Повышение качества оптических поверхностей элементов приборов алмазным шлифованием на сверхточных станках, страница 19

мин.;- жесткость шпинделя заготовки и шлифовального шпинделя 400 Н/мкм;- биение исполнительных поверхностей шпиндельных узлов не более0,1 мкм;- индикация подачи врезания до 0,1 мкм;- частота вращения шпинделя заготовок в малом диапазоне от 0,01 до0,5 об/мин.151ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕПо результатам исследований сделаны следующие выводы:1) Обосновано, что качественные изменения процесса обработкивозникаютприпереходеотхрупкогоразрушениякпластичномудеформированию материала при взаимодействии с алмазным зерном, при этомнормальная сила, действующая на режущий выступ алмазного зерна, не должнапревышать для ситалла 19 мН, а для кварцевого стекла 5 мН. Экспериментальноподтверждено, что пластичное деформирование материала обеспечиваетминимальную шероховатость поверхности и глубину трещиноватого слоя;2)Разработанаматематическаямодельпроцессаалмазногошлифования, которая позволяет осуществить количественную связь режимныхпараметров и характеристик алмазного круга с силами резания и показателямикачества обработанной поверхности;3) Предложена схема шлифования периферией с наклоном оси круга,которая позволяет регулировать толщину срезаемого слоя и направлениераспространения трещин.

Установлено, что для одновременного обеспеченияпластического деформирования материала в зоне резания и минимальнойглубины трещиноватого слоя, угол наклона оси круга должен находиться вдиапазоне 1…4 градуса;4) Установлено, что для достижения глубины трещиноватого слоя неболее 50 нм и шероховатости поверхности не более Ra 10 нм, размер алмазногозерна не должен превышать 5 мкм. Предложено применять круги салмазоносным слоем зернистостью 3/2 мкм с наличием зерен 3-5 мкм вколичестве не более 5%.

При использовании алмазных кругов скоростьпродольной подачи заготовки не должна превышать 0,06 м/мин, скоростьпоперечной подачи круга не должна превышать 0,0006 м/мин;5) Создан сверхточный экспериментальный стенд, который реализуеталмазное шлифование образцов из изотропных оптических материалов с152использованием рассмотренных кинематических схем и установленных порезультатам моделирования параметров: нанометровый диапазон толщинсрезаемого слоя на единичное зерно; частота вращения шпинделя заготовки от0,05 об/мин; продольная подача заготовок от 0,02 до 0,2 м/мин; поперечнаяподача от 0,0005 м/мин; глубина шлифования от 0,5 мкм.6) На основании полученных соотношений между свойствами связкиинструмента, алмазного зерна и силами резания, действующими на единичноезерно, разработана гамма алмазных шлифовальных кругов, по результатамиспытаний которых предложена конструкция специального алмазного круга наорганической связке с конической фаской, зернистостью алмазоносного слоя3/2 мкм.7)Разработантехнологическийпроцессобработкиоптическойповерхности подложки диэлектрического зеркала резонатора лазерногогироскопа из ситалла СО115М.

Операции предварительного полирования,финишного и химико-механического полирования заменяются операциямипредварительного и окончательного плоского шлифования периферией снаклоном оси круга, которые обеспечивают повышение производительностиобработки по сравнению с типовой технологией на 58% при достижениишероховатости поверхности Ra менее 2 нм, глубины трещиноватого слоя40÷50 нм.8)Наоснованииэкспериментальныхэкспериментальномрезультатовисследований,стенде,математическогопроведенныхконкретизированымоделирования,натехническиесверхточномтребования,разработан и изготовлен опытный образец сверхточного станка для реализациитехнологических рекомендаций по алмазному шлифованию оптическихповерхностей, который обеспечивает требуемые технические характеристики:разворот (наклон) оси шлифовального круга в диапазоне от 0 до 90° с точностью0,004 угл.

мин.; жесткость шпинделя заготовки и шлифовального шпинделя до400 Н/мкм; биение базовых поверхностей шпиндельных узлов не более 0,1 мкм;153индикацию подачи врезания до 0,1 мкм; частоту вращения шпинделя заготовокв малом диапазоне от 0,01 до 0,5 об/мин.По результатам выполненной работы определены перспективныенаправления дальнейших исследований по алмазному шлифованию оптическихматериалов на сверхточных станках. Для расширения технологическихвозможностейразработанныхметодикиполученныхматематическихзависимостей необходимо расширить номенклатуру изотропных оптическихматериалов, а также разработать подходы к обеспечению заданной точностиоптических поверхностей. С целью прогнозирования эксплуатационныххарактеристикподложекдиэлектрическихзеркал,корпусовлазерныхгироскопов, оптических линеек и других деталей, поверхности которыхобработаны алмазным шлифованием, необходимо провести корреляционныйанализ связи между параметрами качества поверхностей, точностью идолговременной стабильностью работы приборов.Актуальной научной и прикладной задачей, которая должна быть решенадальнейшими исследованиями, является обработка сферических и фасонныхповерхностейдиэлектрическихзеркалиполусферическогорезонаторатвердотельного волнового гироскопа.

В работе отмечено, что для обработкитаких поверхностей необходимо использовать фасонные алмазные круги,выполненныепотехнологиимногослойногокомпозиционногоэлектролитического покрытия, однако технология производства кругов,технологические схемы и режимы шлифования, а также последовательность исодержание технологических операций нуждаются в разработке.Прогнозируемые в диссертационной работе параметры качества иточности реализуются на рекомендованных режимах обработки оптическихповерхностей на разработанном и изготовленном сверхточном станке.154СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙУказанные в данном списке размерности параметров использованы в формулах.На графиках размерности могут изменяться.Ra- среднее арифметическое из абсолютных значений отклоненийпрофиля обработанной поверхности в пределах базовой длины,мкм;NA- допуск на отклонение плоскостности, интерференционныхколец∆NARz- местная ошибка, интерференционных полос- сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольшихвыступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля впределах базовой длины, мкм;n1- частота вращения шлифовального круга, об/с;n2- частота вращения шпинделя заготовки, об/c;S prod- скорость подачи детали, м/c;S pop- скорость поперечной подачи детали, м/ход;t- суммарная глубина резания за операцию, м;wp- скорость съема обрабатываемого материала, мкм/мин;To- основное время обработки, мин;H tr- глубина трещиноватого слоя, м;σ-в- прочность обрабатываемого материала на сжатие, Па;σ-- прочность обрабатываемого материала на растяжение, Па;E- модуль упругости (Юнга) обрабатываемого материала, Па;KI- коэффициент интенсивности напряжений, Па*м1/2; tr- напряжение, возникающее в трещине, Па;l- длина трещины, м;155l krits kritKcPkrit- критическое значение длины трещины, м;- эффективная поверхностная энергия материала, Н/м2;- критическое значение напряжения в трещине, Па;- коэффициент трещиностойкости материала, Па*м1/2;- критическая нагрузка трещинообразования, Н;- константа, связанная с индентором и его формой;- коэффициент, отвечающий за размер поля напряжений;- коэффициент, отвечающий за интенсивность поля напряжений;HV- твердость обрабатываемого материала, Па;Cmkrit- критическая длина медианной трещины, м;Cm- глубина залегания медианной трещины, м;Fn- нормальная нагрузка, прикладываемая к индентору, Н;CL- глубина залегания боковой трещины, м;Cmikr- длина микротрещин, м;a z krit- критическая толщина срезаемого слоя, приходящаяся наединичное зерно, м;a, b- длины осей эллипсоида, аппроксимирующего алмазное зерно, м;- коэффициент, отвечающий за форму зерна;- радиус округления вершины зерна, м;c- коэффициент, связывающий средний размер зерна и радиусрежущей вершины;x- средний размер зерна, м;- угол при режущей вершине зерна, град;az- текущая толщина срезаемого слоя на единичное зерно, м;Fzn p-силарезанияединичнымзерномприпластичномдеформировании, перпендикулярная к направлению скоростирезания, Н;156Fzt p-силарезанияединичнымзерномприпластичномдеформировании, сонаправленная со скоростью резания, Н;azAn (a z )- толщина срезаемого слоя, приходящаяся на единичное зерно, м;-проекцияплощадирежущейчастивыступазернавыступазернаперпендикулярно действию силы Fzn p , м2;At (a z )-проекцияплощадирежущейчастиперпендикулярная действию силы Fzt p , м2;- коэффициент трения между обрабатываемым материалом иалмазным зерном;Fzt f- сила резания единичным зерном при хрупком разрушении,сонаправленная со скоростью резания, Н;Fzn f- сила резания единичным зерном при хрупком разрушении,перпендикулярная к направлению скорости резания, Н;Fzt- сила резания единичным зерном, сонаправленная со скоростьюрезания, Н;Fz n- сила резания единичным зерном, перпендикулярная кнаправлению скорости резания, Н;Atr- работа, затраченная на преодоление трения между алмазнымзерном и обрабатываемым материалом, Дж;Lz- путь резания алмазного зерна, м;hizn- величина износа алмазного зерна в радиальном направлении, м;Qizn- энергия, затраченная на износ алмазного зерна, Дж;Vizn- объем изношенной части алмазного зерна, м3;z- прочность на изгиб алмазного зерна, Па;Ez- модуль упругости алмазного зерна, Па;KT- коэффициент, учитывающий долю энергии, затраченной наизнос алмазного зерна, от работы силы трения;157 sv- прочность связки на изгиб алмазоносного слоя, Па;F- суммарная сила резания, действующая на зерно, Н;Asv- площадь контакта зерна и связки, м2;Asvn- нормальная проекция площади контакта зерна и связки, м2;Asvt- тангенциальная проекция площади контакта зерна и связки, м2;Az- площадь контакта зерна и обрабатываемого материала, м2;B- ширина работающего участка алмазоносного слоя, м;μsv- коэффициент трения между связкой и обрабатываемымматериалом; max- размер алмазоносного слоя круга в плоскости,перпендикулярной к окружной скорости круга, м;- среднеквадратичное отклонение распределения размеров зерен,м;0- коэффициент, учитывающий заделку зерен в связку;- среднеквадратичное отклонение распределения вылетов зеренотносительно условной наружной поверхности круга, м;nw- средневероятное количество зерен, содержащееся в единицеобъема любого участка внутри шлифовального круга, шт/м3;K- концентрация алмазных зерен в алмазоносном слое круга, %;n0- номинальное количество вершин зерен в объеме рабочего слоякруга, расположенном над единицей поверхности связки, шт/м2;n- фактическое количество вершин зерен в объеме рабочего слоя,расположенном над единицей поверхности связки, шт/м2;lf- расстояние между фактически расположенными на поверхностисвязки вершинами зерен, м;np- количество работающих вершин зерен в объеме рабочего слоякруга, расположенном над единицей поверхности связки, шт/м2;158w- средняя скорость погружения зерен в обрабатываемый материал(удельная производительность шлифования), м/с;*-поправкананесимметричноерасположениекривойраспределения вылетов вершин зерен в рабочем слое круга;Rn pkr- радиус круга, м;- количество работающих вершин зерен на рабочей поверхностишлифовального круга, шт;S kr- площадь рабочей поверхности шлифовального круга, м2;lp- расстояние между работающими вершинами зерен на рабочейповерхности шлифовального круга, м;N sv- число условных окружностей, лежащих в радиальной плоскостикруга, на которых расположены работающие вершины зерен, шт;n p sv- число работающих вершин зерен, расположенных на каждой изокружностей, лежащих в радиальной плоскости круга, шт;n pkont- число работающих вершин зерен в зоне контакта круга изаготовки, расположенных на каждой из окружностей, лежащих врадиальной плоскости круга, шт;tDzag- глубина резания, м;- диаметр закрепления заготовки, м;- угол разворота оси шлифовального круга, град;S prodob- величина подачи заготовки за один оборот шлифовального круга, м;Lkont- длина линии контакта между шлифовальным кругом и заготовкой, м;S prod z- величина подачи заготовки шлифовального круга на единичноезерно, м;Lzag- длина заготовки, измеряемая в направлении скорости ееперемещения, м;159n pkont- угол контакта шлифовального круга и обрабатываемогоматериала при плоском шлифовании периферией и при плоскомшлифовании с наклоном оси круга, градi- угол, задающий расположение i-го алмазного зерна на дугеконтакта шлифовального круга и материала, град;a zi- толщина срезаемого слоя, приходящаяся на единичное i-оеалмазноезерно,положениекоторогонадугеконтакташлифовального круга и материала задано углом i , м;Ft - интегральная сила резания при шлифовании, сонаправленная соскоростью подачи заготовки, Н;Fn- интегральная сила резания при шлифовании перпендикулярнаяк скорости подачи заготовки, Н;Rmaxprod - наибольшая высота профиля обработанной поверхности внаправлении продольной подачи, мкм;lRa- расстояние между канавками, образованными зернами наповерхности круга в направлении поперечной подачи, м;Rmaxpop- наибольшая высота профиля обработанной поверхности внаправлении поперечной подачи, мкм;kritaz krit- угол пересечения траекторий движения алмазного зерна, град;- толщина срезаемого слоя единичным зерном в моментпрохождения зерном угол пересечения траекторий, м;- угол распространения микротрещин относительно обработаннойповерхности, град;min kin- минимальный угол наклона оси шлифовального круга, заданныйкинематикой резания, град;min- минимальный угол наклона оси шлифовального круга, град; shp-величинаосевогобиенияшпиндельного узла, мкм;исполнительнойповерхности160E sv- модуль упругости связки алмазоносного слоя шлифовальногокруга, Па;nm- число мостиков связки, приходящееся на каждую вершину зернана поверхности шлифовального круга, шт;з- коэффициент, зависящий от структуры шлифовального круга;c- коэффициент, зависящий от марки связки и структурышлифовального круга;l sv- длина мостика связки, приходящегося на каждую вершину зернана поверхности шлифовального круга, шт; з и  'з- коэффициенты, зависящие от формы абразивного зерна;d sv- ширина мостика связки, приходящегося на каждую вершинузерна на поверхности шлифовального круга, шт;S kont- площадь контакта между обрабатываемым материалом ишлифовальным кругом, м2;nm- число мостиков связки, приходящееся на каждую вершину зернана поверхности шлифовального круга, шт;з- коэффициент, зависящий от структуры шлифовального круга; sv- коэффициент трения между обрабатываемым материалом исвязкой шлифовального круга;Rarasch- среднее арифметическое из абсолютных значений отклоненийпрофиля обработанной поверхности в пределах базовой длины,полученное расчетным путем, мкм;Raexp- среднее арифметическое из абсолютных значений отклоненийпрофиля обработанной поверхности в пределах базовой длины порезультатам экспериментальных исследований, мкм;Rzrasch- сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольшихвыступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля впределах базовой длины, полученное расчетным путем, мкм;161Rzexp- сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольшихвыступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля впределах базовой длины по результатам экспериментальныхисследований, мкм;Htrrasch- значение глубины трещиноватого слоя, полученное расчетнымпутем, мкм;Htrexp- значение глубины трещиноватого слоя по результатамэкспериментальных исследований, мкм;L1- длина обрабатываемой поверхности при плоском шлифованиипериферией с наклоном оси круга, м;L2- длина расстояния недобега точки резания до обрабатываемойповерхности при плоском шлифовании периферией с наклономоси круга, м;L3- длина расстояния перебега точки резания до обрабатываемойповерхности при плоском шлифовании периферией с наклономоси круга, м.162СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.Лунин Б.С.