Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
«Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ »
РЕФЕРАТ
На тему:
«ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ОБРОБКИ
ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ (загальні основи) »
МІНСЬК, 2008
Основні технологічні операції
Технологічний процес виготовлення оптичних деталей складається в обробці їх робітників і кріпильних поверхонь. Заготівлях (кускове скло, плитки, пресування та ін) надають потрібні розміри, а поверхнях - структуру відповідно до їх призначення
При складанні найбільш доцільного технологічного процесу повинні враховуватися вид сировини, кількість деталей в партії, наявні технічні засоби (обладнання, інструмент та ін) і необхідна точність виготовлення. Обробку багатьох оптичних деталей можна розбити на кілька основних етапів, кожен з яких має певне призначення.
Заготівля. Заготівельні операції - це видалення зайвого матеріалу, надання заготівлі деталі точної форми, витримування потрібних розмірів, забезпечення потрібної структури поверхні (матовості) для подальшої дрібної шліфування.
Операції для отримання напівфабрикату можуть бути найрізноманітнішими. Це нарізка скла, розпилювання, фрезерування, свердління, округлень, обдирання, середня шліфування, зняття фасок та ін Обробка проводиться абразивами у вільному або у зв'язаному стані (кола, фрези, алмазний металокерамічний інструмент). На багатьох операціях (сферошліфованіе, центріровку, фрезерування, фасетіровка) широко застосовується інструмент із синтетичних алмазів на металокерамічної зв'язці.
Допоміжні операції (наклейка, склейка, блокування та ін) служать для кріплення деталей на пристроях і групування їх для спільної подальшої обробки або для видалення всіляких забруднень (промивання, протирання).
Дрібна шліфування. Це підготовка поверхні оптичної деталі до полірування, тобто зняття припусків на заготівлі та доведення розмірів сторін до заданих за рахунок послідовної обробки абразивами різної крупності (так звані переходи). У результаті дрібної шліфування виходить матова фактура поверхні з дуже тонкою структурою.
Абразивні зерна при перекочування між склом і шліфовальніком своїми ріжучими крайками ушкоджують скло. Завдяки ударно-вібраційному дії зерен абразиву на склі утворюється пошкоджений поверхневий шар (виступи і раковістого злами), а під ним внутрішній тріщинуватий шар. Глибина тріщинуватого шару в кілька разів (4 і більше) більше глибини виколок поверхневого шару (дослідження Н. Н. Качалова, К. Г. Куманіна та інших вчених).
Якщо при шліфуванні є надлишок води - зерна змиваються, тиск на кожне зерно, що залишилося зростає, відбувається їх розчавлювання або заклинювання. При цьому неминучі подряпини і виколкі. Надлишок абразиву, заважаючи зернам вільно перекочуватися, викликає подряпини, знижує продуктивність. Шліфування найбільш продуктивно при розподілі абразивних зерен в один шар.
Швидкість обертання шпинделя впливає на частоту перекочування зерен і на їх ударно-вібраційне дію. Надмірне збільшення швидкості викликає, під впливом відцентрової сили, скидання ще не відпрацьованих зерен.
Величина сошліфовиванія пропорційна величині тиску. Практично граничним є такий тиск, при якому зерно роздавлюється (розчавлюють зусилля). Величина його залежить від міцності застосовуваного абразиву.
Встановлено, що вода викликає на поверхні скла хімічні процеси, в результаті яких створюються розклинюючі зусилля, що сприяють відділенню часток скла від оброблюваної поверхні
Поліровка. Це операція зняття залишилися нерівностей на поверхні оптичної деталі після дрібної шліфовки до отримання необхідного класу шорсткості і чистоти, а також до отримання заданої точності за площинності або кривизні оброблюваної поверхні. Процес заснований на спільній дії ряду факторів: механічних, хімічних та фізико-хімічних
Застосування різноманітних змочувальних рідин, як показали досліди, може прискорити або уповільнити хід процесу полірування. Доведено, що крем'янисті з'єднання скла під впливом води утворюють найтоншу (від 0,0015 до 0,007 мкм) плівку, припиняти доступ води до більш глибоких шарів скла і її хімічний вплив на них. Завдяки механічним силам ця плівка зривається, оголюючи свіжий шар скла, який знову піддається впливу води. У результаті утворюється новий шар плівки, який тут же зривається і т.д. Сама плівка здатна силами зчеплення утримувати на своїй поверхні частинки полірування матеріалу.
Як полірувального інструменту застосовують планшайби, гриби і чашки, на які наноситься шар смоли або волокнистих матеріалів
Для двостороннього полірування вітражних, дзеркальних, будівельних стекол, декорування сортовий скляного посуду велике значення має вдосконалення способів хімічної (кислотної) обробки поверхні скла травленням. Цей метод може застосовуватися замість механічної поліровки поверхні скла іноді в комбінації з механічними способами
Центріровку. Це операція обробки деталі по діаметру симетрично її оптичної осі, при якій і оптична, і геометрична осі лінзи поєднуються. Необхідність виконання операція викликана наступними обставинами. У процесі виготовлення заготовок, наприклад при круглення стовпчиків (рис. 1, а), обдирання, шліфування та полірування через нерівномірний зняття шару скла лінзи можуть мати клиноподібності, яка характеризується неравнотолщінностью деталей по краю (Рис.1, б). У такої деталі при нанесенні сфери відбувається зміщення центрів сферичних поверхонь, а, отже, і оптичної осі щодо геометричній осі лінзи.
Рис.1. Схема освіти децентріровкі:
а - перекіс осі стовпчика заготовок; б - зсув центру сферичної поверхні
Рис. 2. Децентріровка в лінзі:
а - оптична вісь паралельна геометричній осі; б - оптична вісь під кутом геометричній осі
Рис. 3 Схематичне зображення
Рис.4. Автоматична установка лінзи стисненням між патронами:
1-лінза; 2-патрони
Оптична вісь лінзи до операції центріровку може бути паралельна її геометричній осі (рис.2, а) або йти під деяким кутом до неї (рис.2, б). У такої лінзи її краю розташовані на різних відстанях від оптичної осі і мають різну товщину. Таку лінзу не можна поставити в оправу приладу, так як зображення буде погане (оптична вісь лінзи не збігається з геометричною віссю оправи). У центрованої лінзи краю мають однакову товщину, а оптична і геометрична осі поєднані в межах допуску на децентріровку (рис. 3, б).
Установка лінзи на патроні перед центріровку проводиться оптичним або механічним способом.
Оптичний спосіб - установка по «полиску» на око або під оптичну трубку. Лінза закріплюється центріровочной смолою на обертовому патроні в положенні, при якому забезпечена нерухомість зображення нитки лампи або зображення «відблиску» в оптичній трубці.
Механічний спосіб (самоцентріровка) полягає в тому, що лінза встановлюється автоматично стисненням між двома патронами, розташованими строго на одній осі (рис. 4).
При обох способах правильність установки гарантується хорошою підготовкою та підрізуванням настановної кромки патронів і відсутністю биття центрованої деталі при обертанні.
Склеювання. Завданням склеювання є отримання жорстко скріплена та центрованої системи.
У деяких випадках (особливо для плоских деталей) склейку замінюють оптичним контактом (молекулярне зчеплення двох полірованих поверхонь).
Допоміжні технологічні операції
Найбільш відповідальна допоміжна операція блокування - з'єднання деталей або заготовок з пристосуванням (наклейкою, механічним способом, методом оптичного контакту, вакуумним кріпленням, посадкою в сепаратори та ін) для спільної подальшої їх обробки. Поєднання пристосування і закріплених на ньому деталей або заготовок називається блоком. Від правильного вибору способу блокування, в залежності від розмірів і форми деталей, заданої точності залежить у великій мірі якість виробу та економічність технологічного процесу.
Блокування має забезпечити:
1) закріплення максимально великої кількості заготовок;
2) зручність обробки на даній операції (наприклад: шліфовці, поліровці);
3) зручність виробляти в процесі роботи необхідні виміри;
4) надійність кріплення при найбільш інтенсивному режимі роботи;
5) відсутність механічних пошкоджень і деформацій заготовок або деталей;
6) правильне і симетричне розташування оброблюваних поверхонь щодо пристосування і обробного інструменту;
7) простоту і швидкість блокування і розблокування.
В оптичному виробництві застосовується кілька способів блокування. Проте найпоширенішим до цих пір є спосіб еластичного кріплення.
Еластичне кріплення. Застосовується в дрібносерійному і масовому виробництві для деталей середньої точності. Ця операція включає в себе наступні переходи:
1. Наклейка на одну з оброблюваних сторін деталі смоляних подушок ручним способом або на спеціальному напівавтоматі.
2. Зачистка друге оброблюваної поверхні лінзи
3. Притирання лінз до ретельно зачищеній поверхні притирочное пристосування (гриб, чашка, планшайба).
4. Приклейка деталей до наклеечному пристосуванню.
5. Охолодження блоку.
Товщина шару смоли після охолодження повинна бути 0,1 - 0,2 d (d - діаметр лінзи), але не менше 1 мм (для лінз малого діаметра). Так, наприклад, для лінзи діаметром 30 мм висота смоляний подушки 3-6 мм. Діаметр смоляний подушки дорівнює діаметру деталі і робиться з невеликою конусностью для зручності блокування (рис. 5). Розблокування здійснюється в холодильнику, а іноді просто дерев'яним молоточком.
Заливка застосовується для лінз малого діаметра і малого радіусу кривизни. На притерті і відповідно розташовані на поверхні притирочное пристосування лінзи капають зверху розплавленої смолою. Смола заповнює чашку, прогріває лінзи і приклеюється до них. Поки смола не затверділа, в неї вводиться розігріте наклеечное пристосування, наприклад гриб. Після достатнього занурення в смолу і вирівнювання з тим, щоб осі пристосувань збігалися, блок охолоджується, Після зачистки поверхню блоку промивається розчинником і водою. Розблокування здійснюється розігрівом блоку.
Жорстке кріплення. Застосовується в масовому і великосерійному виробництві деталей з допусками на точність поверхонь від 0,5 кільця і більше, на товщину від 0,05 мм і вище.
Для обробки першої сторони лінзи (пресування) жорстко наклеюються безпосередньо на пристосування в спеціальні гнізда або майданчика (рис. 6, а).
Рис. 5. Вид смоляних подушок
Пристосування розігрівають до температури близько 100 ° С. Одночасно з цим злегка підігрівають і деталі. На кріпильну поверхню пристосування наносять тонкий шар смоли або просмолену матерчату прокладку (при обробці другої сторони). Після накладення лінз паличкою максимально виживають смолу з-під деталі. Після обробки першої сторони (обдирання або фрезерування, середнє і дрібне шліфування, полірування) всю поверхню деталі покривають лаком і в такій же послідовності обробляють з другої сторони.
Напівжорстке кріплення. Застосовують для тонких лінз з великим радіусом кривизни оброблюваної поверхні. Лінза наклеюється за допомогою просмоленим матер'яною прокладки на металеву шайбу у свою чергу, наклеєну на пристосування (рис. 6, б). У очковому виробництві застосовують наклейку розігрітих заготовок безпосередньо на смоляний шар. Для забезпечення точності такого кріплення спеціальне пристосування формует на смоляний шарі посадочні місця зворотної форми. Вони визначають місце лінз при блокуванні (рис. 6, в).
Механічне кріплення. Найчастіше застосовується при заготівельних операціях, наприклад для кріплення призм.
Деталі ставлять впритул один до одного в металеві пристрої з відповідними вирізами. Крайні деталі утримуються гвинтовими або пружинними затискачами. Під крайні деталі підкладають еластичну прокладку (гуму, картон).
Рис. 6. Схема наклейки (жорсткий і напівжорсткий методи):
а - жорсткий метод; б - напівжорсткий метод; в - наклейка на смоляні виступи
(1 - лінза; 2 - просмолена матер'яна прокладка; 3 - сферична пластинка;
4 - смола; 5 - пристосування наклеечное);
Гипсовка. Спосіб застосовується найчастіше для кріплення призм з допусками на кути від 3 'й вище, а великих шматків скла. Гипсовка складається з заливки водного розчину гіпсу з цементом у пристосування у вигляді казанка, корпусу і т. п. (рис. 7) прямо на деталі, притерті до планшайби. Днище казанка кріпиться до кільця гвинтами або іншим способом. Часто обмежуються обгорткою притирочное планшайби гумовим ободом. Після затвердіння гіпсу і закріплення в ньому днища, встановленого прямо в гіпс, обід знімається. Проміжки між
Рис. 7. Схема гипсовка:
1 - призма, 2 - притиральні планшайба; 3 - платівка; 4 - днище; 5 - кільце корпусу призмами після затвердіння гіпсу зачищають дротяною щіткою на глибину 2-3 мм і промивають.
Для забезпечення зачистки блоку простір між призмами до заливки засипають дрібно просіяним сухими деревними тирсою, а металевий обід ставиться на 3-4 пластинки товщиною 2-3 мм. Для захисту від вологи і осипання гіпсу зачищене простір покривають розплавленим парафіном.
Розблокування здійснюється розколюванням гіпсу дерев'яним молотком або на спеціальному разгіпсовочном пресі. Використання преса знижує трудомісткість процесу розблокування і забезпечує більш високу якість, так як майже всі призми повністю звільняються від гіпсу.
Метод оптичного контакту. При обробці деталей з точними поверхнями (до 0,05 кільця), кутовими розмірами 1-2 ", паралельністю 1 -10" (точні пластини, дзеркала, клини, призми) застосовується кріплення оптичним контактом. При цьому відполіровані «з кольором» 0,5-2 кільця поверхні деталей ретельно очищаються і обезжирюються (спирт, ефір, біляча пензлик, батистових серветки) і плавно опускаються і притискаються до також ретельно підготовленої полірованої поверхні контактного пристосування. Натиск виробляють до зникнення інтерференційної картини. Проміжок між деталями замазують лаком, або розчином шелаку в ректифікаті.
Контактні пристосування можуть бути різної форми та розмірів (рис. 8) в залежності від форми і розмірів
Рис. 8. Контактні пристосування для пластин та призм: а - контактна пластина з плоскопараллельних пластинками (1 - пластинки; 2 - контактна пластина), б - пристосування для призм і клинів (1 - призми, 2 - контактна пристосування) оброблюваних деталей.
Поверхня їх повинна бути відполірована з точністю до 0,1-0,5 кільця. Якщо необхідна паралельність, її витримують до 1-2 ". Точність кутів також витримується суворо, так як від точності кутових розмірів, паралельності та якості поверхні контактних пристосувань залежить якість виробу.
При знятті з контакту застосовують розігрів або охолодження. Тонкі деталі (0,1-0,5 мм) можна акуратно зняти лезом бритви або краплею ефіру, налитої на поверхню деталі.
Кріплення в сепараторах. Сепаратори або розділяють пристрої застосовують у заготівлі і на остаточних операціях при точній доведенні поверхні і кутових розмірів. Сепаратор являє собою обойму, що має вирізи, в які закладаються оброблювані деталі. Обробка таких деталей, наприклад у заготівлі, може вестися одночасно з двох сторін (рис. 9, а). Для точного доведення застосовують товсті скляні пластини з вирізами різного діаметру, в які закладаються різні деталі (рис. 9, б). Вирізи не дають деталі можливості впасти за межі полірувальником.
Рис. 9. Сепаратор: а - схема двосторонньої шліфування (1 - сепаратор; 2 - пластинки; 3 - шліфовальнікі), б-скляний сепаратор для механізованого доведення плоских деталей
Сам сепаратор у процесі роботи весь час виправляє поверхню полірувальником, тим самим підтримуючи його в хорошому стані, тобто є і формувальних диском.
Якщо на деталі (платівці, клині) потрібно збільшити або зменшити кут клина, то на її край наклеюють м'яким воском вантаж, завдяки якому і відбувається більш сильне спрацьовування потрібної ділянки.
Співвідношення площі отворів і цілої частини сепаратора визначається розрахунком.
Виготовлення комплекту шліфовальніков
Расшліфовка опуклої поверхні при переході від більш великих абразивів до дрібніших завжди починається з краю. Цим забезпечується витримування потрібної товщини лінзи по центру і рівномірне сошліфовиваніє всій поверхні від країв до центру. Радіуси кривизни шліфувального інструменту змінюються підрізуванням при переході від більш великих абразивів до більш дрібним.
Рис. 10. Схематичні зображення зміни радіуса кривизни поверхні інструменту чашки (а) і гриба (б):
R 1 - радіус кривизни обдирного інструменту; R 2 - радіус кривизни інструменту для середньої шліфовки; R 3 - радіус кривизни інструменту для дрібної шліфування
Радіуси кривизни чашок поступово зменшуються (рис. 10, а), а грибів, навпаки, збільшуються (рис. 10, б).
При расшліфовке інструменту поверхні його надається потрібний радіус кривизни або точна площинність. Одночасно з цим поверхню прошліфовивается до видалення слідів різця або шабера.
Послідовність операції наступна.
1. Поверхня інструменту для останнього етапу шліфування підганяють підрізуванням за шаблоном заданого радіусу і після цього блокують на ньому блок з бракованих деталей.
2. На цьому ж інструменті блок шліфується і полірується. Проглядається інтерференційна картина («колір»).
3. Якщо «колір» не відповідає вимогам, які пред'являються до даного комплекту шліфовальніков, то проводять повторну підрізування шліфовальніка, повторну шліфування, полірування і перегляд «кольору».
Рис. 11. Схема притирання:
а - поверхні малої кривизни; б - поверхні великої кривизни (D бл - діаметр блоку)
4. Після досягнення необхідного «кольору» інструмент шліфується до виведення слідів різця або шабера і блок ще раз остаточно перевіряється з пробного склу.
5. Коли підготовлений останній шліфовальнік, наприклад для шліфування мікропорошків М10, проводиться підгонка (вже за притирке) шліфовальніка, що передує останньому, наприклад для шліфування мікропорошків М20. Для цього на ньому шліфують пробний блок і підганяють його притирання до інструменту для останнього шліфування. Блоки з малою кривизною (з великими радіусами кривизни) повинні притиратися не менше ніж на ј свого діаметра, а блоки великої кривизни на 1/6-1/7 діаметра (рис. 11). У виробництві ще побутують назви: «слабкі радіуси» (великі радіуси кривизни), «сильні радіуси», або «круті сфери» (малі радіуси кривизни). Ці назви застосовувати не слід.
6. Під виправленої шліфовальнік підганяють попередній йому і т. д. до тих пір, поки не буде налагоджений весь комплект.
7. Кожен шліфовальнік з комплекту шліфується абразивом тієї крупності для якої він призначений.
8. Для нормального полірування блоків, тобто для більш інтенсивного полірування краю блоку, «колір» сошліфовкі повинен давати «яму» з запасом у кілька кілець (2-3) проти встановленого за кресленням.
Наприклад, готова деталь повинна мати «колір» N = 3 після расшліфовкі інструмент для шліфування останнім мікропорошків, наприклад М10 повинен дати під пробне скло на блоці «яму» в 5-6 кілець.
9. Планшайби повинні бути злегка опуклими, тобто давати на деталі невелику «яму» близько 2-3 мкм.
Контроль правильності форми поверхні проводиться пробним склом, скляної лінійкою або приладом ортотест. Прилад встановлюють трьома опорними штифтами на планшайбу. Рухомий наконечник, що знаходиться в центрі і з'єднаний зі стрілкою, вкаже величину прогину. Відхилення стрілки вправо вкаже наявність «бугром», вліво - «ями». Центральне положення стрілки на шкалі циферблата (нульове положення) означає гарну площину. Шкала дає свідчення в мікрометрів (мкм).
Виготовлення полірувальником
Смоляний полірувальником. Відповідний за формою і розмірами інструмент (гриб, чашка, планшайба) розігрівається і на нього виливається розплавлена не до дуже рідкого стану смола. Іноді на розігрітий інструмент насипають подрібнену у вигляді невеликих грудочок смолу і вирівнюють її спеціальною лопаткою, витримуючи при цьому потрібну товщину і рівномірність шару по всій поверхні інструменту.
Після деякого загусання смоляний підкладки виробляється її остаточна формовка зволоженим блоком або спеціальним формувальним пристосуванням потрібного радіуса кривизни. У центрі шару робиться невелике поглиблення, а краї полірувальником обрізаються ножем.
Суконний полірувальником. Основу для полірувальником розкроюють по викройкою. Дуже ворсисті матеріали злегка обпалюють. Для отримання більш рівною наклейки при наявності товстого матеріалу слід вимочити його в воді і добре віджати.
Розігрів відповідний інструмент (гриб, чашку або планшайбу), покривають його поверхню подрібненою смолою, накладають зверху підкладку (сукно, фетр) і обжимають спеціальною формою (обтискача) або ж блоком вручну або на пресі.
Як смоляний, так і суконний полірувальником, поки підкладка міцно не приклеїлася змочують поліруючої суспензією та располіровивают блоком до додання йому потрібної форми.
Полірування точних оптичних поверхонь (поліровка на смолі)
Як вже зазначалося вище, якість полірування в сильному ступені залежить від правильності виконання всіх попередніх операцій (наклейка, блокування, шліфування і т.д.), якості застосовуваних основних обробних і допоміжних матеріалів (абразиву, смоли і т.д.), сталості температури і вологості приміщення (+20 ° ± 1 °) і т.д.
У виробництві ряд операцій і підготовка інструменту проводиться спеціальними робочими. Так, наприклад, наклейка, блокування, виготовлення полірувальником, расшліфовка інструменту часто виділяються в самостійні операції.
Тим не менш перевірка самим робітникам якості інструменту, наклейки та блокування повинна проводитися обов'язково. Неправильно зроблена робота підлягає переробці.
Лінзи (еластичний спосіб) не повинні виступати за краї наклеечного пристосування. Лінзи не повинні бути занадто високо посаджені або ж, навпаки, занадто залиті.
Смола в проміжках між лінзами повинна бути вилучена.
Лінзи без фасок, з гострими краями, з фасками обробленими великими абразивами, можуть дати
Рис. 12. Схема підрізування крайньої зони полірувальником: а - при обертанні полірувальником; б - при нерухомому полірувальником
У процесі полірування для регулювання процесу враховується ряд моментів.
Якщо у деталі більше спрацьовуються краю («бугор»), то у полірувальником підрізається вістрям ножа та частина, яка виробляє спрацьовування краю деталі, тобто крайня зона полірувальником (рис. 12). Навпаки, якщо у деталі більше спрацьована середина («яма»), у полірувальником підрізається середня зона (рис. 13).
Якщо блок (або деталь) знаходиться внизу, то при взаємній притирке у нього завжди будуть більше спрацьовуватися краю, а якщо зверху - середина. Тому іноді міняють взаємне розташування блоку та інструменту.
У табл. 1 дано деякі практичні вказівки, як регулювати хід процесу полірування на смолі, змінюючи характер підрізування, кінематики і режимів.
При роботі з підсушила важче витримати «колір», тобто задану кривизну поверхні, але зате швидше відбувається споліровиваніе. Слід намагатися завжди вести процес (при точній роботі) так, щоб залишки матової поверхні сходили одночасно з досягненням заданої точності.
При роботі на сукні і там, де не потрібна висока точність поверхні, особливе значення мають інтенсивні режими, тиск, автоматична подача суспензії, що сприяє якнайшвидшому зняттю залишків матової поверхні, тобто збільшення продуктивності праці.
Таблиця 1
Література
1. Довідник технолога-оптика під редакцією М.А. Окатова, Політехніка Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.
2. Запрягаева Л.А., Свєшнікова І.С. Розрахунок і оптичних систем. М. Логос, 2000. - 581 с.
3. Прикладна оптика під редакцією Дубовика А.С Машинобудування, 2002. - 470 с.
4. Погарі Г.В. Юстировка оптичних приладів Машинобудування, 1982. - 320 с.
5. Довідник технолога-машинобудівника в 2-х частинах. Під редакцією А.М. Дальського, А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. Машинобудування 2001
Установа освіти
«Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ »
РЕФЕРАТ
На тему:
«ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ОБРОБКИ
ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ (загальні основи) »
МІНСЬК, 2008
Основні технологічні операції
Технологічний процес виготовлення оптичних деталей складається в обробці їх робітників і кріпильних поверхонь. Заготівлях (кускове скло, плитки, пресування та ін) надають потрібні розміри, а поверхнях - структуру відповідно до їх призначення
При складанні найбільш доцільного технологічного процесу повинні враховуватися вид сировини, кількість деталей в партії, наявні технічні засоби (обладнання, інструмент та ін) і необхідна точність виготовлення. Обробку багатьох оптичних деталей можна розбити на кілька основних етапів, кожен з яких має певне призначення.
Заготівля. Заготівельні операції - це видалення зайвого матеріалу, надання заготівлі деталі точної форми, витримування потрібних розмірів, забезпечення потрібної структури поверхні (матовості) для подальшої дрібної шліфування.
Операції для отримання напівфабрикату можуть бути найрізноманітнішими. Це нарізка скла, розпилювання, фрезерування, свердління, округлень, обдирання, середня шліфування, зняття фасок та ін Обробка проводиться абразивами у вільному або у зв'язаному стані (кола, фрези, алмазний металокерамічний інструмент). На багатьох операціях (сферошліфованіе, центріровку, фрезерування, фасетіровка) широко застосовується інструмент із синтетичних алмазів на металокерамічної зв'язці.
Допоміжні операції (наклейка, склейка, блокування та ін) служать для кріплення деталей на пристроях і групування їх для спільної подальшої обробки або для видалення всіляких забруднень (промивання, протирання).
Дрібна шліфування. Це підготовка поверхні оптичної деталі до полірування, тобто зняття припусків на заготівлі та доведення розмірів сторін до заданих за рахунок послідовної обробки абразивами різної крупності (так звані переходи). У результаті дрібної шліфування виходить матова фактура поверхні з дуже тонкою структурою.
Абразивні зерна при перекочування між склом і шліфовальніком своїми ріжучими крайками ушкоджують скло. Завдяки ударно-вібраційному дії зерен абразиву на склі утворюється пошкоджений поверхневий шар (виступи і раковістого злами), а під ним внутрішній тріщинуватий шар. Глибина тріщинуватого шару в кілька разів (4 і більше) більше глибини виколок поверхневого шару (дослідження Н. Н. Качалова, К. Г. Куманіна та інших вчених).
Якщо при шліфуванні є надлишок води - зерна змиваються, тиск на кожне зерно, що залишилося зростає, відбувається їх розчавлювання або заклинювання. При цьому неминучі подряпини і виколкі. Надлишок абразиву, заважаючи зернам вільно перекочуватися, викликає подряпини, знижує продуктивність. Шліфування найбільш продуктивно при розподілі абразивних зерен в один шар.
Швидкість обертання шпинделя впливає на частоту перекочування зерен і на їх ударно-вібраційне дію. Надмірне збільшення швидкості викликає, під впливом відцентрової сили, скидання ще не відпрацьованих зерен.
Величина сошліфовиванія пропорційна величині тиску. Практично граничним є такий тиск, при якому зерно роздавлюється (розчавлюють зусилля). Величина його залежить від міцності застосовуваного абразиву.
Встановлено, що вода викликає на поверхні скла хімічні процеси, в результаті яких створюються розклинюючі зусилля, що сприяють відділенню часток скла від оброблюваної поверхні
Поліровка. Це операція зняття залишилися нерівностей на поверхні оптичної деталі після дрібної шліфовки до отримання необхідного класу шорсткості і чистоти, а також до отримання заданої точності за площинності або кривизні оброблюваної поверхні. Процес заснований на спільній дії ряду факторів: механічних, хімічних та фізико-хімічних
Застосування різноманітних змочувальних рідин, як показали досліди, може прискорити або уповільнити хід процесу полірування. Доведено, що крем'янисті з'єднання скла під впливом води утворюють найтоншу (від 0,0015 до 0,007 мкм) плівку, припиняти доступ води до більш глибоких шарів скла і її хімічний вплив на них. Завдяки механічним силам ця плівка зривається, оголюючи свіжий шар скла, який знову піддається впливу води. У результаті утворюється новий шар плівки, який тут же зривається і т.д. Сама плівка здатна силами зчеплення утримувати на своїй поверхні частинки полірування матеріалу.
Як полірувального інструменту застосовують планшайби, гриби і чашки, на які наноситься шар смоли або волокнистих матеріалів
Для двостороннього полірування вітражних, дзеркальних, будівельних стекол, декорування сортовий скляного посуду велике значення має вдосконалення способів хімічної (кислотної) обробки поверхні скла травленням. Цей метод може застосовуватися замість механічної поліровки поверхні скла іноді в комбінації з механічними способами
Центріровку. Це операція обробки деталі по діаметру симетрично її оптичної осі, при якій і оптична, і геометрична осі лінзи поєднуються. Необхідність виконання операція викликана наступними обставинами. У процесі виготовлення заготовок, наприклад при круглення стовпчиків (рис. 1, а), обдирання, шліфування та полірування через нерівномірний зняття шару скла лінзи можуть мати клиноподібності, яка характеризується неравнотолщінностью деталей по краю (Рис.1, б). У такої деталі при нанесенні сфери відбувається зміщення центрів сферичних поверхонь, а, отже, і оптичної осі щодо геометричній осі лінзи.
Рис.1. Схема освіти децентріровкі:
а - перекіс осі стовпчика заготовок; б - зсув центру сферичної поверхні
Рис. 2. Децентріровка в лінзі:
а - оптична вісь паралельна геометричній осі; б - оптична вісь під кутом геометричній осі
Рис. 3 Схематичне зображення
Рис.4. Автоматична установка лінзи стисненням між патронами:
1-лінза; 2-патрони
Оптична вісь лінзи до операції центріровку може бути паралельна її геометричній осі (рис.2, а) або йти під деяким кутом до неї (рис.2, б). У такої лінзи її краю розташовані на різних відстанях від оптичної осі і мають різну товщину. Таку лінзу не можна поставити в оправу приладу, так як зображення буде погане (оптична вісь лінзи не збігається з геометричною віссю оправи). У центрованої лінзи краю мають однакову товщину, а оптична і геометрична осі поєднані в межах допуску на децентріровку (рис. 3, б).
Установка лінзи на патроні перед центріровку проводиться оптичним або механічним способом.
Оптичний спосіб - установка по «полиску» на око або під оптичну трубку. Лінза закріплюється центріровочной смолою на обертовому патроні в положенні, при якому забезпечена нерухомість зображення нитки лампи або зображення «відблиску» в оптичній трубці.
Механічний спосіб (самоцентріровка) полягає в тому, що лінза встановлюється автоматично стисненням між двома патронами, розташованими строго на одній осі (рис. 4).
При обох способах правильність установки гарантується хорошою підготовкою та підрізуванням настановної кромки патронів і відсутністю биття центрованої деталі при обертанні.
Склеювання. Завданням склеювання є отримання жорстко скріплена та центрованої системи.
У деяких випадках (особливо для плоских деталей) склейку замінюють оптичним контактом (молекулярне зчеплення двох полірованих поверхонь).
Допоміжні технологічні операції
Найбільш відповідальна допоміжна операція блокування - з'єднання деталей або заготовок з пристосуванням (наклейкою, механічним способом, методом оптичного контакту, вакуумним кріпленням, посадкою в сепаратори та ін) для спільної подальшої їх обробки. Поєднання пристосування і закріплених на ньому деталей або заготовок називається блоком. Від правильного вибору способу блокування, в залежності від розмірів і форми деталей, заданої точності залежить у великій мірі якість виробу та економічність технологічного процесу.
Блокування має забезпечити:
1) закріплення максимально великої кількості заготовок;
2) зручність обробки на даній операції (наприклад: шліфовці, поліровці);
3) зручність виробляти в процесі роботи необхідні виміри;
4) надійність кріплення при найбільш інтенсивному режимі роботи;
5) відсутність механічних пошкоджень і деформацій заготовок або деталей;
6) правильне і симетричне розташування оброблюваних поверхонь щодо пристосування і обробного інструменту;
7) простоту і швидкість блокування і розблокування.
В оптичному виробництві застосовується кілька способів блокування. Проте найпоширенішим до цих пір є спосіб еластичного кріплення.
Еластичне кріплення. Застосовується в дрібносерійному і масовому виробництві для деталей середньої точності. Ця операція включає в себе наступні переходи:
1. Наклейка на одну з оброблюваних сторін деталі смоляних подушок ручним способом або на спеціальному напівавтоматі.
2. Зачистка друге оброблюваної поверхні лінзи
3. Притирання лінз до ретельно зачищеній поверхні притирочное пристосування (гриб, чашка, планшайба).
4. Приклейка деталей до наклеечному пристосуванню.
5. Охолодження блоку.
Товщина шару смоли після охолодження повинна бути 0,1 - 0,2 d (d - діаметр лінзи), але не менше 1 мм (для лінз малого діаметра). Так, наприклад, для лінзи діаметром 30 мм висота смоляний подушки 3-6 мм. Діаметр смоляний подушки дорівнює діаметру деталі і робиться з невеликою конусностью для зручності блокування (рис. 5). Розблокування здійснюється в холодильнику, а іноді просто дерев'яним молоточком.
Заливка застосовується для лінз малого діаметра і малого радіусу кривизни. На притерті і відповідно розташовані на поверхні притирочное пристосування лінзи капають зверху розплавленої смолою. Смола заповнює чашку, прогріває лінзи і приклеюється до них. Поки смола не затверділа, в неї вводиться розігріте наклеечное пристосування, наприклад гриб. Після достатнього занурення в смолу і вирівнювання з тим, щоб осі пристосувань збігалися, блок охолоджується, Після зачистки поверхню блоку промивається розчинником і водою. Розблокування здійснюється розігрівом блоку.
Жорстке кріплення. Застосовується в масовому і великосерійному виробництві деталей з допусками на точність поверхонь від 0,5 кільця і більше, на товщину від 0,05 мм і вище.
Для обробки першої сторони лінзи (пресування) жорстко наклеюються безпосередньо на пристосування в спеціальні гнізда або майданчика (рис. 6, а).
Рис. 5. Вид смоляних подушок
Пристосування розігрівають до температури близько 100 ° С. Одночасно з цим злегка підігрівають і деталі. На кріпильну поверхню пристосування наносять тонкий шар смоли або просмолену матерчату прокладку (при обробці другої сторони). Після накладення лінз паличкою максимально виживають смолу з-під деталі. Після обробки першої сторони (обдирання або фрезерування, середнє і дрібне шліфування, полірування) всю поверхню деталі покривають лаком і в такій же послідовності обробляють з другої сторони.
Напівжорстке кріплення. Застосовують для тонких лінз з великим радіусом кривизни оброблюваної поверхні. Лінза наклеюється за допомогою просмоленим матер'яною прокладки на металеву шайбу у свою чергу, наклеєну на пристосування (рис. 6, б). У очковому виробництві застосовують наклейку розігрітих заготовок безпосередньо на смоляний шар. Для забезпечення точності такого кріплення спеціальне пристосування формует на смоляний шарі посадочні місця зворотної форми. Вони визначають місце лінз при блокуванні (рис. 6, в).
Механічне кріплення. Найчастіше застосовується при заготівельних операціях, наприклад для кріплення призм.
Деталі ставлять впритул один до одного в металеві пристрої з відповідними вирізами. Крайні деталі утримуються гвинтовими або пружинними затискачами. Під крайні деталі підкладають еластичну прокладку (гуму, картон).
Рис. 6. Схема наклейки (жорсткий і напівжорсткий методи):
а - жорсткий метод; б - напівжорсткий метод; в - наклейка на смоляні виступи
(1 - лінза; 2 - просмолена матер'яна прокладка; 3 - сферична пластинка;
4 - смола; 5 - пристосування наклеечное);
Гипсовка. Спосіб застосовується найчастіше для кріплення призм з допусками на кути від 3 'й вище, а великих шматків скла. Гипсовка складається з заливки водного розчину гіпсу з цементом у пристосування у вигляді казанка, корпусу і т. п. (рис. 7) прямо на деталі, притерті до планшайби. Днище казанка кріпиться до кільця гвинтами або іншим способом. Часто обмежуються обгорткою притирочное планшайби гумовим ободом. Після затвердіння гіпсу і закріплення в ньому днища, встановленого прямо в гіпс, обід знімається. Проміжки між
Рис. 7. Схема гипсовка:
1 - призма, 2 - притиральні планшайба; 3 - платівка; 4 - днище; 5 - кільце корпусу призмами після затвердіння гіпсу зачищають дротяною щіткою на глибину 2-3 мм і промивають.
Для забезпечення зачистки блоку простір між призмами до заливки засипають дрібно просіяним сухими деревними тирсою, а металевий обід ставиться на 3-4 пластинки товщиною 2-3 мм. Для захисту від вологи і осипання гіпсу зачищене простір покривають розплавленим парафіном.
Розблокування здійснюється розколюванням гіпсу дерев'яним молотком або на спеціальному разгіпсовочном пресі. Використання преса знижує трудомісткість процесу розблокування і забезпечує більш високу якість, так як майже всі призми повністю звільняються від гіпсу.
Метод оптичного контакту. При обробці деталей з точними поверхнями (до 0,05 кільця), кутовими розмірами 1-2 ", паралельністю 1 -10" (точні пластини, дзеркала, клини, призми) застосовується кріплення оптичним контактом. При цьому відполіровані «з кольором» 0,5-2 кільця поверхні деталей ретельно очищаються і обезжирюються (спирт, ефір, біляча пензлик, батистових серветки) і плавно опускаються і притискаються до також ретельно підготовленої полірованої поверхні контактного пристосування. Натиск виробляють до зникнення інтерференційної картини. Проміжок між деталями замазують лаком, або розчином шелаку в ректифікаті.
Контактні пристосування можуть бути різної форми та розмірів (рис. 8) в залежності від форми і розмірів
Рис. 8. Контактні пристосування для пластин та призм: а - контактна пластина з плоскопараллельних пластинками (1 - пластинки; 2 - контактна пластина), б - пристосування для призм і клинів (1 - призми, 2 - контактна пристосування) оброблюваних деталей.
Поверхня їх повинна бути відполірована з точністю до 0,1-0,5 кільця. Якщо необхідна паралельність, її витримують до 1-2 ". Точність кутів також витримується суворо, так як від точності кутових розмірів, паралельності та якості поверхні контактних пристосувань залежить якість виробу.
При знятті з контакту застосовують розігрів або охолодження. Тонкі деталі (0,1-0,5 мм) можна акуратно зняти лезом бритви або краплею ефіру, налитої на поверхню деталі.
Кріплення в сепараторах. Сепаратори або розділяють пристрої застосовують у заготівлі і на остаточних операціях при точній доведенні поверхні і кутових розмірів. Сепаратор являє собою обойму, що має вирізи, в які закладаються оброблювані деталі. Обробка таких деталей, наприклад у заготівлі, може вестися одночасно з двох сторін (рис. 9, а). Для точного доведення застосовують товсті скляні пластини з вирізами різного діаметру, в які закладаються різні деталі (рис. 9, б). Вирізи не дають деталі можливості впасти за межі полірувальником.
Рис. 9. Сепаратор: а - схема двосторонньої шліфування (1 - сепаратор; 2 - пластинки; 3 - шліфовальнікі), б-скляний сепаратор для механізованого доведення плоских деталей
Сам сепаратор у процесі роботи весь час виправляє поверхню полірувальником, тим самим підтримуючи його в хорошому стані, тобто є і формувальних диском.
Якщо на деталі (платівці, клині) потрібно збільшити або зменшити кут клина, то на її край наклеюють м'яким воском вантаж, завдяки якому і відбувається більш сильне спрацьовування потрібної ділянки.
Співвідношення площі отворів і цілої частини сепаратора визначається розрахунком.
Виготовлення комплекту шліфовальніков
Расшліфовка опуклої поверхні при переході від більш великих абразивів до дрібніших завжди починається з краю. Цим забезпечується витримування потрібної товщини лінзи по центру і рівномірне сошліфовиваніє всій поверхні від країв до центру. Радіуси кривизни шліфувального інструменту змінюються підрізуванням при переході від більш великих абразивів до більш дрібним.
Рис. 10. Схематичні зображення зміни радіуса кривизни поверхні інструменту чашки (а) і гриба (б):
R 1 - радіус кривизни обдирного інструменту; R 2 - радіус кривизни інструменту для середньої шліфовки; R 3 - радіус кривизни інструменту для дрібної шліфування
Радіуси кривизни чашок поступово зменшуються (рис. 10, а), а грибів, навпаки, збільшуються (рис. 10, б).
При расшліфовке інструменту поверхні його надається потрібний радіус кривизни або точна площинність. Одночасно з цим поверхню прошліфовивается до видалення слідів різця або шабера.
Послідовність операції наступна.
1. Поверхня інструменту для останнього етапу шліфування підганяють підрізуванням за шаблоном заданого радіусу і після цього блокують на ньому блок з бракованих деталей.
2. На цьому ж інструменті блок шліфується і полірується. Проглядається інтерференційна картина («колір»).
3. Якщо «колір» не відповідає вимогам, які пред'являються до даного комплекту шліфовальніков, то проводять повторну підрізування шліфовальніка, повторну шліфування, полірування і перегляд «кольору».
Рис. 11. Схема притирання:
а - поверхні малої кривизни; б - поверхні великої кривизни (D бл - діаметр блоку)
4. Після досягнення необхідного «кольору» інструмент шліфується до виведення слідів різця або шабера і блок ще раз остаточно перевіряється з пробного склу.
5. Коли підготовлений останній шліфовальнік, наприклад для шліфування мікропорошків М10, проводиться підгонка (вже за притирке) шліфовальніка, що передує останньому, наприклад для шліфування мікропорошків М20. Для цього на ньому шліфують пробний блок і підганяють його притирання до інструменту для останнього шліфування. Блоки з малою кривизною (з великими радіусами кривизни) повинні притиратися не менше ніж на ј свого діаметра, а блоки великої кривизни на 1/6-1/7 діаметра (рис. 11). У виробництві ще побутують назви: «слабкі радіуси» (великі радіуси кривизни), «сильні радіуси», або «круті сфери» (малі радіуси кривизни). Ці назви застосовувати не слід.
6. Під виправленої шліфовальнік підганяють попередній йому і т. д. до тих пір, поки не буде налагоджений весь комплект.
7. Кожен шліфовальнік з комплекту шліфується абразивом тієї крупності для якої він призначений.
8. Для нормального полірування блоків, тобто для більш інтенсивного полірування краю блоку, «колір» сошліфовкі повинен давати «яму» з запасом у кілька кілець (2-3) проти встановленого за кресленням.
Наприклад, готова деталь повинна мати «колір» N = 3 після расшліфовкі інструмент для шліфування останнім мікропорошків, наприклад М10 повинен дати під пробне скло на блоці «яму» в 5-6 кілець.
9. Планшайби повинні бути злегка опуклими, тобто давати на деталі невелику «яму» близько 2-3 мкм.
Контроль правильності форми поверхні проводиться пробним склом, скляної лінійкою або приладом ортотест. Прилад встановлюють трьома опорними штифтами на планшайбу. Рухомий наконечник, що знаходиться в центрі і з'єднаний зі стрілкою, вкаже величину прогину. Відхилення стрілки вправо вкаже наявність «бугром», вліво - «ями». Центральне положення стрілки на шкалі циферблата (нульове положення) означає гарну площину. Шкала дає свідчення в мікрометрів (мкм).
Виготовлення полірувальником
Смоляний полірувальником. Відповідний за формою і розмірами інструмент (гриб, чашка, планшайба) розігрівається і на нього виливається розплавлена не до дуже рідкого стану смола. Іноді на розігрітий інструмент насипають подрібнену у вигляді невеликих грудочок смолу і вирівнюють її спеціальною лопаткою, витримуючи при цьому потрібну товщину і рівномірність шару по всій поверхні інструменту.
Після деякого загусання смоляний підкладки виробляється її остаточна формовка зволоженим блоком або спеціальним формувальним пристосуванням потрібного радіуса кривизни. У центрі шару робиться невелике поглиблення, а краї полірувальником обрізаються ножем.
Суконний полірувальником. Основу для полірувальником розкроюють по викройкою. Дуже ворсисті матеріали злегка обпалюють. Для отримання більш рівною наклейки при наявності товстого матеріалу слід вимочити його в воді і добре віджати.
Розігрів відповідний інструмент (гриб, чашку або планшайбу), покривають його поверхню подрібненою смолою, накладають зверху підкладку (сукно, фетр) і обжимають спеціальною формою (обтискача) або ж блоком вручну або на пресі.
Як смоляний, так і суконний полірувальником, поки підкладка міцно не приклеїлася змочують поліруючої суспензією та располіровивают блоком до додання йому потрібної форми.
Полірування точних оптичних поверхонь (поліровка на смолі)
Як вже зазначалося вище, якість полірування в сильному ступені залежить від правильності виконання всіх попередніх операцій (наклейка, блокування, шліфування і т.д.), якості застосовуваних основних обробних і допоміжних матеріалів (абразиву, смоли і т.д.), сталості температури і вологості приміщення (+20 ° ± 1 °) і т.д.
У виробництві ряд операцій і підготовка інструменту проводиться спеціальними робочими. Так, наприклад, наклейка, блокування, виготовлення полірувальником, расшліфовка інструменту часто виділяються в самостійні операції.
Тим не менш перевірка самим робітникам якості інструменту, наклейки та блокування повинна проводитися обов'язково. Неправильно зроблена робота підлягає переробці.
Лінзи (еластичний спосіб) не повинні виступати за краї наклеечного пристосування. Лінзи не повинні бути занадто високо посаджені або ж, навпаки, занадто залиті.
Смола в проміжках між лінзами повинна бути вилучена.
Лінзи без фасок, з гострими краями, з фасками обробленими великими абразивами, можуть дати
Рис. 12. Схема підрізування крайньої зони полірувальником: а - при обертанні полірувальником; б - при нерухомому полірувальником
У процесі полірування для регулювання процесу враховується ряд моментів.
Якщо у деталі більше спрацьовуються краю («бугор»), то у полірувальником підрізається вістрям ножа та частина, яка виробляє спрацьовування краю деталі, тобто крайня зона полірувальником (рис. 12). Навпаки, якщо у деталі більше спрацьована середина («яма»), у полірувальником підрізається середня зона (рис. 13).
Якщо блок (або деталь) знаходиться внизу, то при взаємній притирке у нього завжди будуть більше спрацьовуватися краю, а якщо зверху - середина. Тому іноді міняють взаємне розташування блоку та інструменту.
У табл. 1 дано деякі практичні вказівки, як регулювати хід процесу полірування на смолі, змінюючи характер підрізування, кінематики і режимів.
При роботі з підсушила важче витримати «колір», тобто задану кривизну поверхні, але зате швидше відбувається споліровиваніе. Слід намагатися завжди вести процес (при точній роботі) так, щоб залишки матової поверхні сходили одночасно з досягненням заданої точності.
При роботі на сукні і там, де не потрібна висока точність поверхні, особливе значення мають інтенсивні режими, тиск, автоматична подача суспензії, що сприяє якнайшвидшому зняттю залишків матової поверхні, тобто збільшення продуктивності праці.
Таблиця 1
Література
1. Довідник технолога-оптика під редакцією М.А. Окатова, Політехніка Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.
2. Запрягаева Л.А., Свєшнікова І.С. Розрахунок і оптичних систем. М. Логос, 2000. - 581 с.
3. Прикладна оптика під редакцією Дубовика А.С Машинобудування, 2002. - 470 с.
4. Погарі Г.В. Юстировка оптичних приладів Машинобудування, 1982. - 320 с.
5. Довідник технолога-машинобудівника в 2-х частинах. Під редакцією А.М. Дальського, А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. Машинобудування 2001