專利名稱：切削工件用的且包括運動工具聯(lián)結(jié)器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切削工件用的裝置，且更特指地涉及采用了一種旋轉(zhuǎn)式切削工具的裝置，該工具通過一運動聯(lián)結(jié)器可以快速地與諸如一轉(zhuǎn)動軸的切削工具轉(zhuǎn)動裝置聯(lián)結(jié)和脫離聯(lián)結(jié)。所公開的裝置特別適用于形成眼科透鏡的曲率。
背景技術(shù)：
眾所周知，眼科透鏡曲率的形成是通過使用復曲面或“杯輪”工具或生成裝置。傳統(tǒng)的復曲面生成裝置切削出的曲線只是最終拋光曲率的近似，這種近似曲率是在生成過程中通過使該工具繞一樞軸轉(zhuǎn)動點相對于透鏡移動而獲得的。該樞軸轉(zhuǎn)動點位于基礎(chǔ)曲線的中心。位于工具切削刃之下的第二樞軸轉(zhuǎn)動點是在生成過程之前用來調(diào)節(jié)工具相對于透鏡表面的角度的。在大多數(shù)情況下，必須進行單獨的磨光步驟，這包括修整(或磨光)和拋光，以去除那些不希望有的曲率誤差和透鏡表面的粗糙之處，從而形成完美的(或近乎完整的)復曲面透明透鏡。
在生成裝置技術(shù)方面最新的進展已經(jīng)是三軸生成裝置，其中工具(一般是單點鉆石切削裝置或一球端銑刀式切削器)和透鏡呈三維相對運動。至今還沒有證明三軸生成裝置能夠以可接受的切削速度切削出足以消除表面曲率(圖像)誤差的高精度透鏡。
人們希望將三軸單點鉆石切削器或銑刀式生成裝置與杯輪式生成裝置的優(yōu)點結(jié)合起來。但是，這種方法所需要的特性是在生成裝置中快速而精確地更換透鏡切削工具的能力。本發(fā)明涉及能夠快速聯(lián)結(jié)和斷開旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具的裝置，因此可以使用不同直徑的切削工具生成最終的透鏡表面，從而避免了傳統(tǒng)的磨光和拋光操作。要獲得這種水平的表面光潔度，工具的轉(zhuǎn)動必須在極低的振動下進行。
盡管在此所述的本發(fā)明有生成眼科透鏡這一特定的應用領(lǐng)域，但本發(fā)明的原理也適用于其它類型的要求在最小的振動下對工具進行高精度定位和操作的旋轉(zhuǎn)工具。
針對本發(fā)明的檢索找到的結(jié)果包括以下美國專利1990年12月25日授權(quán)的美國專利No.4,979,284；1993年7月13日授權(quán)的美國專利No.5,226,869；1979年11月27日授權(quán)的美國專利No.4,175,898；1992年8月25日授權(quán)的美國專利No.5,140,782；1988年1月12日授權(quán)的美國專利No.4,718,798；1987年2月10日授權(quán)的美國專利No.4,642,005；1986年8月26日授權(quán)的美國專利No.4,607,989；1973年2月20日授權(quán)的美國專利No.3,716,951；和1971年6月22日授權(quán)的美國專利No.3,586,343。
運動聯(lián)結(jié)設(shè)計原理于1992年P(guān)rentice Nall出版的、A.H.Slocum所著《精密機床設(shè)計》一書第401-404頁中有一般性討論。
發(fā)明的公開本發(fā)明涉及在透鏡生成裝置中可為諸如透鏡切削工具的旋轉(zhuǎn)式切削工具提供高效且精確的更換操作的裝置。該裝置包括有至少一個切削元件的旋轉(zhuǎn)式切削工具，隨著旋轉(zhuǎn)式切削工具繞切削工具的轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動，與一個工件，如透鏡接合并進行切削。該至少一個切削元件與切削工具的轉(zhuǎn)動軸線間隔一段距離，且隨著旋轉(zhuǎn)式切削工具的轉(zhuǎn)動沿一圓環(huán)路徑運動。
提供有切削工具轉(zhuǎn)動裝置，用于轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)式切削工具，且包括一個具有轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動元件。
該裝置還包括一個快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置，用于將旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具和切削工具轉(zhuǎn)動裝置以可拆卸方式聯(lián)接在一起，且使切削工具的轉(zhuǎn)動軸線和轉(zhuǎn)動裝置的轉(zhuǎn)動軸線重合。
切削工具轉(zhuǎn)動裝置包括一個馬達和轉(zhuǎn)動元件，后者包含一可繞上述轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的軸。快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置包括工具對中裝置，用于使旋轉(zhuǎn)式切削工具相對于該軸對正中心，從而使轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線和切削工具的轉(zhuǎn)動軸線重合。
該快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置包括一切削工具底部元件，其在與上述至少一個切削元件間隔一段距離處附接在旋轉(zhuǎn)式切削工具上。
該工具對中裝置包括多個形成于切削工具底部元件或軸任何一個之上，徑向延伸、向外發(fā)散的槽，以及多個自切削工具底部元件或軸的另一個向外凸起坐落于該槽內(nèi)的凸塊。
該凸塊和槽相互作用，保持切削工具的轉(zhuǎn)動軸線與轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線重合，且防止旋轉(zhuǎn)式切削工具和軸之間的相對運動。
參照下列說明和附圖本發(fā)明的其它特點、優(yōu)點及目的將更明顯。
附圖的簡要說明

圖1是一個結(jié)合采用本發(fā)明技術(shù)的透鏡生成裝置的示意性平面圖；圖1A是一類似于圖1的視圖，其結(jié)構(gòu)元件所處的相對位置不同；圖2是本發(fā)明部分結(jié)構(gòu)部件的透視圖，包括安裝在轉(zhuǎn)動該工具所用的馬達上的旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具；圖3是圖2的結(jié)構(gòu)部件脫離聯(lián)接的透視圖；圖4是工具、工具底部元件和相關(guān)部件的后視透視圖；圖5是圖4所示的一部分工具的放大正視圖，表示結(jié)構(gòu)的細部，包括插入式切削刀具；圖6是沿圖5中6-6線截取的極度放大的橫截面圖；圖7是一部分側(cè)視截面圖，表示切削工具底部元件即將與馬達元件嚙合。
圖7A是與圖7類似的視圖，表示切削工具底部元件相對于馬達固定在位；和圖8是一類似于圖3的視圖，但表示的是本發(fā)明的另一實施例。
實施本發(fā)明的最佳模式圖1和圖1A給出了根據(jù)本發(fā)明技術(shù)構(gòu)成的示意性裝置，在這些圖中，其部件的相對位置各不相同。
圖1和圖1A中以示意形式所示的裝置是一個多軸透鏡生成裝置。更具體地，該裝置用于在旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具10和透鏡12之間建立相對運動。該裝置的目的是為了產(chǎn)生一具有高精度的弧形透鏡表面，避免如先有技術(shù)結(jié)構(gòu)那樣通常需要對透鏡進行研磨拋光。更具體地，該裝置的目的在于產(chǎn)生眼科透鏡曲率和提供光學上精確的曲線，它一旦切削后即呈透明，或通過涂敷一層透明涂層可以容易地制成透明。為了實現(xiàn)這一點，切削工具的振動必須控制在最小。
所示的透鏡生成裝置包括一可在X方向直線運動的第一臺面14。一以可旋轉(zhuǎn)方式安裝在第一臺面14上的第二臺面16。用于轉(zhuǎn)動工具10、呈電機18形式的切削工具轉(zhuǎn)動裝置附接于第二臺面16且可隨其轉(zhuǎn)動。
一第三臺面20可在Y方向運動，第三臺面支撐一透鏡夾持裝置22。透鏡夾持裝置可在第三臺面20上沿相對于X和Y方向垂直的Z方向(朝向讀者)直線運動。
圖1所示的布置形式是一四軸透鏡曲線發(fā)生裝置，該裝置在切削工具10和透鏡12間形成可控的相對運動，它能夠完成精確的透鏡切削。
該旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具是多種也可被采用提供所需透鏡切削的這類工具中的一種。這些切削工具(除工具10之外的)未示出且具有不同的直徑，而且為了高效和迅速地執(zhí)行切削工藝，需要將切削工具用這樣一種機構(gòu)聯(lián)接到切削工具轉(zhuǎn)動裝置上，該機構(gòu)能提供快速和準確的工具更換。本發(fā)明采用快速離合運動聯(lián)結(jié)器來實現(xiàn)這一目的。
現(xiàn)在參見圖2-4和5-7A，圖中詳細示出旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具10。更具體地，工具10一般具有“杯輪”形式，包括一個具有截頭圓錐外型的工具本體24。工具本體由任何適宜的材料制成，如不銹鋼或碳鋼。位于工具本體24的圓形開口末端的是具有鉆石切削尖的呈可拆卸插入式切削刀具26形式的透鏡切削元件，該插入式切削刀具置于工具本體內(nèi)形成的一個缺口內(nèi)，在圖示的實施例中，各缺口及插入式刀具相互間隔120°。為了將插入式切削刀具固定在工具本體上，使用了螺釘緊固件30(圖5和6)。
各插入式切削刀具最好是處于同一平面，且隨著工具的轉(zhuǎn)動，在其共同的平面內(nèi)形成一圓環(huán)路徑。一種適用的且可以買到的刀具插件是T-MAX V，VCMW-F鉆石尖形刀具插件，可以從Sandvik公司購得，該公司在新澤西州的Fair Lawn有業(yè)務(wù)處。
附接在工具本體24的小端的是一切削工具底部元件34，它呈一圓盤形狀。切削工具底部元件34可以用任何適宜的材料制成，如不銹鋼或碳鋼。機械壓配合或其它任何適用的方法(如焊接)均可以用來實現(xiàn)工具本體和切削工具底部元件之間的聯(lián)接。
在與工具本體24相反一側(cè)自切削工具底部元件34的中心伸出的是一用高抗拉強度鋼或其它合適材料制成的拉桿36。該拉桿有一定程度的柔性。一擴大部分或頭部38位于該柔性桿的末端。桿36有一個與透鏡切削工具的轉(zhuǎn)動軸線重合的縱向軸線。
也構(gòu)成運動聯(lián)結(jié)裝置的一個組成部分的是固定在切削工具底部元件34上且自與透鏡切削工具相反的一側(cè)或表面向外凸出的凸塊40。該凸塊40有一彎曲的外凸表面，構(gòu)成一球體。各凸塊40具有相同的結(jié)構(gòu)且布置在距拉桿36向外相距一段距離處，相互間隔約120°。大體呈半球的凸塊40可以用任何適宜的材料制成，例如氮化硅或鋼，且可用任何合適的方法固定在位，如環(huán)氧樹脂粘合劑。
呈電動機18形式的切削工具轉(zhuǎn)動裝置包括一轉(zhuǎn)動軸42，包括一具有環(huán)形外圓周的電樞板。在軸板上形成有徑向延伸、向外發(fā)散的凹槽或?qū)Р?4，板的前面的其余部分是平的。槽44由相互隔開、向外發(fā)散的側(cè)壁46構(gòu)成。各槽44具有同樣的結(jié)構(gòu)且相間隔約120°排列。軸42最好用鋼制成，而側(cè)壁46的表面最好有一層陶瓷(例如氮化硅)粘結(jié)在軸的其余部分上。陶瓷材料層在圖3中以參考號52標出。
在軸42的中心形成有一個孔54，當旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具與切削工具轉(zhuǎn)動裝置運轉(zhuǎn)聯(lián)接時，它承納拉桿36的末端。參見圖7。當凸塊40如圖7A所示處于槽44之內(nèi)時，張力將作用于拉桿36的末端，以保持桿處于張力之下。如自圖7A中可見，凸塊在槽中未接觸到底部。相反，它們在槽底外側(cè)處與槽的側(cè)壁46接合，足以保持凸塊不與槽底接合。凸塊與槽之間的這種相互作用將保持透鏡切削工具的轉(zhuǎn)動軸線與軸元件的轉(zhuǎn)動軸線重合，而且還防止旋轉(zhuǎn)式透鏡切削工具和馬達元件之間有相對轉(zhuǎn)動。拉桿的柔性使透鏡切削工具相對于軸具有精確的定位。工具以這種方式精確定位使轉(zhuǎn)動過程中振動最小。
為了使工具保持適當?shù)钠胶夂娃D(zhuǎn)動穩(wěn)定性，需要任一給定的凸塊總是落在同樣的槽內(nèi)。為了保證實現(xiàn)這一點，從切削工具底部元件34伸出的分度銷53必須與軸上的大小相應的孔55對準并插入其中。
當凸塊與槽側(cè)壁46接合時，在其上具有擴大部分38的拉桿36的末端位于在連接桿62的端部形成的凹槽60(見圖7和7A)內(nèi)，連接桿其自身以套筒形式安裝在軸42的內(nèi)部64?？拷疾?0，連接桿62有一傾斜表面66。該斜面與由軸42的內(nèi)壁所形成的傾斜部分68是大體吻合的。
在與傾斜部分68相間隔一段距離處，軸內(nèi)部包括一擴大的內(nèi)部部分70。處于擴大內(nèi)部部分70內(nèi)的是一螺旋壓縮彈簧72。
螺旋壓縮彈簧72在其一端支撐在軸上，而在另一端支撐在附接于連接桿62的凸緣74上。這樣，螺旋壓縮彈簧72連續(xù)地偏壓連接桿62或迫使其朝向圖7和7A中向右的方向。
在構(gòu)成凹槽60的連接桿62的側(cè)壁上形成有多個開口。這些開口80在其中容納有活動鎖定球82，當傾斜表面66靠近軸內(nèi)壁的傾斜部分68時，它們被軸內(nèi)壁強力向內(nèi)壓入凹槽60。這個向內(nèi)的凸起(圖7A中以粗箭頭所示)使鎖定球支撐在擴大部分38上，因此防止其從凹槽60中脫出。當然，壓縮彈簧72使這樣成為正常狀態(tài)。彈簧72還起到給拉桿36連續(xù)施加拉力的作用。開口80多少受到限制，使鎖定球不能全部進入凹槽60。
通過給連接桿62施加足夠的力，使其如圖7和7A所示向左移動，鎖定球?qū)⑴c外殼的傾斜部分脫離接合，而且可以徑向向外移動。這樣，操作人員可以容易地從與馬達的運轉(zhuǎn)聯(lián)接狀態(tài)下拆卸工具10、切削工具底部元件34和拉桿36，并用另一些來更換。當然，其它工具可與類似結(jié)構(gòu)的底部元件和拉桿聯(lián)接，所以可以進行迅速和準確的互換。
連接桿62的向內(nèi)移動可用任何需要的方法進行。例如，這種向內(nèi)移動可以手動進行。另外，為此目的可以使用諸如氣壓缸或液壓缸90的機構(gòu)。
圖8所示是本發(fā)明的另一實施例，其中電磁體94用來將工具底部元件和支撐在其上的工具10固定在軸42上。在此實施例中，工具板由磁性材料構(gòu)成，例如碳鋼。任何適用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，例如滑動環(huán)(未示出)可以用來激勵電磁體。
權(quán)利要求
1.一種用于切削工件的裝置，上述裝置總體包括一旋轉(zhuǎn)式切削工具，其具有至少一個切削元件，用于隨著上述旋轉(zhuǎn)式切削工具繞透鏡切削工具的轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動而與工件接合并進行切削，上述至少一個切削元件與上述切削工具的轉(zhuǎn)動軸線間隔一段距離，且隨著上述旋轉(zhuǎn)式切削工具的轉(zhuǎn)動沿一圓環(huán)路徑運動；切削工具轉(zhuǎn)動裝置，用于轉(zhuǎn)動上述旋轉(zhuǎn)式切削工具，且包括一具有轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線的轉(zhuǎn)動元件；和快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置，用于將上述旋轉(zhuǎn)式切削工具和上述切削工具轉(zhuǎn)動裝置以可拆卸方式聯(lián)接在一起，且使上述切削工具的轉(zhuǎn)動軸線和上述轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述切削工具轉(zhuǎn)動裝置包括一個馬達，而且其中上述轉(zhuǎn)動元件包括一可繞上述轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動的軸，上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置包括工具對中裝置，用于使上述旋轉(zhuǎn)式切削工具相對于上述軸對中，因此旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)動軸線和切削工具的轉(zhuǎn)動軸線是重合的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置包括在與上述至少一個切削元件間隔一距離處附接在上述旋轉(zhuǎn)式切削工具上的切削工具底部元件，而且其中上述工具對中裝置包括形成于上述切削工具底部元件或上述軸任何一個之上的多個徑向延伸、向外發(fā)散的槽，和多個自上述切削工具底部元件或上述軸的另一個上向外凸出坐落于上述槽內(nèi)的凸塊，上述凸塊和上述槽相互配合，使切削工具的轉(zhuǎn)動軸線與轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動軸線保持重合，且防止上述旋轉(zhuǎn)式切削工具和上述軸之間有相對轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中上述槽至少有一部分由間隔開的向外發(fā)散的側(cè)壁構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中上述凸塊每一個均有一彎曲的外凸表面構(gòu)成一球體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其還包括用于將上述凸塊相對于上述槽定位的分度裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中上述工具對中裝置包括三個由上述切削工具底部元件或上述軸之一任何一個確定的徑向延伸、向外發(fā)散，相互間隔開的槽，和三個相互間隔開且自上述切削工具或上述軸的另一個向外凸出的凸塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置還包括一聯(lián)結(jié)至上述軸的伸長件，在上述切削工具底部元件與上述旋轉(zhuǎn)式切削工具相反的一側(cè)上自上述切削工具底部元件凸出，當上述旋轉(zhuǎn)式切削工具通過上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置聯(lián)結(jié)到上述切削工具轉(zhuǎn)動裝置上時，上述伸長件有一與上述透鏡切削工具的轉(zhuǎn)動軸線基本重合的縱向軸線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置還包括與上述軸運轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)的張力裝置，在上述旋轉(zhuǎn)式切削工具借助上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置聯(lián)接到上述切削工具轉(zhuǎn)動裝置時，用于以可拆卸方式與上述伸長件接合，并且給上述伸長件施加遠離上述旋轉(zhuǎn)式切削工具方向的拉力，以保持上述伸長件處于張力下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中上述伸長件包括一具有末端的柔性桿。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中上述柔性桿在其末端有一擴大部分，在上述旋轉(zhuǎn)式切削工具借助上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置聯(lián)結(jié)到上述切削工具轉(zhuǎn)動裝置時，上述張力裝置可與上述擴大部分接合，保持上述柔性桿處于張力下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其還包括鎖定裝置，用于有選擇地鎖定上述張力裝置與上述擴大部分的接合。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中上述張力裝置包括一連接桿，它構(gòu)成一用于承納上述擴大部分的凹槽，且其中上述鎖定裝置包括至少一個活動鎖定件，其可與上述擴大部分接合，以將上述擴大部分限制在上述凹槽內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中上述軸包括一內(nèi)表面，其形成一軸內(nèi)部分，該部分以套筒形式承納上述連接桿和上述柔性桿，與上述至少一個活動鎖定件接合的上述軸內(nèi)表面將上述至少一個活動鎖定件推向上述柔性桿。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中上述張力裝置還包括偏壓裝置，將上述連接桿相對于上述軸偏壓向這樣一個位置，其中上述至少一個活動鎖定件與軸的內(nèi)表面接合，上述偏壓裝置保持上述伸長件處于張力下。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述旋轉(zhuǎn)式切削工具是一用于在透鏡上形成透鏡表面的生成裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述旋轉(zhuǎn)式切削工具還包括多個切削元件，上述多個切削元件相互間隔開并大體處在同一平面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中上述切削元件包括可拆卸插入式切削刀具，上述裝置包括緊固裝置，用于將上述可拆卸插入式切削刀具固定到上述旋轉(zhuǎn)式切削工具的夾持裝置上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中上述刀具插件包括鉆石切削刀具尖。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中上述各凸臺具有大體相同的結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中上述間隔開的向外發(fā)散的側(cè)壁至少部分由陶瓷材料構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中上述快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置包括一電磁體，用于將上述切削工具底部元件以磁力吸引至上述軸。
全文摘要
一種用于切削工件的裝置,它包括一旋轉(zhuǎn)式切削工具(10),一用于轉(zhuǎn)動該切削工具的轉(zhuǎn)動軸(42),和一用于以可斷開方式將該旋轉(zhuǎn)式切削工具和該轉(zhuǎn)動軸聯(lián)結(jié)在一起的快速離合運動聯(lián)結(jié)裝置。該運動聯(lián)結(jié)器包括多個凸臺(40),它們與相應數(shù)量的槽(44)配合并進入其中,以將切削工具(10)相對于軸(42)精確定位和防止切削工具和軸之間的相對運動。
文檔編號B24B41/04GK1207698SQ96199709
公開日1999年2月10日 申請日期1996年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月21日
發(fā)明者M·Y·薩瓦 申請人:微光學設(shè)計公司