Изготовление пластин для оптических деталей

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИФНОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

"Изготовление пластин для оптических деталей"

МИНСК, 2008

Изготовление любой оптической детали начинают с выбора заготовки. Для крупносерийного и массового производства заготовкой является прессовка, а для единичного и опытного производства - кусок стекла. Прессовка по форме обычно похожа на деталь (линза, призма, пластина), но имеет припуск на обработку.

Прессовки выпускают размером от 8 до 150 мм. Если же необходимо изготовить деталь меньшего размера, то делают кратную прессовку, из которой при дальнейшей обработке получают несколько деталей. Куски стекла имеют форму цилиндрических дисков или параллелепипедов любых размеров.

При любом типе производства заготовки последовательно проходят обработку сначала на заготовительном участке, затем на участке шлифования и полирования, а потом на других специальных участках.

На заготовительном участке заготовке придают форму и размеры, наиболее приближающие ее к детали. Здесь удаляют основной слой припуска. В серийном производстве обработку выполняют 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.

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.

Рис. 1. Схема технологического процесса изготовления круглой пластины

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.

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.

Результаты расчетов наклеечных приспособлений для Dи/d_з

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 ?N, соотношения толщины t и диаметра d₃ 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 разблокировывают и ведут в той же последовательности обработку второй стороны, контролируя при этом N₂, ?N₂, P₂.

После завершения всех операций на участке шлифования и полирования пластины проходят промывку. Промывку от нитроэмали 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 полуавтоматические промывочные машины. Промытые пластины контролируют 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 точностью и . В диске имеется несколько отверстий, каждое из которых на 5 - 10% больше, чем диаметр обрабатываемых пластин. Отверстия в диске для деталей расположены на разных угловых расстояниях друг от друга и на различных расстояниях от центра . Сепаратор 2 устанавливают на полировальник 1 шлифовально-полировального станка (рис. 3,б). В отверстия сепаратора укладывают пластины 3, предварительно отполированные с и . Чтобы на торцах пластин не появились выколки при доводке, стенки отверстий сепаратора обклеивают резиной 4. На каждую пластину помещают груз 5. Если необходимо устранить клиновидность 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 полировании с помощью обычных технологических приемов.

При движении сепаратора по полировальнику он своей рабочей поверхностью формует полировочную смолу, разравнивая ее и передавая ей точную плоскую форму поверхности, которую имеет 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 интенсивные. Подачу полировальной суспензии в зону обработки производят вручную.

При длительной работе поверхность сепаратора теряет точность, срабатываясь на бугор или яму, поэтому его правят, т. е. восстанавливают первоначальную точность переполировываиием. Правку сепаратора производят 1 - 2 раза в месяц по необходимости.

После участка шлифования и полирования пластины передают на участок покрытий и другие участки. Затем, пройдя контроль ОТК цеха, где контролируют все параметры пластины, предусмотренные чертежом, детали поступают на склад готовой продукции цеха, откуда их передают в сборочные цехи завода.

Рис.4. Схема технологического процесса изготовления линз средней точности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.

2. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и оптических систем. М. Логос, 2000. - 581 с.

3. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике, Высшая школа, 2003. - 591 с.

4. Прикладная оптика под редакцией Дубовика А.С Машиностроение, 2002. - 470 с.

5. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов Машиностроение, 1982. - 320 с.

6. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения. Советское радио, 1977.- 270 с.

7. Петров В.п. Контроль качества и испытания оптических приборов. Машиностроение, 2005. - 222 с.

8. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х частях. Под редакцией А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. Машиностроение 2001

9. Зубаков В.Г., Семибратов М.Н.. Штандель С.К. Технология оптических деталей. Машиностроение, 2005. - 368 с.