SU1103996A1 - Инструмент дл обработки асферических поверхностей - Google Patents

Abstract

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, отличающийс  тем, что, с целью раещирени  диапазона габаритов обрабатываемых деталей и градиента и.ч асферичности, рабоча  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 услови  Ilo 2(R5Cosr+x)sin(x , где Rj-сагитт-альный радиус кривизны образующей , мм; X -ордината образующей инструмента измеренна  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.

Description

о; х

С

а

Изобретение относитс  к абразивной обработке и может быть использовано при шлифовании и полировании оптических деталей с асферическими поверхност ми второго и высших пор дков высокой точности диаметром 5-25 мм и более, с большими градиентами асферичности.

Известен инструмент дл  шлифовани  асферических поверхностей, содержаший жесткую оправку со сферической рабочей поверхностью, к которой примыкают изготовленные заодно с оправкой упругие лепестки переменной в радиальном направлении толщины, рассчитанной из услови  получени  образующей их рабочей поверхности по заданной асферической форме 1.

Инструмент устанавливают соосно с изделием , относительно которого он имеет осциллируюшие смешени  с небольшой амплитудой . Эти смещени  создают радиальную составл ющую относительной скорости, что необходимо дл  получени  требуемого качества оптической поверхности с точки зрени  высоты микронеровностей, однако достижению высокой точности формы получаемых деталей преп тствует р д факторов. Кинематическа  схема обработки асферической детали лепестковым упругим инструментом , полностью покрывающим всю обрабатываемую поверхность и располагае.мым всегда соосно с ней с незначительной осцилл цией, не позвол ет получать точные и плавные оптические поверхности, так как кажда  точка инструмента находитс  в посто нном контакте с одной и только одной узкой кольцевой зоной издели . Поэтому люба  местна  ошибка инструмента неизбежно вызывает равную ей но величине и обратную по знаку местную кольцевую ошибку издели  в зоне, соответствуюшей данной точке инструмента.

Кроме того, полирование отшлифованных заготовок издели  упругим лепестковым инструментом начинаетс  не сразу по всей поверхности издели , а в несколько кольцевых зонах, наиболее подн тых над средним ее уровнем. В этих зонах давление на смол ную поверхность полировальника максимально , температура ее растет, в зкость уменьшаетс . Разм гченна  смола начинает выдавливатьс  в соседние зоны пониженного давлени , по рабочей поверхности инструмента начинают перемещатьс  кольцевые волны, вызывающие на обрабатываемой поверхности издели  соответствующие волнообразные местные кольцевые ошибки. Нестабильность формы инструмента вызываетс  также флуктуаци ми в составе смолы и, следовательно, в зкости в различных его точках, а также переменной концентрацией абразивной суспензии, которую особенно трудно поддержать посто нной при использовании полноразмерных инструментов , посто нно и полностью покрывающих всю полируемую поверхность.

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

Кроме того, получение асферических деталей малых габаритов и деталей с больши .ми градиентами асферичности с по.мощью известного инструмента практически невозможно , так как жестка  часть этого упругого инструмента не может быть выполнена столь малой, как это необходимо дл  обработки указанных деталей.

Цель изобретени  - расширение диапазона изготовлени  асферических деталей но габаритам и по градиенту асферичности.

Цель изобретени  достигаетс  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, рабоча  часть оправки выполнена в виде кольца, а лепестки расположены как с внешней, так и с внутренней его стороны, при этом средний диаметр DO и толщина to выбраны из УСЛОВИЯ

DO 2(R,-cosf + х) sine, (I) to«2Ye ,()

raeDcto - соответственно средний диаметр кольца на рабочей поверхности инструмента и толщина кольца, измеренные по его рабочей повер .хности, мм при этом дл  обработки вогнутых поверхностей величина РО - минимальна, а дл  выпуклых - максимальна; Rj -сагиттальный радиус кривизны

образующей, мм;

-ордината образующей инструмента , измерени  от ее верщины параллельно образующим конуса , вершина которого совпадает с центром сферической поверхности инструмента, а основание с окружностью диаметра DO, .м.Ч-р-угол между касательными к образующей в зоне среднего диаметра кольца Др и в текущей егс зоне X, град;

,5-половина угла при вершине ука занного конуса, град;

Гс, -радиус центральной нерабочей зоны инструмента, мм;

2уо-ширина участка рабочей поверхности инструмента, отступление которого от сферы радиуса Rj не превышает заданного допуска, мм.

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

На шпинделе издели  1 при помош.и наклеечника 2 закреплена заготовка издели  3, диаметральное сечение которого  вл етс  радиальным сечением инструмента.

Инструмент содержит жесткую оправку, рабоча  часть которой выполнена в виде трубчатого, например конического кольца, средний диаметр До, и толщина to 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 дл  установки на шпинделе 8 инструмента в сборе. Оправка 4 и системы лепестков 5 и 6 имеют общую сферическую поверхность радиуса RSОсь вращени  инструмента КС совпадает с радиусом его сферической поверхности, проход щим через центр С трубчатого кольца 4. Край образующей отстоит от точки С на величину радиуса г центральной нерабочей зоны инструмента. Радиус Го определен конструктивно с учетом закруглени  сужающихс  консольных концов внутренних лепестков 5.

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

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

Инструмент работает следующим образом .

По формулам (1), (2) и (3) определ ют размеры инструмента. Сагиттальный радиус кривизны R, завис щий от текущих значений ординат X и крутизны издели  У, обычно имеет наименьшее значение дл  вогнутых поверхностей при х 0, 0, а дл  выпуклых поверхностей. - при Х Хтах

Это имеет место при нормальной тенденции нарастани  радиуса кривизны асферической поверхности от ее вершины к краю, т.е. дл  поверхностей с распр мл ющимис  образующими. При аномальной обратной тенденции нарастани  радиуса кривизны от ее кра  к вершине, положение мен етс  на противоположное. Это характерно дл  поверхностей со сворачивающимйс  образующими, например дл  эллипсоидов вращени  вокруг малой оси.

Переменную в радиальном направлении лепестков их толщину h (в мм) рассчитывают из услови  получени  образующей 5 их рабочей поверхности по требуемой асферической форме по следующим формулам: ЛК V т bh 12

0 гдеДК -изменение кривизны лепестков при

их изгибе и переходе от исходной сферической формы к заданной асферической форме, мм; J4 -изгибающий момент в текущем сечении лепестка, И. мм;

Е -модуль упругости материала инструмента , Н/мм У - момент инерции сечени  лепестка.

Ъ - щирина лепестка в его текущем се 0чении, мм.

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

Упрочнение инструментов-шлифовальни5 ков выполн ют, например, алмазными порошками в гальванических ваннах никелировани . Инструмент-полировальник покрывают слоем смолы, просмоленного сукна или другого эластичного материала. Обработку производ т свободным абразивом,

0 подава  его на рабочую поверхность инструмента , не зан тую изделием; в зону обработки абразив посто нно вт гиваетс  благодар  сужающемус  зазору между обеими контактирующими поверхност ми. , Асферизацию оптических деталей данным инструментом производ т на станках типа «Старт-70.

Заготовку издели  3 и инструмент устанавливают на их щпиндел х 1 и 8 с помощью наклеечника 2 и хвостовика 7 соответствен0 но. Ось вращени  инструмента располагают под углом « к оси вращени  детали. При этом ось вращени  инструмента проходит через центр экстремальной сагиттальной кривизны образующей заданной обрабатываемой асферической поверхности детали. Обоим шпиндел м сообщают вращательное движение вокруг их осей КБ и КС. Усилие Р, прижимающее инструмент к изделию и изгибающее лепестки 5 и 6 инструмента, во врем  обработки увеличивают от миниQ мального его значени  в начале обработки до максимального его значени  в конце ее, когда удельные давлени  достигают расчетных значений и дальнейща  обработка сопровождаетс  сн тием равномерного сло  припуска и стабилизацией асферической формы поверхности издели , при этом в необходимых случа х примен ют дополнительную краевую нагрузку на лепестки, обеспечивающую указанное изменение удельhoro дав.пени  И .и1 ю1,у1(:) липамические нагрузки на иист)меит.

Отступление (|)актнческих параметров поверхности от заданных компенсируют измененне.м нагрузки Р и скоростей вращени  инструмента и издели .

Проведение оси инструмента через центр экстремальной сагиттальной кривизны образуюнхей заданной асферической поверхности под уг.юм к ее оси обеспечивает максимально возможную ншрину нолосы контакта рабочей (торической) поверхности инструм ента с обрабатываемой поверхностью издели , благодар  чему у.чучшаютс  услови  их притира, по вл етс  радиальна  составл юща . относительной скорости, необходима  дл  получени  01ггического качества издели , достигаетс  требуема  точность обработки.

При HOJMipoBatiHH изделий 11редложе1П1ым инстру.ментом точность их по .местным О1нибкам обеснечиваетс  тем, что здесь практически устран етс  однозначна  и жестка  св зь каждой точки инструмента со своей зоной издели , как это имеет место при использовании известного ир)стру.мента. Это свойство разв зки зон нарастает от кра 

инструмента к его кольцевой зоне диаметром DO. Б.пагодар  этому свойству ошибки инструмента равномерно распредел ютс  по всей поверхности издели , а не концент , рируютс  в отдельных его зонах.

.адь предложенного инструмента нримерно в 5 раз больше площади известного инструмента, поэтому износ предложенныхинструментов-шлифовальников соответственно уменьшаетс .

О Предложенна  конструкци  инструмента обеспечивает значительное - (в 5-10 раз) уменьп1епие гнирины его жесткой части, измеренной в радиальном направлении издели , в результате выполнени  его в виде тонкостенного трубчатого кольца, а не цилиндра малого радиуса, при этом прочность и жесткость кольца, диаметр которого превьппает диаметр издели , весьма высоки. Это обсто тельство и позвол ет расширить диапазон освоенных в производстве деталей

0 до диаметров 5-25 мм и значительно (в 10-50 раз) увеличить их градиенты асферичности .

Ввиду улучшени  условий питани  зоны обработки абразивной суспензией и увеличени  относительной скорости производи5 тельность труда также возрастает.

Х«.

ФыгЛ

Claims (2)

1. 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 расширения 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 (Щи толщина (t₀) кольца выбраны из .условия

   Do = 2(R₅cosT+x)sin « ²Vo, где R_s —сагиттальный 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 Do, мм';

   Ц - угол между касательными к образующей в зоне среднего диаметра кольца D ив текущей зоне х. град. </=фла.кс+ половина угла при вершине указан+arc5in^r^ ного конуса, град;

   Г_о -^крадиус центральной нерабочей зоны инструмента, мм;
2. 2У_О - ширина участка рабочей поверх пости инструмента, отступление которого от сферы радиуса R₅ во превышает заданного допуска, мм.

   11УЗУУЙ