13. Технология нетиповых оптических деталей

13.1. Технология шаровидных линз

Технология линз микро- и фотообъективов, линз светосильных конденсоров и других деталей с радиусами R = 1...10 мм и толщиной t = (0,8... 1,3)/? отличается от обычной. Специфику ее определяют конст­руктивные параметры деталей и требования к точности изготовления (N= 1,0; ДДГ= 0,2; Р = II...IV), Шаровидные линзы по их конструктивным осо­бенностям разделяются на несколько типов (рис. 44).

В зависимости от типа и размера линзы заготовки могут быть в виде шара и полушара полученных прессованием из вязкой стекломассы, или в виде кубиков, изготовляемых из пластин. Для линз, толщина кото­рых равна или больше полусферы (t > R), используют заготовки в виде шара или куба. Если же толщина линзы меньше полусферы (t <К), то за­готовка будет в виде шара или куба составленных из двух половинок склеенных между собой. При t « R заготовка представляет собой куб, состоящий из 8 склеенных между собой отдельных кубиков.

Размеры и геометрия заготовок должны быть выдержаны с высо­кой точностью. Нарушение их исключает возможность получения дета­лей правильной формы. Так, эллиптичность шариков изготовленных из кубов будет равна разности размеров их сторон. Прессованные заготовки в виде шариков небольших размеров не будут иметь правильной геомет­рическом формы из-за буртика на месте разъема прессформ и их смеще­ния. Учитывая это, подобные заготовки изготавливают, начиная с диа­метра 6 мм.

Кубы изготавливают из пластин, рассчитанных на получение кратного числа заготовок, после шлифования пластин с двух сторон, их толщина t должна быть равна стороне куба с припуском на последующую обработку, т.е. t = (2R + 2) - 0,1. Разнотолщинность пластин по краю допускается в пределах 0,02 - 0,05. Шероховатость поверхности R_ZIQ -J?_Z20. В результате двукратного склеивания пластин, распиливания блока и подгонки толщины получают кубы с указанным выше размером сторон. Толщина t пластин для изготовления кубов составленных из двух поло­винок: t - (R + 1) - 0,1 мм.

Предварительное шлифование шариков, полученных прессовани­ем и придание кубам формы шара, производят на станке модели А-1057 (рис. 45). Заготовки загружают в барабан 1, где при вращении алмазного инструмента 2 они свободно перекатываются, сталкиваясь с поверхно­стью инструмента и между собой.

Вследствие трения ₀ поверхность инструмента заго­товки получают вращательное движение и под действием центробежной силы переме­щаются к поверхности непод­вижного барабана. При этом нижние заготовки постоянно перемещаются вверх, а верхние сбрасываются вниз. Постоян­ное перемещение заголовок обеспечивает их разномерную обработку. В барабан одновре­менно может быть загружено от 200 до 1500 заготовок. Ма­шинное время обработки от 1 до 4 часов в зависимости от вида и размера заготовок.

Тонкое шлифование шариков производят способом линейного притира по схеме (рис. 46): здесь верхним звеном является неподвижный шлифовальник 1 со сквозными отверстиями. Их цилиндрическая часть имеет диаметр Д = Д_ш+ (0,2..0,5) мм. Шарики установленные в отверстия

выступают наружу на 1/3 диа­метра. Нижнее звено 2 пред­ставляет собой планшайбу, на поверхность которой наклеена листовая резина. При силовом замыкании Р_у верхнего звена с нижним через шарик, послед­ний образует шаровой шарнир, представляющий собой кинема­тическую пару третьего класса :о степенями свободы X, У, Z. При планетарном перемещении планшайбы 2 шарики под действием сил сцепления с резиной вращаются в отверстиях шлифовальника и притираются к их цилиндрическим обра­зующим. При этом в отверстия подается абразивная суспензия. Из-за по­стоянного изменения направления вектора скорости, мгновенные центры вращения шариков все время смещаются. Это обеспечивает автоматиче­ское приобретение ими правильной сферической формы, а равенство пройденного пути независимо от зоны расположения - одинаковые диа­метры. Тонкое шлифование выполняют последовательно электрокорун­довыми порошками зернистостей М20, М14 и М10. Обработанные шари-

ки поступают в устройство, классифицирующее их по диаметру через 0,002 мм,

Станки для тонкого шлифования имеют две модификации А-1212 и А-1213, Станок А-1212, принципиальная схема которого показана на рис. 47, предназначен для шлифования шариков диаметром от 1 до 12 мм. Он имеет 8 рабочих позиций. Число заготовок, одновременно обрабаты­ваемых на каждой позиции, соответствует количеству отверстий в шли-фовальнике 2. Силовое замыкание шариков с планшайбой 1 создается грузом 3, устанавливаемым на каретку 4. Вращение шарикам сообщают планшайбы 1, совершающие вместе с диском 5 планетарно-вращательное перемещение с постоянным размахом. Движение диску передается от шпинделя 8 через шестерни 7 и 9, соединенные с пальцами 6 и 10

Станок модели А-1213 имеет одну рабочую позицию. Он предна­значен для тонкого шлифования шариков диаметром от 10 до 40 мм. Уст­ройство основных узлов и кинематическая схема привода планетарно-

вращательного движения планшайбы аналогичны станку А-1212.

Полирование шариков, также как и шлифование, выполняют спосо­бом притира, а именно: шарики поме­щают в кольцевую канавку полиро­вальника 1 (рис. 48). Сверху, с такой же кольцевой канавкой устанавливают полировальник 2. Глубина каждой ка­навки 0,25 диаметра шарика. Нижний полировальник неподвижен, верхний приводится во вращение. При силовом И замыкании Р_у шарики под действием

сил сцепления с поверхностью канавки катятся по ней. Так как линейные скорости у наружного и внутреннего диаметра канавки разные, шарики вращаются вокруг осей ОХ, О У, OZ, и при наличии суспензии полируют­ся. Для того чтобы полируемые поверхности не царапались друг о друга, между стеклянными шариками помещают шарики из полистирола. Диа­метр их на 0,1 - 0,5 мм меньше диаметра стеклянных, полирование вы­полняют в два перехода. Рабочая поверхность полировальника 1-го пере­хода представляет смесь смолы с опилками мягких пород дерева, а поли­ровальник 2-го перехода - из мягкой смолы. Полирующий абразив - поли-рит или порошок ПФ. После 1-го перехода шарики классифицируют по диаметру через 0,1 мкм с помощью вертикального оптиметра, а после 2-го перехода - на ультраоптиметре с погрешностью, не превышающей 0,01% от измеряемой величины. Измерение диаметра шарика заменяет контроль радиуса с помощью пробного стекла.

Полирование производят на станках моделей А-1049 и А-1211. Первый предназначен для полирования шариков диаметром до 12 мм и имеет 5 рабочих позиций, второй - шариков диаметром от 10 до 40 мм. Он имеет одну рабочую позицию. Принцип работы станков А-1049 и А-1211 одинаков. Отличаются они конструкцией отдельных узлов, их компановкой и системой привода вращения полировальников. Для поли­рования шариков разных размеров используют инструмент разных диа­метров.

В зависимости от типа линзы процесс обработки их второй по­верхности строится по-разному. Поверхность плосковыпуклых линз об­рабатывают блоком при базировании и жестком креплении заготовок на стеклянных плоскопараллельных пластинах (рис. 49). При базировании вершина шарика (полушара) должна контактировать с поверхностью при­способления. Плоскостность об­рабатываемой поверхности кон­тролируется с помощью интерфе­рометра или пробного стекла, а толщину / линзы - измерением на вертикальном оптиметре с учетом толщины Т, пластины, т.е. / = Т-Т,.

Вторую поверхность менисков с плоской фаской сначала обраба­тывают блоком. Для этого каждую заготовку базируют и жестко вклеи­вают в отдельное стеклянное приспособление. Группу приспособлений с заготовками, в свою очередь, наклеивают на стеклянную пластину (рис. 50). Толщину линзы контролируют измерением размера Т на верти­кальном оптиметре с учетом толщин Т| и 1г приспособлений, т.е. t = Т - ti - Тз. Допуск на толщину составляет от 0,01 до 0,05 мм. Полу­ченная плоская лыска является базой для нанесения вогнутой поверхно-

сти. Приспособления с заготовками отклеива­ют от пластин, закреп­ляют в индивидуаль­ном приспособлении и обрабатывают поштуч­но на станках типа 511Ш-30, ШПМ и др. (рис. 51). Толщину t линз по центру контролируют индикаторами часового типа.

Вторую поверхность менисков с острым краем обрабатывают бло­ком. Положение заготовок фиксируют приклеиванием смолой к поверх­ности металлической чашки (ркс. 52). Установочная поверхность радиуса R\ строго концентрична наружной ri, и отполирована с точностью N = 3. Толщину t линзы по центру контролируют измеряя размер Т, т.е. / = Т-Т|, где ti - толщина чашки.