkalmas arra, hogy kiszámoljon számos olyan érintkezési pontot, amely az említett forgácsolószerszám gömb és az említett háromdimenziós felület között van, és ahol az említett forgácsolási pályához továbbá szerszámsebesség van rendelve, amelyet úgy szabályo-
1
HU 007 561 T2
zunk, hogy az említett érintkezési pontok közül kettõ közötti mozgás ideje és az említett két érintkezési pont közötti távolság aránya lényegében állandó. 9. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az említett rasztermintázat (70) lényegében az említett orsótengelyre (50) merõleges síkban van. 10. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett rasztermintázat (70) tartalmaz egy mozgást az Y tengely mentén, amely lényegében párhuzamos az említett orsótengellyel (50), továbbá egy mozgást az X tengely mentén, amely lényegében me-
2
rõleges az említett orsótengelyre, és ahol az érintkezés az említett forgácsolófej gömb (48), valamint az említett háromdimenziós felület között csak az említett X tengely menti mozgás során valósul meg. 11. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jelle5 mezve, hogy az említett gömb sugara nagyobb, mint 20 mm. 12. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett forgácsolószerszámnak olyan felülete 10 van, amely egy toroid része, és ahol az említett toroid kisebb körének (90) legalsó középpontja (92) az említett gömb középpontja.
8
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
9
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
10
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
11
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
12
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
13
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
14
HU 007 561 T2 Int. Cl.: B23C 3/16
15
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
