Принципы изготовления пластин, линз, призм для ЭОС

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 за готовки. Для крупносерийного и массового производства заготов кой является прессовка, а для единичного и опытного производст ва - кусок стекла. Прессовка по форме обычно похожа на деталь (линза, призма, пластина), но имеет припуск на обработку . Прес совки выпускают размером от 8 до 150 мм. Если же необходимо изготовить деталь меньшего размера, то делают кратную прессов ку, из которой при дальнейшей обработке получают несколько деталей. Куски стекла имеют форму цилиндрических дисков или параллелепипедов любых размеров. При любом типе производства заготовки последовательно про ходят обработку сначала н а заготовительном участке, затем на участке шлифования и полирования, а потом на других специальных участках. На заготовительном участке заготовке придают форму и раз меры, наиболее приближающие ее к детали. Здесь удаляют ос новной слой припуска. В серийном производстве обработку вы полняют 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 D и/ d з D и/ d з Число зон Число пластин в зонах Количество пластин на блоке, У h 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 Д N , соотношения толщины t и диаметра d 3 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 разбло кировывают и ведут в той же последовательности обработку вто рой стороны, контролируя при этом N 2 , Д N 2 , P 2 . После завершения всех операций на участке шлифования и по лирования пластины проходят промывку. Промывку от нитроэма ли 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 полуавтома тические промывочные машины. Промытые пластины контролиру ют 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 точ ностью и . В диске имеется несколько от верстий, каждое из которых на 5 - 10% больше, чем диаметр об рабатываемых пластин. Отверстия в диске для деталей расположе ны на разных угловых расстояниях друг от друга и на различных расстояниях от центра . Сепаратор 2 устанавливают на полировальник 1 шлифовально-полироваль ного станка (рис. 3,б). В от верстия сепаратора укладывают пластины 3 , предварительно от полированные с и . Чтобы на торцах пластин не по явились выколки при доводке, стенки отверстий сепаратора об клеивают резиной 4 . На каждую пластину помещают груз 5. Если необходимо устранить клиновид ность 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 полирова нии с помощью обычных техно логических приемов. При движении сепаратора по полировальнику он своей рабочей поверхностью формует полировочную смолу, разравнивая ее и передавая ей точную плоскую форму поверхности, которую име ет 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 интен сивные. Подачу полировальной суспензии в зону обработки произ водят вручную. При длительной работе поверхность сепаратора теряет точ ность, срабатываясь на бугор или яму, поэтому его правят, т. е. вос станавливают первоначальную точность переполировываиием. Прав ку 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, преду смотренные чертежом, детали поступают на склад готовой про дукции цеха, откуда их передают в сборочные цехи завода. Изготовление клиньев. Заготовкой для клина служит плоскопа раллельная пластина, заранее обработанная (округленная и поли рованная с одной стороны). Заготовки 3 приклеивают смолой 6 к поверхности металлических сухарей 2, прикрепленных штифтами 4 к планшайбе 5 (рис.4 ,а), Сухари имеют угол и, выполненный с большей точностью, чем требуемый угол у клина. В таком виде собранный блок с заготовками обра батывают - шлифуют свободным абразивом па станке ШП. При шлифо вании выдерживают вы соту Я, замеряя ее мик рометром по бокам бло ка. Для блокирования клиньев диаметром менее 40 мм применяют при способление 1 квадрат ной формы, имеющее на кладку 2 с продольными пазами, которые предва рительно получены фре зерованием или шлифо ванием. В пазы приклеивают заготовки помощью смолы 6 (рис.4,б). При изготовлении точных клиньев плоскостность полированных поверхностей должна выдерживаться с погрешностью . Конт роль 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. По сле обработки и расклеивания столбика производят фасетирование, называемое также гранением. Фаски на ребрах и трехгранных уг лах наносят с помощью алмазной планшайбы вручную на обдиро чном станке. 2. Изготовление линз. В зависимости от серийности выпуска продукции па заводе за готовками для производства линз служат прессовки или куски стек ла. 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, выпускае мой партии, оборудования, имеющегося на заводе, и других усло вий 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 про ходят на заготовительном участке ряд операций для приближения с учетом припуска по размерам и формам к заданной детали. К таким операциям относят разметку, распиливание, шлифование сто рон, склеивание в столбик, округливание, расклеивание и промыв ку. Если линзы изготовляют из прессовок, то эти операции не вы полняют (рис.5). Заготовки линз обрабатывают поштучно или блоками. Если диаметр линзы d не превышает 80 мм, а стрелка прогиба сферической поверхности составляет не более 0,5 d , то в серийном производстве такие линзы шлифуют и полируют блоками. Расчет блоков . Блокирование линз - это вспомогательная опе рация, которая заключается в соединении группы одинаковых линз на одном приспособлении для дальнейшей их совместной обработ ки. Блокирование применяют для повышения производительности труда, а также повышения точности обработки каждой линзы. Прежде чем произвести блокирование, рассчитывают блок. Рас чет блока заключается в определении числа заготовок линз в зо нах и всего на блоке, а также основных размеров блока. Исходны ми данными для расчета сферического блока являются радиус R обрабатываемой поверхности линзы, диаметр D б и высота H б , диаметр линзы d и расстояние между ними f , предварительно выбранное исходя из условий обработки и типоразмера ста н ка (рис.6). В большинстве случаев высота блоков ограничивается размером H б = 0,85 R б , чтобы уменьшить неравномерность обработ ки краевых и центральных зон. При значениях радиуса мм применяют полусферические блоки с H б = R б . 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 поверх ности на станках типа «Алмаз-70» с последующим контролем толщины заготовки по центру и радиусов ее сферических поверхно стей 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 чугу на СЧ 12-28, стали 20 и сплава АЛ2 при мм. Эластичное блокирование применяют для линз с размерами t ц / d