автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Технологические основы обработки высокоточных оптических сферических поверхностей

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

УДК 681.7.023.72

Г г Б ОД

* - Ш 2ЛЗ

МАЛЯРЕНКО Александр Дмитриевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ВЫСОКОТОЧНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

05,03.01 - Процессы механической и физико-технической

обработки, станки и инструмент 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Филонов И. П.

Официальные оппоненты: академик НАНБ, доктор техн. наук, профессор Ящерицын ГШ.;

член-корреснонденг АТН Украины, доктор техн. наук Рогов В.В.;.

доктор техн. паук, профессор Богданович Л.П.

Оппонирующая организация - Государственное предприятие «Минский

механический завод им. С.И. Вавилова»,

Защита диссертации состоится < » . марта 2000г. в И часов на заседании совета по защите диссертаций Д.02.05.03 Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г. МяКюк, пр. Ф. Скорины, 65, кори.1, ауд.202, тел. 232-24-04

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГПА.

Автореферат разослан февраля _ 2000г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, канд. техн. наук, доцент

В.II Клевзович

© Маляренко А. Д..(2000

К960. О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из перспективных направлений создания и развития' в Республике Беларусь новых н высоких технологий, перспективных производств, основанных на таких технологиях,!! 1997 - 2010 годах является совершенствование технологических процессов и оборудования для производства прецизионных оптических элемешои, определяющих тактико-технические, эксплуатационные и функциональные характеристики авиационно-космических, медицинских прибороз, изделий лазерной, бытовой техники и устройств спецнхчыгого назначения. Наиболее широкое распространение в конструкциях данных устройств получили линзы со сферическими исполнительными поверхностями, технологический процесс изготовления которых является объектом исследования данной работы. Прецизионные технологии притирки и доводки, составляющие основу оптического производства, отличаются нестабильностью, высокой трудоемкостью и необходимостью применения высококвалифицированного ручного труда.

Актуальность исследований, выполненных в диссертационной работе, подтверждается: возрастающими требованиями к массогабаритным характеристикам и качеству оптических линз; недостаточной изученностью физических явлений, сопровождающих процесс производства линз и влияющих на трудоемкость изготовления и качество готовых изделий; необходимостью снижения объемов применения высококвалифицированного ручного труда на основных технологических операциях; необходимостью разработки методологических основ расчета и проектирования технологического процесса, оснасткн и оборудования для комплексной механизации и автоматизации оптического производства.

Связь с крупными научными программами и тешами. Результаты данной диссертационной работы используются при выполнении Совместной Программы, утвержденной 02.12.1997г. постановлением №5 Исполнительного Комитета Союза Беларуси и России "Разработка опережающих технологий "двойного" применения и гаммы современного оптического оборудования на принципах управляемого формообразования" (п. 18. Создание гаммы специальных станков-автоматов для тонкого алмазного шлифования и полирования серийных сферических ОД диаметром до 70 мм ).

Более ранние работы выполнялись по общегосударственным целевым программам МОП СССР "Перспетсгива" и "Автоматизация''.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка теоретических и технологических основ обработки высокоточных сферических поверхностей оптических линз, комплекса технологических мероприятий, специальной оснастки и оборудования, позволяющих повысить производительность, стабильность и качество обработки при одновременном снижении затрат высококвалифицированного ручного труда.

В соответствии с поставленной целью в работе необходимо было решить следующие задачи:

- разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния линзы, комплекс мероприятии для снижений погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей оптической детали, возникающих при установке ее на приспособление;

- разработать методику и критерии оптимизации кинематических и наладочных параметров режимов обработки на притирочных и доводочных операциях;

- установить взаимосвязь силовых параметров процесса формообразования с качеством и производительностью обработки и определить закон изменения давления в зоне контакта "инструмент-деталь",

- выявить влияние гидродинамических процессов в зоне взаимодействия инструмента и заготовки на точность и производительность доводки;

- установить взаимосвязь теплофизических явления при доводке с точностью :: производительностью обработки оптических поверхностей;

-.разработать методику управления процессом окончательной обработки высокоточных поверхностей;.

- предложить методику проектирования технологической оснастки для обра, ботки высокоточных поверхностей оптических деталей.

Методы исследования. Теоретическая часть работы выполнена с использованием фундаментальных положений высшей математики, теории упругости, теоретической механики, теории механизмов и машин, гидродинамик», теплофизики, оптики, технологии машино- и приборостроения.-

Численные исследования проводились с использованием современных программных продуктов и вычислительной техники.

В процессе экспериментальных исследований использовались существующие в промышленности и опытные образцы технологического оборудования.

В качестве измерительных устройств использовались промышленные интерферометры, индукционные, оптические, механические и электронные приборы для определения линейных и угловых размеров, характеристик движения, силовых и тепловых параметров.

Научная новизна полученных результатов состоит в том, что:

- разработана математическая модель напряженно-деформированного состояние лиш, установленных на наклеечном приспособлении, с учётом влияния воздействия тепловых потоков и силового нагружения, позволяющая установить зависимости деформаций линз от условий их закрепления и режима обработки;

- установлена взаимосвязь между физико-механическими характеристиками материала наклеенного приспособления, его конструкцией, условиями нагрева (охлаждения) и погрешностями закрепления линз, что позволило оптимизировать конструкцию приспособления и разработать рекомендации по снижению деформацин'линз в процессе их блокировки;

- исследована возможность использования лазерного излучения на операциях блокировки и разблокировки линз, установлены диапазоны изменения плотности

мощности при различных режимах генерации лазерного излучения для изменения агрегатного состояния клеевой прослойки;

- установлены критерии, позволяющие рассчитать оптимальные режимы обработки на притирочных и доводочных операциях при использовании различных моделей технологического оборудования;

- разработана модель износа инструмента и съёма припуска с заготовки с учётом закономерностей изменения величины плошали контакта заготовки и инструмента и их взаимного расположения на различных этапах обработки, позволяющая разработать методику проектирования доводочного инструмента повышенной размерной стойкости;

- установлена взаимосвязь гидродинамических явлений при доводке оптических деталей с точностью и производительностью обработки, что позволило разработать методику проектирования доводочного инструмента, способного обеспечивать заданную точность при высокой производительность обработки, и расширить диапазон технологических возможностей доводочного оборудования;

- установлена функциональная взаимосвязь температуры технологической среды и формы корпуса инструмента с точностью и производительностью дЬводки, что позволило разработать методику управления точностью формы обрабатываемой поверхности и приемы компенсации износа пенополиуретанового доводочного инструмент а.

Практическая значимость полученных результатов заключается в: созданных методах лазерной блокировки и разблокировки (степень готовности: отработаны режимы, изготовлена и апробирована в производственных условиях установка для лазерной блокировки и разблокировки);

разработанных конструкциях наклеенных приспособлений (степень готовности: изготовлены и апробированы образцы соответствующих устройств);

разработанном технологическом оборудовании и оснастке для обработки высокоточных сферических и плоских поверхностей оптических деталей (степень готовности: изготовлены и апробированы опытные образцы соответствующих устройств и станков);

разработанной методике определения оптимальных режимов обработки на притирочных и доводочных операциях (степень готовности: разработаны и отлажены соответствующие программы для расчета на ЭВМ);

приемах обработки высокоточных сферических поверхностей оптических деталей (степень готовности: разработана последовательность действий для изменения характера эволюции формы детали в процессе обработки);

разработанном инструменте для обработки оптических поверхностей (степень готовности: разработан, изготовлен и апробирован в производственных условиях инструмент и определены оптимальные условия его жсплуатпции).

Экономическая значимость полученных результатов. Эффективность внедрения результатов работы на предприятии п/я Г--1250 составила 72000 (семьдесят две тысячи) рублей в ценах 1988г.

Фактический экономический эффект в результате внедрения результатов работы в Минском филиале совместного советско-американского предприятия "Диалог" в 1991г. составил 58000 (пятьдесят восемь тысяч) рублей.

Использование методик, программ управления и оптимального выбора режимов обработки, проектирования инструмента в конструкторских и технологических разработках научно-производственного государственного предприятия "Оптическое станкостроение и вакуумная техника'' г. Минск (НПШ ОСиВТ) позволила получить экономический эффект от внедрения управляемой технологии и оборудования на Новосибирском приборостроительном заводе в размере 350000 (триста пятьдесят тысяч) рублей в ценах 1991г.. га которых на долю разработок соискателя приходится 15%, 'по составляет 52500 (пятьдесят две тысячи пятьсот) рублей.

Использование предложенных тер.моуправляемых притиров со специальной формой маски полировальной подложки, спроектированных с учетом гидродинамиче-, сктгх явлений при доводке, позволило НПГП ОСиВТ при внедрении на Белорусском оптико-механическом объединении (БелОМО) только одной линии "'Синхроспид" с разработанной технологией получить в 1991г. экономический эффект в сумме 500000 (пятьсот тысяч) рублей. Заявленная потребность предприятий оптико-механической промышленности в подобных линиях составляла 132 штуки.

Рекомендации и разработки по созданию управляемой технологии, специальной оснастки, инструмента и оборудования, представленные в данной диссертации, используются при выполнении Совместной Профаммы, утвержденной 02.12.1997г. постановлением Кз5 Исполнительного Комитета Союза Беларуси и России "Разработка опережающих технологий "двойного" применения и гаммы современною оптического оборудования на принципах управляемого формообразования" (п.18. "Создание гаммы специальных станков-автоматов для тонкого алмазного шлифования п полирования серийных сферических ОД диаметром до 70 мм"), путем включения в технические задания для проектирования оборудования и технологии. Ожидаемый экономический эффект от данных разработок составляет 5000000000 (пять миллиардов) рублей в цепах 1998т.

Использование на предприятии "Планар ТМ" (г.Минск) результатов диссертационной работы позволило в период с 1996 г. по 1998 т. только за счет экономии материалов, получить экономический эффект свыше 40000000 (сорока миллионов) рублей в ценах декабря 1998 г.

Общий экономический эффект от внедрения результатов данной работы ил производственно-коммерческом предприятии "БелОфтоОптика" АО ''Бел мед" (г.Ммнск) в период с 1996 г. по 1998 1. составил 3532000000 (три миллиарда гшьсот тридцать два миллиона) рублей по курсу Национального Банка Республики Беларусь на 15.12 1998г

Разработанные в диссертации способы базирования, приемы обработки, инструменты, приспособления, оборудование, методы управления и выбора режимов формообразования могут быть использованы в качестве коммерческого продукта.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает разработку теоретических и технологических основ обработки высокоточных сферических оптических поверхностей,.включающих:

- математические модели возникновения погрешностей размеров, формы и взаимного расположения Поверхностей оптических деталей, возникающих при установке заготовок на приспособлениях;

- критерии оптимизации режимов обработки прецизионных поверхностей в условиях притирки и доводки, обеспечивающих повышение производительности, точности обработки и способствующих снижению брака при изготовлении;

- методику управления формообразованием на окоапательных механических операциях, учитывающую конструктивные особенности применяемого технологического оборудования, гидродинамические и термоупругие эффекты, сопровождающие процесс истирания поверхностей заготовки и инструмента, позволяющую интенсифицировать процесс обработки;

- методику проектирования управляемого обрабатывающего инструмента повышенной размерной стойкости, обеспечивающую стабилизацию формообразования;

- конструкции технологического оборудования, инструмента и оснастки, обеспечивающих повышение качества обработанных поверхностей и производительности окончательных операций обработки высокоточных поверхностей.

Личный вклад исполнителя. При выполнении работы лично исполнителем:

- осуществлено математическое моделирование образования погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей при установке заготовок на приспособления различного типа; ...

- разработана технология лазерной блокировки и разблокировки оптических деталей;

- осуществлено математическое моделирование закономерностей формообразования оптических поверхностей с учетом конструктивных особенностей применяемого оборудования и динамических параметров пары трения;

- проведены численные и экспериментальные исследования закономерностей формообразования прецизионных поверхностей;

- разработаны критерии оптимизации выбора режимов обработки на операциях притирки и доводки;

- проведен комплекс исследований и разработана методика определения закона распределения давления в зоне обработки, закономерности съема припуска и величины прижимного усилия;

- осуществлено математическое моделирование и установлено влияние формы рабочей части инструмента на величину гидродинамического зазора между притиром и деталью, производительностью и точностью формирования заданной поверхности;

- установлена зависимость между температурой технологической среды, формой корпуса пленочного полировальника и точностью и производительностью довод-::п;

- нредложетш методика проектирования фор»юобраз>Ю1иего инструмента с учетом теомегрическнх, кинематических, динамических, гидродинамических и термических свойств процесса обработки;

- выработана методика назначения оптимальных режимов обработки и проектирования технологического процесса.

Участие соавторов 1) совместных работах: И.П.Филонов участвовал в разработке математических моделей процесса формообразования оптических поверхностей и технологического оборудования для поверхностной обработки оптических деталей, а также в обсуждении результатов-исследований; П.В.Алявдип участвовал в разработке модели напряженно-деформированного состояния; В.И.Юрниок участвовал в разработке математических моделей поверхностной обработки по методу свободной прширкп и отдельных технических решений для формообразования криволинейных поверхностей; остальные соавторы принимали участие в написании программ для ПЭВМ, в проведении численных и экспериментальных исследованиях и в изготовлении устройств для выполнения экспериментов.

Апробация результатог, диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: "Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки" - Пенза, 1984; "Обработка, контроль и покрытия оптических деталей" - Москва, 1985; "Интенсификация технологических процессов механической обработки" - Ленинград, 1986; "Внедрение прогрессивной технологии механосборочпото производства в приборостроении" - Севастополь, 1986, 1988, 1989 гг.; "Пути повышения качества и надежности инструмента" - Рубцовск, 1987г.; "Прогрессивные методы создания оптических элементов" - Минск, 1988г.; "Прогрессивная техника и технология машиностроения, приборостроения и сварочного производства" - Киев, 1998г.; "Инженерное образование на рубеже тысячелетий: прошлое, настоящее и будущее" - Киев, 1998т.; "Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов" -Обнинск, 1998г.; "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" - Севастополь, 1998т. (диплом II степени), 1999г. (диплом I степени); 38...53 НТК Белорусской государственной политехнической академии. 1982 - 1999гг.

Опубликованное!ь результатов. По теме диссертации опубликована монография. 22 статьи в международной печати, 5 тезисов докладов на конференциях. 20 авторских свидетельств СССР на изобретения. Общее количество страниц опубликованных материалов 359 с.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение,'общую характеристику работы, семь глав, заключение, список использованных источников и приложения. Включает 178 страниц текста, 120 иллюстраций. 16 таблиц, библшмрафию из 245 наименований и приложение на 7 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИГ. РАБОТЫ

Гпава 1. Проблемы авгом.пнтацнн обработки оптических деталей

Приводится анализ особенностей технологического процесса обработки оптических деталей и дана характеристика современного уровня их производства. Показано, что основное внимание следует уделить наиболее ответственным и трудоемким операциям технологического процесса, к которым относятся вспомогательные, связанные с установкой (блокированием) и снятием деталей на спутниках (возникающие здесь погрешности составляют 30...50% ноля допуска, а трудоемкость - порядка 40% обшей), тонкого алмазною шлифования, обеспечивающие исходные условия для окончательной обработки, и полирования (доводки), на которой достигаются основные качественные показатели поверхности.

Совершенствованием вспомогательных операций блокировки и разблокировки занимались М.В.Вахитов, Ю.Г.Грапкин, А.Г.Дорошкевич, В.Н.Ионов,

A.И.Крюковский, П.М.Огнбалов, Г.Ф.Пшдик, Б.Э ШлшПевский. Несмотря на большое внимание разработчиков к проблеме совершенствования вспомогательных операций технологического процесса изготовления оптических деталей, причины возникновения погрешностей при креплении заготовок определены недостаточно полно и не ясны направления снижения данных погрешностей, что вызывает потребность в дополнительных исследованиях.

Рассмотрено влияние параметров процесса окончательного формообразования на производительность и качество обработки. Большой вклад в решение этой проблемы внесли ученые В.М.Лльтшуллер, Л.Л.Бурман, С.И.Винокур. Б.Д.Горелик,

B.П.Коровкии, С.М.Кузнецов, В.П.Маслов,- Л.И.Маслогин, В.В.Рогов, М.П.Семибратов, Г.С.Ходаков, Ю.Д.Филатов, А.ПЛкимахо, П.И.Ящернцин и другие. Изучены составы и технология получения связок алмазного инструмента, и пористых пленочных полировальных материалов; исследованы обрабатываемость оптических материалов и механизм износа связки алмазного инструмента в присутствии СОЖ; зависимость образования дефектного трещиноватого слоя от зернистости .алмазного инструмента; установлены зависимости интенсивности и энергоемкости процесса съема припуска от относительной скорости и зернистости инструмента, давления, состава СОЖ и других технологических параметров.

Влияние кинематических характеристик притирочных операций па производительность и качество обработки рассматривалось в работах П.И.Грмаковича,

C.И.Винокура, С.М.Кузнецова, Р.А.Михнсва, М.Н.Семибратова и других исследователей. Наряду с кинематическими, основными факторами, влияющими па протекание процесса обработки, являются силовые характеристики формообразования сферических поверхностей. Закономерностям распределения давления при окончательной обработке сопрягаемых поверхностей посвящены работы ЮЛ.Абрамова, Л.П.Богданова, В.А.Галина, П.Н.Орлова. М П.Перца. Л.С.Проннкова. Л.С.Чнжока и других. Однако остаются нерешенными проблемы, связанные с изменением лан.тении

в процессе обработки при формировании сферических поверхностей с учетом степени приработки и выхода инструмента за край изделия как при обработке одной детали, так и группы заготовок, наклеенных на приспособлении.

Рассмотрены особенности управления процессом окончательной обработки. Учитывая сложность и неоднозначность протекающих процессов, эффективное управление ими возможно лишь с использованием математического моделирования, позволяющим оптимизировать формообразование. Для решения данной задачи наиболее широко применяются кинематические модели. В этом направлении известны работы С.И.Винокура, В.А.Горшкова, Ф.Ф.Климовича, С.М.Кузнецова, А.С.Казерука, Р.А.Михнева, А.В.Подобрлнского, М.Н.Семибратова, И.П.Филонова, В.И.Юринка,

A.П.Якимахо и других. В работах исследователей делались попытки получения заданной точности обрабатываемой поверхности без вмешательства оператора. Достигнутые несомненные успехи в моделировании процессов обработки поверхностей на финишных операциях, тем не менее не позволяют непосредственно применить данные модели к проектированию технологических процессов, так как различные варианты сочетаний управляющих параметров могут привести к сходным результатам, а четких и ясных критериев оптимизации формообразования не выработано.

Приведен анализ принципиальных и конструктивных схем технологического оборудования. Выявлено, что ранее созданный станочный парк не отвечает ни в конструктивном, ни в интеллектуальном аспектах современным требованиям, стоящим перед оптическим производством. Образцов оборудования, обладающих требуемой гаммой возможностей, на сегодняшний день не создано, более того, отсутствует решение ряда технологических задач, предшествующих разработке подобных станков.

Проведен анализ конструкций обрабатывающего инструмента. Совершенствование его идет Но пути создания конструкций, обеспечивающих повышение размерной стойкости инструмента, гарантированный и достаточный подвод СОЖ и абразивной суспензии к обрабатываемый деталям, а также замены полноразмерного инструмента на профилированный с применением расчетной маски. Решением данной проблемы занимались Аспден, Браун, А.П.Богданов, В Ваврзнннк, Э.А.Витриченко,

B.В.Горелик, Джонс, А.А.Ефремов, Н.П.Заказное, С.С.Качкин, В.Г.Кукс, Ю.К.Лысяный, Дж.Престон, А.М.Прохоров, Patin, А.П.Якимахо и другие ученые. Однако, несмотря на достигнутые значительные успехи, в ряде случаев стойкость формообразующего инструмента остается недостаточной. Предложенные методики и зависимости в основном предназначаются для притирочных абразивных операций, в частности, алмазным инструментом. Механическое перенесение методов проектирования притирочного инструмента на доводочный является слишком приближенным, так как эти методы не учитывают особенностей формообразующего процесса, гидродинамического и теплофцзического взаимодействия инструмента и детали при доводке.

Гидродинамические явления при обработке оптических деталей оказывают заметное влияние на ход доводочных операций. Исследования закономерностей воз-

никновения и развития жидкостной прослойки, образующейся при полировании и шлифовании между инструментом и деталью, не проводилось. Недостаточное количество экспериментальных и теоретических исследований этой проблемы не позволяет даже приблизительно оценить характер изменения интенсивности съема припуска при изменении режимов полирования.

Процесс абразивного диспергирования сопровождается выделением в зоне резания определенного количества энергии. Интенсификация режимов приводит к увеличению количества выделяемой теплоты. Сведения о температуре в зоне контакта при полировании противоречивы. При доводке инструмент как с алмазными, так и полиуретановымп подложками чувствителен к колебаниям температуры технологической среды. С связи с этим представляет интерес изучение процесса теплообразования при полировании и поиск путей применения тепловых эффектов для управления формообразованием.

Суммируя вышесказанное, технологический процесс формообразования высокоточных сферических оптических поверхностей можно моделировать как процесс взаимодействия инструмента и детали, разделённых слоем жидкости, который является буферным, передаточным элементом, принимающим активное участие в данном взаимодействии. И результате такого взаимодействия происходит съем припуска (рис. 1) с поверхности заготовки и формирование её макро- и микрогеометрнн с одновременным износом ии рабочей поверхности инструмента.

В процессе взаимодействия форма корпуса инструмента Ф™, его жесткост-ные характеристики термоупругость &,у, макро- и микрогеометрия рабочего слоя Фраст, упругие 5^ пластичные и прочностные свойства его материала,с одной стороны, влияют на протекание' процессов притирки и доводки под действием той части потока энергии, которая передаётся посредством движения инструмента, характеризующегося кинематическими параметрами ы„, л>„. С другой стороны, форма Ф,'"', жесткостпыс 6Г и термоупругие характеристики наклеенного приспособления; материал, форма, толщина Ф"'. упругие и пластичные свойства, степень усадки при структурных изменениях и адгезионные свойства клеевого слоя АФу. форма '/>/"'. жесткостпыс ¿¡у и прочностные параметры обрабатываемой детали; частота её вращения ын оказывают соответствующее воздействие на пртекапне процесса формообразования. Инст-

Рис. I. Схема взаимодействия инструмента и деталей при обработке оптических поверхностей

румеит прижимается к заготовкам с усилием Р. Жидкостная прослойка, расположенная между взаимодействующими поверхностями заготовки и инструмента, обладает специфическими свойствами, в том числе и диссапативными, и оказывает, в свою очередь, дополнительное воздействие на процесс эволюции формы этих поверхностей.

Данная схема позволяет наметать пути управления обработкой, охарактеризовать возможные направления и методы воздействие на процесс получения требуемой формы и качественных характеристик поверхностей.

На основании изложенного сформулированы цель и задачи работы.

Глава 2. Цликии; истодов устаиськи заготовок на погрешности оэрабатыЕггньи поверхностей

Глава цосиящгнд поиску путей снижения погрешностей, возникающих при базировании деталей, и повышения производительности вспомогательных операций, без совершенствования которых достижение стабильного получения заданных эксплуатационных характеристик изделий проблематично.

Для снижения погрешностей взаимного расположения функциональных поверхностей проведен точностной анализ причин их возникновения и конструкций используемых наклеенных приспособлений, показавший, что существующие паклеечни-ки, технология их изготовления и приемы установки на станках принципиально иг могут гарантировать приемлемую величину погрешности взаимного расположения оптических поверхностей на детали. Здесь нарушен основной технологический принцип обеспечения точности при базирования - совпадения конструкторской, технологической и измерительной баз. Предложена конструкция сферокоицентрического наклеенного приспособления, позволяющего исправить данный недостаток и существенно (более чем па порядок) снизить возникающие погрешности.

Для снижения разнотолшиниости при групповой обработке линз, в результате учета закономерностей съема припуска, рекомендовано использование "жесткого" метода блокирования на топком слое адгезива с расположением деталей по возможности на наибольшем расстоянии от оси вращения сферического наклеечника. Величины снимаемого припуска по центр у Л/;, при этом следует назначать в зависимости от диаметров заготовки (Д) и инструмента (£)„) и радиусов их сферических поверхностей (Ля Л„) в соответствии с выражением

{^-Р^/'-НЯ,2-^2/'5}-

Для оценки влияния режимов блокирования на величины возникающих погрешностей закрепления линз разработана методика оценки их жесткости, являющейся важнейшим технологическим параметром, определяющим возможность и экономичность. обработки тонких линз без проведения экспериментальной проверки для каждой детали в отдельности. Предложенная методика определения напряженно-деформированного состояния детали основана на использовании вариационно-разностного метода, исходящего из энергетического критерия минимума полной потенциальной энергии линейно-упругой пластины переменной толщины со слабо изогнутой срединной поверхностью, лежащей на винклеровском слое с переменным коэффициентом постели и нагруженной системой сил, включающей силы активного на-

нагружепия, реакции опорного упругого слоя и силы, возникающие мри затвердевании клея. Для оценки гермодеформаний при использовании термических методов блокирования было проведено моделирование распространения тепла при нагреве и охлаждении детали, клеевого слоя и наклеечного приспособления с наличием различных по направлению и интенсивности типовых потоков с последующим расчетом термоуггругого состояния всех элементов данной технологической системы. Эга методика позволяет установить взаимосвязь параметров процесса блокирования оптических заготовок и формы наклеечных приспособлений с погрешностями обработанных деталей, а также прогнозировать деформации линз в зависимости от их геометрических параметров, физико-механических свойств и толщины клеевой прослойки, формы и материала паклеечн'ого приспособления при любом законе нагружения внешними силами и термического воздействия.

Сравнение результатов расчета напряженно-деформированного состояния и результатов экспериментальных исследований погрешностей формы при закреплении оптических изделий малой жесткости различЕШми способами показало, что из безна-клсечиых методов, благодаря меньшей величине возникающей как общей, так местной погрешности формы и линейной зависимости ее от нагрузки, использование метода крепления детали к приспособлению за счет избыточного давления предпочтительнее, чем механическим зажимом. В тех случаях, когда необходимо крепление за обод (при двусторонней обработке), увелггчешге угла между поддерживающими опорами приводит к уменьшению местной погрешности,

В случае применения традиционных термических адгезионных методов крепления заготовок на наклеечкпки при "эластичном" методе (на слое адгезива толщиной в несколько миллиметров) наибольшая погрешность возникает из-за усадки адгезива ггри затвердевании, а при "жестком" (на слое адгезива толщиной 0,1...0,5 мм) - вследствие термических деформаций наклеечного приспособления, которое для снижения погрешностей базирования наиболее целесообразно изготавливать из материала, обладающего большей теплоемкостью, 1трп этом наименьшие деформации деталей происходят при минимальных толщинах наклеечных веществ.

Направление теплового потока оказывает существенное влияние на возникающие погрешности закрепления. Наименьшая деформация происходит в случае, когда блок нагревается и охлаждается в стационарных условиях. В производственных условиях, с целью экономии времени, снижение погрешностей закрепления при блокировании можно достигнуть, обеспечив при нагреве направление теплового потока на адгезив со стороны детали с последующим охлаждением на воздухе при комнатной температуре.

Разработан метод лазерной блокировки и разблокировки, позволяющий существенно уменьшить термические деформации детали и наклеечника, снизить энергоемкость процесса и повысить производительность операции. Метод заключается в воздействии на адгезионную прослойку электромагнитным (в частности лазерным) излучением с длиной волпы в пределах спектрального диапазона прозрачности маге-

риала детали, но в пределах диапазона поглощения клея. В данном случае нагрев клеевого слоя осуществляется без существенных потерь энергии на паразитный нагрев элементов блока.

При разблокировке по существующей технологии блок заготовок охлаждают в холодильной камере в течение 10...40 минут до температуры 230...250 К, а затем подвергают детали ударному воздействию для отделения от наклеечника. После этого, перед последующей обработкой, требуется стабилизация температуры детали в течение 1,5...7 часов. Использование лазерного излучения для разблокировки оптических деталей позволяет сократить время данной операции до 0,01 с.

На рис.2 представлены зависимости диаметра разблокируемых оптических деталей как функции плотности энергии лазерного излучения для различных адгезионных прослоек. За счет импульсного теплового и силового воздействия на деталь парогазового облака, образующегося при поглощении лазерного излучения с плотностью энергии выше пороговой материалом адгезионной прослойки, происходит отрыв линзы от наклеенного приспособления, так как силы молекулярного сцепления между оптической деталью и блокировочной смолой в [ранич-иом слое адгезионной прослойки превосходят внутриструкгурпые силы взаимодействия материала этой прослойки. Отработаны режимы данной операции, позволяющие снизить пороговую плотность энергии лазерного излучения, уменьшить количество остатков блокировочной смолы на оптических деталях после разблокировки и устранить опасность разрушения оптического материала.

При проведении операции блокировки следует учитывать, что заготовки, закрепляемые на наклеечнике, имеют две (перед началом обработки) или одну (после обработки одной стороны) необработанную поверхность, способствующую рассеянию энергии. Экспериментально установлено, что наличие на детали одной шероховатой поверхности снижает уровень энергии, поступающей на подложку, на 30%, а наличие двух необработанных поверхностей - на 50%. Когерентность излучения при этом не нарушается. Глубина проплавленного слоя клеевого материала составляет ог 0,1 до 0.5 мм с большей глубиной проплавления в центральной части пятна воздействия. Для надежного присоединения достаточно после действия лазерного импульса осущесг-

Рис.2. Взаимосвязь диаметров О разблокируемых оптических деталей, закрепленных с помощью наклеечкой смолы (о), клея-расплава (0), просмоленных прокладок (•), и пороговой плотности энергии излучения р при моноимпульсном режиме (1, 2, 3) и режиме свободной генерации (Г, 2', 3') лазерного излучения

вить прижим заготовки к наклеечнику. Деформация изделий при лазерной блокировке незначительна. Так, например, при блокировании пластины размерами 350 мм х 200 мм х 1 мм деформация при многоточечном закреплении не превысила 0,2 интерференционных кольца.

Отработаны технологические режимы, изготовлена и внедрена в производство технологическая установка. Применение лазерного излучения для нагрева адгезнва при блокировании позволяет существенно снизить погрешности закрепления деталей, а использование комбинированной апертуры лазерного излучения и введение цветовых добавок в состав бесцветного адгезива позволяет снизить порог плотности излучения, необходимый для осуществления процесса и повысить стабильность и качество разблокировки. Вследствие рассеяния излучения при прохождении необработанных шероховатых поверхностей лазерная блокировка и разблокировка линз производится на одинаковых режимах.

Глава 3. Взаимосвязь геометрических и книгматнческнх характеристик обработки с точностью и производительностью формообразования

Для оценки влияния геометрических и кинематических характеристик обработки на точность и производительность притирочных и доводочных процессов разработана единая для всех существующих схем технологического оборудования модель анализа кинематики формообразования с учетом конструктивных, г еометрических, наладочных, Кинематических и динамических параметров станков. В основу принятой модели положена векторная форма записи скорости относительного проскальзывания (резания) точек Котгтакта инструмента и детали, где проекции этой скорости на оси выбранной системы координат определены с использованием метода преобразования координат в матричной форме записи.

Кинематические характеристики движения инструмента определялись с учетом конструктивных особенностей применяемого технологического оборудования. IV результате проведенных исследований установлено, что динамика машинного агрегата станка для обработки оптических деталей несущественно влияет на кинеыатиху формообразования поверхности, вследствие большой материалоемкости вращающихся с постоянной скоростью звеньев привода исполнительных механизмов.

Принятая физическая модель процесса абразивного диспергирования удовлетворительно описывается кинематическими уравнениями, позволяющими определить длины путей трения £ в каждой зоне поверхности детали и инструмента. Суммарна» длина пути трения за время кинематического цикла процесса Т в зоне площадью 5, произвольно расположенной на рассматриваемой поверхности, определяется выраже-

нием

В процессе использования разработанной математической модели для анализа существующих технологических процессов тонкого алмазного шлифования был проведен расчет распределения суммарного пути трения по сферическим поясам деталей и инструмента и была выявлена общая тенденция распределения путей трения для отработанных' техпроцессов, которая удовлетворительно описывается формулой

= , (1 -1 ———-1 , где Ц - путь трения в сферическом поясе с угловой координата. I \а'У тах/

той Yi (0<y,£ymiuY, Lmax - наибольший из путей трения по поясам; утт - половина угла раствора сферического сегмента инструмента или детали; а= 2/л/з - постоянный ко-• эффицнент.

■ Эта зависимость была выбрана в качестве эталонного распределения путей '(рения. Графически эталонное распределение относительных путей трения представляет участок эллипса, причем L/Lmax в центральной зоне (при /,=0) равно 1, а в периферийной зоне (при y,=ymai) составляет 0,5.

Несмотря на сходство в кинематике формообразования, притирочные и доводочные процессы отличаются в первую очередь тем, что при притирке скорость съёма припуска с детали существенно превышает износ инструмента и обработка производится по методу копирования, когда форма инструмента переносится на деталь. Здесь первостепенную роль играет сохранение заданной кривизны рабочей поверхности притира. При доводке скорости изменения формы инструмента и детали соизмеримы. Кроме того, обработка при доводке осуществляется свободным абразивом, находящимся в виде водной суспензии между поверхностями инструмента и детали. В связи с этим методы и критерии, применяемые для назначения режимов обработки при притирке, могут использоваться только как предварительные, ориентировочные расчеты, позволяющие сузить'диапазоиы изменения параметров доводки для поиска оптимального сочетания.

Для установления критериев оптимизации доводки оптических поверхностей, позволяющих назначать режимы обработки без предварительной отработки, проводился ряд экспериментальных и теоретических исследований. При проведении экспериментов изучалось влияние на точность обработки настроечных (амплитуды качания поводка А, смещения поводка относительно оси вращения нижнего шпинделя ЛЬ, высоты подъема нижнего шпинделя И) и кинематических (частоты вращения нижнего эвена л„ и частоты качания верхнего звена пк) параметров процесса обработки. При определении влияния параметров режима резания на точность обработки при проведении каждого опыта варьировался лишь один из них с фиксацией значений остальных. Пределы изменения параметров и их величины устанавливались в соответствии с расчетами предпочтительных значений параметров обработки.

Одновременно с натурным экспериментом проводились численные исследования влияния режимов обработки на распределение путей трения по сферическим поясам детали. Следует отметить, что для ТАШ определялось распределение путей тренйя по поверхности инструмента, а не детали. В этом заключается отличие подходов к моделированию процессов притирки и доводки на уровне анализа кинематики. Величины параметров, используемых при численном исследовании, совпадали с величинами режимов обработки в натурном эксперименте.

Рис.3. Влияние отношения наладочных параметров (величины А и неснммет-рии А! штриха, длины поводка К) к диаметру детали О на получаемую общую погрешность формы N (а, б) и соответствующие им распределения путей трения Лл по сферическим поясам от центра (у/утах=0) к периферии (;у>т„=1)детали (в, г, д, е)

На основе анализа полученных результатов, для однозначного определения наиболее б.таоприятт.огэ сочетания параметров обработки, рекомендуете:! первоначально огрзничшь диапазоны их изменения из услэг.)'« обеспечения б.:аго1!г»-..Т111их

условий работы инструмента. Сравнение экспериментальных и расчетных значений (рис.3) показывает, что данное условие достигается, если распределения относительных нугей трения ¿иД"„1а( соответствуют условию

где утах - половина Угла раствора сферического сегмента рабочей поверхности инструмента; у, - угловая координата /'-го сферического пояса (0<у,<утах).

После ограничения диапазона возможного изменения поиск оптимального сочетания параметров доводки следует производить, обеспечивая благоприятные условия съема припуска с детали. Для осуществления этого условия вводятся следующие критерии оптимизации доводки:

-уменьшение суммарного пути трения по сферическим поясам детали при удалении о,т центральной зоны (критерий невозрастания), т.е. С,.! > V, ;

-минимальное приращение суммарного пути трения по поясам детали (критерий гладкости) 27Х<)/-; -16)2 ->>тп,

где I „ - пути трения в г и /-1 поясах соответственно. Различные сочетания величин наладочных и кинематических параметров позволяют получить разнообразные траектории относительного движения точек инструмента и детали. Изменение этих траекторий приводит к изменению формы обработанной поверхности при доводке. Рабочие при доводке оптических деталей для изменения формы обрабатываемых поверхностей пользуются, как правило, одним или двумя из вышеперечисленных параметров. Выбор изменяемого параметра и диапазоны его регулирования зависят от конструкции применяемого оборудования, квалификации и интуиции рабочих и, как правило, не формализованы. Предложенные критерии позволяют выбрать оптимальные сочетания настроечных и кинематических параметров формообразования с учетом применяемого технологического оборудования любой конструкции и создают условия для перехода от антропологического принципа проектирования многозвенных станков для шлифовки и полировки оптических поверхностей, имитирующих движения рук рабочих, к функциональному принципу создания технологического оборудования упрощенной кинематики

Глава 4. Взаимосвязь параметров формообразования с производительностью

Результаты исследований, представленные в данной главе, дают возможность прогнозировать ход съема припуска и износа инструмента в зависимости от величин режимных параметров и проследить, как при этом изменяются факторы, влияющие па формообразование.

Для установления взаимосвязи состава материала рабочей части инструмента при тонком алмазном шлифовании с шероховатостью обработанной поверхности нн-

обрабогки

тегралыюн силой трения, интенсивностью съема припуска и износом инструмента было проведено экспериментальное исследование, в результате которого определены поправочные коэффициенты и показатели степеней входящих параметров для расчета съема припуска оптического стекла и износа алмазоносного слоя притира в завиеимо-сти ог величин скорости резания и удельною давления, я состава материалов тел пары трения. Установлено, что использование в алмазном инструменте полимерной фи-нилоновой связки позволяет получить в наиболее широко применяемых диапазонах скоростей резания от 0,2 до 5,6 м/с и давлений от 0,1 до 0,2 МПа наивысшую производительность и меньшую шероховатость обработанных поверхностей оптических деталей по сравнению с инструментом на металлической (медной) и кристаллической (эпоксидной) связках па всех технологических переходах.

Для определения закона распределения давления первоначально исследовалось влияние динамических характеристик применяемого технологического оборудования на изменение прижимного усилия инструмента к детали. Установлено, что отказ от рычажных звеньев в исполнительных механизмах станков для шлифовки и полировки оптических деталей и замена прерывистого (возвратно-вращательного) движения верхнего звена на непрерывное (планетарное) с точки зрения снижения возникающих динамических нагрузок является целесообразным, однако величины возникающих динамических реакций в обоих случаях на два порядка меньше величины прижимного усилия, что позволяет рассматривать процесс силового воздействия инструмента на деталь'статическим, то есть без учета динамических нагрузок.

Исследовалось изменение закона распределения давления в процессе эволюции формы поверхностей тел, взаимодействующих между собой при истирании. Рассматривались такие этапы притирки, как макроприработка и полнопрофильный контакт. Учитывалась трансформация эпюры давления в процессе изменении взаимного расположения контактирующих субъектов при выходе инструмента за край как одиночной детали, так и группы деталей (блока).

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что в процессе обработки равномерного распределения давления в зоне контакта не наблюдается даже при полнопрофильном контакте взаимодействующих тел. Достоверное определение закона распределения давления в ходе абразивного диспергирования возможно только с использованием математического моделирования. Предложена методика определения закона распределения давления в зоне контакта в каждый момент обработки с учетом формы, взаимного расположения, параметров износостойкости и упругости контактирующих тел, позволяющая моделировать силовое взаимодействие инструмента и обрабатываемой детали при притирке и доводке в условиях, близких к реально существующим при выполнении данных технологических операций.

Для определения величины пршкимного усилия инструмента к летали рассматривалось влияние давления на процесс обработки. Снижение давления приводит к потере производительности, а резкое увеличение нагрузки вызывает интенсивное

докашивание инструмента вследствие скалывания и выпадения зерен из связки и приводит к отклеиванию оптической детали с блока во время обработки, что является причиной разрушения заготовок, повреждения инструмента и создает аварийную обстановку при работе на станке.

Увеличение давления свыше 0,1 МПа приводит к выкрашиванию кромок детален по краю блока в начальный период обработки. При Р>0,1 МПа (0,13...0,14 МПа) при обработке поверхности радиуса кривизны Л=39,99 мм на 13 блоках оптических детален из 14 наблюдались сколы по краю, что недопустимо. Производительность ТАШ при давлении свыше 0,1 МПа достаточно высока. Например, за время обработки, равное 20 с, съем стекла по центру блока радиусом 38,64 мм при встречном вращении верхнего и нижнего звена со скоростями 1,5...1,8 м/с по краю инструмента и' блока, диаметры которых примерно равны, составил 0,15...0,18 мм.

Сколы на краю блока, наблюдаемые при обработке даже при сравнительно низких (0,1 МПа) удельных давлениях, возникают, по-видимому, из-за наличия повышенных нагрузок в первоначальный момент времени обработки на острый край детален с отрицательным радиусом кривизны. Стекло на краю вогнутой поверхности . работает на растяжение, а предел прочности на растяжение наиболее распространенных марок оптических стекол в несколько раз меньше предела прочности на сжатие. В связи с этим при расчете величины прижимного усилия, для деталей с отрицательным радиусом кривизны следует вводить понижающий коэффициент, а с положительным - повышающий.

Данное положение может быть реализовано за счет введения в формулу расчета прищкмного усилия коэффициент формы блока (детали) Кф = где у-

угол раствора детали (блока). Знак "плюс" соответствует положительному, а"минус"-отрнцателыюму радиусу кривизны обрабатываемой поверхности детали.

При обработке оптических деталей из различных стекол, из-за различной их твердости, величины целесообразных для обработки давлений отличны друг от друга. Учитывая это, при расчете величины прижимного усилия, следует вводить коэффициент К„, характеризующий обрабатываемость стекла. Так, например, для стекла марки К8 н стекол, близких к нему по сошлифовываемости (кроновых), К0= 1; для "мягких" (флинтовых) стекол К0=0,5; для "твердых" стекол (СТК)Д0-1,5.

С учетом вышесказанного усилие прижима инструмента к детали при притир-. ке оптических поверхностей определяется по формуле ^ = рс ■ Ко ■ Кф ■ 3,, где р0 -начальное давление, в качестве которого принят о давление, используемое для обработки плоских поверхностей деталей из стекла К8, т.е. р0=0,06 МПа; 5/ - площадь ра, бочей поверхности обрабатывающего инструмента.

Рассмотренная взаимосвязь силовых параметров с качеством обработки харак -•„.»(,• ;,г- лрцт^гочнич с ! чпгеих к-ггрч.у; рабочгн чдеш инструменте

прочее летали подгл-ржен \---:'се ..чтсг.си::чму ;п!>,>:>. Прл р.'ес-нчгечин дэчиых операций следует помшпь. что здесь, в качестве материала полировальное подложки, используйся эласшчныН материал (полиуретан I, обладающий меньшей жгстг.пстью и прочностью, чем материал обрабатываемой детали. Кроме эюго, повышенные требования к ютностн формообразования на данном заключительном этапе технологического процесса заставляют с осторожностью относиться к зависимостям, удовлетворяющим менее точные предварительные оперешт.

Для установления хгфшггера влияния силопых характеристик доводочных процессов па точность п производительность обработки было проведено экспериментальное исследование, результаты которого (рис.4) показывают, что усилие прижима оказывает существенное влияние на производительность доводочных процессов и увеличение его вызывает пропорциональное у гелнч-;-нне съема припуска. Однако при использовании этою параметра в качестве управляющего при Доводке следует проявлять осторожность, тпк как с увеличением его точность обработки сферической поверхности резко снижается.

В процессе исследований установлено, что в управлении формообразованием прецизионных поверхностей только за счет традиционно используемых наладочных, кинематических и силовых факторов достигнут принципиальный предел. Дальнейшее совершенствование приемов обработки и интенсификация производства требует поиска новых приемов и параметров, позволяющих осуществить управление доводочными процессами. Поиску таких методов посвящейы пятая и шестая главы диссертации.

Глава 5. Влияние гидродинамических явлений при доводке не точность и производительность обработки

Рассмотрены основные закономерности гидродинамического взаимодействия инструмента с деталью при обработке.

Анализировались причины возникновения и характер изменения жидкое!ною клина между сопрягаемыми поверхностями инструмента и детали. Усыновлена существенность влияние гидродинамической составляющей крутящего момента при до-

го

У]

V V

Г

75

ьН

(иг)

ВО

10 о

№ 113 НО -- Р, (к.Па)

Рис.4. Влияние давления Р на общую погрешность формы N обрабатываемой детали (1) и производительность А1/доводки (2)

/V

водке с учетом различной формы взаимодействующих поверхностей на закон свободного вращения верхнего звена. Рассмотрен характер движения абразивной суспензии в зоне обработки, в межлепестковом канале пленочного полировальника, а также между этой зоной и межлепестковыми каналами.

В результате проведенных исследований установлено, что гидродинамические явления, возникающие в зоне контакта притира и обрабатываемой поверхности при доводке, оказывают существенное влияние на точность и производительность формообразования. На характер работы пригара влияет не только соотношение площадей рабочих участков инструмента, но и размеры, конфигурация и количество промежутков между этими участками, являющимися каналами для полировальной суспензии, и для каждого режима доводки можно подобрать инструмент с оптимальной формой каналов. В свою очередь, имея готовый инструмент, можно выбрать наиболее приемлемые для него режимы полирования.

Угол искривления каналов оказывает существенное влияние на величину гидравлического зазора между инструментом и деталью. При возрастании этого угла гидравлическая мощность, требуемая для удаления жидкости из зоны обработки, возрастает. Следовательно, возрастает и количество жидкости в межтелыюм пространстве. Эго приводит к увеличению подъемной силы, действующей на инструмент, расстояния между соприкасающимися поверхностями притира и детали, изменению инерционных и тяговых характеристик передачи инструмент-деталь, и, как следствие, снижению производительности.

Форма боковых и донных поверхностей каналов СОЖ инструмента изменяет характер движения полировальной суспензии, создавая условия для дополнительного вихреобразовання, тем самым влияя на интенсивность съема припуска на рассматриваемых участках зоны контакта.

Использование изогнутых в попутном вращению инструмента направлении канавок позволяет получить меньший но величине зазор между инструментом и деталью, чем при использовании прямых каналов, даже с в два раза большей величиной суммарного проходного сечения. При вращении инструментов в направлении, противоположном изогнутости каналов, зазоры наибольшие и на высоких скоростях превышают даже слой жидкости между деталью и сплошным инструментом.

Разработана методика проектирования рабочей поверхности полировальника, позволяющая оптимальным образом конфигурировать межлепестковые жидкостные каналы для снижения гидродинамической подъемной Ьилы при повышении скоростных параметров обработки. Эффективность данной методики подвергалась экспериментальной проверке. В результате проведенных исследований установлено (рис.5), что изменение частоты качания инструмента величины размаха <р и углового эксцентриситета <р0 несущественно влияет на производительность обработки. При повышении скорости вращения нижнего звена максимум производительности и минимум пшрешносш сдвигается в сторону увеличения угла закручивания канавки СОЖ. Изменение у| да закручивания канавок инструмента при всех сочетаниях параметров

Рис.5. Влияние режимов обработки на станке мод. ШП (а) инструментами различной конфигурации (б)

на производительность (в...х-) и точность (з...м) доводки

доводки привали; к шмсьснию протшшипгям.осш t. гичносп: оира&нки. Каждому сочетанию параметров оорабогкк cooiBelCiBjer определенное значение угла закручивания каналов, при котором достигается наивысшая производительность и наименьшая погрешность полирования. Оптимальный выбор геометрии каналов СО Ж позволяет повысить производительность не менее чем на 20% при сохранении заданной точности обработки. Уменьшение или увеличение этого утла относительно оптимального значения приводит к одинаковому результату - снижению производительности и повышению погрешности.

Таким образом, увеличение производительности без существенного ухудшения точности за счет ужесточения режимов обработки возможно осуществить путем увеличения кинематических параметров полировки с одновременным корректированием конфигу рации рабочих участков притира.

Глава 6. Взаимосвязь теплофишческнх процессе» при притирке с точностью и производительностью формообразования

В главе рассматриваются вопросы теплообразования н теплообмена между взаимодействующими при доводке телами при наличии охлаждающего жидкостного потока полировальной суспензии.

Разработана и экспериментально апробирована математическая модель теплообразования и теплообмена при доводке на основе уравнения Лапласа. Граничные условия определялись с учетом температуры и расхода охлаждающей жидкости, а движение источников тепла идентифицировалось с движением инструмента при обработке. Мощность тепловыделения в модели соответствовала существующей при формообразовании. Оценочные и проверочные исследования показали сходимость результатов моделирования с полученными экспериментальными данными.

На основе теоретико-экспериментального исследования выявлена закономерность изменения теплового режима в процессе обработки. Установлено, что основное повышение температуры детали происходит в течение первых i 00 секунд воздействия, затем ее температурное поле стабилизируется, и через 1000 с температура обрабатываемой поверхности превышает температуру применяемой охлаждающей жидкости приблизтггельно на 20°С.

С целью определения закона распределения температуры по обрабатываемо;, поверхности оптической детали в процессе окончательного формообразования ее на операции доводки (полирования) было проведено экспериментальное исследование. В процессе эксперимента изменялась скорость резания от 0,915 до 2,75 к/с, частота качания от 60 до 100 двойных ходов в минуту, удельное давление в зоне обработки от 0,05 до 0,15 МПа. Время обработки составляло 5 минут, причем через каждые 10 с. f соответствии с заданной программой, производился опрос термодатчиков, расположенных в различных точках поверхности детали.

В результате анализа полученных результатов выявлено, что в рассматриваемом диапазоне значений влияние частоты качания детали по инструменту на тепловы-

Рлг.6. Влияние скорости V, давления Р и времени I оораСччки на распределение темпсрагурц по поверхности детали от

центра (2г/'0~и) к периферии (¿г/О^I)

деление при полировании несущественно. Установлено (рис.6), чш при доводке температура на поверхности контакта инструмента и детали повышается на 15...20°С, причем температура па периферии трущихся тел превышает температуру в центре. С течением времени обработки эта разница температур уменьшается. Увеличение скоростных и силовых параметров режима обработки приводит к повышению тепловыделения в тоне кошакта, причем в пределах выбранных диапазонов изменение давления оказывает большее влияние на тепловыделение, чем изменение скоростных характеристик процесса.

В результате технологического эксперимента установлено, что температура полировальной су спензии оказывает существенное влияние на точность формы обрабатываемой поверхности и производительность процесса полирования, и выявлена возможность эффективною управления процессом формообразования при полировании оптических деталей с помощью изменения температуры полировальной суспензии.

Точность формы оптических поверхностей, обрабатываемых инструментом с пенополиуретаповой подложкой,при изменении температуры полировальной суспензии связана с изменением точности формы (радиуса кривизны) полировального инструмента, а марка стекла и изменение толщины детали не влияют на зависимость точности формы от температуры полировальной суспензии. При повышении температуры полировальной суспензии точность формы выпуклой поверхности изменяется на более "узкий цвет", а для вогнутой - наоборот, на более "широкий цвет". В обоих случаях при повышении температуры радиус кривизны обрабатываемых поверхностей увеличивается.

Изменение точности формы обрабатываемой поверхности инструментом с пленочным полиуретановым рабочим слоем при изменении температуры полировальной суспензии в интервале И...40°С зависит от размера обрабатываемой сферы. Так изменение общей погрешности Л1 на одно интерференционное кольцо для Л-56,75 мм сопровождалось изменением температуры полировальной суспензии приблизительно на 4°С, тогда как для Л 123,03 мм подобное изменение характеризовалось примерно 8°С. Для поверхности Я 123,03 мм в исследуемом интервале температур 14...40°С зависимость погрешности формы от температуры носила линейный характер. Для поверхности К-56,75 мм в интервале температур 14...30"С эта зависимость также была линейной. При дальнейшем повышении температуры полировальной суспензии до 40°С зависимость N(7) становилась слабонелинейна. Местная ошибка /IV в интервале исследуемых температур оставалась в пределах допустимых отклонений

Производительность доводки зависит от температуры полировальной суспензии (при повышении ее возрастает линейно), марки стекла (для флинтовых стекол она значительно выше, чем при обработке кронового стекла) и режимов обработки (производительность полирования поверхности Я-56,75 выше, чем для К 123,03 мм, что связано с более низкой относительной скоростью инструмента и детали при обработке Л 123,03 мм при прочих равных условиях).

Анализ термоупругого состояния притира показал, что форма поперечного сечения корпуса инструмента оказывает влияние на возникновение местной ошибки AN обрабатываемой поверхности при изменении температуры технолотнческо/1 срелы. Термические деформации корпуса увеличивающейся от центра к периферии толщины в наибольшей степени искажают сферичность поверхности, а у инструмент с уменьшающейся от центра к периферии толщиной искажение сферичности происходит в наименьшей степени, причем изменением профиля можно регулировать получаемую форму. Данное положение можно использовать не только для управления процессом получения сферической поверхности, но и для асферизашш поверхностей.

Глава 7. Управление формообразованием оптических поверхностей

Глава посвящена разработке технологических приемов, позволяющих стабилизировать процесс обработки, обеспечить управляемое формообразование на окончательных механических операциях, повысить качество и производительность притирки и доводки.

На основе проведенных теоретических il экспериментальных исследований разработаны новые способы обработки, гамма конструкций технолотнческою оборудования и оснастки, направленных на осуществление управляемой обработки, стабилизацию силовых, скоростных и мошносгных параметров процесса формообразования, снижение деформаций обрабатываемых изделий, повышение точности у с гано-вочных перемещений звеньев станков для обработки оптических деталей, реализацию одновременной двусторонней и полнопрофильной обработки.

Даны рекомендации но использованию гидродинамических особенностей доводки в управлении ходом операции. Предложено осуществлять профилирование межлепестковых промежутков пленочного полировального инструмента, чю позволяет обеспечить принудительный отвод технологической жидкости из зоны резания, предотвратить ее накопление в этой зоне, тем самым уменьшить величину возникающей гидродинамической подъемной силы и тидравлической прослойки в межтелыюм пространстве. Устранение этих явлений способствует повышению прошводшелыто-сти доводки при увеличении скоростных режимов обработки.

Гидродинамические явления в зоне обработки можно также использовать дня осуществления разноскоросгко/i обработки, ратделив процесс формообрд кдан.чя на стадии. 11а первой стадии выполняется интенсивная обработка для устранения матового слоя, а затем, для окончательной доводки повериюстн до заданной формы, интенсивность обработки резко снижается, чтобы случайно не выйти за пределы поля допуска. При использовании вышеописанною инструмента данная цель легко достигается путем изменения скорост и направления вращения нижнею звена трущейся пары. Для усиления подобною «ффетиа целесообрашо снеишпытым образом проектировать боковые и лонные поверхности межлепеоковш о канала Рифление'Л их поверхностен и определенном попран тении в первом случае Inpii попутном ирлшешш) не оказывает су шее то того влияния на жидкостной поток, тогда как при встречном

вращении резко турбулизирует жидкость, создавая дополнительные разнонаправленные вихревые течения суспензии с полиритом.

Профилирование каналов СОЖ инструмента позволяет эффективно производить полирование даже при высокой скорости вращения инструмента. Традиционным инструментом этого добиться без значительного увеличения прижимного усилия невозможно, так как "всплытие" инструмента происходит при достаточно низких частотах вращения. Регулирование суммарной проходной площади поперечного сечения за счет ширины, глубины и количества каналов способствует изменению пороговой скорости вращения. Последнее замечание применимо в случае, когда указанные способы управления процессом обработки осуществляются на оборудовании, которое конструктивно не может обеспечить высокой скорости принудительного вращения инструмента. Таким образом, предложенные методы позволяют повысить производительность полировки оптических деталей, используя увеличение скорости вращения инструмента без повышения прижимного усилия.

На основе результатов исследований, представленных в третьей и четвертой главах, создана, апробирована и внедрена в производство методика оптимального назначения режимов притирки и доводки и управления формообразованием на окончательных механических операциях, учитывающая конструктивные особенности применяемого оборудования и обеспечивающая стабилизацию формообразования. Данная методика успешно прошла апробирование в производственных условиях и хорошо себя зарекомендовала.

Разработана и внедрена в производство методика проектирования управляемого обрабатывающего инструмента повышенной размерной стойкости, позволяющего интенсифицировать процесс обработки, учитывающая скоростные, силовые, гидродинамические и термомеханические явления, сопровождающие процесс истирания контактирующих поверхностей заготовки и притира.

Сравнительные производственные испытания показали стабильность работы и повышение размерной стойкости полировального инструмента, конфигурация рабочей части которого проектировалась с учетом влияния гидродинамических эффектов в процессе доводки, в 3-4 раза по сравнению с инструментом, спроектированным без учета этих явлений, и более чем в 10 раз по сравнению с непрофшшрованным (сплошным) полировальником.

На основании проведенных комплексных исследований разработана автоматизированная система технологической подготовки оптического производства, включающая в себя всю совокупность расчетных, проектных и концептуальных решений, принимаемых при создании технологического процесса. Система адаптирована под существующую вычислительную технику и легко может быть встроена в общезаводские системы автоматизированного управления производство».

Результаты диссертационной работы внедрены на различных предприятиях Республики Беларусь и Российской Федерации. Приводятся технико-экономические показатели эффективности предложенных в диссертации разработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные научные и практические результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Основной результат выполненной работы заключается в создании технологических основ обработки высокоточных оптических деталей со сферическими поверхностями и решении на их основе прикладных задач, связанных с повышением качества обработанных поверхностей, производительности и стабильности процессов притирки и доводки. Предложен системный подход к разработке технологии изготовления оптических деталей, учитывающий физические явления, протекающие в зоне контакта "инструмент-деталь" и в системе "станок-приспособление" на различных стадиях производства. Оптимизация технологического процесса изготовления линз, совершенствование конструкций применяемого оборудования и оснастки на основе данного подхода позволили повысить производительность обработки на 25.. 30 %, уменьшить брак на 10...15%, снизить требуемую квалификацию рабочих с 6 до 3 разряда [1.1, 2.14, 2.15].

2. Раскрыт механизм образования погрешностей оптических деталей при их установке на приспособление. Разработана методика оценки жесткости нетехно логичных деталей ("тонких" лит) - важнейшего технологическою параметра, определяющего возможность и экономичность их обработки. Разработаны рекомендации по выбору режимов блокирования, материалов л конструкций приспособлений, обеспечивающие снижение погрешностей закрепления. Создана технология установки и снятия деталей с приспособления с использованием лазерного излучения, позволяющая существенно повысить производительность операции и снизить погрешности закрепления. Разработаны рекомендации по выбору характеристик лазерного излучения и составов адгезионного материала, позволяющих снизить энергоемкость процесса. Установлено, что лазерное излучение с длиной волны Л-1,06 мкм в режиме свободной генерации в диапазоне плотности мощности р от 4 до 18 Дж/см2 позволяет осу ществ-лягь надежное блокирование и ра¡блокирование линз диаметром от 4 до 35 мм. Предложенные консгрукторско-техпологическпе решения позволили снизить количество бракованных изделий при производстве "тонких" линз на IX,.20 % [1.1, 2.3, 2.4, 2.13, 2.16, 4.9,4.16,4.18].

3. На основе сравнительного анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов притирки и доводки высокоточных сферических поверхностей оптических деталей сформулированы критерии оптимизации кинематических и наладочных параметров режимов обработки на данных операциях. Оптимизация режимов притирки заключается в выборе такого сочетания кинематических и наладочных параметров, при котором достигается мшш-мальное отклонение распределения относительных путей трепня по иовег.кчосш им-

струмента от оптимального, описываемого уравнением

¿( / ¿пп = -Уз/2, ¡у т< )| , где £, - путь трения сферическом поясе с угловой

координатой г, ¿»и. - наибольший из путей трения по поясам; утах - поло-

вина угла раствора сферического инструмента или детали.

Оптимизация режимов доводки заключается в одновременном создании благоприятных условий для сохранения заданной формы рабочей поверхности инструмента » процессе обработки и обеспечения равномерности съема припуска с детали. Сохранение заданной формы рабочей поверхности инструмента в процессе обработки обеспечивается расположением кривой относительных путей трения по поясам инструмента внутри области, ограниченной уравнениями

fi - {у, /(1,06;- )) < L, I < fi^Jy, /1,25у „ш). Обеспечение равномерности

съема припуска с детали заключается в выборе из множества соответствующих вышеназванному критерию сочетаний кинематических и наладочных параметров доводки единственного, соответствующего невозрастающей (при выполнении критерия невозрастания - Xй,., > /.",) наиболее гладкой (при выполнении критерия гладкости --1?f —> min) кривой распределения нугей трения по поясам детали.

] 1азначение режимов обработки на основе выработанных критериев позволило повысить производительность труда на рассматриваемых операциях на 25% [1.1, 2.7, 2.11,2.12, 2.19,2.21,3.1].

4. Разработана математическая модель износа инструмента и съёма припуска с заготовки при притирке и доводке с учётом закономерностей изменения величины площади контакта заготовки и инструмента, их взаимного расположения на различных этапах обработки, размеров, геометрической формы, параметров упругости и износостойкости. Использование полученных результатов моделирования при проектировании конфигурации рабочей поверхности притира позволило повысить размерную стойкость притирочного и доводочного инструмента в 3...4 раза [1.1, 2.5, 2.8, 2.10,3.2, 3.4,].

5. Доказано, что гидродинамические явления, возникающие в зоне контакта притира к обрабатываемой поверхности при доводке, оказывают существенное влияние на точность и производительность процесса. Установлена взаимосвязь конфигурации каналов для полировальной суспензии на рабочей поверхности притира с точностью и производительностью доводки. Изменение угла крученНя этих каналов в диапазоне 15°...45° при скорости вращения инструмента с\(=15,7...36,63 с"' приводит к

повышению точности и производительное™ обработки по сравнению с доводкой традиционным инструментом не менее чем на 20 % [1.1, 2.14, 2.18, 2.22 ),

6. Увеличение давления инструмента на деталь с 0,06 до 0,12 МПа приводит к повышению производительности обработки в 3 раза, но сопровождается резким снижением точности обработки. Доказано, что повышение производительности доводки при условии сохранения заданной точности формы обрабатываемой поверхности может быть достигнуто за счет увеличения частоты вращения инструмента с одновременным изменением конфигурации рабочих участков притира, формы и расположения каналов для подачи полировальной суспензии для подавления эффекта всплытия полировальника под действием гидродинамической нодьемной силы (1.1, 2.15, 2.18, 2.22].

7. Теоретически и экспериментально выявлена закономерность изменения теплового режима при доводке. Установлено, чю в процессе обработки температура на поверхности контакта инструмента и детали повышается на 15.. 20 °С, причем температура на периферии детали превышает температуру в цегпре. С течением времени обработки градиент температур уменьшается. Увеличение скоростных н силовых параметров доводки приводит к повышению тепловыделения в зоне кошакта, причем пзмепе/ше давления в пределах ог 0,05 до 0,15 МПа оказывает большее влияние на тепловыделение, чем изменение скоростных характеристик процесса в диапазоне от 0,915 до 2,75 м/с (1.1,2.20|.

8. Установлено, что температура полировальной суспензии оказывает существенное влияние на отклонение радиуса кривизны обработанной поверхности ог эталона (общую погрешность формы <V) и производительноегь процесса доводки. Показано, что общая погрешность формы SI при изменении гемиерагуры полировальной суспензии связана е изменением радиуса кривизны полировального инструмента, который увеличивается при повышении rcMncpaiypbi технологической среды. Интенсивность изменения радиуса кривизны поверхности, обрабатываемой инструментом с пленочным нолиурегановым рабочим слоем при изменении температуры полировальной суспензии в интервале 14...40"С, зависит от величины радиуса кривизны обрабатываемой сферы. Интенсивность сье'ма припуска при доводке в укатанным диапазоне температур линейно возрастает с интенсивиоаыо 7 II)'7 К1»(м2 страд) |1.1, 2.14, 2.20).

9. Теоретически доказано и подтверждено практикой оптического производства влияние конструкция корпуса нригира на отклонение обрабатываемой поверхности от сферической (местная погрешность формы Л\'у при изменении температуры технологической среды. Увеличение местной погрешности формы 4V при повышении температуры технологической среды максимально, если толщина корпуса инструмента увеличивается от центра //, к ею краю II,,,. и минимально при уменьшении толщины края инструмент по сравнению с его Петром в диапазоне //,,'//,,, oí 1.5 до 4|ll,

2.15,2 20,3.5|.

10. Создана, апробирована h внедрена в производство методика назначения режимов пртирки и доводки с учётом конструктивных особенностей применяемого оборудования. Разработана и внедрена в производство методика проектирования обрабатывающего инструмента повышенной размерной стойкости, позволяющего интенсифицировать процесс обработки с учётом скоростных, силовых, гидродинамических и термомеханических явлений, сопровождающих процесс истирания контактирующих поверхностей заготовки и притира. Разработаны новые способы обработки, технологическое оборудование и оснастка, обеспечивающие повышение производительности и стабилизацию параметров качества обработанных поверхностей [1.!, 2,1, 2.2,2.9,2.17,3.3,3.5,4.1 ...4.20}.

Основные положения диссертации опубликопапы & гледутощт работах:

I. МОНОГРАФИИ

1.1. Маляренко А.Д., Филонов И.П. Технологические основы управляемого формообразования оптических поверхностей. - Минск: ВУЗ-ЮННТИ БГПА, 1999. -212с.

2. СТАТЬИ

2.1. Маляренко А.Д. Пути интенсификации процесса обработки оптических поверхностей: Сб. ст. - Минск: Машиностроение, 1984. - Вып. 9. - С. 9-12.

2.2. Филонов И.П Маляренко А.Д. Новые направления совершенствования процесса обработки оптических деталей // Машиностроение; Вып. 10. - Мн.:Высшая школа, 1985.-С. 110-113.

2.3. Расчет деформаций линз, возникающих в процессе обработки / Ю.Н.Насонов, П.В.Алявдин, А.Д.Маляренко и Л.И.Шевчук // Оптико-механическая промышленность. - 1987. - №5,- С. 8-10.

2.4. П.В.Алявдин, Л.И.Шевчук, А.Д.Маляренко, А.И.Крюковский. Расчет круглых пластин переменной жесткости, закрепленных на тонком полимерном слое // Химия и химическая технология,-1987.-Вып. 1. - С. 103-107.

2.5. Юринок В.И., Маляренко А.Д., Шамкалович В.И. Алгоритм определения контактного давления при полировании сферических поверхностей оптических деталей: Сб. статей// Приборостроение. 1988. - Вып. 10. - С. 114-117.

2.6. Якимахо А.П., Маляренко А.Д., Юринок В.И. Анализ кинематических схем станков для обработки оптических поверхностей: Сб. ст. // Прогрессивная технология изготовления оптических деталей. - 1988. - С. 39 -40,

2.7. Климович Ф.Ф., Маляренко А.Д., Юринок В.И. Математическое и программное обеспечение рационального выбора режимов тонкого алмазного шлифования оптических деталей на станках с планетарным приводом верхнего звена и ЧПУ: Сб. ст. // Прогрессивная технология изготовления оптических деталей. - 1988. -С.41 -43.

2.8. Климович Ф.Ф., Филонов И.П., Маляренко А.Д., Юринок В.И., Каспер Ю.В. Прогрессивные методы проектирования инструмента для обработки оптических

деталей: Сб. ст. // Прогрессивная технология изготовления оптических деталей. -198S. - С. 48 - 49.

2.9. Маляренко АД, Юринок H.H. Автоматизация проектирования доводочного инструмента повышенной размерной стойкости для обработки оптических деталей // Прогрессивные методы создания оптических элементов: Материалы научн.-техн. совет./ Акад. Наук БССР. Ин-т физики. - Минск, 1988. - С. 126-127.

2.10. Маляренко А.Д., Каспер Ю В. Давление п зоне контакта инструмента с деталью при обработке сферических линз: Сб. ст. // Машиностроение. - 1990. -Вып.15. - С. 77-81.

2.11. Автоматизация выбора режимов тонкого алмазного шлифования оптических деталей на станках с планетарным приводом верхнего звена / А.Д Маляренко,

B.И.Юркнок, Ф.Ф.Климович // Оптико-механическая промышленность. - 1991. - №10.-

C. 51-55.

2.12. Маляренко А.Д., Филонов И П., Юринок В.И. Оптимизация абразивной обработки оптических поверхностей // Технические вузи - республике: Материалы Междунар. 52-й научно-технич. конференции КГПА/ Белор. госуд. политехи, академия. - Минск, 1997. - Часть 2. - С. 13.

2.13. Маляренко А.Д. Особенности лазерной блокировки и разблокировки оптически* деталей //Материалы. Технологии. Инструменты. - 199S. -.Vbl. - С. 105-103.

2.14. Маляренко А.Д. Технолошчесше основы автоматизации обработки ац-сохоточиых оптических поверхностей // Прогрессивная техника и технологи» машиностроения, приборостроения и сварочного производства: Материалы Междунар. научн.-технич. конференции/ Нац. техн. ушшерс. Украины "КИИ". - Киев, 1998, - Т.Н. -С. 208-212.

2.15. Маляренко АД Особенности технологии автоматизированной обработки 01гтических деталей // Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века: Мсж-дун. сб. научн. тру/пв. - Донецк: ДПУ, 1998. - Вып. 6. - С. 190-192.

2.16. Маляренко А.Д. Снижение погрешностей формы оптических поверхностей, возникающих при закреплении деталей // Материалы. Технологии. Инструменты. - 1999. -№!.- С. 91-95.

2.17. Маляренко АД Управляемая доводка прецизионных поверхностей// Материалы Междунар 52-й научно-технич. конференции БГГ1А/ Белор. госуд. политехи. академия. - Минск, 1999. - Часть 1. - С. 186.

2.18. Маляренко А.Д. Влияние формы инструмента на производительность и точность доводки // Известия Академии наук Беларуси. Сер. физ.-техн. наук - 1999. -№2. - С. 49-53.

2.19. Маляренко А.Д. Автоматизированное назначение режимов доводки оптических поверхностей // Сверхтвердые материалы. - 1999. - №3. - С. 40-45.

2.20. Маляренко А.Д. Влияние температуры полировальной суспензии на tohj ность и производительность обработки оптических деталей // Сверхтвердые материалы. - 1999. - №3. - С. 70-72.

2.21. Малярсико А.Д. Назначение режимов окончательной обработки прецизионных поверхностей // СТИН. - 1999. - №9. - С. 21-24.

2.22. Малярсико А.Д., Шамкалович В.И. Гидродинамические особенности прецизионной притирки// Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века: Меж-дун. сб. научи, трудов. - Донецк: Д1ТУ, 1999. - Вып.7. - С. 190-192.

3. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ

3.1. Филонов И.П., Маляренко А.Д., Юринок В.Н. Сравнительный анализ формообразования сферических поверхностей оптических деталей профильным алмазно-абразивным инструментом с использованием ЭВМ // Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки. Сб. тез. докл. научно-технич. семинара. - Пенза, 1984. - С. 54-56.

3.2. Филонов И.П., Маляренко А.Д. Оценка влияния динамики станка на кинематику формообразования сферических поверхностей // Совершенствование содержания в методики преподавания курса'Теория механизмов н машин: Тез. докл. науч-но-мсгодич. совешания-семинара зав. кафедрами и ведущих лекторов по теории механизмов н машин вузов Белоруссии, республик Прибалтики и Калининградской области РСФСР. - Минск, 1985. - С. 41.

3.3. Маляренко А.Д. Филонов И.П. Повышение стойкости инструмента для обработки сферических поверхностей оптических деталей // Интенсификация технологических процессов механической обработки: Тез. докл. Всесоюзной конференции. -Ленинград, 1986. - С. 84.

3.4. Юринок В.И., Маляренко А.Д. Повышение размерной стойкости инструментов при автоматическом управлении режимами обработки высокоточных сферических поверхностей // Пути повышения качества и надежности инструмента: Тез. докл. II зональной научно-технической конференции. - Рубцовск, 1987. - С. 82-83,

3.5. Маляренко А.Д. Управляемое формообразование оптических поверхностей // Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов: Тез. докл. Междун. научи, конф., Обнинск, 15-18 сент., 1998 г. / Госуд. научн. центр Российской Федерации, Обнинское' научно-производственное предприятие "Технология". - Обнинск, 1998. - С. 49-50.

4. АВ ТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

4.1. A.c. 975345 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Устройство для обработки оптических деталей / И.П.Филонов, А.Д.Маляренко, В.М.Климович, М.И.Филонова, И.В.Балуев и А.Л.Хролович.; Белорусский политехнический институт. - №3323244/2508; Заявл. 27.07.81; Опубл. 23.11.82. Бюл. № 43.

4.2. A.c. 1020212 СССР, МКИ3 B24D 13/00, Способ абразивной обработки деталей /И.П.Филонов, А.Д.Маляренко Л.И.Кравченко, А.П.Якнмахо; Белорусский палпсхиичс-ский институт. - № 407489/25-08; Заявл. 22,03.82; Опубл. 30.05.83, Бюл. №20.

4.3. A.c. 1038193 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Станок для обработки оптических деталей / И.П.Филонов, А.Д.Маляренко, А.Ю.Шулшенкоа, И.Л.Ковалева, М.И.Филонова и Е.Л.Олендер; Белорусский политехнический институт. №3435906/25-08: Заявл. 14.05.82: Опубл. 30 08. 83, Бюл.№32.

4.4. A.c. 1042960 СССР, МКИ3 D24B 13/00. Устройство для обработки криволинейных поверхностей оптических деталей / И.П.Филонов, И.И.Дьяков, А.Д.Маляренко; Белорусский политехнический институт. - №3449115/25-08; Заявл. 03.06.82; Опубл. 23.09.83, Бюл. №35. ^ }

4.5. A.c. 1060430 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Устройство для двусторонней обработки оптических деталей / ИЛХФилонов, А.Д.Маляренко, А.А.Степаненко, А.Л.Хролович и А.П.Якимахо; Белорусский политехнический инеиггуг. №3406905/25-08; Заявл. 11.03.82; Опубл. 15.12.83, Бюл. №46.

4.6. A.c. 1060431 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Устройство для двусторонней обработки оптических деталей с криволинейными поверхностями / И.П.Филонов, А.Д.Маляренко, В.М.Климович, А.П.Якимахо, А.Ф.Рошак, Э.Т.Самуйдоп н А.А.Степаненко; Белорусский политехнический институт. - №3451214/25-08; Заявл. 29.04.82; Опубл. 15.12.83, Бюл. № 46.

4.7. A.c. 1 113237 СССР, МКИ3 В24В 13/02. Устройство для обработки поверхностей оптических деталей /И.П.Филонов, , Н.А.Микулик, А.Д.Маляренко, М.И.Филонова и И.Л.Ковалева; Белорусский политехнический институт. -№3509618/25-08; Заявл. 11.11.82; Опубл. 15.09.84, Бюл. №34.

4.8. A.c. 1 122485 СССР, МКИ3 В2413 13'00. Устройство для обработки криволинейных поверхностей оптических деталей / И.П.Филонов, А.Д.Маляренко, Ю.В.Каспер; Белорусский политехнический институт. - №625789/25-08; Заявл. 28.07. 83; Опубл. 07.1 1.84, Бюл. №41.

4.9. A.c. 1137677 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Устройство для обработки оптических деталей / А.Д.Маляренко П.В.Алявднн; Белорусский политехнический институт. -№3599723/25-08; Заявл. 3.06.83; Опубл. 30.01.85, Бюл. № 4.

4.10. A.c. 1140936 СССР, МКИ3 В24В 13/00. Устройство для двусторонней обработки оптических деталей с криволинейными поверхностями / И.П.Филонов, И.И.Дьяков, А.Д.Маляренко, В.М.Климович; Белорусский политехнический институт. - № 3659895/25-08; Заявл. 05.1 1.83; Опубл. 23.02.85, Бюл. № 7.

4.11. A.c. 1178569 СССР, МКИ3 Н24Н 13/02. Устройство для обработки оптических деталей / И 11 Филонов. П.И.Дьяков. Д.Д.Маляреико, Н.А.Микулик; Белорусский политехнический институт. - №3712122'25-08; Заявл. 19.03.84; Опубл. 15.09.85. Бюл. №35.

4.12. А с 1215952 СССР. МКИ'»24» 1 МО//В24» 4 1.04. Шлифовал!,пая бабка станка для оормотч сферических поверхностей И П.Фшюнов. А.Д.Маляренко.

Ю И Катер. М.Г Киселе», Н.И.Жигалко и ЛИ.Якичачо ; Белорусский политехнический ииспну г. -№ 3656197/25-08; Заявл. 28.10,83; Опубл. 07.03.86. Бюл. № 9,

4.13. A.c. 1281379 СССТ. МК)Г В24 В 13/02. Устройство для обработки оптических деталей / 11.11.Филонов, А.Д.Малярепко, А.П.Якимахо; Белорусский политехнический мнеппуг. -№3902224/25-08; Заявл. 29.05.85; Опубл. 07.01.87, Бюл. №1.

4.14. A.c. 1335427 СССР, МК1Г П24В 13/02. Устройсто для обработки криво-.inncliiiMx поверхностей / И.П.Филонов. А.Д.Малярепко,. Ю.В.Каспер, В.И.Шачколович. Л.В.Сироткин и В Л.Кузнецов; Белорусский политехнический институт. - №057185/31-08, Заявл. 16.04.86: Опубл. 07.09.87, Бюл. № 33.

4.15. A.c. 1346399 МКИ'B24Ü 13/00. Станок для двусторонней обработки оптических деталей с криволинейными поверхностями/ Н.П.Филонов, А.Д.Малярепко, К).В Касиср и А.П.Якимахо: Белорусский полптехнический институт. - №4016401/3108: Злянл. 16 12.85: Опубл. 23.10.87. Бюл. №39.

4.16. A.c. 1413833 СССР. МКИ3 В24В 13/00. Устройство для обработки оптических детален 'А.Д Матярснко, I ГВ.Алявдпн, В.И.Юринок и Н.А.Николаев; Белорусский политехнический ннешгут. - №4186099/31-08: Заявлено 14.12.86.

4.17 A.c. 1440673 СССР. МКИ1 В24В 13'02. Устройство для обработки оптических деталей /111 [.Филонов. А.Д.Малярепко. Ю.В.Каспер и Л.В.Сироткин; Белорусский политсчнический чнетнгуг. - №4174637/31-08; Заявл. 04.01.87; Онубд. 30.11.88. Бюл. №44.

4.18. A.c. 1449326 СССР. МК1Г В24В 13/005. Наклеенное приспособление для обработки оптических деталей / А.П.Якимахо. В.М.Милованов и А.Д.Малярснко:-№4183903/40-08; Заявл.20.01.87; Опубл. 07.01.89, Бюл. №1.

4.19. A.c. 1449327 СССР. МКИ5 B2413 !3'02. Станок для шлифования и полирования оптических деталей / И.П.Филонов, А.Д.Матяреико. А.И.Фасевич и В.К.Груздев: Белорусский политехнический институт. - №4184473'31-08; Заявл. 26.01.87: Опубл. 07.01.89. Бюл. №1.

4.20. A.c. 1577941 СССР. МКИ1 В24В 13/00. Устройство для обработки оптических деталей / А.Д.Малярепко. В.И.Юринок, Ю.В.Каспер и А.П.Якимахо; Белорусский политехнический институт. - №4289706/31-08: Заявл. 27.07.87; Опубл

35

РЭЗЮМЕ

Малярэнка Аляксандр Дзм1зрыев1ч "Тэхпалаичныя асновы anpauojKi высокадакладных античных сферичных паверхняУ"

Клточавия слови: аптычныя дпа;н, сфсрычныя паверхш, установка загшоьак, дэфармацыя, нрышрка, рзжымы апраноукт, злыманне припуску, шрлдшшпка да-водк1, цеплаутварэнне.

Аб'ектам даследаванпя з'яулкеши узаемаеувязь намi:+c параметрам! acnojliiux апераций тэхналаычнага ирацэсу i экснлуаишийнычн характеристикам! шпычнш дэталяу.

Мэта працы - распрацоука пирнычных i пхналлиших асноУ анрацоук! ии-сокадакладных сферычных паверхняу ащмчных лип, комплексу гзхпала!!чных ме-рапрыемства^, сиецыяльнай аснастм i абсталяванпя.

У пракы прымянял:ся методы порви пру iKaciti, парнычнаЯ мсха/iÍKÍ, пдрадыпамжз, неплафЫк!, гэхлалигн машина- i ирыборабулавання. Даеледашшш праводз'ийся з выкарыстаннем OHM, опшка-мехашчных i электронных прибора^, прамысловых i доследных узорау rjxnaiai ¡чнага нбеталяиаини.

Распрацаванм гзхналаычныя асновы апраноум иысокадакилных античных дэталяу са сферичным! паперхнямг прапанаваиз,! е!сп\шы надыми да распрацоуK¡ тэхналош вытворчасш античных дзтяу, якт у.'ичвае фгачпыя з'явы, якзя прлияка-юць у зоне кашакту "шегрумент - дна.п." i у cicnsie "станок • прысгаеавапне" н.1 розных стадыях ныгворчастн; раскрыты механнм упырэшзя imi ршшисцч^ шпычнш дллляу пры ix усшноуны на прыстаеаванпе; раецрацавани рзкамендапи! па зшжэшно дзфармацый лип пры замацаванш; стиорана гзхналопя установи i здыман-пя дэталяу з прыаасавання з выкарыстапнем лазернаиз выираменьнання; сфармуля-ваны крыт)р1.п I раенранавана методика аншммаиьп рэжымаУ анрацоук! на пры-шрачных i даводачных аперацыях; раенранавана мапматычная мадэль зносу ¡нструмеша i здымання прыпуску з зататоук!, якая дазвольта стварыць методыку пра-ектавання npmiipay навышанай размернай устойлшасзн; разтледжаны yiviuy пдрадына.мнших нрапэсау у зоне кашакту шсгрумента i дэгал! на даклалнасць ¡ при-дукпыпиасщ. даводк! i прапапаваны шляхт iin шетф^апы! апрацоукк парзтычпа i эксперыменталыш выяулена •закапаморнаень змены пеплавота рзжыму пры лаводпы; прананаваны новыя метады юраванпя праюсам апрацоук!, каиструкнм! пзхнала-пчпага абсталяванпя iaeiiaciKi.

BbiiiÍKÍ ирацы siiaiiuuii выкарискшне у антычнай, электроннан ¡ мелыцыискай прамыеловаап.

36

РЕЗЮМЕ

Маляренко Александр Дмитриевич "Технологические основы обработки высокоточных сферических оптических поверхностей"

Ключевые слова: оптические детали, сферические поверхности, установка заготовок, деформация, притирка, режимы обработки, съем припуска, гидродинамика доводки, теплообразование.

Объектом исследования является взаимосвязь между параметрами основных операции технологического процесса и эксплуатационными харакгеристиками оптических деталей.

Цель работы - разработка теоретических и технологических основ обработки высокоточных сферических поверхностей оптических линз, комплекса технологических мероприятий, специальной оснастки и оборудования.

В работе применялись методы теории упругости, теоретической механики, гидродинамики, теплофизики, технологии машине- и приборостроения. Исследования проводились с использованием ЭВМ, оптико-мехапическнх и электронных приборов, промышленных и опытных образцов технологического оборудования.

Разработаны технологические основы обработки высокоточных оптических деталей со сферическими поверхностями: предложен системный подход к разработке технологии изготовления оптических деталей, учитывающий физические явления, протекающие в зоне контакта "инструмент-деталь" и в системе "станок-приспособление" на различных стадиях производства; раскрыт механизм образования погрешностей оптических деталей при их установке на приспособление; разработаны рекомендации по снижению деформаций линз при закреплении; создана технология установки и снятия деталей с приспособления с использованием лазерного излучения; сформулированы критерии и разработана методика оптимизации режимов обработки на притирочных и доводочных операциях; разработана математическая модель износа инструмента и съема припуска с заготовки, позволившая создать методику проектирования притиров повышенной размерной стойкости; рассмотрено влияние гидродинамических процессов в зоне контакта инструмента и детали на точность и производительность доводки и предложены пути интенсификации обработки; теоретически и экспериментально выявлена закономерность изменения теплового режима при доводке, влияние температуры технологической среды на точность и производительность доводки; предложены новые методы управления процессом обработки, конструкции технологического оборудования и оснастки.

Результаты работы нашли применение в оптической, электронной и медицинской промышленности.

37

SUMMARY

Maliarenka Alexander Dmitrievitch «Technological fundamentals of shaping of high-precise spherical optical surfaces»

Keywords: optical parts, spherical surfaces, setting of blank shapes, deformation, lapping, shaping modes, allowance removal, hydrodynamics of lapping, heat generation.

The object of investigation is the relation between parameters of the basic operations of a technological process and operating characteristics of optical parts.

The purpose of work is making of theoretical and technological fundamentals of shaping of high-precise spherical surfaces of optical lenses, complex of technological measures, special equipment and device.

In the work have been used the methods of a theory of elasticity, theoretical mechanics, hydrodynamics, thermal physics, Machine-Building and Instrument making technology. The investigations were conducted with the usage of a computer, optical-mcchanical and electronic instruments, industrial and experimental prototypes of the technological equipment.

The technological fundamentals of shaping of high-precise optical parts with spherical surfaces are designed: have been proposed the system approach to working of technology of production of optical parts taking into account the physical phenomcn which is passing in a zone of contact «instrument - part» and in the «machine tool - dcvice» system at different stages of production; the mechanism of formation of errors of optical parts at their setting on the device fs disclosed; the recommendations for a decrease of deformation of lenses are designed at anchoring are designed; the technology of setting and taking out of parts from the device with the usage of a laser radiation is created; were formulated the cri-terions and was designed the method of optimization of shaping modes on lapping operations; was designed the mathematical model of a wear of the instrument and allowance removal from the blank shape which has permitted to construct the method of projecting of laps of heightened dimensional stability; influence hydrodynamic processes in a zone of contact of the instrument and part on accuracy and productiv ity of lapping is reviewed, and the paths of intensification of shaping are proposed; the regularity of variation of a calorific mode at lapping is detected theoretically and experimentally; the influence of ¡he temperature of technological environment on accuracy and productivity of lapping is detected, the new methods of control of shaping and constructions of the technological equipment and devices are proposed.

1 he results of the work arc applied in an optical, electronic and medical industry.