CN1066655C - 切削工件用的且包括运动工具联结器的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于切削工件的装置，它包括一旋转式切削工具(10)，一用于转动该切削工具的转动轴(42)，和一用于以可断开方式将该旋转式切削工具和该转动轴联结在一起的快速离合运动联结装置。该运动联结器包括多个凸台(40)，它们与相应数量的槽(44)配合并进入其中，以将切削工具(10)相对于轴(42)精确定位和防止切削工具和轴之间的相对运动。

Description

切削工件用的且包括运动工具联结器的装置

技术领域

本发明涉及切削工件用的装置，且更特指地涉及采用了一种旋转式切削工具的装置，该工具通过一运动联结器可以快速地与诸如一转动轴的切削工具转动装置联结和脱离联结。所公开的装置特别适用于形成眼科透镜的曲率。

背景技术

众所周知，眼科透镜曲率的形成是通过使用复曲面或“杯轮”工具或生成装置。传统的复曲面生成装置切削出的曲线只是最终抛光曲率的近似，这种近似曲率是在生成过程中通过使该工具绕一枢轴转动点相对于透镜移动而获得的。该枢轴转动点位于基础曲线的中心。位于工具切削刃之下的第二枢轴转动点是在生成过程之前用来调节工具相对于透镜表面的角度的。在大多数情况下，必须进行单独的磨光步骤，这包括修整(或磨光)和抛光，以去除那些不希望有的曲率误差和透镜表面的粗糙之处，从而形成完美的(或近乎完整的)复曲面透明透镜。

在生成装置技术方面最新的进展已经是三轴生成装置，其中工具(一般是单点钻石切削装置或一球端铣刀式切削器)和透镜呈三维相对运动。至今还没有证明三轴生成装置能够以可接受的切削速度切削出足以消除表面曲率(图像)误差的高精度透镜。

人们希望将三轴单点钻石切削器或铣刀式生成装置与杯轮式生成装置的优点结合起来。但是，这种方法所需要的特性是在生成装置中快速而精确地更换透镜切削工具的能力。本发明涉及能够快速联结和断开旋转式透镜切削工具的装置，因此可以使用不同直径的切削工具生成最终的透镜表面，从而避免了传统的磨光和抛光操作。要获得这种水平的表面光洁度，工具的转动必须在极低的振动下进行。

尽管在此所述的本发明有生成眼科透镜这一特定的应用领域，但本发明的原理也适用于其它类型的要求在最小的振动下对工具进行高精度定位和操作的旋转工具。

针对本发明的检索找到的结果包括以下美国专利：1990年12月25日授权的美国专利No.4,979,284；1993年7月13日授权的美国专利No.5,226,869；1979年11月27日授权的美国专利No.4,175,898；1992年8月25日授权的美国专利No.5,140,782；1988年1月12日授权的美国专利No.4,718,798；1987年2月10日授权的美国专利No4,642,005；1986年8月26日授权的美国专利No.4,607,989；1973年2月20日授权的美国专利No.3,716,951；和1971年6月22日授权的美国专利No.3,586,343。

运动联结设计原理于1992年Prentice Nall出版的、A.H.Slocum所著《精密机床设计》一书第401-404页中有一般性讨论。

两个与本申请有关的其他文件是以Coburn光学工业有限公司名义提交的欧洲专利申请No.0 270 117，以及以CDP钻石产品有限公司名义申请的美国专利N0.4,901,480。

欧洲专利申请N0.0 270 117公开了一种透镜磨削工具，它有一圆柱状的轴，以及一固定到电机轴上的径向肩部，用以借助一拉杆快速旋转该工具，该拉杆为延伸的轴长并螺纹拧入圆柱状的杆的轴向螺纹孔中。适于相对该工具的圆柱状的轴在肩部和该轴的一配合表面之间或该肩部和用以固定工具的在轴中的中间装置之间放置的环形垫片将该工具精确地固定。

美国专利No.4,901,480公开了一种用于在塑料眼镜透镜中产生一常见表面的工具。一对可更换的切削元件安装在一具有一芯轴的工具上。每个切削元件具有一由多晶体金刚石材料形成的切削刃，用于在工具前后摆动时逐步在透镜的背面切出一表面。所以产生的表面只需要抛光，而不必通常的研磨精加工步骤。

发明的公开

本发明涉及在透镜生成装置中可为诸如透镜切削工具的旋转式切削工具提供高效且精确的更换操作的装置。该装置包括有至少一个切削元件的旋转式切削工具，随着旋转式切削工具绕切削工具的转动轴线的转动，与一个工件，如透镜接合并进行切削。该至少一个切削元件与切削工具的转动轴线间隔一段距离，且随着旋转式切削工具的转动沿一圆环路径运动。

提供有切削工具转动装置，用于转动旋转式切削工具，且包括一个具有转动元件的转动轴线的转动元件。

该装置还包括一个快速离合运动联结装置，用于将旋转式透镜切削工具和切削工具转动装置以可折卸方式联接在一起，且使切削工具的转动轴线和转动装置的转动轴线重合。

切削工具转动装置包括一个马达和转动元件，后者包含一可绕上述转动元件的转动轴线转动的轴。快速离合运动联结装置包括工具对中装置，用于使旋转式切削工具相对于该轴对正中心，从而使转动元件的转动轴线和切削工具的转动轴线重合。

该快速离合运动联结装置包括一切削工具底部元件，其在与上述至少一个切削元件间隔一段距离处附接在旋转式切削工具上。

该工具对中装置包括多个形成于切削工具底部元件或轴任何一个之上，径向延伸、向外发散的槽，以及多个自切削工具底部元件或轴的另一个向外凸起坐落于该槽内的凸块。

该凸块和槽相互作用，保持切削工具的转动轴线与转动元件的转动轴线重合，且防止旋转式切削工具和轴之间的相对运动。

参照下列说明和附图本发明的其它特点、优点及目的将更明显。

附图的简要说明

图1是一个结合采用本发明技术的透镜生成装置的示意性平面图；

图1A是一类似于图1的视图，其结构元件所处的相对位置不同；

图2是本发明部分结构部件的透视图，包括安装在转动该工具所用的马达上的旋转式透镜切削工具；

图3是图2的结构部件脱离联接的透视图；

图4是工具、工具底部元件和相关部件的后视透视图；

图5是图4所示的一部分工具的放大正视图，表示结构的细部，包括插入式切削刀具；

图6是沿图5中6-6线截取的极度放大的横截面图；

图7是一部分侧视截面图，表示切削工具底部元件即将与马达元件啮合。

图7A是与图7类似的视图，表示切削工具底部元件相对于马达固定在位；和

图8是一类似于图3的视图，但表示的是本发明的另一实施例。

实施本发明的最佳模式

图1和图1A给出了根据本发明技术构成的示意性装置，在这些图中，其部件的相对位置各不相同。

图1和图1A中以示意形式所示的装置是一个多轴透镜生成装置。更具体地，该装置用于在旋转式透镜切削工具10和透镜12之间建立相对运动。该装置的目的是为了产生一具有高精度的弧形透镜表面，避免如先有技术结构那样通常需要对透镜进行研磨抛光。更具体地，该装置的目的在于产生眼科透镜曲率和提供光学上精确的曲线，它一旦切削后即呈透明，或通过涂敷一层透明涂层可以容易地制成透明。为了实现这一点，切削工具的振动必须控制在最小。

所示的透镜生成装置包括一可在X方向直线运动的第一台面14。一以可旋转方式安装在第一台面14上的第二台面16。用于转动工具10、呈电机18形式的切削工具转动装置附接于第二台面16且可随其转动。

一第三台面20可在Y方向运动，第三台面支撑一透镜夹持装置22。透镜夹持装置可在第三台面20上沿相对于X和Y方向垂直的Z方向(朝向读者)直线运动。

图1所示的布置形式是一四轴透镜曲线发生装置，该装置在切削工具10和透镜12间形成可控的相对运动，它能够完成精确的透镜切削。

该旋转式透镜切削工具是多种也可被采用提供所需透镜切削的这类工具中的一种。这些切削工具(除工具10之外的)未示出且具有不同的直径，而且为了高效和迅速地执行切削工艺，需要将切削工具用这样一种机构联接到切削工具转动装置上，该机构能提供快速和准确的工具更换。本发明采用快速离合运动联结器来实现这一目的。

现在参见图2-4和5-7A，图中详细示出旋转式透镜切削工具10。更具体地，工具10一般具有“杯轮”形式，包括一个具有截头圆锥外型的工具本体24。工具本体由任何适宜的材料制成，如不锈钢或碳钢。位于工具本体24的圆形开口末端的是具有钻石切削尖的呈可拆卸插入式切削刀具26形式的透镜切削元件，该插入式切削刀具置于工具本体内形成的一个缺口内，在图示的实施例中，各缺口及插入式刀具相互间隔120°。为了将插入式切削刀具固定在工具本体上，使用了螺钉紧固件30(图5和6)。

各插入式切削刀具最好是处于同一平面，且随着工具的转动，在其共同的平面内形成一圆环路径。一种适用的且可以买到的刀具插件是T-MAX V，VCMW-F钻石尖形刀具插件，可以从Sandvik公司购得，该公司在新泽西州的Fair Lawn有业务处。

附接在工具本体24的小端的是一切削工具底部元件34，它呈一圆盘形状。切削工具底部元件34可以用任何适宜的材料制成，如不锈钢或碳钢。机械压配合或其它任何适用的方法(如焊接)均可以用来实现工具本体和切削工具底部元件之间的联接。

在与工具本体24相反一侧自切削工具底部元件34的中心伸出的是一用高抗拉强度钢或其它合适材料制成的拉杆36。该拉杆有一定程度的柔性。一扩大部分或头部38位于该柔性杆的末端。杆36有一个与透镜切削工具的转动轴线重合的纵向轴线。

也构成运动联结装置的一个组成部分的是固定在切削工具底部元件34上且自与透镜切削工具相反的一侧或表面向外凸出的凸块40。该凸块40有一弯曲的外凸表面，构成一球体。各凸块40具有相同的结构且布置在距拉杆36向外相距一段距离处，相互间隔约120°。大体呈半球的凸块40可以用任何适宜的材料制成，例如氮化硅或钢，且可用任何合适的方法固定在位，如环氧树脂粘合剂。

呈电动机18形式的切削工具转动装置包括一转动轴42，包括一具有环形外圆周的电枢板。在轴板上形成有径向延伸、向外发散的凹槽或导槽44，板的前面的其余部分是平的。槽44由相互隔开、向外发散的侧壁46构成。各槽44具有同样的结构且相间隔约120°排列。轴42最好用钢制成，而侧壁46的表面最好有一层陶瓷(例如氮化硅)粘结在轴的其余部分上。陶瓷材料层在图3中以参考号52标出。

在轴42的中心形成有一个孔54，当旋转式透镜切削工具与切削工具转动装置运转联接时，它承纳拉杆36的末端。参见图7。当凸块40如图7A所示处于槽44之内时，张力将作用于拉杆36的末端，以保持杆处于张力之下。如自图7A中可见，凸块在槽中未接触到底部。相反，它们在槽底外侧处与槽的侧壁46接合，足以保持凸块不与槽底接合。凸块与槽之间的这种相互作用将保持透镜切削工具的转动轴线与轴元件的转动轴线重合，而且还防止旋转式透镜切削工具和马达元件之间有相对转动。拉杆的柔性使透镜切削工具相对于轴具有精确的定位。工具以这种方式精确定位使转动过程中振动最小。

为了使工具保持适当的平衡和转动稳定性，需要任一给定的凸块总是落在同样的槽内。为了保证实现这一点，从切削工具底部元件34伸出的分度销53必须与轴上的大小相应的孔55对准并插入其中。

当凸块与槽侧壁46接合时，在其上具有扩大部分38的拉杆36的末端位于在连接杆62的端部形成的凹槽60(见图7和7A)内，连接杆其自身以套筒形式安装在轴42的内部64。靠近凹槽60，连接杆62有一倾斜表面66。该斜面与由轴42的内壁所形成的倾斜部分68是大体吻合的。

在与倾斜部分68相间隔一段距离处，轴内部包括一扩大的内部部分70。处于扩大内部部分70内的是一螺旋压缩弹簧72。

螺旋压缩弹簧72在其一端支撑在轴上，而在另一端支撑在附接于连接杆62的凸缘74上。这样，螺旋压缩弹簧72连续地偏压连接杆62或迫使其朝向图7和7A中向右的方向。

在构成凹槽60的连接杆62的侧壁上形成有多个开口。这些开口80在其中容纳有活动锁定球82，当倾斜表面66靠近轴内壁的倾斜部分68时，它们被轴内壁强力向内压入凹槽60。这个向内的凸起(图7A中以粗箭头所示)使锁定球支撑在扩大部分38上，因此防止其从凹槽60中脱出。当然，压缩弹簧72使这样成为正常状态。弹簧72还起到给拉杆36连续施加拉力的作用。开口80多少受到限制，使锁定球不能全部进入凹槽60。

通过给连接杆62施加足够的力，使其如图7和7A所示向左移动，锁定球将与外壳的倾斜部分脱离接合，而且可以径向向外移动。这样，操作人员可以容易地从与马达的运转联接状态下拆卸工具10、切削工具底部元件34和拉杆36，并用另一些来更换。当然，其它工具可与类似结构的底部元件和拉杆联接，所以可以进行迅速和准确的互换。

连接杆62的向内移动可用任何需要的方法进行。例如，这种向内移动可以手动进行。另外，为此目的可以使用诸如气压缸或液压缸90的机构。

图8所示是本发明的另一实施例，其中电磁体94用来将工具底部元件和支撑在其上的工具10固定在轴42上。在此实施例中，工具板由磁性材料构成，例如碳钢。任何适用的传统结构，例如滑动环(未示出)可以用来激励电磁体。

Claims (20)

1．一种用于切削工件的装置，上述装置总体包括：

一旋转式切削工具(1)，其具有至少一个切削元件(26)，用于随着上述旋转式切削工具绕透镜切削工具的转动轴线的转动而与工件接合并进行切削，上述至少一个切削元件与上述切削工具的转动轴线间隔一段距离，且随着上述旋转式切削工具的转动沿一圆环路径运动；

切削工具转动装置，用于转动上述旋转式切削工具，且包括一具有转动元件的转动轴线的转动元件；其中上述切削工具转动装置包括一个马达(18)，而且其中上述转动元件包括一可绕上述转动元件的转动轴线转动的轴(42)和

快速离合运动联结装置，用于将上述旋转式切削工具和上述切削工具转动装置以可拆卸方式联接在一起，且使上述切削工具的转动轴线和上述转动元件的转动轴线重合，上述快速离合运动联结装置包括工具对中装置，用于使上述旋转式切削工具相对于上述轴对中，因此旋转元件的转动轴线和切削工具的转动轴线是重合的。

其特征在于，上述快速离合运动联结装置包括在与上述至少一个切削元件间隔一距离处附接在上述旋转式切削工具上的切削工具底部元件(34)，而且其中上述工具对中装置包括形成于上述切削工具底部元件或上述轴任何一个之上的多个径向延伸、向外发散的槽(44)，和多个自上述切削工具底部元件或上述轴的另一个上向外凸出坐落于上述槽内的凸块(40)，上述凸块和上述槽相互配合，使切削工具的转动轴线与转动元件的转动轴线保持重合，且防止上述旋转式切削工具和上述轴之间有相对转动。

2．根据权利要求1所述的装置，其中上述槽至少有一部分由间隔开的向外发散的侧壁构成。

3．根据权利要求1所述的装置，其中上述凸块每一个均有一弯曲的外凸表面构成一球体。

4．根据权利要求1所述的装置，其还包括用于将上述凸块相对于上述槽定位的分度装置。

5．根据权利要求1所述的装置，其中上述工具对中装置包括三个由上述切削工具底部元件或上述轴之一任何一个确定的径向延伸、向外发散，相互间隔开的槽，和三个相互间隔开且自上述切削工具或上述轴的另一个向外凸出的凸块。

6．根据权利要求1所述的装置，其中上述快速离合运动联结装置还包括一联结至上述轴的伸长件，在上述切削工具底部元件与上述旋转式切削工具相反的一侧上自上述切削工具底部元件凸出，当上述旋转式切削工具通过上述快速离合运动联结装置联结到上述切削工具转动装置上时，上述伸长件有一与上述透镜切削工具的转动轴线基本重合的纵向轴线。

7．根据权利要求6所述的装置，其中上述快速离合运动联结装置还包括与上述轴运转联结的张力装置，在上述旋转式切削工具借助上述快速离合运动联结装置联接到上述切削工具转动装置时，用于以可折卸方式与上述伸长件接合，并且给上述伸长件施加远离上述旋转式切削工具方向的拉力，以保持上述伸长件处于张力下。

8．根据权利要求7所述的装置，其中上述伸长件包括一具有末端的柔性杆。

9．根据权利要求8所述的装置，其中上述柔性杆在其末端有一扩大部分，在上述旋转式切削工具借助上述快速离合运动联结装置联结到上述切削工具转动装置时，上述张力装置可与上述扩大部分接合，保持上述柔性杆处于张力下。

10．根据权利要求9所述的装置，其还包括锁定装置，用于有选择地锁定上述张力装置与上述扩大部分的接合。

11．根据权利要求10所述的装置，其中上述张力装置包括一连接杆，它构成一用于承纳上述扩大部分的凹槽，且其中上述锁定装置包括至少一个活动锁定件，其可与上述扩大部分接合，以将上述扩大部分限制在上述凹槽内。

12．根据权利要求11所述的装置，其中上述轴包括一内表面，其形成一轴内部分，该部分以套筒形式承纳上述连接杆和上述柔性杆，与上述至少一个活动锁定件接合的上述轴内表面将上述至少一个活动锁定件推向上述柔性杆。

13．根据权利要求12所述的装置，其中上述张力装置还包括偏压装置，将上述连接杆相对于上述轴偏压向这样一个位置，其中上述至少一个活动锁定件与轴的内表面接合，上述偏压装置保持上述伸长件处于张力下。

14．根据权利要求1所述的装置，其中上述旋转式切削工具是一用于在透镜上形成透镜表面的生成装置。

15．根据权利要求1所述的装置，其中上述旋转式切削工具还包括多个切削元件，上述多个切削元件相互间隔开并大体处在同一平面上。

16．根据权利要求15所述的装置，其中上述切削元件包括可拆卸插入式切削刀具，上述装置包括紧固装置，用于将上述可拆卸插入式切削刀具固定到上述旋转式切削工具的夹持装置上。

17．根据权利要求16所述的装置，其中上述刀具插件包括钻石切削刀具尖。

18．根据权利要求5所述的装置，其中上述各凸台具有大体相同的结构。

19．根据权利要求2所述的装置，其中上述间隔开的向外发散的侧壁至少部分由陶瓷材料构成。

20．根据权利要求1所述的装置，其中上述快速离合运动联结装置包括一电磁体，用于将上述切削工具底部元件以磁力吸引至上述轴。

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