Способ формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей

 

Использование: в технологии обработки оптических деталей, в частности при автоматизированном формообразовании оптических поверхностей малым инструментом и автоматизированном управлении процессом формообразования. Сущность: оптическая поверхность представляется в виде кольцевых зон одинаковой ширины. В середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска, последовательно помещают центр инструмента. Определяют интегральный коэффициент профиля съема для каждого положения инструмента в каждой кольцевой зоне, перекрываемой инструментом . Определяют требуемое время обработки в каждой зоне. Находят скорость перемещения инструмента в каждой зоне и перемещают инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки , с соответствующими скоростями. Зил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5!)5 В 24 В 13/06

ГОСУДАРСТВЕ Н1ЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931744/08 (22) 25.04.91 (46}23.11.92. Бюл. М 43 (71) Научно-производственное объединение

"Оптика" (72) А,П.Семенов, А,С.Савельев и В.А.Горшков (56) 1. Витриченко Э.А. идр, Методы изготовления астрономической оптики.- М.: Наука, 1980, с.73-100.

2, Авторское свидетельство СССР

М 1324829, кл. B 24 Е 13/06, 1986.

@4) СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОПТ И Ч Е СКИХ ДЕТАЛ Е Й (57) Использование: в технологии обработки оптических деталей., в частности при авто-. матизированном формообразовании оптиИзобретение относится к технологии обработки оптических деталей, в частности к технологии автоматизированного формообразования оптических поверхностей малым инструментом и автоматизированного управления процессом формообразования.

Известен способ автоматизированного формообразования оптических поверхностей "Зебра-1" (1), заключающийся в том, что строят профиль обрабатываемой поверхности, определяют функцию станка, разбивают поверхность на кольцевые зоны, определяют величину припуска в каждой зоне, определяют необходимое усилие инструмента на деталь в каждой кольцевой зоне, последовательно обрабатывают каждую кольцевую зону.

Недостатком способа является то, что инструмент считается точечным, что привоческих поверхностей малым инструментом и автоматизированном управлении процессом формообразования. Сущность: оптическая поверхность представляется в виде кольцевых зон одинаковой ширины. В середины кольцевых эон, имеющих самые большие значения припуска, последовательно помещают центр инструмента. Определяют интегральный коэффициент профиля съема для каждого положения инструмента в каждой кольцевой зоне, перекрываемой инструментом. Определяют требуемое время обработки в каждой зоне, Находят скорость перемещения инструмента в каждой зоне и перемещают инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки, с соответствующими скоростями.

3 ил. дит к снижению точности формообразования, так как в действительности инструмент имеет размер не менее 1/6 диаметра детали. Недостатком является также использование управления усилием инструмента, так как в этом случае величина снимаемого материала пропорциональна усилию инструмента в небольшом диапазоне, что не позволяет устранять одним сеансом обработки ошибки большой величины и, следовательно, приводит к снижению производительности. Кроме того применение указанной системы требует проведения работ по определению функции станка и технологической постоянной для каждой настройки станка и для каждого диаметра инструмента, что увеличивает объем подготовительных работ, а следовательно, снижает производительность.

1776544

Ч рах =—

1!1

Ф!

Ч 1 =—

tIJ

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ формообразования поверхностей оптических деталей (2). В этом способе инструмент совершает плоскопараллельное круговое движение с эксцентриситетом 8 относительно шпинделя инструмента, обеспечивая максимальный съем под центром инструмента, Время обработки на каждом участке определяется из условия где д 1 — величина припуска íà iJ-том участке;

k — технологическая постоянная;

P — удельное давление инструмента на деталь;

V — скорость обработки;

f — коэффициент профиля съема.

Время обработки на каждом участке регулируется скоростью перемещения инструмента, которая определяется из выражения где h — размер элементарного участка поверхности.

Указанный способ позволяет устранять одновременно все виды ошибок оптической поверхности.

Недостатком способа является то, что он плохо применим для асферизации оптических поверхностей т,к. в этом случае оптимальным является движение инструмента по окружности, а в указанном способе он передвигается по элементам квадратной сетки, что снижает точность формообразования в каждом сеансе, а следовательно, снижает и производительность, так как количествоо сеансов обработки возрастает.

Целью изобретения является повышение точности и производительности формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей.

Поставленная цель достигается тем, что представляют оптическую поверхность в виде кольцевых зон одинаковой ширины, последовательно помещают центр инструмента в середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска, определяют интегральный коэффициент профиля съема для каждого положения инструмента в каждой кольцевой зоне, перекрываемой инструментом при плоскопараллельном круговом движении с эксцентриситетом е, из выражения

55 тинц = PRJ+® f(t), где R — радиус инструмента; е-эксцентриситет плоскопараллельного кругового движения;

i — текущий номер эоны, перекрываемой инструментом;

j — текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента;

re — расстояние от центра инструмента до кольцевой зоны, в которой определяется интегральный коэффициент профиля съема;

f(r) — функция, выражающая зависимость коэффициента профиля съема от радиуса инструмента и зксцентриситета плоскопараллельного кругового движения, определяют требуемое время обработки в каждой перекрываемой зоне с учетом определенных интегральных коэффициентов профиля съема, определяют скорость перемещения инструмента из выражения где Lii — длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в i-й зоне; сл — требуемое время обработки в i-ой зоне;

W)max — максимальное значение скорости перемещения, необходимое для устранения припуска в i-й зоне, и перемещают инструмент последовательйо по всем круговым зонам, требующим обработки, с соответствующими скоростями.

На фиг.1 показано положение инструмента на обрабатываемой поверхности и разбиение инструмента и детали на кольцевые зоны; на фиг.2 — интерферограмма оптической поверхности до обработки; на фиг.3 — интерферограмма этой же поверхности после обработки указанным способом.

Способ реализуется следующим образом. После прополировки оптических поверхностей они обладают значительными зональными ошибками, устранение которых я вля ется первоочередной задачей и ри дрводке круп ногаба ритн ых оптических поверхностей. Еще более важной задачей является асферизация оптических поверхностей, когда в каждой зоне нужно снять определенную величину припуска, чтобы из сферической поверхности получить асферическую поверхность.

С этой целью вся оптическая поверхность разбивается на кольцевые зоны одинаковой ширины, максимальное количество которых обычно не превышает 20 — 30, так как этого вполне достаточно для подробно1776544

20 — РЧ .. к

4!

climax

Ь РМТК го представления профиля обрабатываемой детали, По результатам контроля формы обрабатываемой поверхности строится ее профиль в виде отклонений от ближайшей теоретической поверхности посредине каждой кольцевой зоны. В каждой зоне определяется величина припуска, которую необходимо снять, чтобы поверхность приняла требуемую форму. В зону с самым большим припуском помещают центр инструмента, диаметр которого может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от характера обрабатываемой поверхности.

В случае узких зональных ошибок размер круговой площадки перекрываемой инструментом при заданном эксцентриситете плоскопараллельного кругового движения может равняться ширине одной зоны. При плавном характере зональной ошибки, а следовательно, максимальном размере инструмента зона перекрытия достигает четверти диаметра детали.

На фиг.1 показано положение инструмента на оптической поверхности и их разбиение на кольцевые зоны. Определяют интегральный коэффициент профиля съема в каждой перекрываемой инструментом зоне как где R — радиус инструмента;

8 — эксцентриситет плоскопараллел ьного кругового движения, i — текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

j — текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента;

IjJ — расстояние от центра инструмента до кольцевой зоны;

f(r) — функция, выражающая зависимость коэффициента профиля съема от радиуса инструмента и эксцентриситета плоскопараллельного кругового движения.

Эксцентриситет обычно составляет 0,1 диаметра выбранного инструмента и остается постоянным в течение всего времени обработки. Интегральный коэффициент профиля съема позволяет определить интенсивность сьема материала в каждой перекрываемой инструментом зоне, так как в каждой зоне работают разные части инструмента, обладающие разными коэффициентами профиля съема, Определяют требуемое время обработки в каждой перекрываемой инструментом зоне по формуле

40 где ft — припуск на обработку в i-ой зоне, перекрываемой инструментом;

P — удельное давление инструмента на деталь, которое остается постоянным в течение обработки;

V — скорость обработки, которая определяется величиной эксцентриситета и угловой скоростью вращения шпинделя инструмента (V = eE). Скорость Ч постоянна в процессе обработки;

f

К вЂ” технологическая постоянная.

Определяют требуемую скорость перемещения инструмента в каждой перекрываемой инструментом зоне по формуле где б — длина дуги окружности, перекрываемой инструментом, ввиду того, что инструмент перекрывает несколько зон, за скорость перемещения принимается максимальное из полученных значений Vji (Ч ®<), так как в этом случае в одной из зон будет снят требуемый припуск, а в остальных зонах только часть припуска. Любое другое из полученных значений Vij приведет к снятию хотя бы в одной зоне припуска большего чем требуется, что недопустимо. Так как значение Ч значительно меньше скорости обработки Ч,то ее влиянием на обработку пренебрегают. Эта скорость только on ределяет время пребывания инструмента в каждой обрабатываемой точке (время, за которое инструмент проходит над каждой точкой, попадающей в зону обработки).

Определяют оставшуюся величину припуска b hi во всех перекрываемых инструментом зонах по формуле

Помещают инструмент в следующую зону с самым большим значением припуска и повторяют вышеописанные операции до тех пор, пока не останется зон, в которых все т;, > О.

После этого придают инструменту плоскопараллельное круговое движение с заданным эксцентриситетом е, обеспечивающее скорость V, прикладывают требуемое усилие на инструмент, равное Р л Я, перемеща2 ют инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки с соответствующими расчетными скоростями

Vfjmax.

1776544

Если требуется дальнейшее улучшение оптической поверхности, то следует повторить весь процесс при тех же значениях припусков, уменьшив диаметр инструмента и значение эксцентриситета. В этом случае могут появиться новые зоны обработки, что позволит улучшить обрабатываемую поверхность. Кроме того, можно увеличить припуски на обработку, что позволит использовать инструмент того же или даже большего диаметра.

После обработки контролируют обработанную поверхность и повторяют весь процесс до тех пор пока поверхность не станет удовлетворять предъявляемым требованиям.

Указанный способ был реализован на практике при обработке оптических деталей на станке АД вЂ” 1000. На фиг.2 показана интерферограмма оптической сферической поверхности диаметром 630 мм и R 1800 мм до обработки, из которой видно, что указанная поверхность обладает значительной зональной ошибкой. Среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) волнового фронта составило 0,42Л(Л= 0,63 мкм).

На фиг.3 показана интерферограмма той же поверхности после сеанса обработки. Видно, что зональная ошибка уменьшилась и с.к,о, составило 0,08 Л.

Указанный способ может применяться как на стадии полировки, так и на стадии шлифовки особенно при асферизации поверхностей с большими отклонениями от сферы.

V l — — — L

Щ

25 где Lil — длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в I-й зоне;

tel — требуемое время обработки в l-й

30 зоне;

i — текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

j — текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента, 35 и выбирают ее максимальное значение.

Формула изобретения

Способ формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей, при котором малому инструменту сообщают

5 плоскопараллельное круговое движение и перемещение относительно неподвижной детали, определяя время пребывания инструмента на каждом участке с учетом коэффициента, характеризующего скорость

10 съема материала вдоль радиуса инструмента относительно его центра, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и производительности формообразования, перемещение инструмента отнр15 сительно детали осуществляют по кольцевым зонам, а при определении времени пребывания инструмента упомянутый коэффициент, характеризующий скорость съема, рассчитывают для каждой зоны, пе20 рекрываемой инструментом, при этом скорость перемещения инструмента по кольцевым зонам определяют по формуле

177654 4

1776544

Составитель А.Семенов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4093 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5