БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
ЕФЕРАТ
На тему:
«Принципы изготовления пластин, линз, призм для ЭОС
»
МИНСК, 2008
1.
Изготовление пластин
Изготовление любой оптической детали начинают с выбора заготовки. Для крупносерийного и массового производства заготовкой является прессовка, а для единичного и опытного производства - кусок стекла. Прессовка по форме обычно похожа на деталь (линза, призма, пластина), но имеет припуск на обработку. Прессовки выпускают размером от 8 до 150 мм. Если же необходимо изготовить деталь меньшего размера, то делают кратную прессовку, из которой при дальнейшей обработке получают несколько деталей. Куски стекла имеют форму цилиндрических дисков или параллелепипедов любых размеров.
При любом типе производства заготовки последовательно проходят обработку сначала на заготовительном участке, затем на участке шлифования и полирования, а потом на других специальных участках.
На заготовительном участке заготовке придают форму и размеры, наиболее приближающие ее к детали. Здесь удаляют основной слой припуска. В серийном производстве обработку выполняют механизировано алмазным инструментом. В единичном производстве заготовительные операции часто производят вручную свободным абразивом на грибах, чашках и планшайбам.
Изготовление круглых пластин
. Схема технологического процесса изготовления круглой пластины средней точности и размеров показана на рис. 1. При изготовлении пластины из куска первой операцией является разметка куска. Разметку куска стараются выполнить так, чтобы получить из куска как можно больше деталей. Разметку проводят с помощью восковых или грифельных карандашей или карандашей «стеклограф» и металлической линейки.
При изготовлении круглых пластин (светофильтров, защитных стекол, клиньев) заготовками могут быть листы полированного стекла. В этом случае разметку производят, подкладывая под кусок стекла транспарант - лист бумаги с черными, четкими квадратами, который вычерчивают предварительно до разметки. После разметки куска стекла производят его разделение по нанесенным карандашом линиям. В зависимости от толщины куска стекла эту операцию выполняют распиливанием, раскалыванием или разрезанием. Разрезанные и распиленные заготовки наклеивают на планшайбу воском или парафином и шлифуют, удаляя основной слой припуска. Эту операцию называют также грубым шлифованием или обдиркой. Отшлифовав одну сторону, заготовки отклеивают с приспособления, переклеивают и шлифуют вторую сторону. Чаще всего эти операции производят на шлифовально-обдирочных станках типа ШО-1000,1500. После шлифования заготовки с двух сторон производят контроль ее толщины. Контроль выполняют штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм.
Рис. 1. Схема технологического процесса изготовления круглой пластины
При массовом производстве, когда заготовкой является прессовка, распиливание и разрезание не выполняют, а технологический процесс сразу начинают с операции шлифования параллельных сторон. После шлифования параллельных сторон и контроля толщины пластины производят склеивание заготовок в столбик. Заготовки диаметром до 10 мм склеивают наклеечными восками, а диаметром, меньшим 10 мм, - шеллаком. По бокам столбика часто приклеивают дополнительные стекла, назначение которых предохранять крайние заготовки в столбике от выколок при его шлифовании. Округливание столбиков производят на круглошлифовальных станках, столбики диаметром менее 10 мм - на бесцентрово-шлифовальных станках ВШС-10.
Если заготовкой служит прессовка, имеющая круглую форму с размерами не менее 40-50 мм и отшлифованные параллельные стороны, то склеивание в столбик перед округлением не производят. В этом случае заготовки укладывают параллельными сторонами друг к другу па металлический лоток, имеющий форму угольника, и в таком виде зажимают в центрах круглошлифовального станка через металлические и войлочные прокладки. Такой способ сборки столбика намного производительнее, так как время на склеивание, охлаждение и расклеивание столбика и последующую промывку заготовок от воска не затрачивается. После округливания, не снимая столбик со станка, производят контроль его диаметра. Контроль выполняют с помощью скобы или микрометра.
После округливания, если детали были склеены в столбик, производят расклеивание столбика и промывку заготовок от клеящего состава. Расклеивание осуществляют нагреванием на электроплите, а промывку - бензином, ацетоном или в горячих щелочных ваннах.
Последней операцией, выполняемой на заготовительном участке, является фасетирование. На круглых пластинах наносят двусторонние технологические фаски в чашках. Фаски наносят такими, чтобы после шлифования и полирования параллельных поверхностей пластины их размер стал бы равным размеру, предусмотрен ному чертежом. Контроль фасок осуществляют линейкой или с помощью специального прибора - фаскомера.
Результаты расчетов наклеечных приспособлений для Dи/dз
| Dи/dз
|
Число зон | Число пластин в зонах |
Количество пластин на блоке, Σh
|
m | n |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1,0 | - |
| 2,2 | 1 | 3 | 3 | 2,2 | - |
| 2,48 | 1 | 4 | 4 | 2,48 | - |
| 3,1 | 2 | 1+6 | 7 | 3 | 2 |
| 4,2 | 2 | 3+9 | 12 | 4,2 | - |
| 4,58 | 2 | 4+10 | 14 | 4,48 | 2 |
| 5,20 | 3 | 1+6+12 | 19 | 5 | 4 |
| 6,30 | 3 | 3+9+15 | 27 | 6,2 | 2 |
| 6,68 | 3 | 4+10+17 | 31 | 6,48 | 4 |
| 7,30 | 4 | 1+6+12+18 | 37 | 7 | 6 |
| 8,40 | 4 | 3+9+15+22 | 49 | 8,2 | 4 |
| 8,78 | 4 | 4+10+17+23 | 54 | 8,48 | 6 |
После заготовительного участка пластины поступают на участок шлифования и полирования. Обработку па этом участке начинают с блокирования пластин. Блокирование осуществляет рабочий - оптик в соответствии с расчетом блока, который предварительно выполнен технологом цеха. Для определения числа и рас положения пластин на блоке, при любых способах блокирования производят расчет (табл.1) наклеечных приспособлений - планшайб. Расчет ведут для трех различных случаев расположения пластин (рис.2) в центре блока: одной (а),трех (б)и четырех (в).Размер промежутков между зонами и пластинами в зонах выбирают от 0,5 до 3 мм в зависимости от диаметра пластин. Диаметр планшайбы определяют из формулы , где т
и п -
безразмерные коэффициенты.
Если число зон на блоке меньше 5 - 6, то наклеивание пластин начинают с центральной зоны, помещая в ней одну, три или четыре заготовки. Если же зон много, то заготовки наклеивают, начиная с крайней зоны.
В зависимости от назначения допустимой неплоскостности по N и ΔN, соотношения толщины t
и диаметра d3
пластины применяют несколько способов блокирования. При и N>5 пластины крепят эластично, нанося смолу или воск по всей поверхности пластины. При и блокирование осуществляют на точках - смоляных подушечках. При и применяют наиболее точный метод крепления - оптический контакт.
Рис.2. Схемы расположения заготовок на блоке
Блоки шлифуют на шлифовально-полировальных станках ШП, начиная свободным абразивом М28 и заканчивая абразивом не мельче М7. Обработку ведут в несколько переходов. Для среднего и мелкого шлифования часто применяют один шлифовальник. При шлифовании выдерживают толщину и клиновидность пластин. Клиновидность определяют как разнотолщинность пластин по краю. Обычно ее величина не более допуска на толщину пластины. Если клиновидность превышает допустимую величину, то ее устраняют, усиливая шлифование толстого края блока дополнительным давлением. Пластины с дефектами по классам чистоты и значением N
>10,
являющиеся подложками для нанесения сеток и шкал, полируют суконными полировальниками.
Шлифованные плоские поверхности контролируют по дефектам чистоты и оптической притирочной линейкой на неплоскостность, а полированные - пробными стеклами или на интерферометре, определяя и .
Отполированные поверхности пластин после контроля лакируют и разблокировывают. Операция лакирования заключается в нанесении на полированную поверхность пластин, еще не снятых с блока слоя нитроэмали. Нитроэмаль наносят кистью. Нитроэмаль должна быть любого темного цвета для того, чтобы при контроле другой стороны пластины и наложении пробного стекла лучше была видна интерференционная картина.
Рис.3. Доводка точных пластин в сепараторах.
После окончания обработки первой стороны пластины разблокировывают и ведут в той же последовательности обработку второй стороны, контролируя при этом N2
, ΔN2
, P2
.
После завершения всех операций на участке шлифования и полирования пластины проходят промывку. Промывку от нитроэмали осуществляют ацетоном в специальных ваннах при интенсивной направленной вентиляции. Для убыстрения процесса промывки пластины “замачивают” на несколько часов в ацетоновой ванне или применяют ультразвуковые промывочные ванны. Для серийного и массового производства применяют автоматические и полуавтоматические промывочные машины. Промытые пластины контролируют и, если они имеют дефекты оптической чистоты, выходящие за требования соответствующего класса, передают на переполировку, а иногда и перешлифовку поверхностей.
Для деталей, имеющих высокие требования к плоскостности полированной поверхности и применяют доводку в сепараторах. Сепаратор представляет собой диск (рис. 3, а)из стекла ЛК5, ЛК7 или К8 диаметром мм и толщиной мм. Рабочая поверхность сепаратора выполнена с точностью и . В диске имеется несколько отверстий, каждое из которых на 5 - 10% больше, чем диаметр обрабатываемых пластин. Отверстия в диске для деталей расположены на разных угловых расстояниях друг от друга и на различных расстояниях от центра .
Сепаратор 2 устанавливают на полировальник 1 шлифовально-полировального станка (рис. 3,б). В отверстия сепаратора укладывают пластины 3, предварительно отполированные с и . Чтобы на торцах пластин не появились выколки при доводке, стенки отверстий сепаратора обклеивают резиной 4.
На каждую пластину помещают груз 5. Если необходимо устранить клиновидность пластины при ее доводке в сепараторе, то груз 5 смещают от центра пластин. Пластины кроме движений, совершаемых вместе с сепаратором, вращаются вокруг своей оси в отверстиях сепаратора. Процесс доводки пластин заключается в полировании с помощью обычных технологических приемов.
При движении сепаратора по полировальнику он своей рабочей поверхностью формует полировочную смолу, разравнивая ее и передавая ей точную плоскую форму поверхности, которую имеет сам. Пластины, перемещаясь по поверхности полировальника,
принимают эту форму. Процесс доводки происходит медленно, так как на каждой из пластин лежит груз небольшой массы, а режимы доводки на полировально-доводочных станках не интенсивные. Подачу полировальной суспензии в зону обработки производят вручную.
При длительной работе поверхность сепаратора теряет точность, срабатываясь на бугор или яму, поэтому его правят, т. е. восстанавливают первоначальную точность переполировываиием. Правку сепаратора производят 1 - 2 раза в месяц по необходимости.
Рис.5. Схема технологического процесса изготовления линз средней точности
После участка шлифования и полирования пластины передают на участок покрытий и другие участки. Затем, пройдя контроль ОТК цеха, где контролируют все параметры пластины, предусмотренные чертежом, детали поступают на склад готовой продукции цеха, откуда их передают в сборочные цехи завода.
Изготовление клиньев.
Заготовкой для клина служит плоскопараллельная пластина, заранее обработанная (округленная и полированная с одной стороны). Заготовки 3приклеивают смолой 6 к поверхности металлических сухарей 2, прикрепленных штифтами 4 к планшайбе 5 (рис.4,а),
Сухари имеют угол θ, выполненный с большей точностью, чем требуемый угол у клина. В таком виде собранный блок с заготовками обрабатывают - шлифуют свободным абразивом па станке ШП. При шлифовании выдерживают высоту Я, замеряя ее микрометром по бокам блока.
Для блокирования клиньев диаметром менее 40 мм применяют приспособление 1 квадратной формы, имеющее накладку 2 с продольными пазами, которые предварительно получены фрезерованием или шлифованием. В пазы приклеивают заготовки помощью смолы 6 (рис.4,б).
При изготовлении точных клиньев плоскостность полированных поверхностей должна выдерживаться с погрешностью . Контроль углов у полированных клиньев проводят на коллиматорных и автоколлиматорных приборах или на гониометрах с погрешностью до .
Рис. 4. Изготовление клина
Если пластины или клинья имеют прямоугольную форму, то у них предварительно обрабатывают боковые стороны, выдерживая при этом прямые углы и пирамидалыюсть. Обработку боковых сторон производят на заготовительном участке вместо операции округливания в то время, когда заготовки склеены в столбик. После обработки и расклеивания столбика производят фасетирование, называемое также гранением. Фаски на ребрах и трехгранных углах наносят с помощью алмазной планшайбы вручную на обдирочном станке.
2. Изготовление линз.
В зависимости от серийности выпуска продукции па заводе заготовками для производства линз служат прессовки или куски стекла. Прессовки применяют в массовом и серийном производстве в том случае, если линзы выпускают партиями более 500 - 1000 шт. Куски стекла используют при единичном производстве.
В зависимости от поминальных размеров, точности, выпускаемой партии, оборудования, имеющегося на заводе, и других условий выбирают технологический процесс изготовления конкретной линзы. Примерная схема технологического процесса изготовления в блоках линз средней точности и размеров представлена на рис.5.
Если заготовками для линз являются куски стекла, то они проходят на заготовительном участке ряд операций для приближения с учетом припуска по размерам и формам к заданной детали. К таким операциям относят разметку, распиливание, шлифование сторон, склеивание в столбик, округливание, расклеивание и промывку. Если линзы изготовляют из прессовок, то эти операции не выполняют (рис.5).
Заготовки линз обрабатывают поштучно или блоками. Если диаметр линзы d
не превышает 80 мм, а стрелка прогиба сферической поверхности составляет не более 0,5d, то в серийном производстве такие линзы шлифуют и полируют блоками.
Расчет блоков
. Блокирование линз - это вспомогательная операция, которая заключается в соединении группы одинаковых линз на одном приспособлении для дальнейшей их совместной обработки. Блокирование применяют для повышения производительности труда, а также повышения точности обработки каждой линзы.
Прежде чем произвести блокирование, рассчитывают блок. Расчет блока заключается в определении числа заготовок линз в зонах и всего на блоке, а также основных размеров блока. Исходными данными для расчета сферического блока являются радиус R
обрабатываемой поверхности линзы, диаметр Dб
и высота Hб
, диаметр линзы dи расстояние между ними f, предварительно выбранное исходя из условий обработки и типоразмера станка (рис.6). В большинстве случаев высота блоков ограничивается размером Hб
= 0,85Rб
, чтобы уменьшить неравномерность обработки краевых и центральных зон. При значениях радиуса мм применяют полусферические блоки с Hб
=Rб
.
Заготовки на блоке размещают, начиная от его центра, а затем располагают концентрическими зонами. Число заготовок в первой центральной зоне определяет угловые размеры последующих зон блока. Для равномерного заполнения поверхности блока заготовками и лучшего формообразования их оптических поверхностей в первой зоне помещают одну, три или четыре заготовки так же, как и для пластин (см. рис.2).
Расчет блока проводят для этих трех случаев и выбирают вариант, при котором размещается наибольшее число линз. Блоки рассчитывают тригонометрически, графически или по номограммам.
Рис.6. Расчет блока линз
Перед блокированием все заготовки линз обязательно проходят операцию шлифования сферических поверхностей. Если заготовкой линзы является прессовка, которую будут блокировать жестко, то у такой линзы шлифуют только одну базовую сферическую поверхность. Этой поверхностыо линзу приклеивают к наклеечному блоку. Шлифование сферической поверхности производят на сферошлифовальных станках типа «Алмаз-70» алмазным трубчатым инструментом поштучно с креплением заготовки в цанге.
Если заготовки в дальнейшем будут блокировать эластично, то они проходят двустороннее шлифование сферической поверхности на станках типа «Алмаз-70» с последующим контролем толщины заготовки по центру и радиусов ее сферических поверхностей R
.
Толщину измеряют индикатором или микрометром, а радиус - с помощью притирочного инструмента. Иногда после этого на линзы наносят технологические фаски.
Блокирование
. Блокирование линз выполняют эластично или жестко. Корпус наклеечного приспособления изготовляют из чугуна СЧ 12-28, стали 20 и сплава АЛ2 при мм.
Эластичное блокирование применяют для линз с размерами tц
/d≥1/6,
с значениями и допуском на толщину до 0,01 мм.
При блокировании заготовки приклеивают толстым слоем смолы на корпус наклеечного приспособления, имеющего форму гриба или чашки. Радиус наклеечного приспособления для блокирования выбирают из соотношения , где и - толщина соответственно по центру заготовки и смоляной подушки (см. рис.6). Высота наклеечного приспособления . Перед блокированием изготовляют смоляные подушки в виде усеченного конуса и приклеивают их к заготовкам.
Эластичное блокирование - простой и универсальный метод; применяют при обработке линз с погрешностью до одного кольца и допуском на толщину 0,01 мм. Однако этот метод обладает следующими недостатками: во-первых, он не применим при обработке тонких линз (tц
/d≤1/6), так как большая масса смолы на смоляных подушках сильно деформирует оптическую деталь при наклеивании; во-вторых, необходимо выполнять предварительное одиночное двустороннее шлифование линз.
Тонкие линзы, изготовляемые серийно, блокируют жестко. При жестком блокировании для каждого типоразмера линз необходимо специальное наклеечное приспособление, поэтому этот метод применяют в серийном и крупносерийном производстве. Наклеечные приспособления изготовляют из алюминиевых сплавов или термостойкой пластмассы и имеют точно обработанные площадки для крепления линз.
Вместе с прессовками на наклеечное приспособление в центре и на краю блока наклеивают «маяки». «Маяками» называют линзы, у которых на поверхности, подлежащей обработке, на
Подготовка инструмента
. Подготовка шлифовального инструмента заключается в доводке радиуса кривизны расшлифовыванием рабочих поверхностей грибов и чашек для каждого технологического перехода. Подготавливают весь комплект инструментов по переходам, необходимым для обработки линз, заданного радиуса. Расшлифовку поверхности инструмента производя: под пробное стекло или под сферометр.
Расшлифовку под пробное стекло начинают с инструмента, предназначенного для шлифования самым мелким абразивом. Инструмент устанавливают в шпинделе станка ШО или ТИП и подгоняют его рабочую поверхность шпажкой или абразивным бруском вручную, прижимая их и перемещая от центра вращающегося инструмента к его краю, под шаблон заданного радиуса, после чего блокируют на нем блок линз. Шлифуют блок этим же инструментом, делая последний переход абразивом М7, прополировывают и контролируют поверхность линз пробным стеклом. Операцию подгонки инструмента повторяют до получения необходимых значений N
и ΔN
. После изготовления шлифовальника для мелкого абразива производят подгонку шлифовальника для предшествующего абразива. Изготовленный первоначально инструмент используют как притирочный для контроля на заготовительном участке. Блоки с радиусами кривизны, большими 70 мм, должны притираться к инструменту на 1/4 часть своего диаметра от края, а с радиусами кривизны менее 70 мм - на 1/6—1/7 диаметра. Таким образом налаживают весь комплект шлифовального инструмента
Расшлифовка под сферометр сводится к подгонке и расшлифовыванию инструмента по переходам и относительном контроле их кривизны с помощью сферометра, нулевое показание которого установлено по эталону. В качестве эталонов для сферометров используют пробные стекла ближайшего радиуса.
Шлифование.
Одиночные линзы и блоки шлифуют па станках типа ШП в несколько переходов в зависимости от размера деталей и блоков. Мелкое шлифование, как правило, производят в два перехода - абразивами М20 и М10. Для одиночных деталей и блоков, близких к полусфере,- в три перехода М28, М14, М7.
Абразивную суспензию для этих порошков составляют из одной части абразива и трех частей воды. Шлифование ведут до полного исчезновения следов предыдущей обработки с поверхности линз. Режим работы стайка при шлифовании выбирают в зависимости от диаметра блока, зернистости используемого абразива, метода подачи суспензии и других технологических факторов. Удельное давление выбирают около 0,30—1 Н/см2
. Окружная скорость нижнего звена от 0,6 для больших блоков, до 1 м/с для малых блоков.
Полирование.
Сферические поверхности полируют па шлифовально-полировальных станках методом пробных проходов. Полирование проводят таким образом, чтобы обеспечить все требования, предъявляемые к оптической детали – N, ΔN, Р.
Режимы и условия обработки выбирают в зависимости от заданной точности детали. Для деталей пониженной точности применяют интенсивные режимы и инструменты с подложкой из волокнистых материалов - сукна, войлока, фетра. При этом окружная скорость достигает 3 м/с, а удельное давление - 2,50 Н/см2
.
При полировании смоляным полировальником деталей средней точности применяют окружные скорости 0,5—1 м/с и давление 0,50—1,00 Н/см2
; для деталей высокой точности — 0,2—0,3 м/с и 0,20—0,50 Н/см2
.
Интенсивность съема стекла и формообразование заданной оптической поверхности регулируют настройкой станка и подрезкой смолы полировальника, при этом значения технологических факторов (температуры, вязкости смолы, способа подачи полированной суспензии и т. д.) стараются стабилизировать.
После полирования первой стороны линз их лакируют на блоке, разблокировывают и повторяют все операции технологического процесса для обработки второй стороны. После окончательного разблокировывания и промывки линзы поступают на операцию центрирования.
Центрирование линз.
Центрирование линз - это операция по совмещению геометрической и оптической осей линзы. Децентричность С линзы возникает как результат накопления погрешностей на всех предыдущих механических операциях линзы, кончая ее полированием. Операцию центрирования линз выполняют в два перехода: совмещением оптической оси линзы с осью вращения шпинделя станка; шлифованием цилиндрической поверхности линзы до диаметра заданного размера, при котором геометрическая осьлинзы, т. е. ось ее симметрии, совмещается с осью вращения шпинделя и, следовательно, с оптической осью линзы.
Точность центрирования зависит от способа установки и крепления линзы и точности шлифования ее цилиндрической поверхности. При центрировании линзу устанавливают тремя способами: по блику; в самоцентрирующем патроне; по прибору.
Установку линзы по блику
применяют только в единичном производстве, когда надо центрировать линзу с погрешностью 0,04—0,1 мм. Установку производят приклеиванием центрируемой линзы 3
смолой 2
к трубчатому латунному патрону 1, закрепленному в шпинделе центрировочного станка (рис. 1Е2). Пока смола не застыла, линзу перемещают по торцу патрона (на рис.7показано пунктиром), совмещая ее оптическую ось с осью вращения шпинделя патрона 1. Контроль за правильностью
Рис.7. Схема центрирования по блику
Рис.8. Схема центрирования сжатием
установки линзы осуществляют наблюдением невооруженным глазом за положением блика от источника света S на поверхности линзы. При повороте шпинделя вручную блик должен не смещаться. Точность установки увеличивается, если контроль биения проводить с помощью автоколлимационной трубки.
Установку линз в самоцентрирующих патронах
осуществляют непосредственно на специальных центрировочных станках типа ЦС, работающих с алмазным шлифовальнымкругом в полуавтоматическом цикле. Центрируемую линзу 2 зажимают в шпинделях станка: между левым ведущим 1и правым 3,
который имеет осевое перемещение и с помощью пружины прижимает линзу к левому шпинделю (рис.8). На шпинделях закреплены стальные закаленные цилиндрические патроны, имеющие тонкие полированные рабочие кромки. В начальномположении оптическаяось линзы О1
О2
, линия, соединяющая центры кривизны сферических поверхностей, может быть смещенной относительно геометрической оси линзы А1
А2
.
Однако при зажиме линзы между шпинделями на линзу будет действовать сила Q
,
сдвигающая ее к оси вращения шпинделей до тех пор, пока линза не коснется всей кольцевой поверхности патронов. Это произойдет автоматически в момент совмещения оптической оси линзы с осью шпинделей. Величина сдвигающей силuQ зависит от кривизны (R1
и R2
)поверхностей линзы, характеризуемой углом , т. е. углом между касательными к сферическим поверхностям в точке их контакта с патронами. Угол должен: быть не менее 20°.
Погрешность центрирования линз описанным выше методом зависит от соосности и точности изготовления кольцевых кромок патронов, размеров и кривизны сферических поверхностей линзы и составляет 0,005 - 0,02 мм. Способ прост и высокопроизводителен.
Рис.9. Схема центрирования по прибору.
Установка линз по прибору
позволяет центрировать линзы с погрешностью до 0,003 мм, при этом необходим набор специальных оправок для различных типоразмеров линз. Схема установки линзы по прибору показана на рис.9.
Свет от коллиматора 6с сеткой 7 проходит через центральное отверстие патрона 4,
установленного в коническое отверстие стола 5.
На патрон смолой 3приклеивают линзу 2. Подогревая смолу до размягчения, передвигают линзу по кольцу оправки и добиваются такого ее положения, когда в поле зрения окуляра 1 изображение сетки 7 коллиматора попадет между допусковыми Δ рисками. При вращении оправки в гнезде стола 5изображение сетки не должно выходить за допусковое поле Δ. Охлажденные оправки с линзами снимают с прибора, помещают в тару и передают на центрировочные станки. Конус оправки 4соответствует посадочному конусу центрировочного станка, что обеспечивает совпадение оптической оси линзы с осью оправки и станка.
Шлифование цилиндрической поверхности
линзы производят после установки центрированной линзы на станке типа ЦС-50. Шлифование осуществляют алмазными кругами ЛПП. Частота вращения круга 2800об/мин, линзы - 57-200 об/мин. Обработку ведут на центрировочных станках, настроенных по упорам с автоматическим получением заданного размера. При шлифовании алмазный круг имеет автоматическую поперечную подачу на заготовку и осциллирующее движение вдоль оси вращения линзы. После обработки диаметр линзы контролируют скобой.
Фасетирование линз
. Фасетирование линз - это операция нанесения фасок в местах пересечения сферических и цилиндрических поверхностей линзы.
Фаски на линзах по своему назначению разделяют на технологические и конструктивные. Технологические предназначены для предохранения краев линзы от выколок во время обработки линзы на различных технологических операциях. Размеры технологических фасок на чертеже готовой детали не проставляют. Их указывают только в технологических картах. Конструктивные фаски обязательно указывают на чертеже линзы. Размеры конструктивных фасок зависят от способа крепления линзы в оправе и диаметра самой линзы. Если линзу крепят в оправе завальцовкой, то размеры фасок выдерживают от 0,1+0,2
мм для линз диаметром до 6 мм и до 1,0+0,5
для линз диаметром 50—80 мм. Если линзу в оправе не завальцовывают, то наносят предохранительные фаски для предотвращения выколок. Величина этих фасок меньше и лежит в пределах от 0,1+0,1
мм для линз диаметром до 6 мм и до 0,4+0,5
мм для линз диаметром 50-80 мм.
Фаски у линз не наносят со стороны выпуклой поверхности, если отношение диаметра линзы к радиусу кривизны равно или больше 1,5.
Технологические фаски наносят непосредственно после грубого шлифования (обдирки) линз на заготовительном участке (см. рис.5). В процессе дальнейшего шлифования и полирования сферических поверхностей эти фаски уменьшают, а после операции центрирования окончательно срезают.
Все виды конструктивных фасок наносят после центрирования линзы. Фасетирование выполняют несколькими способами. В мелкосерийном производстве - вручную спомощью алмазных фасетировочных чашек на станках типа ШО. Зернистостьсинтетического алмазного порошка М10. В центре фасетировочной чашки имеется отверстие для подачи воды. Так как сферическая поверхность линзы уже отполирована, то линзу 1держат - помощью вакуумной присоски и совершают вручную перемещения по поверхности фасетировочной чашки 2(рис.10). Радиус R сферической поверхности фасетировочной чашки для нанесения фаски под углом к боковой поверхности назначают из соотношения , где d
- диаметр линзы. Если угол фаски φ=-45°, то R=0,7d..
Рис.10. Фасетирование линз.
В крупносерийном производстве при снятии фасок размером 0,1-0,3мм обработку осуществляют на одношпиндельных обдирочных станках типа ОС-100 в специальном цанговом патроне, навинчиваемом на переходник шпинделя станка. Латунная цанга имеет посадочное место под линзу определенного диаметра. Фасетировочную алмазную чашку рабочий держит рукой, прикасается чашкой, к линзе и слегка покачивает.
В единичном производстве фасетирование проводят в чугунных чашках свободным абразивом.
В крупносерийном и массовом производстве линз операцию фасетирования совмещают с центрированием которое выполняют комбинированным алмазным кругом на центрировочном станке. Режущая кромка алмазного круга имеет цилиндрическую и коническую части, а сам круг для удобства его изготовления и правки делают составным.
После нанесения фасок па линзы наносят заданные чертежом покрытия, чаще всего просветляющие, если нужно, передают на склейку и окончательный цеховой контроль.
3. Изготовление призм
Примерная обобщенная схема технологического процесса изготовления наиболее распространенной прямоугольной призмы типа АР-900
из прессовки указана на рис.11. Конкретный технологический процесс зависит от конструкции, заданной точности выполнения углов и граней призм. Для призм сложной конструкции технологические процессы весьма различны и состоят из нескольких десятков операций. Для серийного и массового производства призм заготовкой является прессовка, а для единичного и опытного - кусок стекла. При изготовлении призмы из куска стекла технологический процесс будет включать в себя дополнительно операции разметки, распиливания, подшлифовывания сторон и т. д.
Обработку призмы из прессовки начинают с операции шлифования вспомогательных параллельных боковых поверхностей. Чаще всего ее выполняют на шлифовально-обдирочных станках типа ОС-1000, ОС-1500 абразивами № 6 и М28, на стайках типа СТШ-400, а также плоскошлифовальныхстанках типа ЗБ-756 с помощью алмазного инструмента. После шлифования параллельных сторон призм производят контроль с помощью скоб. Эти стороны у призм в дальнейшем не обрабатывают, их принимают за базы.
Для обработки исполнительных поверхностей и подгонки углов призм заготовки склеивают в столбик, длина которого по отношению к высоте призмы составляет 6:1.
В единичном производстве обрабатывают призмы одного типоразмера столбиками вручную, в серийном - одновременно но несколько штук в металлических приспособлениях.
Блокирование призм в приспособлениях осуществляют приклеиванием или зажимом. Точность выполнения угловых размеров пазов в приспособлении, по которым базируют призмы, должна быть выше заданной точности изготовления углов самих призм.
Рис.11. Схема технологического процесса изготовления призмы АР-900
в серийном производстве
На металлических приспособлениях обрабатывают призмы с погрешностью углов до 5-8´.
Для получения призм с погрешностью углов менее 1-2´применяют приспособления из шлифованных стеклянных призматических брусков, углы которых выполнены с погрешностью до 20".
Первую катетную грань столбиков, которая будет являться базовой при креплении их в приспособлении, обычно шлифуютвручную, выдерживая необходимую косину. Косина призм заключается в том, что ребра призмы остаются параллельными один другому, но не перпендикулярными (ε≠90°) боковым поверхностям (рис.12,а).
Контроль косины у отдельных столбиков призм выполняют угольником.
После шлифования катетной грани производят переблокировку в другом приспособлении и шлифуют гипотенузную грань, после чего контролируют угол 45° с помощью угольников.
После вторичного переблокирования и шлифования последней катетной грани производят контроль π и разности углов δ45
. Пирамидальность π- непараллельность отражающей грани и противоположного ей ребра - оценивают у столбика призм разностью размеров a
1
и а2
на концах столбика (рис.12,б), Δ
a
=
a
1
-
a
2
.
На блоке пирамидальность определяют как разность размеров h
1
и Н2
(на рисунке не показан), измеренных на двух концах столбика (рис.12,в).
Величину δ45
определяют таким же образом, но измерения h
1
и Н3
выполняют для столбиков, находящихся на противоположных сторонах приспособления.
Рис.12. Определение косины и пирамидальности
После обработки призм в столбиках наносят фаски на ребрах, контролируют углы 90°, 45° па приборе, расклеивают столбики и промывают призмы. Затем наносят фаски на остальных ребрах и трехгранных углах и, если требуется по чертежу, выполняют пазы, закругления, скосы и т. д. Последние обрабатывают алмазными инструментами в приспособлениях с механическим зажимом призм. Нанесение фасок, так называемое гранение призм, осуществляют на алмазной или чугунной планшайбе вручную на шлифовально-обдирочном станке.
На последующих операциях выполняют шлифование и полирование исполнительных поверхностей призм. Для шлифования и полирования призм с погрешностью угловых размеров до 6-8´ применяют крепление призм в блоке с помощью твердеющего раствора гипса.
Достоинствами гипсовки являются простота способа, возможность обработки различных по габаритным размерам и конфигурации призм в одном приспособлении, а также максимальное использование полезной площадки блока, дающее наибольший экономический эффект при обработке. Недостатки гипсования: длительность процесса, недостаточно высокая точность углов призм после обработки и загрязненность производственного участка отходами гипса. Невысокая точность обработки объясняется деформациями и разворотом призм в застывающем гипсовом растворе.
Перед разборкой блока выполняют контроль полированных поверхностей призм на интерферометре или пробным стеклом, определяя Nи ΔN. Контролируют класс чистоты Р, после чего полированные поверхности лакируют, призмы разблокировывают.
Для обработки двух других граней призмы последовательно повторяют операции технологического процесса (см. рис.11).
Рис.11. Контактное приспособление
Промывку полированных призм от защитного лака осуществляют аналогично промывке линз.
Для призм с неплоскостностью исполнительных поверхностей менее N
=1
и погрешностью углов до 2" применяют доводку призм в сепараторах, которую производят аналогично доводке пластин. Для доводки точных призм (с погрешностью углов 3-5´´) применяют специальные контактные приспособления. Приспособление представляет собой прямоугольную стеклянную пластину 8,
углы и поверхности которой обработаны с погрешностью 1-2´´(рис.13, а, в).
В центре пластины эпоксидным клеем 2 приклеен ниппель 1 для передачи движения от шарового пальца поводка станка. Призмы 4 полированной стороной крепят с помощыо оптического контакта к боковым поверхностям пластины 3.
Чтобы обрабатываемые поверхности призм 4 лежали в одной плоскости с поверхностью контактной пластины 3,
сборку всего приспособления производят на точно отполированной круглой пластине 5, которая часто является пробным стеклом. Сначала на нее устанавливают контактную пластину 3.
При этом сверху должна быть видна интерференционная картина. Затем на это же пробное стекло 5 кладут призмы той стороной, которую в дальнейшем будут обрабатывать. Видимая интерференционнаякартина говорит о том, что призма всей своей поверхностью лежит на пробном стекле.
Двигая призму к боковой поверхности контактной пластины 3,
добиваются того, чтобы она села на оптический контакт. При этом поверхность призмы, которая лежала на пробном стекле 5, немного приподнимается и интерференционная картина исчезает. После такой сборки контактного приспособления пробное стекло 5 удаляют, собранный блок устанавливают на планшайбу шлифовально-полировального станка и производят обработку (рис. 13,б).
Все приспособление вместе с призмами шлифуют микропорошком М10, а затем полируют. Углы готовых призм контролируют на гониометре или автоколлиматоре.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник конструктора оптико-механических приборов под редакцией Панова В.М., Машиностроение, 2000. - 742с.
2. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.
3. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и оптических систем. М. Логос, 2000. - 581 с.
4. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике, Высшая школа, 2003. - 591 с.
5. Прикладная оптика под редакцией Дубовика А.С Машиностроение, 2002. - 470 с.
6. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов Машиностроение, 2002. - 320 с.