Способ формообразования поверхностей астрономических зеркал Советский патент 1992 года по МПК B24B13/06 

$/ У

Изобретение относится к области технологии обработки оптических деталей.

Известен способ обработки оптических поверхностей полноразмерным инструментом, заключающийся в том, что подбором режимов обработки (скорости вращения детали, длины штриха и его положения и т.д.), а также подрезкой инструмента добиваются требуемой формы оптической поверхности. Таким способом можно добиться равномерного (эквидистантного) съема материала со всей поверхности, что необходимо на конечной стадии формообразования поверхностей крупногабаритных оптических деталей, прошедших технологический цикл обработки, так как они обычно обладают волнистостью, (в настоящее время ее принято называть мелкоструктурной ошибкой - МСО), которую необходимо устранить.

Недостатком способа является низкая точность формообразования ввиду ппохой прогнозируемости указанного техпроцесса, что приводит к необходимости многократного корректирования режимов обработки, что в свою очередь ведет к снижению производительности.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ формообразования поверхностей оптических деталей полноразмерным инструментом, конфигурацию рабочей поверхности которого можно выбрать такого вида, что при заданных режимах обработки он будет осуществлять эквидистантный съем материала, что позволяет использовать его для устранения МСО без изменения общей формы пооерхности.

Недостатками способа являются: низкая производительность ввиду большого количества времени необходимого для формирования рабочей поверхности инструмента и его опрессовки, низкая точьость, так как произвести полную опрессовку больших полировальников (до шести метров в диаметре) практически невозможно, а неполная опрессовка приводит к ошибкам формы обрабатываемой поверхности.

Целью изобретения является повышение точности и производительности Формообразования поверхностей астрономических зеркал.

Поставленная цель достигается тем, что обработку ведут инструментом, рабочая поверхность которого сформиоована в части кольца, причем его внутренний г и наружный R радиусы равны соответственно d/2 и D/2, где d - диаметр внутреннего отверстия зеркала и D - наружный диаметр зеркала, а длина цуги I части кольца выбирается в диапазоне к Г i jrr и является

постоянной величиной во всем интервале радиусов от d/2 до D/2, амплитуду возвратно-поступательного движения инструмента устанавливают из соотно- А . а время обработки t,

шения А - jrjn™

определяют из 2tthS

соотношения t

К I Робщ О)

0 где h - максимальная величина локальной ошибки формы обрабатываемой поверхности;

Робщ давление инструмента на деталь; S - площадь части кольца инструмента;

5 а)-угловая скорость вращения детали;

К - технологический коэффициент.

На фиг. 1 изображена обрабатываемая

деталь и расположенный на ней полировапьник; на фиг. 2 - интерферограмма аст0 рономического зеркала до обработки указанным способом; на фиг. 3 - интерферограмма зеркала после обработки указанным способом.

Способ реализуется следующим обра5 зом.

Поверхности крупногабаритных оптических деталей 1, прошедшие технологический цикч обработки и удовлетворяющие требован шм по среднему квадратическому

С откпонеки.о(СКО), но обладающие МСО необходимо обработать полировальником 2, размер которого в 3-5 раз превышает геометрический размер элементов МСО таким образом, чтобы величина снятого слоя мате5 риала на каждом участке поверхности была - одинакова. При этом общая форма оптической поверхности остается без изменения, но происходит сглаживание неровностей малэнького размера и МСО устраняется. С

0 этой целью контролируют форму поверхности обрабатываемого зеркала и определяют максимальную локальную ошибку h, которая и определяет необходимый припуск на обработку. Полировальник изготавливают в

5 виде части кольца так, чтобы его внутренний г и наружный R радиусы были равны соответственно d/2 и D/2, где d - диаметр внутреннего отверстия, a D - наружный диаметр зеркала. Длина дуги кольца i выбирается Б

диапазоне - Г От Г и является постоянной величиной во всем интервале радиусов от d/2 до D/2. Детали придают вращательное движение, а инструменту возвратно-поступа- 5 телыюе движение в радиальном нзправлеR - г нии с амплитудой А ТПА В случае

обработки сферических поверхностей амплитуда может быть несколько увеличена, а при поверхностях с большой асферичностью (несколько десятков микрон) ее следует уменьшить. Количество оборотов зеркала и двойных ходов полировальника выбирают таким образом, чтобы линейная скорость от возвратно-поступательного движения была намного меньше скорости от вращательного движения и ею можно было бы пренебречь при обработке. Причем, количество двойных ходов не должно быть кратным количеству оборотов для обеспечения более равномерного съема,

Согласно гипотезе Престона сьем материала Н выражается зависимостью Н KPVt, где К - технологический коэффициент, Р - удельное давление инструмента на деталь, V - скорость обработки, t - время обработки,

- Для того, чтобы обеспечить одинаковый съем на каждом участке поверхности при постоянном давлении, которое задается в диапазоне (5-15) г/см , необходимо, чтобы произведение V t было постоянным. В нашем случае скорость обработки прямо пропорциональна радиусу обрабатываемой зоны (V (а Нтек), следовательно, время обработки должно быть обратно пропорционально радиусу обработки. Это достигается одинаковой длиной дуги кольца для каждого радиуса, так как в этом случае угловая величина дуги обратно пропор- циональна радиусу обрабатываемой зоны

( ) 3i значит, и время обработки

Ктек

тоже обратно пропорционально радиусу обработки. Необходимое время обработки для устранения МСО определяется из гипотезы

Престона т ..... , но, так как Р

К г V

Р к , где S - площадь полировальника,

О

V а) Ртек.. и, кроме того, каждая точка на поверхности обрабатывается только часть времени от общего времени обработки

т.общ.. причем t т.общ то to6lu-

Ј Ji Ктек

определяется выражением т0бщ. 23Th 3

К I Робщ О)

Для того, чтобы во всех зонах детали производился одинаковый съем можно ре- комендовать изготовление полировальника

d A с внутренним радиусом г - - А и наружным радиусом R - + А, хотя во многих

случаях из-за эффекта завала края это нецелесообразно.

При обработке инструмент должен быть заторможен, чтобы предотвратить его поворот от сил трения, так как в противном случае будут нарушены условия обработки.

В предложенном способе обработка производится инструментом, размер которого значительно меньше диаметра детали, что значительно облегчает и ускоряет процесс формирования и спрессовывания его рабочей поверхности, что в свою очередь ведет к повышению производительности. Спрессовывание в этом случае производится более полно, что позволяет избежать измерения формы обрабатываемой поверхности при устранении МСО, а, следовательно, повысить точность формообразования. Кроме того, ширина кольца I в этом случае по крайней мере в 3 раза шире, чем лепесток маски (3 - наименьшее возможное количество лепестков маски), что позволяет более полно устранять МСО на деталях с внутренним отверстием маленького диаметра и следовательно, повысить точность формообразования.

Способ был реализован на практике при формообразовании плоских, сферических и асферических поверхностей.

На фиг. 2 показана интерферограмма оптической поверхности параболического астрономического зеркала и 630 мм и вершинным радиусом кривизны R0 3200 мм из ситалла СО 115М. Диаметр внутреннего отверстия d 140 мм. Таким образом инструмент для устранения МСО имел наружный радиус R 315 мм, а внутренний радиус г 70 мм. Амплитуда возвратно-поступательного движения выбиралась из соотношения

А

R

100

2,5 мм. Из анализа исходной

интерферограммы (фиг. 2) видно, что максимальная величина локальной ошибки h 0,5 интерференционной полосы или 0,16 мкм. Длина дуги инструмента I

тг 3

-;- г 165 мм. Технологический коэффициент для ситалла С0115М К 610 мкм при удельном давлении 1 г/см , скорости обработки 1 мм/сек и времени обработки 1 с. Удельное давление, определяемое из условия Робщ/S, было задано 10 г/см2, а угловая скорость детали ш - . Таким образом, время обработки равнялось

2jrh S

К I Робщ Ш

2лО,16 3

6-10 8 165 10 -л

9700 - 162 мм.

Обработка указанным инструментом в течение этого времени позволила получить поверхность, интерфе-рограмма которой показана на фиг. 3, . МСО уменьшилась с 0,06 Л по с.к.о. до 0,035 Я, что подтверждает достижение поставленной цели.

Формула изобретения Способ формообразования поверхностей астрономических зеркал, при котором инструменту сообщают возвратно-поступа

тельное движение в радиальном направлении, а зеркалу - вращение вокруг своей оси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности формообразования, берут инструмент в виде части кольца с внутренним г и наружным R радиусами, равными соответственно половине диаметров внутреннего отверстия и наружной поверхности зеркала, и с постоянной в радиальном направлении длиной дуги, выбираемой из условия 5г I пг.

Использование: при формообразовании высокоточных поверхностей астрономических зеркал. Сущность: для сглаживания волнистости путем эквидистантного съема стекла рабочую поверхность инструмента 2 формируют в виде части кольца, перемещают его по поверхности вращающегося зеркала 1 в радиальном направлении и осуществляют равномерный съем стекла в каждой зоне поверхности. Внутренний г и наружный R радиусы кольца выбирают равными половине диаметра соответственно внутреннего отверстия и наружной поверхности зеркала, а длину дуги кольца %Г I яг.З ил.