Инструмент для обработки асферических поверхностей

 

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, выполненный в виде жесткой оправки, несущей упругие лепестки, имеющие общую с оправкой рабочую сферическую поверхность и переменную в радиальном направлении толщину, отличающийся тем, что, с целью раещирения диапазона габаритов обрабатываемых деталей и градиента и.ч асферичности, рабочая часть оправки выполнена в виде кольца, а лепестки расположены как с внещней, так и с внутренней его стороны, при этом средний диаметр (Do)и толщина (to) кольца выбраны из условия Ilo 2(R5Cosr+x)sin(x , где Rj-сагитт-альный радиус кривизны образующей , мм; X -ордината образующей инструмента измеренная от ее вершины параллельно образующим конуса, вершина которого совпадает с центром сферической поверхности инструмента , а основание - с окружностью диаметра D, мм; 1| - угол между касательными к образующей в зоне среднего диаметра кольц-з D ив текущей зоне х. град. О( 1|лакс + половина угла при вершине указан+arcs in ° ного конуса, град; с SS Го - радиус центральной нерабоче зоны инструмента, мм; 2У„ - щирина участка рабочей поверх носс ти инструмента, отступление коп рого от сферы радиуса R не превышает заданного допуска, мм.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зш В 24 В 13/02

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Dо = 2(R соы +i) sin x

4 2óî

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3557932/25-08 (22) 28.02.83 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72) Л. Е. Липовецкий (53) 621.923.5 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 144737, кл. В 24 В 13/02, 1960 (прототип). (54) (57) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЛ, выполненный в виде жесткой оправки, несушей упругие лепестки, имеющие общую с оправкой рабочую сферическую поверхность и переменную в радиальном направлении толшину, отличающийся тем, что, с целью раеширения диапазона габаритов обрабатываемых деталей и градиента их асферичности, рабочая часть оправки выполнена в виде кольца, а лепестки расположены как с внешней, так и с внутренней его стороны, при этом средний диаметр(0,)и толщина ((,) кольца выбраны из условия

„„SU„„1103996 А где R — сагиттальный радиус кривизны обS разуюшей, мм;

X — ордината образующей инструмента измеренная от ее вершины параллельно образующим конуса, вершина которого совпадает с центром сферической поверхности инструмента, а основание — с окружностью диаметра D„, мм, 11 — угол между касательными и обр» зуюшей в зоне среднего диаметра кольца D и в текущей зоне х, град, с(= фальке+ половина угла при вершине указан+are in,б ного конуса, град;

Г. — радиус центральной не рабоче и зоR ны инструмента, мм; 4Ю

2 V. — ширина участка рабочей поверх нос - Ф ти инструмент», отступление h()òо- ( рого от сферы радиуса К, пс превышает заданного дои :ска, мм.

1103996 гдето)о to,—

Я— з

r с=pm3ÕMPesin а(3) r0—

Изобретение относится к абразивной обработке и может быть использовано при шлифовании и полировании оптических деталей с асферическими поверхностями второго и высших порядков высокой точности диаметром 5-25 мм и более, с большими градиентами асферичности.

Известен инструмент для шлифования асферических поверхностей, содержа ший жесткую оправку со сферической рабочей поверхностью, к которой примыкают изготовленные заодно с оправкой упругие лепестки переменной в радиальном направлении толщины, рассчитанной из условия получения образующей их рабочей поверхности по заданной асферической форме (1 .

Инструмент устанавливают соосно с изделием, относительно которого он имеет осциллирующие смещения с небольшой амплитудой. Эти смещения создают радиальную составляющую относительной скорости, что необходимо для получения требуемого качества оптической поверхности с точки зрения высоты микронеровностей, однако достижению высокой точности формы получаемых деталей препятствует ряд факторов.

Кинематическая схема обработки асферической детали лепестковым упругим инструментом, полностью покрывающим всю обрабатываемую поверхность и располагаемым всегда соосно с ней с незначительной . осцилляцией, не позволяет получать точные и плавные оптические поверхности, так как каждая точка инструмента находится в постоянном контакте с одной и только одной узкой кольцевой зоной изделия. Поэтому любая местная ошибка инструмента неизбежно вызывает равную ей по величине и обратную по знаку местную кольцевую ошибку изделия в зоне, соответствующей данной точке инструмента.

Кроме того, полирование отшлифованных заготовок изделия упругим лепестковым инструментом начинается не сразу по всеи поверхности изделия, а в несколько кольцевых зонах, наиболее поднятых над средним ее уровнем. В этих зонах давление на смоляную поверхность полировальника максимально, температура ее растет, вязкость уменьшается. Размягченная смола начинает выдавливаться в соседние зоны пониженного давления, по рабочей поверхности инструмента начинают перемещаться кольцевые волны, вызывающие на обрабатываемой поверхности изделия соответствующие волнообразные местные кольцевые ошибки. Нестабильность формы инструмента вызывается также флуктуациями в составе смолы и, следовательно, вязкости в различных его точках, а также переменной концентрацией абразивной суспензии, которую особенно трудно поддержать постоянной при использовании полноразмерных инструментов, постоянно и полностью покрываюгцих всю полируемую поверхность.

Поступление свежих абразивных, зерен в зону обработки здесь затруднено также и потому, что зазор между инструментом и обрабатываемой поверхностью изделия, прижатыми друг к другу усилием силового замыкания, весьма мал. В реальных условиях обработки приходится периодически останавливать станок, снимать с изделия инструмент и добавлять порцию свежего абразива при помощи кисточки. Это вызывает дополнительную неравномерность условий обработки различных зон изделия.

Кроме того, получение асферических деталей малых габаритов и деталей с большими градиентами асферичности с помошью известного инструмента практически невозможно, так как жесткая часть этого упругого инструмента не может быть выполнена столь малой, как это необходимо для обработки указанных деталей.

Цель изобретения — расширение диапазона изготовления асферических деталей по габаритам и по градиенту асферичности.

Цель изобретения достигается тем, что в инструменте, выполненной в виде жесткой оправки, к которой примыкают изготовленные заодно с ней упругие лепестки, имеющие общую с оправкой рабочую сферическую поверхность и переменную в радиальном направлении толщину, рабочая часть оправки выполнена в виде кольца, а лепестки расположены как с внешней, так и с внутренней его стороны, при этом средний диаметр 9р и толщина tp выбраны из» словия

Dp = 2(й;сов + х) з1па, (1) о4 2,, (1 соответственно средний диаметр кольца на рабочей поверхности инструмента и толщина кольца, измеренные по его рабочей поверхности, мм при этом для обработки вогнутых поверхностей величина Ðp — минимальна, а для выпуклых — ма ксим ал ьна; сагиттальный радиус кривизны образующей, мм; ордината образующей инструмента, измерения от ее вершины параллельно образующим конуса, вершина которого совпадает с центром сферической поверхности инструмента, а основаниес окружностью диаметра 0р, мм . угол между касательными к образуюшей в зоне среднего диаметра кольца D<, и в текущей егс зоне х, град; половина угла при вершине указанного конуса, град; радиус центральной нерабочей зоны инструмента, мм;

11

2у -ширина участка рабочей поверхо ности инструмента, отступление которого от сферы радиуса R не превышает заданного допуска, мм.

На фиг. 1 изображен инструмент для обработки вогнутых асферических поверхностей; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — инструмент для обработки выпуклых асферических поверхностей; на фиг. 4 — то же, вид сверху.

На шпинделе изделия 1 при помощи наклеечника 2 закреплена заготовка изделия

3, диаметральное сечение которого является радиальным сечением инструмента.

Инструмент содержит жесткую оправку, рабочая часть которой выполнена в виде трубчатого, например конического кольца, средний диаметр Рр, и толщина t которого на рабочей поверхности определены по формулам (1) и (2). К внутренней и внешней сторонам кольца 4 примыкают две системы лепестков: внутренних 5 и внешних 6, количество которых может быть различным.

Хвостовик 7 оправки служит для установки на шпинделе 8 инструмента в сборе. Оправка 4 и системы лепестков 5 и 6 имеют общую сферическую поверхность радиуса Rq.

Ось вращения инструмента КС совпадает с радиусом его сферической поверхности, проходящим через центр С трубчатого кольца 4. Край обравующей отстоит от точки С на величину радиуса г центральной нерабочей зоны инструмента. Радиус r, определен конструктивно с учетом закругления сужающихся консольных концов внутренних лепестков 5.

Ось симметрии КБ толщины кольца в его осевом сечении расположена под углом сх к оси инструмента КС, значение которого определено по формуле (3) .

Силовое замыкание контактирующих поверхностей инструмента и изделия осуществлено усилием Р, действующим вдоль оси изделия КБ, имеющего в этом направлении степень свободы.

Инструмент работает следующи м образом.

По формулам (1), (2) и (3) определяют размеры инструмента. Сагиттальный радиус кривизны R, зависящий от текуших значений ординат х и крутизны изделия т., обычно имеет наименьшее значение для вогнутых поверхностей при х=0, Р=О, а для выпуклых поверхностей — при х = х „, г= г . Это имеет место при нормальной тенденции нарастания радиуса кривизны асферической поверхности от ее вершины к краю, т.е. для поверхностей с распрямляюшимися образующими. При аномальной обратной тенденции нарастания радиуса кривизны от ее края к вершине, положение меняется на противоположное. Это характерно для поверхностей со сворачивающи03996

5

4 мися образуошими, например для эллипсоидов вращения вокруг малой оси.

Переменную в радиальном направлении лепестков их толщину h (в мм) рассчитывают из условия получения образующей их рабочей поверхности по требуемой асферической форме по следуюшим формулам: аК м

ЕУ з

12 где ЛК вЂ” изменение кривизны лепестков при их изгибе и переходе от исходной сферической формы к заданной асферической форме, мм ;

У1 — изгибаюший момент в текушем сечении лепестка, Н. мм; — модуль упругости материала инструмента, Н/мм,.

У вЂ” момент инерции сечения лепестка. мм

Ъ вЂ” ширина лепестка в его текугцем се чении, мм.

Обработку инструмента производят на токарном и фрезерном станках, а шлифование его сферической рабочей поверхности на оптическом станке.

Упрочнение инструментов-шлифовальников выполняют, например, алмазными порошками в гальванических ваннах никелирования. Инструмент-полировальник покрывают слоем смолы, просмоленного сукна или другого эластичного материала. Обработку производят свободным абразивом, подавая его на рабочую поверхность инструмента, не занятую изделием; в зону обработки абразив постоянно втягивается благодаря сужающемуся зазору между обеими контактирующими поверхностями.

Асферизацию оптических деталей данным инструментом производят на станках типа «Старт †».

Заготовку изделия 3 и инструмент устанавливают на их шпинделях 1 и 8 с помощью наклеечника 2 и хвостовика 7 соответственно. Ось вращения инструмента располагают под углом а к оси вращения детали. При этом ось врашения инструмента проходит через центр экстремальной сагиттальной кривизны образующей заданной обрабатываемой асферической поверхности детали.

Обоим шпинделям сообщают вращательное движение вокруг их осей КБ и КС. Усилие

Р, прижимающее инструмент к изделию и изгибающее лепестки 5 и 6 инструмента, во время обработки увеличивают от минимального его значения в начале обработки до максимального его значения в конце ее, когда удельные давления достигают расчетных значений и дальнейшая обработка сопровождается снятием равномерного слоя припуска и стабилизацией асферической формы поверхности изделия, при этом в необходимых случаях применяют дополнительную краевую нагрузку на лепестки, обеспечивающую указанное изменение удель!

>03996 (ого давления и учен>н>(ак>н(ую динамические нагрузки на инст(>(ме(lт.

Отступление фактических параметров поверхност(l (л заданных компенсируют изменением нагрузки P и скоростей вращения инструмента и изделия.

Проведенис оси инструмента через центр экстремальной сагиттальной кривизны образующей заданной асферической поверхности под углом к ее оси обеспечивает макси ма л ыю возмож((ук> ши ри ну и олосы контакта рабочей (торической) поверхности инструмента с обрабатываемой повсрхностью изделия, благодаря и му улуч1B3fOTCH VC 1OBl1H HX прити)>а, >In>I(3.>H T(H радиальная составля>ощая относительной скорости, необходимая для получения оптического качества изделия, достигается требуемая точность обработки.

При полировании изтелий предложенным инструментом (о п(ост>, иi по местным ошибкам обеспечив;(ется т(м, что здесь практически устраняется однозначная и жесткая связь каждой точки инструмента сп своей зоной изделия, как это имеет место при использовании известного инструмента. Зто свойство развязки зон нарастает от края инструмента к его кольцевой зоне диаметром Р(>. Благодаря этому свойству ошибки инструмента равномерно распределяются по всей поверхности изделия, а не концентрируются в отдельных его зонах.

Площадь предложенного инструмента примерно в 5 раз больше площади известного инструмента, поэтому износ предложенных инструментов-шлифовальников соответственно уменьшается.

Предложенная конструкция инструмента обеспечивает значительное — (в 5 — 10 раз) уменьшение ширины его жесткой части, измеренной в радиальном направлении изделия, в результате выполнения его в виде тонкостенного трубчатого кольца, а не цилиндра малого радиуса, при этом прочность и жесткость кольца, диаметр которого превышает диаметр изделия, весьма высоки.

Это обстоятельство и позволяет расширить диапазон освоенных в производстве деталей

20 до диаметров 5 — 25 мм и значительно (в l0 — 50 раз) увеличить их градиенты асферичности.

Ввиду улучшения условий питания зоны обработки абразивной суспензией и увеличения относительной скорости производительность труда также возрастает.

1103996

max

1103996

Составитель A. Козлова

Редактор Л. Лосева Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 5023/10 Тираж 737 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4