Устройство для копирной обработки асферических поверхностей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик оп986737 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19. 08. 81 (21) 3364967/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 070183. Бюллетень ¹ 1

Дата опубликования описания 07.01.83

fS)) М. КлР

В 24 В 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.923. . 74 (088. 8) (71) Заявитель (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОПИРНОЙ ОБРАБОТКИ

АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Соз ° /

Ч) Ч.

Ч о где

15 угол трения покоя;

Изобретение относится к технологии формообразования .Фасонных профилей и осесимметричных асферических поверхнсотей с уравнением произвольного вида, например, к технологии оптического приборостроения — для чзготовления оптических деталей с асферическими поверхностями.

Известны устройства для копирной обработки асферических поверхностей с копирным механизмом, включающим копир, контактный элемент, рычажношарнирную систему передачи, на выходном звене которой размещен инструмент (13.

Использование известных устройств при обработке асферических поверхностей значительной кривизны приводят к существенным переменным нагрузкам на привод копирного механизма, что вызывает повышенный и неравномерный износ рабочих поверхностей копирного механизма, ведущий к появлению соответствующей ошибки профиля на

Формообразуемой асферической поверхности. Это приводит к снижению точности- устройства.

Цель изобретения — повышение точности обработки поверхностей значительной кривизны.

С этой целью в описываемое устройство введен.подвес в виде скрещенных цилиндрических шарниров, в котором установлено выходное звено системы передачи копирного механизма, причем профиль копира выполнен с крутизной, удовлетворяющей условию:

10 крутизна профиля копира;

P — сила тяги, направленная по касательной к прямой профиля копира;

f — сила прижима контактного элемента к копиру.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема контакта парЫ роликовый контактный элемент - копир; на фиг. 2 — кинематическая схема конкретного варианта устройства фронтальный вид; на фиг. 3 - то же, вид в плане.

На фиг. 1 видно, что плоскость проходит через рабочую кромку 1 кон986737

4О «rc4g (р (р

P>tF з1пЧ +1

55 такта элемента с копиром. В этой плоскости расположена система координат х, у с центром в точке Ьо— начальной точке контакта скользящего па копиру роликового контактного элемента 2 с .рабочей кромкой 1 копира 3. К центру N контактного элемен5 та 2 приложены сила тяги Р, направ ленная по касательной i по ходу воз вратно-криволинейного движения от точки 6 к краю копира и обратно, и сила прижима F контактного элемен-, та 2 к кромке 1. Крутизна М; определяется как дополнительный угол к углу с6;, причем tg с ; = (yx )B.. Так как уравнение плоской кромкй 1 копира 3 неизвестно и координаты у

1 и х б определяются как функции координаты х; точки обрабатываемой асферйческой поверхности с любым сколь угодно малым шагом д х, то можно определить tg с4; с достаточной точ- 20 ностью следующим образом: где dy8. = ду(х; ), дх(х„)-прираще ния координат профиля копира в окрестности точки 8;.

При движении контактного элемента 2 вверх должно выполняться условие: где F-sin Ч;

Е 6.f ния, так как принимаем, что контактный элемент 2 неподвижно соединен с осью, проходящей через точку ° 45

Рассмотрим далее, например, равномерное скольжение, которое выполняется при знаке "=" в формуле (1 ): — сила скатывания;

40 — сила трения скольже1 тр

Я= F- с09 9 где 8 — сила контактного давления.

В таком случае . где — угол трения.

Контактный элемент 2 может двигаться вверх по копирной кромке без остановки только в том случае, если.Pl.>79<, где Чо — угол трения покоя, т. е. если обеспечивается движение вне угла или "конуса трения".

При обработке асферической поверхности значительной крутизны (Ч;

=Ч с,„„= 90 на краю поверхности) профиль не может быть подобным профилю иэделия для соблюдения условия равномерного скольжения,и, тем более, для осуществления движения с ускорением положительного знака. Усилие прижима полагается постоянным по величине и направлению и эквивалентно весу той части устройства, которая подвешивается в сферическом шарнире, Такое усилие прижима соответствует простому конструктивному решению устройства. Принятие равным его по величине и направленным по нормали к асферическому профилю рабочей кромки копира контактного давления 9 существенно усложнило бы конструкцию узла привода движения контактного элемента по копиру, поэтому изготовление профиля копира более пологим, соответствующим условию (2), является предпочтительным решением, особенно на стадии заготовительной операции и при предварительном шпифовании. Итак, принцип масштабного воспроизведения заданной траектории жолжен дополняться принципом преобразования данной траектории по одной и более координатам, причем вид вводимой для этого системы координат определяется типом копирного механизма.

Рассмотрим, например, формообразование глубокой асферической поверхности высшего порядка, симметричной относительно оси вращения QX u заданной следующим уравнением в ме— ридиональном сечении У = 0 (вводим ортогональную систему координат х, у, z, начало которой — точка Π— находится в вершине асферической поверхности): „2

/у и где Р(Х)=Е а.-x> - полином и-ногопо =1 рядка.

Координатная ось ОХ совпадает с осью вращения (осью симметрии) детали 4 с асферической IloBepxHocTbJ0 5„ формообразуемой в процессе обработки., Ось 6 цилиндрического шарнира 7, посредством которого осуществляется разворот рычага 8 в плоскости, параллельной плоскости У02, расположена между осью 9 цилиндрического шарнира 10, осуществляющего разворот рычага 8 в плоскости, параллельной оси ОХ, и осью Ох. Точечный инструмент 11 и линейный контактный эле98б737 мент 12 образуют точки контакта "инструмент — обрабатываемая поверхность" и "контактный элемент — копир", то есть А и Ь сопряженные через рычажно-шарнирный механизм типа кривошипно-шатунного. 5

Конструктивно инструмент 11 и линейный контактный элемент 12 жестко связаны с рычагом 8. Плечи е, m, n + m, и + е рычага .8 определяют масштаб построения профиля рабочей кромки 1 копира 3 IIQ двум координатным осям, параллельным осям OY u OX

Крутизна рабочей кромки 1 определяется относительно оси OY . Максимальная крутизна Ч„д„ профиля рабочей кромки,1 копира 3 пропорциональна отношению . отрезков Иб / ИВ", которое связано с конструктивными параметрами данного варианта устройства и га. баритами формообразуемой асферической поверхности 5 "следующей зависимостью:

15 но-криволинейном движении выходного звена системы передачи копирного механизма от центра детали к ее краю и обратно направляющие вращательного движения рычага 8 в его подвесе могут быть выполнены на упругих элеме ° тах, работающих на внутреннем трении т.е. цилиндрические шарниры 7 и 10 могут быть заменены крестообразны.ми пружинными шарнирами, обеспечивающими рабочий ход в пределах 0-10

Предлагаемое устройство обладает простой кинематической схемой и обес- печивает повышение точности формо-. образования асферических поверхностей значительной крутизны (30-90 ) до 10 мкм на заготовительной операции и при предварительном шлифова-нии, а также может быть использовано на доводочных операциях (оконча40 тельное шлифование и полирование) при введении коррекционных узлов и элементов в кинематическую схему устройства. Это делает возможным изготовление топографических аэро4 фотообъективов и объективов для фотокинотехники с повышенным качеством изображения, а также механических деталей сложного профиля в области точного приборо-, станко- и машиностроения.

50 формула изобретения

BB AH(n+m) е АН е и+„, Вб" nl 0D (и+е) OD m и + е

Цилиндрические координаты 6, Я < и Ч, R+ совместно с координатами осей б и 9 в системе координат х, у, z определяют кривую асферического профиля рабочей кромки 1 копира 3 °

Устройство работает следующим об-. разом.

Деталь 4 с формообразуемой асферической поверхностью 5 вращается вокруг оси, совпадающей с координатной осью 0Х, с угловой скоростью

ЧЧ . Рабочее движение системы передачи копирного механизма производится посредством двух разворотов рычага 8 в подвесе, состоящем из двух скрещенных цилиндрических шарниров 7 и 10 в плоскости, параллельной оси ОХ, на угол 8 и в плоскости, параллельной плоскости YOZ на угол Ч, осуществляемых с разными масштабами

О m e копирования Я = — и И = при е < m величина е -выбирается согласно условию (7)1 При этом инструмент 11 производит съем материала детали 4, контактируя с формообразуемой асферической поверхностью 5, под действием вертикально направлен« ной нагрузки — веса всего верхнего звена устройства — до тех пор, пока контактный элемент 12 не войдет в контакт с рабочей кромкой 1 копира 3 по всей зоне расчетного контактирования. Таким образом, производятся разгрузки эоны обработки и прекращение съема материала детали 4 и одновременная нагрузка в зоне точки контакта 8, но контактный элемент .

12 движется по рабочей кромке копира без рывков и заеданий ввиду более. полного ее профиля, чем профиль сечения асферической поверхности 5 °

После завершения данного цикла обра. ботки производятся контроль формы поверхности 5, новая настройка копира 3 в узле 11 координатных подвижек и повторный цикл обработки, вплоть до получения асферическо;". поверхности 5 с требуемой точность;

Съем материала может производиться путем точения — инструмент точечный, резец, — или путем шлифованияинструмент дисковый, с приводом вращения его вокруг оси. Контактный элц мент также может выполняться в нескольких вариантах: линейный, роликовый, сферический со сложным боковым рабочим профилем. Для уменьшения люфтов и мертвых ходов при возвратУстройство для копирной обработки асферических поверхностей с копирным механизмом, включающим копир, контактный элемент, рычажно-шарнирную систему передачи, на выходном звене которой размещен инструмент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности обработки поверхностей значительной кривиз ны, в устройство введен подвес в виде скрещенных цилиндрических шарниров, в котором установлено выходное

986737 звено системы передачи копирного механизма, причем профиль копира выполнен с крутизной, удовлетворяющей условию (P

Ч сагсЬ (tyV,.)

Ь coSЧ; где Ч; - крутизна профиля копира; Ч0 - угол трения покоя;

Р— сила тяги, направленная по касательной к прямой профиля копира; сила прижима контактного элемента к копиру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Отчет Р Н/А4437, ЛОЛ ЦНИГАиК, 1962.