Способ формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей Советский патент 1992 года по МПК B24B13/06 

Изобретение относится к технологии обработки оптических деталей, в частности к технологии автоматизированного формообразования оптических поверхностей малым инструментом и автоматизированного управления процессом формообразования.

Известен способ автоматизированного формообразования оптических поверхностей Зебра-1 1, заключающийся в том, что строят профиль обрабатываемой поверхности, определяют функцию станка, разбивают поверхность на кольцевые зоны, определяют величину припуска в каждой зоне, определяют необходимое усилие инструмента на деталь в каждой кольцевой зоне, последовательно обрабатывают каждую кольцевую зону.

Недостатком способа является то, что инструмент считается точечным, что приводит к снижению точности формообразования, так как в действительности инструмент имеет размер не менее 1/6 диаметра детали. Недостатком является также использование управления усилием инструмента, так как в этом случае величина снимаемого материала пропорциональна усилию инструмента в небольшом диапазоне, что не позволяет устранять одним сеансом обработки ошибки большой величины и, следовательно, приводит к снижению производительности. Кроме того применение указанной системы требует проведения работ по определению функции станка и технологической постоянной для каждой настройки станка и для каждого диаметра инструмента, что увеличивает объем подготовительных работ, а следовательно, снижает производительность.

vj

-xl

О СЛ

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ формообразования поверхностей оптических деталей 2. В этом способе инструмент совершает плоскопараллельное круговое движение с экс- центриситетом е относительно шпинделя инструмента, обеспечивая максимальный съем под центром инструмента. Время обработки на каждом участке определяется из условия

г - 6|J T|i KPVf

где dij - величина припуска на ij-том участ- ке;

k - технологическая постоянная;

Р - удельное давление инструмента на деталь;

V - скорость обработки;

f - коэффициент профиля сьема. Время обработки на каждом участке регулируется скоростью перемещения инструмента, которая определяется из выражения

v - h

где h - размер элементарного участка поверхности.

Указанный способ позволяет устранять одновременно все виды ошибок оптической поверхности.

Недостатком способа является то, что он плохо применим для асферизации опти- ческих поверхностей;т,к. в этом случае оптимальным является движение инструмента по окружности, а в указанном способе он передвигается по элементам квадратной сетки, что снижает точность формообразо- вания в каждом сеансе, а следовательно, снижает и производительность, так как количество сеансов обработки возрастает.

Целью изобретения является повышение точности и производительности формообра- зования поверхностей крупногабаритных оптических деталей.

Поставленная цель достигается тем, что представляют оптическую поверхность в виде кольцевых зон одинаковой ширины, последовательно помещают центр инструмента в середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска, определяют интегральный коэффициент профиля съема для каждого положения инструмента в каждой кольцевой зоне, перекрываемой инструментом при плоскопараллельном круговом движении с эксцентриситетом Ј, из выражения

0

0

5

5

0

),

где R - радиус инструмента;

Б - эксцентриситет плоскопараллельного кругового движения;

- текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

j - текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента;

nj - расстояние от центра инструмента до кольцевой зоны, в которой определяется интегральный коэффициент профиля съема;

f(r) - функция, выражающая зависимость коэффициента профиля съема от радиуса инструмента и эксцентриситета плоскопараллельного кругового движения, определяют требуемое время обработки в каждой перекрываемой зоне с учетом определенных интегральных коэффициентов профиля съема, определяют скорость перемещения инструмента из выражения

Vljmax -b i ,

где LIJ -длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в i-й зоне;

tij - требуемое время обработки в i-ой зоне;

Vijmax - максимальное значение скорости перемещения, необходимое для устранения припуска в 1-й зоне, и перемещают инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки, с соответствующими скоростями.

На фиг.1 показано положение инструмента на обрабатываемой поверхности и разбиение инструмента и детали на кольцевые зоны; на фиг.2 - интерферограмма оптической поверхности до обработки; на фиг.З - интерферограмма этой же поверхности после обработки указанным способом.

Способ реализуется следующим образом. После прополировки оптических поверхностей они обладают значительными зональными ошибками, устранение которых является первоочередной задачей при др- водке крупногабаритных оптических поверхностей. Еще более важной задачей является асферизация оптических поверхностей, когда в каждой зоне нужно снять определенную величину припуска, чтобы из сферической поверхности получить асферическую поверхность.

С этой целью вся оптическая поверхность разбивается на кольцевые зоны одинаковой ширины, максимальное количество которых обычно не превышает 20-30, так как этого вполне достаточно для подробного представления профиля обрабатываемой детали. По результатам контроля формы обрабатываемой поверхности строится ее профиль в виде отклонений от ближайшей теоретической поверхности посредине каждой кольцевой зоны. В каждой зоне опреде- ляется величина припуска, которую необходимо снять, чтобы поверхность приняла требуемую форму. В зону с самым большим припуском помещают центр инструмента, диаметр которого может варьироваться в широком диапазоне в зависимости от характера обрабатываемой поверхности. В случае узких зональных ошибок размер круговой площадки перекрываемой инструментом при заданном эксцентриситете плоскопараллельного кругового движения может равняться ширине одной зоны. При плавком характере зональной ошибки, а следовательно, максимальном размере инструмента зона перекрытия достигает четверти диаметра детали.

На фиг.1 показано положение инструмента на оптической поверхности и их разбиение на кольцевые зоны. Определяют интегральный коэффициент профиля съема в каждой перекрываемой инструментом зоне как

fHHlj- /pJVW,

где R - радиус инструмента;

е - эксцентриситет плоскопараллельного кругового движения,

i - текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

J -текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента;

гц - расстояние от центра инструмента до кольцевой зоны;

f(r) - функция, выражающая зависимость коэффициента профиля съема от радиуса инструмента и эксцентриситета плоскопараллельного кругового движения.

Эксцентриситет обычно составляет 0,1 диаметра выбранного инструмента и остается постоянным в течение всего времени обработки. Интегральный коэффициент профиля съема позволяет определить интенсивность съема материала в каждой перекрываемой инструментом зоне, так как в каждой зоне работают разные части инструмента, обладающие разными коэффициентами профиля съема.

Определяют требуемое время обработки в каждой перекрываемой инструментом зоне по формуле

„ - «

Ч PVfnHljK

где fi - припуск на обработку в 1-ой зоне, перекрываемой инструментом;

Р - удельное давление инструмента на деталь, которое остается постоянным в течение обработки;

V - скорость обработки, которая определяется величиной эксцентриситета и угловой скоростью вращения шпинделя инструмента(У сое). Скорость V постоянна в процессе обработки;

fniHij - интегральный коэффициент профиля съема в i-ой зоне;

К - технологическая постоянная. Определяют требуемую скорость перемещения инструмента в каждой перекрываемой инструментом зоне по формуле

20

v«

где LIJ - длина дуги окружности, перекрываемой инструментом, ввиду того, что инструмент перекрывает несколько зон, за

скорость перемещения принимается максимальное из полученных значений Vji (VijMax), так как в этом случае в одной из зон будет снят требуемый припуск, а в остальных зонах только часть припуска. Любое другое из

полученных значений Vij приведет к снятию хотя бы в одной зоне припуска большего чем требуется, что недопустимо. Так как значение Vij значительно меньше скорости обработки V,TO ее влиянием на обработку

пренебрегают. Эта скорость только определяет время пребывания инструмента в каждой обрабатываемой точке (время, за которое инструмент проходит над каждой точкой, попадающей в зону обработки).

Определяют оставшуюся величину припуска A hi во всех перекрываемых инструментом зонах по формуле

45

Ani ni-u -PVtV,HijK

Vljmax

Помещают инструмент в следующую зону с самым большим значением припуска и повторяют вышеописанные операции до тех пор,

пока не останется зон, в которых все ц 0.

После этого придают инструменту плоскопараллельное круговое движение с заданным эксцентриситетом е , обеспечивающее скорость V, прикладывают требуемое усилиенаинструмент,равноеРл:К2, перемещают инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки с соответствующими расчетными скоростями

Vljmax.

Если требуется дальнейшее улучшение оптической поверхности, то следует повторить весь процесс при тех же значениях припусков, уменьшив диаметр инструмента и значение эксцентриситета. В этом случае могут появиться новые зоны обработки, что позволит улучшить обрабатываемую поверхность. Кроме того, можно увеличить припуски на обработку, что позволит использовать инструмент того же или даже большего диаметра.

После обработки контролируют обработанную поверхность и повторяют весь процесс до тех пор пока поверхность не станет удовлетворять предъявляемым требованиям.

Указанный способ был реализован на практике при обработке оптических деталей на станке АД-1000. На фиг.2 показана ин- терферограмма оптической сферической поверхности диаметром 630 мм и R 1800 мм до обработки, из которой видно, что указанная поверхность обладает значительной зональной ошибкой. Среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) волнового фронта составило 0,42 А(Я 0,63 мкм). На фиг.З показана интерферограмма той же поверхности после сеанса обработки. Видно, что зональная ошибка уменьшилась и с.к.о. составило 0,08Я.

Указанный способ может применяться как на стадии полировки, так и на стадии шлифовки особенно при асферизации поверхностей с большими отклонениями от сферы.

Формула изобретения Способ формообразования поверхностей круп ногабаритн ых оптических деталей, при котором малому инструменту сообщают

плоскопараллельное круговое движение и перемещение относительно неподвижной детали, определяя время пребывания инструмента на каждом участке с учетом коэффициента, характеризующего скорость

съема материала вдоль радиуса инструмента относительно его центра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности формообразования, перемещение инструмента отнрсительно детали осуществляют по кольцевым зонам, а при определении времени пребывания инструмента упомянутый коэффициент, характеризующий скорость съема, рассчитывают для каждой зоны, перекрываемой инструментом, при этом скорость перемещения инструмента по кольцевым зонам определяют по формуле

25

v«

где Ц -длина дуги окружности, перекрываемой инструментом в 1-й зоне;

ту - требуемое время обработки в 1-й зоне;

i-текущий номер зоны, перекрываемой инструментом;

j - текущий номер зоны, в которой находится центр инструмента, и выбирают ее максимальное значение.

т

а

to г- г-

Ф/ys.J

Использование: в технологии обработки оптических деталей, в частности при автоматизированном формообразовании оптических поверхностей малым инструментом и автоматизированном управлении процессом формообразования. Сущность: оптическая поверхность представляется в виде кольцевых зон одинаковой ширины. В середины кольцевых зон, имеющих самые большие значения припуска, последовательно помещают центр инструмента. Определяют интегральный коэффициент профиля съема для каждого положения инструмента в каждой кольцевой зоне, перекрываемой инструментом. Определяют требуемое время обработки в каждой зоне. Находят скорость перемещения инструмента в каждой зоне и перемещают инструмент последовательно по всем круговым зонам, требующим обработки, с соответствующими скоростями. Зил. со с