Полирование оптической поверхности. Станок для доводки,асферизации и полировки оптических деталей Основные технологические операции

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

РЕФЕРАТ

На тему:

« ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ

ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (общие основы) »

МИНСК, 2008

Основные технологические операции

Технологический процесс изготовления оптических деталей состоит в обработке их рабочих и крепежных поверхностей. Заготовкам (кусковое стекло, плитки, прессовка и др.) придают нужные размеры, а поверхностям -- структуру соответственно с их назначением

При составлении в наибольшей мерецелесообразного технологического процесса должны учитываться вид сырья, количество деталей в партии, имеющиеся технические средства (оборудование, инструмент и др.) и требуемая точность изготовления. Обработку многих оптических деталей можно разбить на несколько основных этапов, каждый из которых имеет определенное назначение.

Заготовка. Заготовительные операции -- это удаление лишнего материала, придание заготовке детали точной формы, выдерживание нужных размеров, обеспечение нужной структуры поверхности (матовости) для последующей мелкой шлифовки.

Операции для получения полуфабриката могут быть самыми разнообразными. Это резка стекла, распиловка, фрезеровка, сверление, кругление, обдирка, средняя шлифовка, снятие фасок и др. Обработка производится абразивами в свободном или в связанном состоянии (круги, фрезы, алмазный металлокерамический инструмент). На многих операциях (сферошлифование, центрировка, фрезеровка, фасетировка) широко применяется инструмент из синтетических алмазов на металлокерамической связке.

Вспомогательные операции (наклейка, склейка, блокировка и др.) служат для крепления деталей на приспособлениях и группировки их для совместной дальнейшей обработки или для удаления всевозможных загрязнений (промывка, протирка).

Мелкая шлифовка . Это подготовка поверхности оптической детали к полировке, т. е. снятие припусков на заготовке и доведение размеров сторон до заданных за счет последовательной обработки абразивами различной крупности (так называемые переходы). В результате мелкой шлифовки получается матовая фактура поверхности с очень тонкой структурой.

Абразивные зерна при перекатывании между стеклом и шлифовальником своими режущими кромками повреждают стекло. Благодаря ударно-вибрационному действию зерен абразива на стекле образуется поврежденный поверхностный слой (выступы и раковистые изломы), а под ним внутренний трещиноватый слой. Глубина трещиноватого слоя в несколько раз (4 и более) больше глубины выколок поверхностного слоя (исследования Н. Н. Качалова, К. Г. Куманина и других ученых).

Если при шлифовке имеется избыток воды - зерна смываются, давление на каждое оставшееся зерно возрастает, происходит их раздавливание или заклинивание. При этом неизбежны царапины и выколки. Избыток абразива, мешая зернам свободно перекатываться, вызывает царапины, снижает производительность. Шлифование в наибольшей мерепроизводительно при распределении абразивных зерен в один слой.

Скорость вращения шпинделя влияет на частоту перекатывания зерен и на их ударно-вибрационное действие. Чрезмерное увеличение скорости вызывает, под влиянием центробежной силы, сбрасывание еще не отработавших зерен.

Величина сошлифовывания пропорциональна величине давления. Практически предельным является такое давление, при котором зерно раздавливается (раздавливающее усилие). Величина его зависит от прочности применяемого абразива.

Установлено, что вода вызывает на поверхности стекла химические процессы, в результате которых создаются расклинивающие усилия, способствующие отделению частиц стекла от обрабатываемой поверхности

Полировка . Это операция снятия оставшихся неровностей на поверхности оптической детали после мелкой шлифовки до получения требуемого класса шероховатости и чистоты, а также до получения заданной точности по плоскостности или кривизне обрабатываемой поверхности. Процесс основан на совместном действии ряда факторов: механических, химических и физико-химических

Применение разнообразных смачивающих жидкостей, как показали опыты, может ускорить или замедлить ход процесса полировки. Доказано, что кремнистые соединения стекла под влиянием воды образуют тончайшую (от 0,0015 до 0,007 мкм) пленку, прекращающую доступ воды к более глубоким слоям стекла и ее химическое воздействие на них. Благодаря механическим силам эта пленка срывается, обнажая свежий слой стекла, который снова подвергается воздействию воды. В результате образуется новый слой пленки, который тут же срывается и т.д. Сама пленка способна силами сцепления удерживать на своей поверхности частицы полирующего материала.

В качестве полировочного инструмента применяют планшайбы, грибы и чашки, на которые наносится слой смолы или волокнистых материалов

Для двусторонней полировки витражных, зеркальных, строительных стекол, декорирования сортовой стеклянной посуды большое значение имеет совершенствование способов химической (кислотной) обработки поверхности стекол травлением. Этот метод может применяться вместо механической полировки поверхности стекла иногда в комбинации с механическими способами

Центрировка. Это операция обработки детали по диаметру симметрично ее оптической оси, при которой и оптическая, и геометрическая оси линзы совмещаются. Необходимость выполнения операция вызвана следующими обстоятельствами. В процессе изготовления заготовок, например при круглении столбиков (рис. 1 , а), обдирке, шлифовке и полировке из-за неравномерного снятия слоя стекла линзы могут иметь клиновидность, которая характеризуется неравнотолщинностью деталей по краю (Рис.1,б). У такой детали при нанесении сферы происходит смещение центров сферических поверхностей, а, следовательно, и оптической оси относительно геометрической оси линзы.

Рис.1. Схема образования децентрировки:

а -- перекос оси столбика заготовок; б -- смещение центра сферической поверхности

Рис. 2. Децентрировка в линзе:

а -- оптическая ось параллельна геометрической оси; б -- оптическая ось под углом геометрической оси

Рис. 3 Схематическое изображение

Рис.4. Автоматическая установка линзы сжатием между патронами:

1--линза; 2--патроны

Оптическая ось линзы до операции центрировки может быть параллельна ее геометрической оси (рис.2, а) или идти под некоторым углом к ней (рис.2, б). У такой линзы ее края расположены на разных расстояниях от оптической оси и имеют разную толщину. Такую линзу нельзя поставить в оправу прибора, так как изображение будет плохое (оптическая ось линзы не совпадает с геометрической осью оправы). У центрированной линзы края имеют одинаковую толщину, а оптическая и геометрическая оси совмещены в пределах допуска на децентрировку (рис. 3, б).

Установка линзы на патроне перед центрировкой производится оптическим или механическим способом.

Оптический способ -- установка по «блику» на глаз или под оптическую трубку. Линза закрепляется центрировочной смолой на вращающемся патроне в положении, при котором обеспечена неподвижность изображения нити лампы или изображения «блика» в оптической трубке.

Механический способ (самоцентрировка) заключается в том, что линза устанавливается автоматически сжатием между двумя патронами, расположенными строго на одной оси (рис.4).

При обоих способах правильность установки гарантируется хорошей подготовкой и подрезкой установочной кромки патронов и отсутствием биения центрируемой детали при вращении.

Склейка. Задачей склейки является получение жестко скрепленной и центрированной системы.

В некоторых случаях (особенно для плоских деталей) склейку заменяют оптическим контактом (молекулярное сцепление двух полированных поверхностей).

Вспомогательные технологические операции

Наиболее ответственная вспомогательная операция блокировка -- соединение деталей или заготовок с приспособлением (наклейкой, механическим способом, методом оптического контакта, вакуумным креплением, посадкой в сепараторы и др.) для совместной дальнейшей их обработки. Сочетание приспособления и закрепленных на нем деталей или заготовок называется блоком. От правильного выбора способа блокировки, в зависимости от размеров и формы деталей, заданной точности зависит в большой степени качество изделия и экономичность технологического процесса.

Блокировка должна обеспечить:

1) закрепление максимально большого числа заготовок;

2) удобство обработки на данной операции (например: шлифовке, полировке);

3) удобство производить в процессе работы необходимые замеры;

4) надежность крепления при в наибольшей мереинтенсивном режиме работы;

5) отсутствие механических повреждений и деформаций заготовок или деталей;

6) правильное и симметричное расположение обрабатываемых поверхностей относительно приспособления и обрабатывающего инструмента;

7) простоту и быстроту блокировки и разблокировки.

В оптическом производстве применяется несколько способов блокировки. При этом самым распространенным до сих пор является способ эластичного крепления.

Эластичное крепление . Применяется в мелкосерийном и массовом производстве для деталей средней точности. Эта операция включает в себя следующие переходы:

1. Наклейка на одну из обрабатываемых сторон детали смоляных подушек ручным способом или на специальном полуавтомате.

2. Зачистка второй обрабатываемой поверхности линзы

3. Притирка линз к тщательно зачищенной поверхности притирочного приспособления (гриб, чашка, планшайба).

4. Приклейка деталей к наклеечному приспособлению.

5. Охлаждение блока.

Толщина слоя смолы после охлаждения должна быть 0,1-- 0,2d (d -- диаметр линзы), но не менее 1 мм (для линз малого диаметра). Так, например, для линзы диаметром 30 мм высота смоляной подушки 3--6 мм. Диаметр смоляной подушки равен диаметру детали и делается с небольшой конусностью для удобства блокировки (рис. 5). Разблокировка производится в холодильнике, а иногда просто деревянным молоточком.

Заливка применяется для линз малого диаметра и малого радиуса кривизны. На притертые и соответственно расположенные на поверхности притирочного приспособления линзы капают сверху расплавленной смолой. Смола заполняет чашку, прогревает линзы и приклеивается к ним. Пока смола не затвердела, в нее вводится разогретое наклеечное приспособление, например гриб. После достаточного погружения в смолу и выравнивания с тем, чтобы оси приспособлений совпадали, блок охлаждается, После зачистки поверхность блока промывается растворителем и водой. Разблокировка производится разогревом блока.

Жесткое крепление . Применяется в массовом и крупносерийном производстве деталей с допусками на точность поверхностей от 0,5 кольца и более, на толщину от 0,05 мм и выше.

Для обработки первой стороны линзы (прессовки) жестко наклеиваются непосредственно на приспособление в специальные гнезда или площадки (рис. 6, а).

Рис. 5. Вид смоляных подушек

Приспособление разогревают до температуры около 100° С. Одновременно с этим слегка подогревают и детали. На крепежную поверхность приспособления наносят тонкий слой смолы или просмоленную матерчатую прокладку (при обработке второй стороны). После наложения линз палочкой максимально выживают смолу из-под детали. После обработки первой стороны (обдирка или фрезеровка, среднее и мелкое шлифование, полировка) всю поверхность детали покрывают лаком и в такой же последовательности обрабатывают с второй стороны.

Полужесткое крепление. Применяют для тонких линз с большим радиусом кривизны обрабатываемой поверхности. Линза наклеивается при помощи просмоленной матерчатой прокладки на металлическую шайбу в свою очередь, наклеенную на приспособление (рис. 6,б). В очковом производстве применяют наклейку разогретых заготовок непосредственно на смоляной слой. Для обеспечения точности такого крепления специальное приспособление формует на смоляном слое посадочные места обратной формы. Они определяют место линз при блокировке (рис. 6, в).

Механическое крепление . Чаще всего применяется при заготовительных операциях, например для крепления призм.

Детали ставят вплотную друг к другу в металлические приспособления с соответствующими вырезами. Крайние детали удерживаются винтовыми или пружинными зажимами. Под крайние детали подкладывают эластичную прокладку (резину, картон).

Рис. 6. Схема наклейки (жесткий и полужесткий методы):

а - жесткий метод; б - полужесткий метод; в - наклейка на смоляные выступы

(1 - линза; 2 - просмоленная матерчатая прокладка; 3 - сферическая пластинка;

4 - смола; 5 - приспособление наклеечное);

Гипсовка . Способ применяется чаще всего для крепления призм с допусками на углы от 3" и выше и крупных кусков стекла. Гипсовка состоит из заливки водного раствора гипса с цементом в приспособление в виде котелка, корпуса и т. п. (рис. 7) прямо на детали, притертые к планшайбе. Днище котелка крепится к кольцу винтами или другим способом. Часто ограничиваются оберткой притирочной планшайбы резиновым ободом. После затвердения гипса и закрепления в нем днища, установленного прямо в гипс, обод снимается. Промежутки между

Рис. 7. Схема гипсовки:

1 - призма; 2 - притирочная планшайба; 3 - пластинка; 4 - днище; 5 - кольцо корпуса призмами после затвердения гипса зачищают проволочной щеткой на глубину 2-3 мм и промывают.

Для обеспечения зачистки блока пространство между призмами до заливки засыпают мелко просеянными сухими древесными опилками, а металлический обод ставится на 3--4 пластинки толщиной 2--3 мм. Для защиты от влаги и осыпания гипса зачищенное пространство покрывают расплавленным парафином.

Разблокировка производится раскалыванием гипса деревянным молотком или на специальном разгипсовочном прессе. Использование пресса снижает трудоемкость процесса разблокировки и обеспечивает более высокое качество, так как почти все призмы полностью освобождаются от гипса.

Метод оптического контакта . При обработке деталей с точными поверхностями (до 0,05 кольца), угловыми размерами 1--2”, параллельностью 1 --10” (точные пластины, зеркала, клинья, призмы) применяется крепление оптическим контактом. При этом отполированные «с цветом» 0,5--2 кольца поверхности деталей тщательно очищаются и обезжириваются (спирт, эфир, беличья кисточка, батистовые салфетки) и плавно опускаются и прижимаются к также тщательно подготовленной полированной поверхности контактного приспособления. Нажим производят до исчезновения интерференционной картины. Промежуток между деталями замазывают лаком, или раствором шеллака в ректификате.

Контактные приспособления могут быть разной формы и размеров (рис. 8) в зависимости от формы и размеров

Рис. 8. Контактные приспособления для пластин и призм: а - контактная пластина с плоскопараллельными пластинками (1 - пластинки; 2 - контактная пластина); б - приспособление для призм и клиньев (1 - призмы; 2 - контактное приспособление) обрабатываемых деталей.

Поверхность их должна быть отполирована с точностью до 0,1--0,5 кольца. Если необходима параллельность, ее выдерживают до 1--2”. Точность углов также выдерживается строго, так как от точности угловых размеров, параллельности и качества поверхности контактных приспособлений зависит качество изделия.

При снятии с контакта применяют разогрев или охлаждение. Тонкие детали (0,1--0,5 мм) можно аккуратно снять лезвием бритвы или каплей эфира, налитой на поверхность детали.

Крепление в сепараторах . Сепараторы или разделяющие устройства применяют в заготовке и на окончательных операциях при точной доводке поверхности и угловых размеров. Сепаратор представляет собой обойму, имеющую вырезы, в которые закладываются обрабатываемые детали. Обработка таких деталей, например в заготовке, может вестись одновременно с двух сторон (рис. 9, а). Для точной доводки применяют толстые стеклянные пластины с вырезами разного диаметра, в которые закладываются различные детали (рис. 9, б). Вырезы не дают детали возможности упасть за пределы полировальника.

Рис. 9. Сепаратор: а -- схема двусторонней шлифовки (1 -- сепаратор; 2 -- пластинки; 3 -- шлифовальники); б--стеклянный сепаратор для механизированной доводки плоских деталей

Сам сепаратор в процессе работы все время исправляет поверхность полировальника, тем самым поддерживая его в хорошем состоянии, т. е. является и формовочным диском.

Если на детали (пластинке, клине) требуется увеличить или уменьшить угол клина, то на ее край наклеивают мягким воском груз, благодаря которому и происходит более сильное срабатывание нужного участка.

Соотношение площади отверстий и целой части сепаратора определяется расчетом.

Изготовление комплекта шлифовальников

Расшлифовка выпуклой поверхности при переходе от более крупных абразивов к более мелким всегда начинается с края. Этим обеспечивается выдерживание нужной толщины линзы по центру и равномерное сошлифовывание всей поверхности от краев к центру. Радиусы кривизны шлифовального инструмента меняются подрезкой при переходе от более крупных абразивов к более мелким.

Рис. 10. Схематические изображения изменения радиуса кривизны поверхности инструмента чашки (а) и гриба (б):

R 1 -- радиус кривизны обдирочного инструмента; R 2 -- радиус кривизны инструмента для средней шлифовки; R 3 -- радиус кривизны инструмента для мелкой шлифовки

Радиусы кривизны чашек постепенно уменьшаются (рис. 10,а), а грибов, наоборот, увеличиваются (рис. 10, б).

При расшлифовке инструмента поверхности его придается нужный радиус кривизны или точная плоскостность. Одновременно с этим поверхность прошлифовывается до удаления следов резца или шабера.

Последовательность операции следующая.

1. Поверхность инструмента для последнего этапа шлифования подгоняют подрезкой по шаблону заданного радиуса и после этого блокируют на нем блок из бракованных деталей.

2. На этом же инструменте блок шлифуется и полируется. Просматривается интерференционная картина («цвет»).

3. Если «цвет» не соответствует требованиям, которые предъявляются к данному комплекту шлифовальников, то производят повторную подрезку шлифовальника, повторную шлифовку, полировку и просмотр «цвета».

Рис. 11. Схема притирки:

а -- поверхности малой кривизны; б -- поверхности большой кривизны (D бл -- диаметр блока)

4. По достижении требуемого «цвета» инструмент шлифуется до выведения следов резца или шабера и блок еще раз окончательно проверяется по пробному стеклу.

5. Когда подготовлен последний шлифовальник, например для шлифовки микропорошком М10, производится подгонка (уже по притирке) шлифовальника, предшествующего последнему, например для шлифовки микропорошком М20. Для этого на нем шлифуют пробный блок и подгоняют его притирку к инструменту для последнего шлифования. Блоки с малой кривизной (с большими радиусами кривизны) должны притираться не менее чем на ј своего диаметра, а блоки большой кривизны на 1/6--1/7 диаметра (рис. 11). В производстве еще бытуют названия: «слабые радиусы» (большие радиусы кривизны), «сильные радиусы», или «крутые сферы» (малые радиусы кривизны). Эти названия применять не следует.

6. Под выправленный шлифовальник подгоняют предшествующий ему и т. д. до тех пор, пока не будет налажен весь комплект.

7. Каждый шлифовальник из комплекта шлифуется абразивом той крупности для которой он предназначен.

8. Для нормального полирования блоков, т.е. для более интенсивного полирования края блока, «цвет» сошлифовки должен давать «яму» с запасом в несколько колец (2-3) против заданного по чертежу.

Например, готовая деталь должна иметь «цвет» N = 3 после расшлифовки инструмент для шлифовки последним микропорошком, например М10 должен дать под пробное стекло на блоке «яму» в 5--6 колец.

9. Планшайбы должны быть слегка выпуклыми, т.е. давать на детали небольшую «яму» около 2--3 мкм.

Контроль правильности формы поверхности производится пробным стеклом, стеклянной линейкой или прибором ортотест. Прибор устанавливают тремя опорными штифтами на планшайбу. Подвижной наконечник, находящийся в центре и соединенный со стрелкой, укажет величину прогиба. Отклонение стрелки вправо укажет наличие «бугра», влево -- «ямы». Центральное положение стрелки на шкале циферблата (нулевое положение) означает хорошую плоскость. Шкала дает показания в микрометрах (мкм).

Изготовление полировальников

Смоляной полировальник . Соответствующий по форме и размерам инструмент (гриб, чашка, планшайба) разогревается и на него выливается расплавленная не до очень жидкого состояния смола. Иногда на разогретый инструмент насыпают размельченную в виде небольших комочков смолу и выравнивают ее специальной лопаточкой, выдерживая при всём этом нужную толщину и равномерность слоя по всей поверхности инструмента.

После некоторого загустения смоляной подложки производится ее окончательная формовка увлажненным блоком или специальным формовочным приспособлением нужного радиуса кривизны. В центре слоя делается небольшое углубление, а края полировальника обрезаются ножом.

Суконный полировальник . Подложку для полировальника раскраивают по выкройке. Очень ворсистые материалы слегка обжигают. Для получения более ровной наклейки при наличии толстого материала следует вымочить его в воде и хорошо отжать.

Разогрев соответствующий инструмент (гриб, чашку или планшайбу), покрывают его поверхность размельченной смолой, накладывают сверху подложку (сукно, фетр) и обжимают специальной формой (обжимкой) или же блоком вручную или на прессе.

Как смоляной, так и суконный полировальник, пока подложка прочно не приклеилась смачивают полирующей суспензией и располировывают блоком до придания ему нужной формы.

Полировка точных оптических поверхностей (полировка на смоле)

Как уже отмечалось выше, качество полировки в сильной степени зависит от правильности выполнения всех предыдущих операций (наклейка, блокировка, шлифовка и т.д.), качества применяемых основных обрабатывающих и вспомогательных материалов (абразива, смолы и т.д.), постоянства температуры и влажности помещения (+20° ± 1°) и т.д.

В производстве ряд операций и подготовка инструмента производится специальными рабочими. Так, например, наклейка, блокировка, изготовление полировальников, расшлифовка инструмента часто выделяются в самостоятельные операции.

Тем не менее проверка самим рабочим качества инструмента, наклейки и блокировки должна производиться обязательно. Неправильно сделанная работа подлежит переделке.

Линзы (эластичный способ) не должны выступать за края наклеечного приспособления. Линзы не должны быть слишком высоко посажены или же, наоборот, слишком залиты.

Смола в промежутках между линзами должна быть удалена.

Линзы без фасок, с острыми краями, с фасками обработанными крупными абразивами, могут дать

Рис. 12. Схема подрезки крайней зоны полировальника: а -- при вращении полировальника; б -- при неподвижном полировальнике

В процессе полировки для регулировки процесса учитывается ряд моментов.

Если у детали больше срабатываются края («бугор»), то у полировальника подрезается острием ножа та часть, которая производит срабатывание края детали, т. е. крайняя зона полировальника (рис. 12). Наоборот, если у детали больше сработана середина («яма»), у полировальника подрезается средняя зона (рис. 13).

Если блок (или деталь) находится внизу, то при взаимной притирке у него всегда будут больше срабатываться края, а если сверху -- середина. Поэтому иногда меняют взаимное расположение блока и инструмента.

В табл. 1 даны некоторые практические указания, как регулировать ход процесса полировки на смоле, изменяя характер подрезки, кинематики и режимов.

При работе с подсушкой труднее выдержать «цвет», т. е. заданную кривизну поверхности, но зато быстрее происходит сполировывание. Следует стараться всегда вести процесс (при точной работе) так, чтобы остатки матовой поверхности сходили одновременно с достижением заданной точности.

При работе на сукне и там, где не требуется высокая точность поверхности, особое значение имеют интенсивные режимы, давление, автоматическая подача суспензии, что способствует быстрейшему снятию остатков матовой поверхности, т.е. увеличению производительности труда.

Таблица 1

Литература

1. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.

3. Прикладная оптика под редакцией Дубовика А.С Машиностроение, 2002. - 470 с.

4. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов Машиностроение, 1982. - 320 с.

5. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х частях. Под редакцией А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. Машиностроение 2001

Изобретение относится к области технологии обработки оптических деталей и может быть использовано для финишной магнитореологической обработки прецизионных поверхностей оптических деталей. Обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят магнитореологическую жидкость (МРЖ). Обработку ведут малым инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее магнитного поля. В процессе обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля на МРЖ и периодов его снятия. На поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента в виде сгустка МРЖ, заключенного в ограниченной по объему внутренней полости корпуса инструмента, с образованием площадного пятна контакта с поверхностью обрабатываемой детали. В результате расширяются технологические возможности и повышается производительность обработки. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2592337

Данное предложение относится к области технологии обработки оптических деталей и может быть использовано для финишной обработки прецизионных поверхностей оптических деталей.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и производительности процесса финишной обработки поверхностей оптических деталей, преимущественно прецизионных поверхностей, например линз или оптических зеркал, малым инструментом (рабочая поверхность инструмента меньше площади поверхности обрабатываемой детали) при автоматизированном управлении процессом формообразования.

Известен способ (1) механической финишной обработки прецизионных поверхностей оптических деталей перемещением малого инструмента, например торцом малого инструмента (алмазного инструмента при шлифовании и смоляного полировальника при доводке и полировании) относительно обрабатываемой поверхности оптической детали по расчетным кольцевым зонам, при котором малому инструменту сообщают плоскопараллельное круговое движение с эксцентриситетом относительно оси шпинделя инструмента и перемещение относительно обрабатываемой детали, определяя время пребывания инструмента на каждом участке с учетом коэффициента, характеризующего скорость съема материала вдоль радиуса инструмента относительно его центра, причем оптическую поверхность представляют в виде кольцевых зон одинаковой ширины, перемещение инструмента относительно детали осуществляют по кольцевым зонам, последовательно помещая центр инструмента в середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска.

Диаметр инструмента может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от характера обрабатываемой поверхности, причем в случае узких зональных ошибок размер круговой площадки перекрываемой инструментом при заданном эксцентриситете плоскопараллельного кругового движения может равняться ширине одной зоны. При определении времени пребывания инструмента в каждой перекрываемой инструментом зоне коэффициент, характеризующий скорость съема, рассчитывают для каждой такой зоны, при этом скорость перемещения инструмента по кольцевым зонам определяют по формуле:

V ij =L ij /t ij ,

где L ij - длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в i-й зоне;

t ij - требуемое время обработки в i-й зоне;

i - текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

j - текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента,

и выбирают ее максимальное значение.

Эксцентриситет плоскопараллельного кругового движения обычно составляет 0,1 диаметра выбранного инструмента и остается постоянным в течение всего времени обработки, при этом скорость обработки определяется величиной эксцентриситета и угловой скоростью вращения шпинделя инструмента и в процессе обработки остается постоянной.

При этом обработку ведут при сообщении обрабатываемой оптической детали вращения вокруг своей оси.

Данный способ реализован в ОАО «НПО «Оптика» на практике при обработке оптических деталей на компьютеризированных доводочных станках серии АД (например, АД-1000).

Данный способ формообразования позволяет осуществлять асферизацию оптических поверхностей, убирая определенную часть припуска в каждой требуемой зоне обрабатываемой оптической поверхности в процессе формообразования и устраняя зональные ошибки.

Компьютерно-управляемая обработка поверхностей оптических деталей по данному методу в настоящий момент позволяет получать:

Величину отклонения профиля поверхности (RMS) - 30 нм;

Величину шероховатости (R Z) обработанной поверхности - 0,5 мкм.

Основной недостаток - контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью и износ инструмента.

Наиболее близким к предлагаемому способу является нашедший в настоящее время широкое применение способ магнитореологической обработки (доводка и полировка) поверхностей оптических деталей (2), появление которого связано с возросшими требованиями к бездефектности оптических поверхностей и их шероховатости, что при классическом полировании не получается в стабильно воспроизводимом режиме.

Заложенный в данном способе магнитореологической обработки принцип прост: обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки посредством вращающегося колеса или ролика через сопло подается под давлением содержащая железный порошок магнитореологическая жидкость (МРЖ). Магнитная система (например, электромагнит), расположенная внутри колеса, создает в вершине колеса сильное магнитное поле, которое обеспечивает перевод МРЖ в зоне обработки в вязкопластическое состояние в виде компактного сгустка МРЖ на поверхности колеса под обрабатываемой деталью, выполняющего роль "малого инструмента", а обрабатываемая деталь закрепляется на вращающемся шпинделе и погружается на 0,5 мм в МРЖ, где под воздействием магнитного поля и создается обрабатывающий "малый инструмент", формируемый из находящейся в зоне обработки и переводимой в вязкопластическое состояние МРЖ под действием постоянного магнитного поля, накладываемого на нее в зоне обработки.

Этим "малым инструментом", пятно контакта которого с обрабатываемой поверхностью близко к точечному, и ведут обработку.

За счет вращения колеса обеспечивается необходимая скорость съема, а также производится смена МРЖ в зоне обработки. За счет этого возможна целенаправленная обработка заготовки, так как жидкость образует постоянную зону действия в точке соприкосновения с заготовкой.

Система обеспечения МРЖ включает в себя подающий насос, связанный с соплом подачи МРЖ к колесу в зону обработки, насос для отбора МРЖ из рабочей зоны инструмента со съемником МРЖ, систему перемешивания, расположенную в резервуаре с МРЖ, датчик давления, систему термостатирования, дозатор и систему трубопроводов с электромагнитными клапанами в ней.

Система автоматизированного управления управляет датчиком рабочего зазора, который отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали, и системы подачи МРЖ.

Предварительно обработанная заготовка точно обмеривается и на основании данных измерений станок рассчитывает время обработки, обеспечивая прецизионный и привязанный к конкретному месту съем материала. Обычно весь процесс финишного формообразования осуществляется в несколько последовательных технологических обработки сеансов с чередованием процессов промежуточного контроля поверхности обработанной во время предыдущего сеанса детали и корректировки программы обработки на последующий сеанс. У большинства современных измерительных комплексов и станков программное обеспечение взаимно связано.

Компьютерно-управляемая обработка поверхностей оптических деталей по методу магнитореологической обработки позволяет получать малую погрешность формы < /50 и < /50 ( =0,63 мкм), шероховатость R Z =3 нм, микрошероховатость менее 1 нм, что позволяет увеличить лучевую стойкость в (3-5) раз.

Кроме того, обрабатываемые магнитореологической обработкой детали имеют минимальную толщину нарушенного слоя вследствие минимального термического воздействия на деталь.

Итак, преимущества технологии магнитореологического обработки следующие:

Минимальная шероховатость и толщина разрушенного слоя;

Малая погрешность формы ( < /50 и < /50);

Отсутствие износа полировального инструмента;

Отсутствие термического воздействия инструмента на деталь;

Минимальное давление на деталь;

Однако этот способ имеет свои границы. Если при обработке выпуклых поверхностей границ почти нет, при обработке вогнутых поверхностей граница достигается очень быстро, так как радиус кривизны должен быть больше радиуса колеса, который не может быть очень малым.

Другим существенным недостатком является время процесса. Чем больше диаметр оптической детали и отклонение формы исходной заготовки, тем больше время доводки. В некоторых случаях все время финишной обработки может составлять до 6 часов. Несмотря на оптимизацию и подгонку процессов шлифования и предварительного полирования время МРЖ обработки еще очень велико. Длительность процесса повышает стоимость обработки асферических поверхностей оптических деталей. Вместе с тем растянутость процесса во времени и управляемость величиной съема позволяет добиться очень точной корректировки формы поверхности.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей предложенного способа обработки, повышение его производительности, а также упрощение и удешевление его аппаратной реализации.

Техническим результатом предлагаемого способа является максимальное устранение ограничений по величине радиуса кривизны обрабатываемых вогнутых поверхностей, возможность распространения преимуществ уже используемой в промышленности технологической системы автоматизированного формообразования (ТЕСАФ) оптических поверхностей на магнитореологическое формообразование поверхностей прецизионных оптических деталей и удешевление требуемого для реализации этой технологии станочного оборудования.

Технический результат достигается тем, что в ходе процесса магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом, при котором предварительно обработанную заготовку точно обмеривают, на основании данных измерений составляя программу обработки, весь процесс обработки разбивают на несколько последовательных технологических сеансов с корректировкой на каждый сеанс программы обработки после получения результатов контроля предыдущего сеанса, обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят МРЖ, а обработку ведут инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее в зоне обработки магнитного поля, а в ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента, представляющего образующий площадное пятно контакта своей торцевой поверхности с поверхностью обрабатываемой детали сгусток МРЖ, заключенный в ограниченной по объему внутренней полости в корпусе инструмента.

Технический результат достигается также тем, что:

На зону обработки воздействуют прерывистыми импульсами постоянного магнитного поля;

Чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия производят посредством включения и выключения питания рабочим током обмоток электромагнита постоянного тока;

Малому инструменту сообщают во время обработки плоскопараллельное движение относительно обрабатываемой детали;

В процессе обработки контролируют и поддерживают постоянным положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали;

Малый инструмент располагают над обрабатываемой деталью.

При исследовании отличительных признаков описываемого способа не выявлено каких-либо аналогичных технических решений, касающихся предложенных вариантов выполнения предложенного способа.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "НОВИЗНА".

Кроме того, заявленное техническое решение не вытекает явным образом из известного уровня техники (1, 2) и в нем не выявлены признаки, отличающие данное решение от прототипа, и не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию "ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ".

Сущность заявленного способа магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом поясняется иллюстрациями, где:

На Фиг. 1. представлена заявленная функциональная схема магнитореологической обработки;

На Фиг. 2. представлена фотография макетного образца устройства для магнитореологической обработки.

Устройство для магнитореологической обработки представляет собой установленные на станине стол 1 для крепления обрабатываемой детали 2 с приводом его вращения (не показан) вокруг собственной вертикальной оси (координата U); вращающийся шпиндель 3 (координата C) через механизм 4 плоскопараллельного кругового движения (координата S) с эксцентриситетом относительно оси шпинделя 3 связан с рабочей головкой 5, установленной на станине с помощью кареток с возможностью перемещения по координатам , Y и относительно стола 1; систему обеспечения устройства МРЖ, включающую в себя резервуар 6 для подготовки и хранения МРЖ, который обеспечивает непрерывное перемешивание жидкости, поддержание необходимой температуры; перистальгический насос 7 для подачи МРЖ под давлением 5÷10 КПа в рабочую головку 5, насос 8 для откачки МРЖ из рабочей головки 5, который обеспечивает сбор отработанной жидкости в рабочей головке 5 и подачу ее в резервуар 6; электромагнитный клапан 9 и трубопроводы 10, соединяющие насос подачи 7, резервуар 6 и рабочую головку 5; установленный на рабочей головке 5 источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного поля с магнитной индукцией 250 мТл и блок управления работой устройства, включающего в себя промышленный компьютер 12, управляющий рабочими перемещениями рабочей головки 5 и стола 1 станка по заданной программе и сигналам с датчика 13 перемещения, который отслеживает положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали; а также работой блока 14 питания источника 11 магнитного поля и работой системы подготовки и подачи МРЖ.

В корпусе рабочей головки 5 со стороны, обращенной к столу 1, выполнена замкнутая ограниченная по площади внутренняя полость 15 (диаметром =40÷200 мм), соединенная выполненными в корпусе каналами подвода 16 и отвода 17 и трубопроводами соответственно с резервуаром 6 и насосами подачи 7 и откачки 8 МРЖ.

Формирование малого инструмента осуществляют в установленной на шпинделе 3 станка рабочей головке 5 посредством подачи МРЖ (взвешенной суспензии) насосом 7 из резервуара 6 посредством клапана 9 по трубопроводу через подводящий канал 16 в замкнутую ограниченную по площади полость 15 в корпусе рабочей головки 5, в которой при наложении на зону обработки магнитного поля источника 11, закрепленного на корпусе рабочей головки 5 над полостью 15, МРЖ переходит в вязкопластическое состояние, принимая в полости 15 форму сгустка 18 МРЖ, имеющего площадное пятно контакта с поверхностью обрабатываемой детали и поджимаемого своей торцевой рабочей поверхностью под давлением МРЖ к поверхности обрабатываемой детали 2.

Источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного может представлять собой электромагнит постоянного тока, содержащий выполненный из магнитомягкого материала тороидальный сердечник 1, охватывающий корпус рабочей головки над полостью 15, тороидальную катушку медного провода и электрические выводы, подключенные к блоку 14 питания источника 11 магнитного поля. При этом компьютер 12, подавая периодически команды на включение на требуемый промежуток времени электромагнита, затем на отключение последнего, создает, таким образом, в зоне обработки импульсы прерывистого магнитного поля, тем самым создавая условия для управляемого существования в полости 15 рабочего сгустка 18 МРЖ со временем жизни, определяемым временем действия на него магнитного поля, причем в процессе обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, при этом время наложения магнитного поля соответствует сеансу обработки, а время его отсутствия - сеансу замены в зоне обработки МРЖ.

Отсос из полости 15 отработавшей МРЖ производится после снятия магнитного поля, когда сгусток 18 МРЖ при отсутствии магнитного поля переходит снова из вязкопластического состояния в жидкотекучее и по отводу 17 в корпусе рабочей головки 5 и соединяющему трубопроводу насосом 8 откачки отводится в резервуар 6.

Способ магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом реализуется в следующей последовательности.

Весь процесс финишной обработки обычно осуществляется в несколько последовательных технологических сеансов обработки с чередованием процессов промежуточного контроля поверхности обработанной во время предыдущего сеанса детали и корректировки программы обработки на последующий сеанс.

В ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия.

При проведения интерферометрического контроля качества поверхности предварительно обработанной оптической детали 2 строится топография поверхности, на основании которой рассчитывается программа последующего технологического сеанса обработки оптической детали на автоматизированном доводочном станке серии АД.

После интерферометрического контроля обрабатываемую деталь 2 устанавливают на столе 1 станка, а в компьютер 12 вводится необходимая программа рассчитанного технологического сеанса формообразования поверхности оптической детали 2. Рабочая головка 5 по команде от компьютера 12 подводится к поверхности обрабатываемой детали 2 до получения от датчика 13 перемещения команды на остановку рабочей головки 5, после чего компьютером 12 подается команда на электромагнитный клапан 9 и МРЖ из резервуара 6 насосом 7 подачи поступает через канал 19 в полость 15, следующая команда от компьютера 12 отключает клапаном 9 подачу МРЖ в рабочую головку 5, замыкая насос 7 напрямую на резервуар 6, и включает источник 11 импульсного (прерывистого) магнитного поля, после чего МРЖ в полости 15 переходит в вязкопластическое состояние, принимая форму сгустка 18, прижимаемого своей торцевой рабочей поверхностью под давлением МРЖ создаваемым насосом 7 подачи в систему подготовки и подачи МРЖ к поверхности обрабатываемой детали с созданием площадного пятна контакта с ней. Процесс обработки ведется при сообщении рабочей головке 5 от механизма 4 плоскопараллельного кругового движения (координата S) с эксцентриситетом относительно оси шпинделя 3 и перемещения относительно приводимой во вращение обрабатываемой детали 2 по заданной программе технологического сеанса обработки, при этом сгусток 18 МРЖ в течение времени действия импульса магнитного поля выполняет функцию малого инструмента с площадным пятном контакта с обрабатываемой поверхностью и производит рабочий съем материала с подлежащей обработке поверхности обрабатываемой детали 2.

В процессе обработки в ходе каждого технологического сеанса обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента, представляющего образующий площадное пятно контакта своей торцевой поверхности с поверхностью обрабатываемой детали сгусток МРЖ, заключенный в ограниченной по объему внутренней полости в корпусе инструмента.

Процесс обработки с помощью МРЖ жидкости сформированным малым инструментом производится методом «свободного притира».

По окончании времени действия импульса магнитного поля (промежуток времени 5-30 мин) магнитное поле исчезает, процесс обработки прерывается, сгусток 18 МРЖ при отсутствии магнитного поля переходит снова из вязкопластического состояния в жидкотекучее и по соединяющему трубопроводу насосом 8 откачки отводится в резервуар 6, а в полость 15 одновременно поступает по подводящему каналу 16 из резервуара 6 под давлением свежая МРЖ, которая при приходе следующего импульса магнитного поля переходит также в вязкопластическое состояние с образованием под действием магнитного поля на время действия импульса нового сгустка 18, который выполняет функции локального инструмента, и процесс обработки возобновляется и продолжается до окончания действия магнитного поля.

Процессы включения магнитного поля и отключения отсоса МРЖ из полости 15 и наоборот отключения магнитного поля и подачи МРЖ в полость 15 из резервуара 6 синхронизированы по времени.

Дальше процесс повторяется в соответствии с заложенной в компьютере станка программой технологического сеанса обработки. Такой цикл повторяется с периодичностью, зависящей от длительности сеанса обработки поверхности, размеров инструмента и обрабатываемой детали, а также от заданных параметров качества поверхности обрабатываемой детали.

В процессе обработки система управления работой станка через промышленный компьютер 12 с помощью датчика 13 перемещения в зоне обработки постоянно отслеживает и поддерживает постоянной заданную величину рабочего зазора, управляя перемещением рабочей головки 5 по координате Z. Во время обработки происходит растаскивание МРЖ по обрабатываемой поверхности, вследствие этого уменьшается зазор между инструментом и обрабатываемой поверхностью. Величину зазора отслеживает датчик 13 перемещений, который в соответствии с заданными параметрами выдает сигнал на систему управления и система выдает вышеуказанную последовательность управляющих команд.

В ОАО «НПО «Оптика» были проведены сравнительные исследования взаимодействия МРЖ при точечном и площадном пятнах контакта с обрабатываемой оптической поверхностью. Исследования проводились на детали 160 мм, материал стекло К8.

При исследовании взаимодействия МРЖ при точечном пятне контакта с обрабатываемой поверхностью было проведено несколько технологических сеансов обработки на станке АД-1К.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что предложенный способ магнитореологической обработки оптической поверхности с использованием электромагнитного инструмента с площадным пятном контакта по сравнению с методом точечного контакта:

Сокращает время доводки оптических деталей;

Использование набора электромагнитных инструментов различных диаметров в процессе технологических сеансов обработки дает возможность получения оптических поверхностей дифракционного качества (с.к.о. /100 и выше, R Z до 5 A°);

Позволяет производить доводку высокоточных крупногабаритных оптических деталей диаметром до 3-х метров на автоматизированных станках серии АД;

Данный метод не критичен к использованию прецизионных станков.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ".

Источники информации

1. Патент РФ № 1776544, МПК: B24B 13/06, 1991 г. "Способ формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей".

2. Патент США № 5795212, МПК: B24B 1/00; B24B 37/04; B24B 39/02; H01F 1/44, Опубл. 18.08.1998 г. ((Deterministic magnetorheological finishing». (прототип).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ магнитореологической обработки поверхностей оптических деталей малым инструментом, включающий проведение обработки по заданной программе, составленной по результатам измерения предварительно обработанной детали, с разбивкой процесса обработки на несколько последовательных технологических циклов и с корректировкой программы обработки в каждом цикле после контроля поверхности детали в предыдущем цикле, при этом обрабатываемую деталь приводят во вращение вокруг своей оси, в зону обработки попеременно подают под давлением и отводят магнитореологическую жидкость (МРЖ), а обработку ведут инструментом, формируемым в виде сгустка МРЖ, находящейся в зоне обработки и переведенной в вязкопластическое состояние под действием накладываемого на нее магнитного поля, отличающийся тем, что в ходе каждого технологического цикла обработки производят чередование периодов наложения магнитного поля на МРЖ и периодов его снятия, причем в процессе обработки на поверхность обрабатываемой детали воздействуют торцевой поверхностью инструмента в виде сгустка МРЖ, заключенного в ограниченной по объему внутренней полости корпуса инструмента, с обеспечением контакта с поверхностью обрабатываемой детали, характеризуемого заданной площадью пятна контакта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наложение магнитного поля на МРЖ осуществляют прерывистыми импульсами постоянного магнитного поля, создаваемого электромагнитом постоянного тока.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что чередование периодов наложения магнитного поля и периодов его снятия производят посредством включения и выключения питания рабочим током обмоток электромагнита постоянного тока.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструмент располагают над обрабатываемой деталью.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инструменту во время обработки сообщают плоскопараллельное движение относительно обрабатываемой поверхности.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе обработки контролируют и поддерживают постоянным положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности детали.

Цель полирования заключается в том, чтобы придать используемой поверхности требуемую прозрачность и значения N, DN, P. Процесс полирования стекла водными суспензиями полирующих порошков имеет более сложную, чем шлифовальные физико-химическую природу. При полировании требуется достичь шероховатости поверхности не более 3-5 сотых долей мкм. В соответствии с ГОСТ 2789-73.

Наружный рельефный слой, образованный шлифованием, удаляется полированием полностью, а трещиноватый частично остаётся, но трещины на поверхности заполировываются частицами гидролизированного стекла и не мешают прохождению света через него.

Внешне картина процесса полирования происходит так. Зёрна полирующего порошка, состоящего главным образом из окислов церия или железа, имеют размеры 0,2 – 2 мкм, они взвешены в воде и находятся между притирающими поверхностями полировальника и стекла.

По сравнению со шлифующими, зёрна полирующих порошков имеют меньшую твёрдость и менее резко выраженные абразивные свойства самозатачивания при раскалывании. О раскалывании и притуплении зёрен полирующих порошков, в большинстве случаев имеющих размеры 0,2 – 1,0 мкм, можно судить лишь по второстепенным косвенным признакам.

Полировальник имеет смоляной рабочий слой. Площадки поверхностных неровностей шлифованной поверхности стекла и смоляной поверхности полировальника значительно больше размеров зёрен полирующего порошка. Но на стекле неровности шлифованной поверхности имеют микрогеометрическую характеристику, а на смоле – макрогеометрическую. Рабочая поверхность вязкого смоляного полировальника, пластически деформируясь, выглаживается по микронеровностей шлифованной поверхности.

Вода, в которой взвешены зёрна, в первые моменты подачи суспензии оказывает гидростатическое противодавление наружу, а затем растекается и зёрна закрепляется, адсорбируясь в наружном слое смолы. Часть зёрен, ещё не закрепившихся в смоле, перекатывается, или закрепившись на мгновение, продолжает движение по направлению вектора относительной скорости .

Зёрна срезают вершины рельефного слоя, которые сразу становятся гладкими полированными. В дальнейшем размеры полированных площадок увеличиваются, высота неровностей уменьшается до свойственных 13-14му классам шероховатости.

Перекатывающиеся зёрна, закрепляясь (адсорбируясь) в смоле, и одновременно в остатках каверн, порах и бороздах, на отполированных элементарных площадках стекла как бы склеивают их с поверхностью полировальника и в дальнейшем при относительном перемещении сдирают кусочки коллоидной плёнки, образующейся на поверхности стекла под химическим воздействием воды.

Остаточные неровности полированной поверхности меньше 0,03 мкм, т.е. меньше длины волны видимого излучения, так как размер части зерна, проникающей в стекло, не превышает 0,3 мкм.

Пластические свойства смолы, удерживающей зёрна, и коллоидной плёнки способствуют тому, что работа зёрен полирующего порошка не сопровождается появлением царапин с рваными краями и растрескиванием стекла в ширину и в глубину. Благодаря пластическим свойствам коллоидной плёнки кремневой кислоты борозды, образующиеся от снятия ""стружки"", затягиваются. Оставшиеся от шлифования трещины заполняются коллоидными продуктами гидролиза стекла.

Для технологических и конструкторских расчётов принимают, что кинетическая энергия, расходуемая в относительном движении элементов кинематической пары стекло-инструмент, идёт на преодоление сопротивления стекла резанию его зёрнами полирующего порошка. Элементарные силы на каждом зерне и интегральное усиление резания полирования имеют статический характер.

Интегральная сумма элементарных сил образует усилие взаимодействия стекла с инструментом, которое является полезной нагрузкой станка при полировании. При полировании удаляется небольшой, но вполне ощутимый слой припуска, также как это было сделано в отношении шлифования.

При полировании химический процесс проявляется в том, что вода, действуя на стекло, образует коллоидную плёнку. Толщина плёнки растёт быстро в зависимости от химической стойкости стекла данной марки, достигая предельной толщины приблизительно за одну минуту. Раньше считали, что процесс полирования может идти при взаимодействии зёрен только с коллоидной плёнкой, но теперь режимы обработки стали так интенсивны, что плёнка не успевает образовываться и зёрна полирующего порошка воздействуют на стекло, не имеющее поверхностной плёнки. Доказано, что и в этом случае образуется поверхность полированная 13-го и 14-го классов шероховатости.

Таким образом, механическое воздействие зёрен имеет преобладающее значение и его усиление увеличивает эффективность полирования стекла. При полировании с помощью механических воздействий можно управлять процессом образования поверхности с заданными значениями N, и Р.

На полированной поверхности, кроме неровностей, значения которых оговорены 13-м и 14-м классами по ГОСТ 2789 – 73, всегда могут быть дефекты. Дефекты шероховатости остаются от шлифованной структуры или появляются в виде царапин на поверхности обработанной детали.

Царапины в процессе полирования образуются при попадании под инструмент частиц более твёрдых и крупных, чем зёрна полирующего порошка. Размеры дефектов чистоты полированных поверхностей оптических деталей нормируются и указываются соответствующими значениями в ГОСТе 11141 – 76.

Полирование выполняют на тех же станках, что и шлифование, но при меньшей частоте вращения рабочих органов. Шлифование длится минуты, а полирование – часы, т. е. Время приблизительно в 20 раз большее времени шлифования.

Рис.13.1 Схема работы закреплённого абразивного зерна

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

РЕФЕРАТ

На тему:

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ

ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (общие основы)»

МИНСК, 2008

Основные технологические операции

Технологический процесс изготовления оптических деталей состоит в обработке их рабочих и крепежных поверхностей. Заготовкам (кусковое стекло, плитки, прессовка и др.) придают нужные размеры, а поверхностям - структуру соответственно с их назначением

При составлении наиболее целесообразного технологического процесса должны учитываться вид сырья, количество деталей в партии, имеющиеся технические средства (оборудование, инструмент и др.) и требуемая точность изготовления. Обработку многих оптических деталей можно разбить на несколько основных этапов, каждый из которых имеет определенное назначение.

Заготовка. Заготовительные операции - это удаление лишнего материала, придание заготовке детали точной формы, выдерживание нужных размеров, обеспечение нужной структуры поверхности (матовости) для последующей мелкой шлифовки.

Если при шлифовке имеется избыток воды - зерна смываются, давление на каждое оставшееся зерно возрастает, происходит их раздавливание или заклинивание. При этом неизбежны царапины и выколки. Избыток абразива, мешая зернам свободно перекатываться, вызывает царапины, снижает производительность. Шлифование наиболее производительно при распределении абразивных зерен в один слой.

Рис.1. Схема образования децентрировки:

а - перекос оси столбика заготовок; б - смещение центра сферической поверхности

Рис. 2. Децентрировка в линзе:

а - оптическая ось параллельна геометрической оси; б - оптическая ось под углом геометрической оси

Рис. 3 Схематическое изображение

Рис.4. Автоматическая установка линзы сжатием между патронами:

1-линза; 2-патроны

Установка линзы на патроне перед центрировкой производится оптическим или механическим способом.

Оптический способ - установка по «блику» на глаз или под оптическую трубку. Линза закрепляется центрировочной смолой на вращающемся патроне в положении, при котором обеспечена неподвижность изображения нити лампы или изображения «блика» в оптической трубке.

Склейка. Задачей склейки является получение жестко скрепленной и центрированной системы.

Вспомогательные технологические операции

Наиболее ответственная вспомогательная операция блокировка - соединение деталей или заготовок с приспособлением (наклейкой, механическим способом, методом оптического контакта, вакуумным креплением, посадкой в сепараторы и др.) для совместной дальнейшей их обработки. Сочетание приспособления и закрепленных на нем деталей или заготовок называется блоком. От правильного выбора способа блокировки, в зависимости от размеров и формы деталей, заданной точности зависит в большой степени качество изделия и экономичность технологического процесса.

Блокировка должна обеспечить:

1) закрепление максимально большого числа заготовок;

2) удобство обработки на данной операции (например: шлифовке, полировке);

3) удобство производить в процессе работы необходимые замеры;

4) надежность крепления при наиболее интенсивном режиме работы;

5) отсутствие механических повреждений и деформаций заготовок или деталей;

7) простоту и быстроту блокировки и разблокировки.

В оптическом производстве применяется несколько способов блокировки. Однако самым распространенным до сих пор является способ эластичного крепления.

2. Зачистка второй обрабатываемой поверхности линзы

3. Притирка линз к тщательно зачищенной поверхности притирочного приспособления (гриб, чашка, планшайба).

4. Приклейка деталей к наклеечному приспособлению.

5. Охлаждение блока.

Толщина слоя смолы после охлаждения должна быть 0,1- 0,2d (d - диаметр линзы), но не менее 1 мм (для линз малого диаметра). Так, например, для линзы диаметром 30 мм высота смоляной подушки 3-6 мм. Диаметр смоляной подушки равен диаметру детали и делается с небольшой конусностью для удобства блокировки (рис. 5). Разблокировка производится в холодильнике, а иногда просто деревянным молоточком.

Рис. 5. Вид смоляных подушек

Рис. 6. Схема наклейки (жесткий и полужесткий методы):

а - жесткий метод; б - полужесткий метод; в - наклейка на смоляные выступы

(1 - линза; 2 - просмоленная матерчатая прокладка; 3 - сферическая пластинка;

4 - смола; 5 - приспособление наклеечное);

Рис. 7. Схема гипсовки:

Для обеспечения зачистки блока пространство между призмами до заливки засыпают мелко просеянными сухими древесными опилками, а металлический обод ставится на 3-4 пластинки толщиной 2-3 мм. Для защиты от влаги и осыпания гипса зачищенное пространство покрывают расплавленным парафином.

Метод оптического контакта . При обработке деталей с точными поверхностями (до 0,05 кольца), угловыми размерами 1-2”, параллельностью 1 -10” (точные пластины, зеркала, клинья, призмы) применяется крепление оптическим контактом. При этом отполированные «с цветом» 0,5-2 кольца поверхности деталей тщательно очищаются и обезжириваются (спирт, эфир, беличья кисточка, батистовые салфетки) и плавно опускаются и прижимаются к также тщательно подготовленной полированной поверхности контактного приспособления. Нажим производят до исчезновения интерференционной картины. Промежуток между деталями замазывают лаком, или раствором шеллака в ректификате.

Контактные приспособления могут быть разной формы и размеров (рис. 8) в зависимости от формы и размеров

Поверхность их должна быть отполирована с точностью до 0,1-0,5 кольца. Если необходима параллельность, ее выдерживают до 1-2”. Точность углов также выдерживается строго, так как от точности угловых размеров, параллельности и качества поверхности контактных приспособлений зависит качество изделия.

При снятии с контакта применяют разогрев или охлаждение. Тонкие детали (0,1-0,5 мм) можно аккуратно снять лезвием бритвы или каплей эфира, налитой на поверхность детали.

Рис. 9. Сепаратор: а - схема двусторонней шлифовки (1 - сепаратор; 2 - пластинки; 3 - шлифовальники); б-стеклянный сепаратор для механизированной доводки плоских деталей

Соотношение площади отверстий и целой части сепаратора определяется расчетом.

Изготовление комплекта шлифовальников

Рис. 10. Схематические изображения изменения радиуса кривизны поверхности инструмента чашки (а) и гриба (б):

R 1 - радиус кривизны обдирочного инструмента; R 2 - радиус кривизны инструмента для средней шлифовки; R 3 - радиус кривизны инструмента для мелкой шлифовки

Радиусы кривизны чашек постепенно уменьшаются (рис. 10,а), а грибов, наоборот, увеличиваются (рис. 10, б).

Последовательность операции следующая.

2. На этом же инструменте блок шлифуется и полируется. Просматривается интерференционная картина («цвет»).

Рис. 11. Схема притирки:

а - поверхности малой кривизны; б - поверхности большой кривизны (D бл - диаметр блока)

5. Когда подготовлен последний шлифовальник, например для шлифовки микропорошком М10, производится подгонка (уже по притирке) шлифовальника, предшествующего последнему, например для шлифовки микропорошком М20. Для этого на нем шлифуют пробный блок и подгоняют его притирку к инструменту для последнего шлифования. Блоки с малой кривизной (с большими радиусами кривизны) должны притираться не менее чем на ¼ своего диаметра, а блоки большой кривизны на 1/6-1/7 диаметра (рис. 11). В производстве еще бытуют названия: «слабые радиусы» (большие радиусы кривизны), «сильные радиусы», или «крутые сферы» (малые радиусы кривизны). Эти названия применять не следует.

7. Каждый шлифовальник из комплекта шлифуется абразивом той крупности для которой он предназначен.

9. Планшайбы должны быть слегка выпуклыми, т.е. давать на детали небольшую «яму» около 2-3 мкм.

Контроль правильности формы поверхности производится пробным стеклом, стеклянной линейкой или прибором ортотест. Прибор устанавливают тремя опорными штифтами на планшайбу. Подвижной наконечник, находящийся в центре и соединенный со стрелкой, укажет величину прогиба. Отклонение стрелки вправо укажет наличие «бугра», влево - «ямы». Центральное положение стрелки на шкале циферблата (нулевое положение) означает хорошую плоскость. Шкала дает показания в микрометрах (мкм).

Изготовление полировальников

Смоляной полировальник . Соответствующий по форме и размерам инструмент (гриб, чашка, планшайба) разогревается и на него выливается расплавленная не до очень жидкого состояния смола. Иногда на разогретый инструмент насыпают размельченную в виде небольших комочков смолу и выравнивают ее специальной лопаточкой, выдерживая при этом нужную толщину и равномерность слоя по всей поверхности инструмента.

Полировка точных оптических поверхностей (полировка на смоле)

Смола в промежутках между линзами должна быть удалена.

Линзы без фасок, с острыми краями, с фасками обработанными крупными абразивами, могут дать

Рис. 12. Схема подрезки крайней зоны полировальника: а - при вращении полировальника; б - при неподвижном полировальнике

В процессе полировки для регулировки процесса учитывается ряд моментов.

Если блок (или деталь) находится внизу, то при взаимной притирке у него всегда будут больше срабатываться края, а если сверху - середина. Поэтому иногда меняют взаимное расположение блока и инструмента.

Таблица 1

Литература

1. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.

3. Прикладная оптика под редакцией Дубовика А.С Машиностроение, 2002. - 470 с.

4. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов Машиностроение, 1982. - 320 с.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

РЕФЕРАТ

На тему:

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ

ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ (общие основы)»

МИНСК, 2008

Основные технологические операции

Технологический процесс изготовления оптических деталей состоит в обработке их рабочих и крепежных поверхностей. Заготовкам (кусковое стекло, плитки, прессовка и др.) придают нужные размеры, а поверхностям - структуру соответственно с их назначением

Если при шлифовке имеется избыток воды - зерна смываются, давление на каждое оставшееся зерно возрастает, происходит их раздавливание или заклинивание. При этом неизбежны царапины и выколки. Избыток абразива, мешая зернам свободно перекатываться, вызывает царапины, снижает производительность. Шлифование наиболее производительно при распределении абразивных зерен в один слой.

Рис.1. Схема образования децентрировки:

а - перекос оси столбика заготовок; б - смещение центра сферической поверхности

Рис. 2. Децентрировка в линзе:

а - оптическая ось параллельна геометрической оси; б - оптическая ось под углом геометрической оси

Рис. 3 Схематическое изображение

Рис.4. Автоматическая установка линзы сжатием между патронами:

1-линза; 2-патроны

Установка линзы на патроне перед центрировкой производится оптическим или механическим способом.

Склейка. Задачей склейки является получение жестко скрепленной и центрированной системы.

Вспомогательные технологические операции

Блокировка должна обеспечить:

1) закрепление максимально большого числа заготовок;

2) удобство обработки на данной операции (например: шлифовке, полировке);

3) удобство производить в процессе работы необходимые замеры;

4) надежность крепления при наиболее интенсивном режиме работы;

5) отсутствие механических повреждений и деформаций заготовок или деталей;

7) простоту и быстроту блокировки и разблокировки.