Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках, страница 18

4-8 в Таблице 3.Таблица 15.Предлагаемый процесс механической обработки оптической поверхностиподложки диэлектрического зеркала№ОперацияПредвари-4тельноеплоскоешлифованиеОборудованиеСверхточныйстанокКругРежимы резанияСпециальный кругn1  1000 об/мин(Приложение П.9)диаметром 150 мм,алмазные зернаn2  0,38 об/минt  0,01 ммКачествоповерхностиRa менее 24 нмHtr  40 нм142перифериеймарки АСМ,с наклономзернистостьоси круга3/2 мкм,концентрацияS pop  0,0024м/минS prod  0, 24 м/мин150%, ширина1 проходалмазоносного слояTo  53 мин50 мм, связка Б1n1  1000 об/минn2  0,1 об/минПлоскоеt  0,002 ммшлифование5перифериейS pop  0,00056Ra менее 1,8 нмм/минHtr  40 нмс наклономS prod  0,07 м/миноси круга1 проходTo  200 минСчитаем, что для операций по п.

4-8 Таблицы 3 заготовки закреплены наповоротном столе по периферии рядами с зазором 1..2 мм. Для операций по п. 45 Таблицы 15 заготовки закреплены аналогично на планшайбе. В центре столаили планшайбы заготовки не приклеиваются. Размеры заготовки Ø25х6 мм.Общее количество заготовок, размещаемое на поворотном столе или планшайбедиаметром 200 мм, составляет 30 штук.В Таблице 16 приведено сравнение основного времени, шероховатостиобработанной поверхности Ra и глубины трещиноватого слоя H tr для операций4-8 в Таблице 3 и для операций 4-5 в Таблице 15.Прииспользованиипредлагаемойтехнологииосновноевремямеханической обработки сокращается на 58%.

Шероховатость обработаннойповерхности Ra менее 1,8 нм. Глубина трещиноватого слоя уменьшается с500 нм до 40 нм.143Таблица 16.Сравнение основного времени To , шероховатости обработанной поверхностиRa и глубины трещиноватого слоя H tr для операций в Таблицах 3 и 15Номероперации вТаблице 3НазваниеоперацииНомероперации вТаблице 15Параметр4-6Tо ,минRa , нмH tr , нмПараметрTо ,минRa , нмH tr , нмПредварит.полирование4751030007-8Финишноеполирование ихимикомеханическоеполирование52945005НазваниеоперацииПредварит.плоскоешлифованиепериферией снаклоном осикруга5324≤40Окончат.плоскоешлифованиепериферией снаклоном осикруга2001,8≤40На Рис.

5.11 приведены диаграммы для сравнения параметров типовоготехнологического процесса и предлагаемого.Предлагаемая технология шлифования также рекомендована дляобработки оптических поверхностей корпуса резонатора кольцевого гироскопа.В Приложении П.1 на Рис. П.1 приведен чертеж корпуса, которыйизготавливается на предприятии, производящем гироскопы и системынавигации. На поверхностях А и Б корпуса шероховатость обработаннойповерхности не должна превышать Rz 50 нм.144Предварительное полирование, операции 4-6 Таблице 3Финишное полирование химико-механическое полирование,операции 7-8 Таблице 3Шлифование с наклоном оси круга, операция 4 Таблице 15Шлифование с наклоном оси круга, операция 5 Таблице 15To, мин6004002000Традиционная технологияПредлагаемая технологияа)Ra, нм2520151050Традиционная технологияПредлагаемая технологияб)Htr, мкм1010,10,01Традиционная технологияПредлагаемая технологияв)Рис.

5.11. Диаграммы сравнения параметров типового и предлагаемоготехнологического процесса: а) Основное время обработки To , мин;б) Шероховатость поверхности Ra, нм; в) Глубина трещиноватого слоя H tr , нм1455.3. Разработка сверхточного станка для алмазного шлифования элементовприборов из оптических изотропных материаловПри проведении экспериментальных исследований по шлифованиюситалла и кварцевого стекла на сверхточном экспериментальном стенде,описание которого приведено в параграфе 3.3, шероховатость поверхностисоставила Ra 9-14 нм, что соответствует 13 классу.Для уменьшения шероховатости обработанной поверхности до значенийRa<10 нм (оптический класс шероховатости), обеспечения кинематики плоскогошлифования периферией с наклоном оси круга, а также для реализацииопераций, приведенных в Таблице 15, необходимо применять сверхточноеоборудование, которое обеспечит:1.

Наклон оси шлифовального круга в диапазоне от 0 до 3°.2. Жесткостьшпинделязаготовкиишлифовальногошпинделя400 Н/мкм.3. Биение исполнительных поверхностей шпиндельных узлов не более 0,1мкм. Этот параметр обеспечивает минимальное изменение глубины резания приединичном обороте шпинделя заготовок.4. Индикацию подачи врезания до 0,1 мкм, которая позволит управлятьглубиной резания с высокой точностью.5.Частоту шпинделя заготовок в диапазоне от 0,01 до 0,5 об/мин.В рамках исследований по диссертационной работе был разработан(автор диссертации – ведущий конструктор станка) и изготовлен вАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ»сверхточныйстанокмодели«СФЕРА-100»,который предназначен, в т.ч.

для обработки подложек диэлектрических зеркаллазерного гироскопа (Рис. 5.12, 5.13). В настоящее время станок находится настендовыхиспытанияхизготовителя.висследовательскойлабораториипредприятия-146Рис. 5.12. Технический проект сверхточного станка модели «СФЕРА-100»Рис. 5.13. Сверхточный станок модели «СФЕРА-100»147На Рис. 5.12 приведена модель стенда с обозначением его основныхузлов. Станок включает в себя: продольный суппорт - ось Х, поперечныйсуппорт - ось Z, шпиндельный узел изделия - ось С, на продольном суппортеустановлен поворотный стол – ось В, на поворотном столе установлен фрезерношлифовальный шпиндель.Линейные узлы перемещений - поперечный и продольный суппортвыполнены с использованием аэростатических опор с вакуумным замыканием ис пористым дросселированием.

Станина и каретки линейных узлов выполненыиз натурального гранита. Отклонение от прямолинейности по осям X и Zсоставляет 1-1,5 мкм на длине хода 100 мм.Шпиндельныйиспользованиемдросселированием.узелисферическихОсевоеповоротныйстолаэростатическихбиениеповерхностейстанкавыполненыопорсспористымповоротногостолаишпиндельного узла составляет 0,1 мкм.Система виброизолирующих опор обеспечивает собственную частотуколебаний системы станка не менее 1 Гц.Основные технические характеристики сверхточного станка модели«СФЕРА-100» приведены в Таблице 17.Схемастанкаобеспечиваетреализациюплоскогошлифованияпериферией с наклоном оси круга (Рис.

5.14). Наклон оси круга обеспечиваетсяза счет поворотного стола (ось B), на котором установлен фрезерношлифовальный шпиндель с закрепленным кругом, с точностью до 0,004угл. мин.На Рис. 5.14 обозначено: подача заготовки S prod обеспечиваетсявращением шпинделя заготовки, оси С - n2 ; круг вращается с частотой n1 ;поперечная подача заготовки S pop обеспечивается перемещением по оси X;подача на глубину резания t обеспечивается перемещением по оси Z; разворотоси круга на угол β обеспечивается поворотом шлифовального шпинделя вокругоси B.148Таблица 17.Основные технические параметры сверхточного станкамодели «СФЕРА-100»Технические параметрыЗначениеГабариты обрабатываемых изделий - диаметр/длина, мм:при шлифованиипри токарной обработкеДиапазончастот вращения шпинделя главного движения, ось «S»,-1мин.Диапазончастот вращения привода главного движения, ось «С»,-1мин.Диапазон частотвращения шпинделя фрезерно-шлифовальной-1головки, мин.Диапазон рабочих подач суппортов «Z» и «Х», мм/мин.-1Диапазон рабочих подач поворотного стола, ось «В», мин.Дискретность задания перемещения продольных суппортов, мкмДискретность задания перемещения поворотного стола, ось «В»,угл.

секРис. 5.14. Схема плоского шлифования периферией с наклоном оси круга насверхточном станке модели «СФЕРА-100»149Схема станка также обеспечивает реализацию плоского шлифованияпериферией круга (Рис. 5.15). Разворот оси круга на 90°обеспечивается за счетповоротного стола (ось B).В соответствии с Рис. 5.15 подача заготовки S prod обеспечиваетсявращением шпинделя заготовки, оси С - n2 ; круг вращается с частотой n1 ;поперечная подача заготовки S pop обеспечивается перемещением по оси X;подача на глубину резания t обеспечивается перемещением по оси Z; разворотоси круга на 90°обеспечивается поворотом шлифовального шпинделя вокругоси B.Рис. 5.15.

Схема плоского шлифования периферией круга на сверхточномстанке модели «СФЕРА-100»1505.4 . Выводы по Главе 51. Результаты моделирования и разработанные расчетные процедурыреализованы в программе для ЭВМ «Расчет параметров процесса наноразмернойобработки хрупких материалов алмазным шлифованием» (Свидетельство№2016661911 от 25.10.2016).

Программа позволяет рассчитать режимы, силырезания при шлифовании, а также глубину трещиноватого слоя и величинушероховатости обработанной поверхности.2. Разработантехнологическийпроцессмеханическойобработкиоптических поверхностей подложек диэлектрических зеркал с использованиемшлифования с преимущественным механизмом пластичного деформированияматериала, кинематики резания по схеме плоского шлифования периферией снаклоном оси круга и специального режущего инструмента. Технологическийпроцесс позволяет сократить основное время механической обработки на 58%,получить шероховатость обработанной поверхности Ra менее 1,8 нм и глубинутрещиноватого слоя до 50 нм.3. Разработан и изготовлен сверхточный станок для обработки подложекдиэлектрических зеркал, реализующий технические характеристики:- разворот (наклон) оси шлифовального круга в диапазоне от 0 до 90° сточностью 0,004 угл.