автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Технология изготовления несферических поверхностей с использованием эвольвентных построений

ГОСКОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РСФСР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

ТРИФОНОВ Евгений Евгеньевич

УДК «81.7.0?,

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ ПОСТРОЕНИЙ

05.11.07

Оптические и оптико-электронные приборы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1&91

Работа выполнена па кафедре „Теория оптических приборов" Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени института точной механики и оптики.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор М. М. РУСИНОВ, кандидат технических наук, доцент А. Н. СОСНОВ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

И. И. ДУХОПЕЛ, кандидат технических наук, доцент Н. А. НЕЧАЕВА.

Ведущее предприятие указано' в решении специализированного совета.

Защита диссертации состоится ,-•_1992 г.

в--часов на заседании специализированного совета

Д.053.26.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в ЛИТМО по адресу: 197101, Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛИТМО.

Автореферат разослан

,_'_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, доцент (В. М. КРАСАВЦЕВ)

Подписано в печать 4 декабря 1991 г. Объем 1 печ. лист. 1 уч.-изд. лист. Заказ 92. Тираж 100.

630108, г. Новосибирск, 108, Плахотного, 8, НИИГАиК.

ОБЩАЯ ХАРА1СГЕЕ1СТ1ССА РАЕОТП

Актуальность проблема. Перспективное развитие оптического приборостроения немыслимо без широкого внедрения оптических деталей с разнообразными несферическими поверхностями (НП). Использование оптических НИ во многом определяет уровень развития прибо -ростроезкя, а налаживание их серийного производства является необходимым условием для серийного создания новых оптических систем.

Широкому изготовлении оптических деталей с НП препятствует несовершенство процессов серийной обработки нэтехнологичных оптически профилей, изготовление особо слоеных ш зачастую производится трудоемким методом яеного копирования на оборудование с ручным управлением, рассчитанном на высокую квалификацию оператора.

Основной проблемой, сдерживающей развитие воспроизводимых машинных технологий асферизации, является недостаточное научное обоснование приемов управления изготовлением таких деталей. Для успешного решения этого вопроса необходимо разрабатывать технологические процессы, станки к устройства, работающие по методу автоматического достижения размера. Бслыасе значение при этом долгие быть уделено станкам с программирующими устройствами, задающими программу обработки и вносяцкми корректировку в технологичес -кий процесс по результатам оперативного контроля чг.рез систему обратной сеязи, либо станкам, обеспечивающим гарантированный характер обработки и не требуюцим создания замкнутого контура управления.

Созданные в последние годы в СССР дорогостоящие систем! ?-г;.а "ЗЕБРА", "асутп-АоЗерика" и другие, альтернатинные зарубежным сверхдорога; прецизионным станкам, могут рационально применяться лкаь в производстве точных нетехнодогичны* КП для дорогостоящих оптических систем специального назначения.

Повышение серийности выпуска оптических деталей с разнообразными ш я расширение области их применения требуют создания более экономичного автоматизированного оборудования, освоения способов и устройств для производственного контроля качества исполнитель -ных поверхностей, оптимизации формы инструменте по факторам про -цесса образования макрорельефа, интенсификации технологических

переходов за счет высоких скоростей обработки инструментами с рабочим слоем "высшей" размерной стойкости.

Над созданием подобных технологий работают учение всего шра. В нашей стране разработкой управляемых станков для оптического производства занимаются в Академик наук СССР, в'ЛИТМО, в ГИПО.ГОИ им. с ЛЬ Вавилова, на ЛЗОС, в НИТИОП, МВТУ им.Н.З.Баумана, на ПО "НПЗ" и в других организациях.

В предлагаемой работе рассматривается вопрос создания устой -чивой технологии серийного изготовления оптических деталей со сложными НП.Для этого проводится анализ большого количества мо -тодов и устройств, выделяются перспективные признаки и на их ос -нове синтезируется базовый механизм-построитель, работающий по методу автоматического получения размера путем снятия припуска инструментом, соприкасавдимся с обрабатываемой поверхностью по малой площадке.

Цель работы состоит в поиске путей создания серийной технологии изготовления НП при использовании управляемого процесса машинной обработки; в проведении исследований принципиальной моде -ли, разработке теоретических основ и создании базового устройст -ва, воплощающего программированное повторяемое воздействие ин -струмента на обрабатываемый профиль; в разработке способов технологического контроля отклонений формы НП без снятия деталей со шпинделя станка.

Задачи исследования:

1) Проведение критического анализа существующих способов из -готовления оптических деталей с НИ и определение возможностей их использования для создания серийной воспроизводимой технологии.

2) Выбор метода обработки, базовой схемы, анализ работоспо -собности и синтез на основе принципиальной модели устойчивого процесса асферизации обрабатываемого профиля.

3) Всестороннее теоретическое исследование процесса обработ -

ки:

- разработка математической модели процесса съема припуска малым инструментом при воспроизводстве рабочего движения по ко -пиру;

- разработка математического аппарата для оценки точности воспроизведения рабочих движений;

- исследование влияния технологических параметров базового механизма-построителя на точность формы НП.

4) разработка конструкция устройства для програларованксД обработки НП, устройств для производственного технологического донтрсля, устройства для правка полуовального и полировального инструментов, средств механизации и автоматизации процесса обработки; выбор основной асферизувдей стадии, типа яногрумзнта .форма заготовки, режимов обработки.

5) Проведение экспериментальных исследований.

6) Анализ результатов и разработка основных теятчоских требований к процессу воспроизводимой серпйкоЗ обработки деталей с НП.

Мот.одн исследований. ре-зние поставленных задач осупествля -ется теоротичесяехл исследованиями (с прояснением математического анализа и численных методов), обоснозанкость научных положе -нкй, выводов, рекомендаций подтверждается направлениями и результатами современного развития технологии всфориззцш и контроля профиля и форг«ы НП в наиоД стране и за рубежом. Достоверность получения аналитических зависимостей подтверждается члеленнтгя расчетами на ЭВМ а экспериментальной проверке:! на специально изготовленном оборудовании.

Научная новизна работ?; состоит в том, что автором предложено повое решение актуальной задачи серийного изготовления и контроля оптических ИТ с различной крутизной и асфер;гчностью, основанное на:

- изготовлены! Щ .методо:.? автоматического получения размера инструментом, соприкасающаяся с заготовкой по мслсЛ плолалке;

- разработанной методике расчета ггапяпгаого прсцесса управляемой обработки оптпчоеждх деталей с НП л програ:гдтруюдего устройства для обработки методом автоматического получения раз -мэра ;

- выявленных трех схе" станков, обеспечивающих кзшшную управляемую обработку ш, ка которыо получены полоЕителыше ре -иенпя о вздаче авт.свидетельств;

- разработанных способах дискретного контактного и бесхсн -тактного контроля отклонений форму осесимиетричннх КП баз сня -тия заготовки со шпинделя стаккг, на которые получены авт.сви -детольство и положительное решонио на ввдачу авт.свидетельства;

- способе повышения чувствительности интерференционного контроля формы Ш, на которое получено положительное рвпенче па выдачу авт.свидетельства.

пиюттаемие ...рззулх-таты:

1) Схкгаст-рупровш с изготовлен в щю и ШИГАиХ рабочий образец стонка для программированной обработки НС методе;« автоматического по'.учекгя рззиера, которой передан для внедрения па Ш "КПЗ" (г.Новосибирск)•

2) разработаны технические требования к созданы опытные сб-роздц устройств для дгоеретного контроля профила НИ, ваяючая оиисасаеиао §уш<цаяма немонотонного .вцда, без саяхгя детали со шпинделя станка.

3) Продрдеш аксперзкеиталыио работы по ксследоваки» программируемого станка и устройства для встроенного контактного контроля "профиля ш, поаБОдяакае дать рококендедиг по модернизации хетодики обработки и контроля, конструкции ооноткх. узлов с-таш:а, приспособлений I: оовазтки.

4) Разработаны прэгрзгя» сзакккого расчет шиянзя точности кастрсйки технологических параметров эводшкого иеханизма-по -строителя (э:Л1), (положенного в основу программируюцзго устрой -сшз) па точность Боспрашъодстьа исполнительного профиля Ш.

5) Проведенные теорагичаехм и экспериментальные исследова -ьта позволили создать модель устойчивого технологического про -цосса серпИной обрайота: НЛ Саэпруюегозя на опытном сбразде станка настраиваемого на аЕТОУЗТическое получение размера, что коаег бить с успехом использовано ка предприятиях точного приборостроения к маааностроснпя для формообразования негехнологичпых Ш, вклшая вкеосевие поверхности вращения.

6) основные результаты диссертационной работы кспальзовани при выполнении хоздоговорных работ к внедрена на соответствую -щкх предприятиях.

Реализапэтч результатов кссл^лорпнчл осуществлена при вшзол-некии НИР в НГУ та.Ленинского комсомола, ПО "НПЗ", Опптном заводе СО АН СССР, а такяе в Ш1? и учебной процессе НКИГАиК, что подтверждено соответствукудап документами.

Апробация работы, матерпали диссертации двавда догладывались на ХУХ научно-технической конференции колодах ученых и специалистов ВДИИГАИК (Москва-Ленинград,1987 г.), на ХУЩ научно-технической конференции молодых снецкатистов КМЗ (Красногорск, 1938 г.), на семинара "Алмазно-абразивная обработка деталей оптических систем и электронной техники" (Киев, 1990 г.), неоднократно на научно-технической конференции НИИГАиК, НОВАГО и Горного обцест-

eï (НолосиоîpaK.liiC"-''! vr.), огззчгкн дипле;.:й?л1 oímcnoro конкурса «8 zyvzß) 7т;;-учнуэ ï.aùoïj ср?хл МОЛОДЫХ -J42XJX :-; слесл/л'с-S03 1ГГ0 а 1933, 1990 гг., яо^эрзнци;» npojce--

copcKO-Kr-?sork№»aro-evoro состава HVJIFAuK.

ПХШй'ШШ« Пэ vsîsgaajsa гаг.с;шешас sv&t^oçari.vt oaytoinco-ззно к пэчаукнх рзбот, s тел тл'^о nwyicr;-) дка as?. етлд'-э-тольсуза к 4 по/.одгс-элыйх jkmsst,«: гх •■.'•¿на^у аяг. азя?.э « Tf?jccïa.

GSEZCTKl JwJaá&SHJKííSTí• Диосар1ттаон.чаа робота cooroir;1 из 13Взрения, чвтярвх глав, ¡wíjareajffij п грш.о:?энгл, b&scw.ístjsc кг •224 зтразщзх, из якг 47 зргася?нгя; ргнуягдаты

шшюгрйрзгвтся Е'1 .pHSjiroroi ссасг'ьогл тойота, í'j р:«гд*ка ~ из врало^епяя, 7 га-Злпдгч;». Саиеся дягоратда 118

пзшенсзаний.

1) сястездрсзгшав «ода» зв-mw.Horo «йхашк^пострзяталя (БМП), оЗаслзчвгаадая воопройзг.^л?«7;£ псоц>эг:о свр:йно.1 cópsíoinr НП яетодоч автиаглчэекого пслузэиая рзклэра -.mass инструментом.

2) Джмритк в нагодотачэске? ccc-c^siefciü зэдачя опр'Здедг!пя оссбеагссг'Зй трбне^оргясич Бтеяроазводяюго äsoJöj^ocköw аре-фагл в ьаззсигюсга от «ехвогггггесотг саракатроэ ¡-¿-од?. :уз.

3) ."з'гегаяпэсйвя ородзсез ]'.-тарпс" об;: „ôoïtcî HI: CTpyifSíiTCíí глга "бур" е вя?::ем кок-гзи?;.;,

4) Прянста у^т^тся. с?срхк л отлздо кыгаркого о0сда.ов?лви д;:я »о^трепггсдлгк;! <;tpsCwa п-.-.:гку.эло -

гйч'ннх ш.

5) Способ „етодкп цркузеоуких ЕЯ. прх'Эд^аЗ n?î рсе.гзовдл "касиаяясй" тэхаотагок С?" Л предзчрапхзкоп cüpaícrw, а сзоссй дозодаа в ябчэотю флпьтасй C7w.n).

6) Способу ;яюфмггсге> г,'орт; ¡£>. пг: дуй«рзадгалько-гзсг,гагр:лзсхг?з саоЗзтгг, дрггс>д?'::з з ja^sc-íno йотрсознкх, <5о? сцятал со гаявдз®! с:ru::'.,

7) C:jocoö г.тггйппкя '.dtkocïk :: чуаогзьтэх^-хозги аз5тср1>врэт| -пяепксго позгрсяя гря атгг.стешга го;свах ш путем обсстреаал гкзт?«?у«оэ еяхерфзршсяогглих г.од;е ла стадка фогорэглстрадад.

3) ТехнслэгкчсстжП ярсддс.--. лзготоаазгжа а тягота кетехгю-догггяшх ïiïï с одного усгамоэа на по'згглзш:гк регэй'-г-,, о праяене-H2cv ансгр^ситои "sacrreS" v>"vep;-o.'.í стоЯксатя па тгслугзтсгагя-часта:.] сгашсэ тгкч "РУСгБ-ПО

9) Предложения по обеспечению ряда защитных мероприятий при обработке токсичных, агрессивных или "чувствительных" к колеба -киям окрукакдсй среды оптических материалов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введэнга обоснована актуальность проблемы повышения се -рийности изготовления нетехнологичных НИ, цели и задачи дцссер -тационной работы, её основные результаты и научная новизна.

В первой главе выполнен обзор и анализ перспективных направлений асферизацип с точке зрения принципиальной возмогностн их использования для серийного' изготовления нетехнологичных Щ. ка основании обоснованной классификации сделаны выводы о применимости тех пли иных направлений формообразования к задачам диссер -тационных исследований. доказано, что неабразивная обработка оптимальна либо при серийном и кассовом изготовлении деталей невы-' сокой точности (моллированиэ, .метод реплик), либо предельно точных (вакуумная, ионная асферизацкя и их разновидности) с очень небольшими отступлениями от походной поверхности, требующих наличия заготовки известной формы и качества НИ. Наиболее универ -салышы и изученным направлением является абразивный съем мате -риала заготовки методами, аналогичными "классическому" и отлич -ными от него, методы, аналогичные "классическому", характеризу -ются большой поверхностью контакта инструмента с заготовкой; узким диапазоном обрабатываемых профилей (так называете техноло -гичные ш), высокой трудоемкостью технологического процесса (ТП) и подготовки производства; реоащим влиянием субъективного фак -тора, заставлявши привлекать оптиков высшей квалификации. Оче -видно, что эти методы в серийном ТП асферпзации не технологичных Ш могут с успехом применяться лишь при правке отдельных зон, т.к. не способны решать основных задач асферизузцей стадии -обеспечения большой крутизны и асферичности. При уменьшении площади соприкосновения инструмента и заготовки, повышающем разно -образие обрабатываемых профилей, развилось направлоше асфериза-ции методами отличными от "классического" притира, эти методы в настоящее время являются базовыми при разработке оборудования для изготовления любых точных Щ нетехнологичного вида. Анализ станков, использующих инструмент малого размера, позволил выявить следующие их преимущества: - возможность обработки осесимметрич-ных НП любого вида, в том числе и знакопеременных; - простейший

2ид влияния на ход процесс.? ¡яюгах технологических факторов (давт-л-онпе, врезание, относительная скорость, траектория относительного движения, коэффициент перекрытия) позволяющий достаточно точно учитывать ого при настройке, обработке, коррекции по результатам контроля; - ъозкскность управления отдельными технологически?,!:! параь-етра'ли, когда другие стабилизированы; - зсферизация по методу автоматического получеши размера, т.е. получение воспроизг-о -д;могс л "гарантированного" машинного ТП; - гозмояностъ дальней -шего повнаеккя производительности обработка за счет испояьззтания новейших синтетических аналогов традационкчи иагефугпгч и полируи-щ;?* материалам и повышения скорости обработан; - равномерность срабатывания гветруь'агга малого размера при обработке оптических деталей (незначительно еликецзя на псгрешость формирования НП), погвоаяззщая количественно оценю д н учесть яжявхь этого износа; - возмокность технологического контроля обрабетнваемого прс&иля на рабочем мосте без сняткя заготовтет со кигсдаса изделия.

Использование гнетрум-шта малой ваоыадв приводит к необходимости управления траекторией его рабочего движения. Метод траек-торяого копирования, получшлий новое развития после освоения оптическим станкостроением прецизионных аэростатических направ -лающих, £Зсс:сс-сборотистых ппгэдздей, неявных копиров, опнтэткчо-ck-.dc гатеряалоь с высочайвей размерной стойкостьа в качество об-райатывакш: сред, пэслугал ачътеркз^шой оо»дантпэ сверхдорого -стоящего, сверхслсглого оборудования, гйептагзо прнтахтацэгося лишь при ссодзюа дорогосяздпеа систем октального назначения. Таккл образом, репс"?.о з^со'ш создания серпгжой т£;далсгкл изготовления разнообразных нстохно/гоютейс Ы!Т гакж/чзетсл в создании более экономичного и переяекягского когода огферязацл:, позволяющего применить:

- простейдге рабочие перомеценкя, которые наиболее точно осуществляются с ььгеокой точностью; сеучзетолять мздасиаядеэ подачу на врезание, позволяющую сбеспочггл-п. рабочей ход нэ врезание с высокой точностью;.

- малая величина контакта нногрукента с заготовкой (о,С -от площади заготовки), позэолягацая доводить скорость обработки до 30 м/с и еыпо;

- неявный копир, ксвэаьзггщий дг^ференциально-геомс-трическио свойства ш.

Создание устойчивых серийных технологий асферизацип ОД ста -

вит ряд задач, решаемых в последующей части работа:

- обоснование необходимых условий ддя стабильного воспроизведения точных Ш нетехнологичного вида инструментом малого разме -ра;

- синтез модели для управляемой обработки по методу автоматического получения размера;

- разработка методики расчета программируемого устройства,работающего по принципу неявного траекторного копирования;

- исследование "возмущающего" влияния погрешностей настройки кинематических параметров и нестабильности технологических факторов на точность обработки ОД;

- разработка способов технологического контроля, обеспечивавшего достаточную точность измерений без снятия детали со шпинделя;

- создание по одной из предложенных принципиальных схем опытного образца станка и экспериментальная проверка на нем теорети -ческих исследований.

Вторая глава диссертационных исследований посвящена синтезу модели устойчивого ТП формообразования асферики и принципиальной схемы устройства для его реализации.

Проанализированы на применимость к задачам настоящей работы три принципиальные модели асферизации. Сделан вывод в пользу эволютного. механизма-построителя (ЭШ), работающего по методу автоматического получения размера инструментом, соприкасающимся с заготовкой по малой площадке, с помощью эволютного копира, имею -щего плоскую эталонную поверхность, расположенную определенным образом относительно оси вращения заготовка, инструмент при этом воспроизводит в пространстве плоскую кривую, являющуюся сечением НП. Б зависимости от параметров траектории движения ин -струмента и ее ориентации относительно оси вращения заготовки,образуются та или иная поверхность.

установлены требования к инструменту, необходимые для изготовления точных ОД, из которых следует, что минимально допустимый размер контактной зоны определяется из условия перекрытия им предыдущих зон обработки, т.е. диаметр рабочей зоны инструмента должен быть больше, чем шаг спирали, выбираемой им на обрабатываемой НП и определяемой из выражения:

и _ ^д3- Т

где кс - шаг спирали, образуемой при налояекин двух взаимных

перемещений - детали и заготовки;

Урад,- скорость радиального перемещения инструмента;

Т - враг,я, за которое инструмент проходит меридиональный

профиль о? центра к периферии;

'г - число оборотов заготовки за время Т.

Для достижения хорошего качества (отсутствия "гребоЕКОз",

вызванных неравномерностью обработки) необходимо выполнение ус -

ловия: ,

кс . « I ,

где к0р. - глубина врезания сферического наконечника зшструмен -та;

Я - радиус сферического наконечника инструмента. Обработка детали на Э'.'Л заключается в следующем: центрированная заготовка с исходной поверхностью (близайпей сферой,плоскостью и др.) устанавливается в пшпщель изделия п приводится зо вращение. Алмазный абразивный бур, рабочая поверхность которого доведена до Я^Р ( Р - радиус вершинной сферы ш), приводится во вращение от шпинделя инструмента а подводится до касания с поверхностью заготовки, приводится в движение механизм угловых перемещений инструментальной головки. Закон перемещения ипструмен-тальной головки задается срограммируащкм устройством, воспрсиз -водящим мэрпдианалышй профиль НП требуемого вида, характер работы инструмента определяется ттз выражения:

I

где М - прилокенный момент;

С -.эмпирическая постоянная Престона; /? - радиус сферического наконечника инструмента; ю - частота вращения шпинделя изделия; р - переменный радиус кривизны копируемой Ш;

(2 - - составляющая подачи на врезание по осп г

Б случав, когда копируемая поверхность является параболой -дом вращения (2ря,^ = рг ), уравнение движения принимает вид:

_р[, ЛМо'

Г11 \р ) 1 Г *

где р - параметр асферичности копируемой Щ; ш = (£ - га) - составляющая подачи ыа врезаниэ по оси £ .

Время, необходимое для снятия припуска от р1 до ,опре -деляется из акпаканм:

В качестве программирующего устройства в ЭШ использован неявный копир в виде'эволюта профиля, образованного мерэдианалъным сечением требуемой Ш. Использование с эволютным профилем копира позволяет: обеспечить двоение датчика по копиру несложным дви -жением обкатки; точно выстраивать меридианальный профиль НП,пренебрегая, в известных пределах, собственными ошибками образую -щей; обеспечить работу механизма-построителя без износа звеньев кинематической цепи, с ограниченным числом безлюфтовых передач от управляющего устройства; обеспечить "полярную" ориентацию рабочей площадки инструмента относительно обрабатываемого участка, снижающую влияние износа инструмента на точность фэрмообразова -ная; изготавливать Ш без ограничения по крутизне и асферичное -ти; производить полный технологический цикл обработки и контро -ля без снятия заготовки шпинделя; легко автоматизировать про -цесс обработки.

Б третьей главе исследованы технологические возможности предложенного типа механизма-построителя, а тате влияние технологических факторов и кинематических параметров на точность обработки НП. установлено, что на исследуемой модели ЭМП можно обрабатывать монотонные и знакопеременные вогнутые и выпуклые НП.

В результате исследования влияния кинематических параметров на программирующее устройство (ПУ) установлено, что одним ПУ можно обрабатывать заготовки различного диаметра, предельные величины которого рассчитываются из учета допустимых размеров кинематических параметров механизма.

Исследование влияния действующих ошибок кинематических параметров на закон движения инструмента по обрабатываемому несферическому профилю позволяет уточнить допуски на изготовление и сборку узлов станка, реализующего принципы ЭШ; определить необходимое число и конструкцию узлов для компенсации суммарной ошибки; определить оптимальные размеры механизма.

Исследование технологических факторов, влияющих на точность

обработки ш, позволило разделить их на группы:

1) Систематические ошибки, устраняемые регулировкой схемы построителя в' процессе настройки и работы ЭШ. Это погрешности работы программирующего устройства, ошибки расположения инструмен -та, биение шинделя изделия, ошибки работы механизма подачи на врезание;

2) Ошибки параметров, которые не устраняются регулировкой схемы станка: это ошибки работы механизма осевых подач, вызванные неточностями изготовления рабочего профиля эволшного коппра; де-центрировка детали относительно планшайбы, в которую входит радиальное биение заготовки; местная сшибка поверхности заготовки, в этом случае устраняется причина, их вызывающая. Допуск па изготовление и сборку таких параметров должен быть жестким.

Установлено, что при обработке деталей точечным инструментом допуски на технологические и кинематические параметры максимально жесткие. Однако, при обработке деталей малым инструментом,соприкасающимся с НИ по малой площадке, рассчитанной из условия перекрытия ей шага спирали в последующих зонах обработки,эти допуски становятся выполнимыш. Кроме того, при использовании аэродинамических опор, осуществление круговых и прямолинейных рабочих движений с высокой точностью вполне осуществимо. Сшибки работы механизма подачи на врезание, сужающие возможности съема припуска на асферизацию тонкими слоями, исключены при использо -вании надежного клинового механизма подачи, обеспечивающего ре -гулируемое врезание в пределах от -0,001 до 0,007 мм на двойной ход.

Из ошибок параметров особое внимание заслуживает ошибка ра -бочего профиля зволютного копира. При появлении на поверхности эволюты погрешности в виде окружности Ra с центром в точке IX, ; У0 ) соответствующая ей эвольвента у = f (х) принимает параметрический вцц:

Х± - sin(t-b^-CRct + L)eos(t*f) +X,

Y^^Ro eos (t +y)+(R0i + l)sin{t+r)+Ya _

где L = |/ (Xn -3cf)2 + (yn_yJ)2- _ №IHa отрезка общей каса -тельной к эволюте и окружности, заключенного между точкой касания на окружности и точкой касания эволюты (X, \Yf)',

t - угловой параметр ( Ot*tл "f"). отсчитываемый по часо -

,еой стрелке от нормали к окружности в точке касания; X "Р * Р ~ З^каой коэффициент нормали. В качестве меры погрешности формирования эвольвенты принято уклонение:

Ко - тГл .

Профиль воспроизводимой НП связан с эволютным копиром (зк) зависимостью:

К0 = ПрЯО,ос),

где ( р ,йа) - технологические параметры построителя;

- параметр, вводимый для определения косвенного влияния координат центра погрешности (Ха, У0) на характер появляющихся деформаций.

Показано, что (¡деформированная эвольвента удалена по радиусу кривизны от заданной У = /(х) на длину развернутой части, окружности радиуса , соответствующей углу поворота , в пределах которого касательная к эволюте является общей для эволюты, и окрунности К о , т.е.:

Анализ зависимости Ка = V (р , /?0 , с<. ) и К =4 (р ,Яа Д )

(нормированное относительно Д0 уклонение К° = ^ ) для НП.про-

к0

Филями которых являются конические сечения, обнаружил общие тен -денции:

1) При фиксированных значениях параметров о(. и Я0 величины уклонений Ка и К уменьшаются с возростанием параметра асферичности р , характеризующего характер расположения рабочих орга -нов ЭШ и инструмента.

2) При фиксированных'значениях технологических параметров

( Кд,р) величины уклонений Кд и К уменьшаются с увеличением абсциссы точки касания с эволютой общей касательной (с ростом параметра оС ).

3) При фиксированных значениях параметров << и р величины уклонений К0 и К обнаруживают нелинейную зависимость от R0 . С уменьшением радиуса неоднородности абсолютная величина скорости изменения (уменьшения) и К° значительно выие определяемой уменьшением самого .

По разработанной методике выполнены расчеты программирующего устройства типа "эволютный копир", обоснована методика адаптиз -ной дискретизации эволютного профиля для воспроизведения его ка координатном станке. Установлено, что наибольшее значение погрешности интерполяции при построении эволютной образующей не должно превосходить допуска 60 :

Л и 4 <5 • %

27" Лк 6 ^ > Л* * '

где - наибольшее значение модуля второй производной эволл -ты в промежутках между соседними узлами интерполяции; кк - текущий шаг дискретизации.

Получены зависимости и разработана методика, позволяющая по заданным конструктивным параметрам обрабатываамой НП рассчитать параметры технологической схемы обработки. По выведенным форму -лам на ЭВМ рассчитаны таблицы, по которым, з зависимости от уравнения заданной Ш, можно определить настроечные параметры ЭК. Обоснована "прямая задача" оптимизированного выбора точное -ти изготовления ЗК в зависимости от требуемой точности несфери -ческого профиля. Для всех типов кривых, профидп которых образо -ваны коническим сечениями, выделены интервалы параметра (входящего в уравнения образующих), в которых максимальная по -Грешность профиля эвольвенты составляет 1,2x10"^ (мм). Обоснована возможность ослабления требований к параметру /?а за счет перебора в определенных пределах, параметра р , т.е. решена "обратная задача" оптимального снижения требований к точности эталонной поверхности копира в результате приемлемого "размена" значения р. .

В четвертой главе приводится описание конструкции, разрабо -танной и воплощенной при создании опытного образца станка.

На основании произведенных расчетов разработана конструкция программирующего устройства, в соответствии с которой изготовлены профильные кулачки, программирующие равномерный съем слоя припуска по всем зонам и регулярный характер микрорельефа при полировании.

Приведены результаты работ по повышению уровня автоматиза -ции станка; спроектированы и изготовлены: гидропривод, электроавтоматика и алгоритм управления ПУ и станком.

разработаны и воплощены в схеме станка- предпосылки для

создания полного технологического цикла обработки с одного уста-нова: асферизация, оперативный контроль, доводка.

разработана конструкция инструментов для алмазного шлифова -ния и интенсивного полирования. Исследованы характеристики работы инструмента и зависимости от них режимов обработки, их влия -ние на эффективность процесса асферизации. приведены исследова -ния физико-механических свойств синтетических полировальников из пенополиуретана.

разработаны новые схемы дискретного технологического контроля: контроль профиля выпуклых-и вогнутых НП на базе ЭШ с использованием контактного измерителя линейных перемещений и бесконтактного микрояктерферометра; контактный и бесконтактный контроль профиля планоидных и знакопеременных поверхностей на базе ЭШ.

Технологический контроль, позволяющий на стадии обработки НП производить оперативную качественную и количественную оценку ее формы ели, что не менее важно, контроль асферического профиля, должен обеспечивать: повышение скорости измерений и обработки результатов; возможность представления результатов измерений в удобном виде; возможность исключения систематических погрешностей измерения; освобсздение оператора от трудоемких однообразных операций; возможность' коррекции настроечных параметров станка по результатам контроля и последующей доводки профиля, разработанный метод контактного оперативного контроля осуществляется с помощью прукинно-оптической измерительной головки (оптикатора), установленной в специальной оправке на торце шлифовального шпинделя Sf.fi. В этом случае измерительный наконечник оптикатора имитирует по -ложение шлифующей кромки инструмента. Смещение измерительного стерхня происходит, если наконечник, сканирующий НИ, попадает на участок, отступающий от расчетного профиля. Точность определения погрешности колеблется от 0,1 до 0,5 мюл. Величина хода измери -тельного стержня не менее 25 мюл.

За счет измерения отклонений полученного профиля от расчет -ного, а не от ближайшей поверхности сравнения, возможен конт -роль НП, практически не ограниченных по крутизне и асферичности. Поскольку эволюта есть огибающая семейства нормалей к НП,данная методика контроля лишена значительной систематической ошибки

¿1У , возникающей при подводе измерительного наконечника к НП под углом у , отличным от прямого:

лу = J>/c°sy~P ,

где р - радиус кривизны измерительного наконечника.

Преимуществом данного метода является таете возможность контроля астигматических ошибок поверхности, для этого необходимо лишь, поворачивая деталь в шпинделе изделия, промерить несколько диаметральных сечении профиля щ. радиальное смещение контролируемой детали, установленной в шпинделе, вызывает при этом осевое смещение измерительного наконечника оптикатора, величина этого смещения определяется как профилем НИ, так :: погрешностями опор шпинделя изделия. Погрешности подшипников исключаются из резуль -татов измерений с помощь» несложного приема - предварительного промера эталонной поверхности сравнения (в тех те сечениях), ус -гановленной на шпинделе предварительно, вместо обрабатываемой детали.

Бесконтактный метод контроля основан на- использовании компа -ктнего ыикроинтерферометра, устанавливаемого аналогичным оптика -тору способом в з;,и. в этом случае точность определения погрешностей повышается до о.06 мкм, а максимальное отступление от расчетного профиля измеряется в пределах до 0,135 мм.

Определено направление разработки дискретных схем технологи -ческого контроля немонотонных поверхностей, описываемых знакспе -ременными функциями высших порядкоЕ.

Предложен способ повышения точности определения координат интерференционных полос при контроле формы прецизионных Щ с низким коэффициентом отражательной способности, среднеквадратическая ошибка наведения на полосу снижена до Л /1С0-

разработан комплекс мер, позволяющих производить качествен -ную обработку чувствительных к колебаниям условий окружающей среды КК-матеркалов. Проведены исследования по созданию удовле -творительных условий труда при обработке высокотоксичных IK-ма -терналов.

К достоинствам разработанных методик встроенного контроля можно отнести возможность но только качественной, но и количественно": оценки дефектов контролируемой поверхности, что крайне важно при управлении технологическим процессом изготовления.

V. заключении приведены общие -шведы по содержанию работы:

I) 2 результате анализа мето. >в изготовления оптических деталей с ш путем снятия припуска еоретпчеекп обоснована возмож-

.кость машинного формообразования инструментом малого размера. Опг ределены условия, при которых процесс асферизации приобретает стабильный серийный характер: технологическое обеспечениэ качества - по эффективному принципу неявного математического копирова 'кия; устойчивая воспроизводимость результатов обработки - за счет настройки оборудования на автоматическое получение размера; высокая реализуемость технологии на любом производстве - за счет создания недорогих станков и приспособлений; универсальность,как по многообразию обрабатываемых профилей, так и по степени закончен -ности технологического цикла; высокая производительность асфери -зации - за счет использования синтетических высокостойких обрабатывающих материалов на высоюсс рабочих скоростях.

2) Теоретически обоснован и дан в схемных и конструктивных решениях метод стабильного формообразования нетехнологичных НП на основании принципа неявного копирования траектории рабочего движения инструмента, предложено три принципиальных схемы устройств для машинной обработки НП, защищенные авторскими "свидетельствами. По одной из схем, на основе модели эволютного механизма-построителя, разработана конструкция опытного образца станка, изготовленного в HJHTAHK, экспериментально проверены технологические возможности станков данного типа.

3) Выявлены особенности задачи синтеза воспроизводимого технологического процесса формообразования HII. Получены теоретические соотношения мевду технологическими параметрами - относительной скоростью, давлением, врезанием, характером относительных перемещений - и показателями качества обработки и асферизации.

4) Обоснована модель процесса обработки нп.на основа 3i.II. Предложенная методика позволяет прогнозировать результаты обра -ботки, автоматически получать заданный размер и форму ш.

5) Разработаны основные принципы процесса асферизации исполнительной поверхности с одного установа, включая контроль и доводку.

6) Предложены основные принципы дискретного встроенного контроля обрабатываемых несферичоских профилей, разработаны основ -кые технические требования и принципиальные схемы устройств.

7) Определено новое направление повышения чувствительности интерференционного контроля при аттестации формы НП.

8) Обработка деталей с 1Ш на опытном станке в основном под -твердила результаты теоретических исследований процесса машинной

обработки инструментом малого размера на эволютном механизме -

построителе.

В приложении дается машинное обеспечение расчетов, результаты расчетов, акты внедрения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТВ® ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Трифонов Е.Е. Организация управляемого автоматизированного техпроцесса обработки точных поверхностей // Меззуз.сб. Прогрессивные методы изготовления и контроля современных оптических и оптико-электронных приборов / НШГАиК. -1987.-С.119-123.

2. Трифонов Е.Е., Соснов А.Н., Шлишевский Б.Э. Характер,причины и возможные способы нейтрализации токсичных отходоз от обработки ИК-материалоз // межвуз.сб. Прогрессивные методы изготовления и контроля современных оптических и оптико-электронных приборов / НИИГАИК. - 1987. - С.69-78.

3. Трифонов Е.Е. Некоторые вопросы оптимизации технологии создания ик-спстем / МВ и ССО РС5СР. - Новосибирск,1989. -4 е.- Деп. в ОНТИ ВДИИГАик 26.05.89, № 338-ГД89.

4. Положительное решение по заявке. Способ доводки поверхностей / м.5.Носков, Н.К.Соснова, Е.Е.Трифонов (СССР). -

№ 4649162/08/023660; Заявлено 13.02.89 г.

5. Трифонов е.е. числовые системы адаптивного управления ка -чеством / ИЗ и ССО РС-5СР. - Новосибирск,1989. - Деп. во вшптгатр, а 43б-мш88.

6. А.С.1550311 СССР, МКИ3 01 В5/20. Способ контроля профиля асферических поверхностей деталей / Е.Е.Трифонов, А.Н.Сосков (СССР). - И 4430916/25/28; Заявлено 24-05.88; Опубл. 15.03.90. Бал.Л 10. - 2с.:ил.

7. Трифонов Е.Е., Соснов А.Н., Соколов С.П. Оценка точности контроля несферических поверхностей методом эволютных построений // Межвуз.сб. Оптико-мехаклческие и оптико-элек -тронные приборы / НИИГАиК- - 1989. - С.53-56.

8. А.С.1651096 СССР, МКИ3 01 В П/24. Способ интерференцпон -ного измерения формы поверхности прецизиа. чх оптических деталей / м.ф.Носков, И.В.Скоков, А.Н.Соснов, Е.Е.Трнфонов (СССР). - № 4715530/28; заявлено 04.04.89. Бюл.Л 1Э.-Зо.:ая.

9. Трифонов Е.Е., Соснов А.Н., Соколов с.П. Особенности моделирования эволютно-эвольвентного процесса формообразования асферических поверхностей // Межвуз.сб. вопросы математического моделирования в прикладных задачах / ПИИТАеК. - 1990. -С.95-97.

10. Положительное решение по заявке, способ контроля профиля асферических поверхностей оптических деталей / Е.Е.Трифонов, А.Н.Соснов (СССР). - № 4868671/28/080785; Заявлено 23.07.90.

11. Трифонов Е.Е., Соколов С.П., Соснов А.Н. Исследование влия -ния технологических параметров эволютно-эвольвентного маха -низма-построптеля на точность изготовления асферических по -верхностей // Межвуз.сб. вопросы математического моделирования в прикладных задачах / НИИГАИК. - 1990- - С.79-92.

12. Соснов А.Н.. Трифонов Е-Е., Щлишевский Б.Э. Некоторые осо -бенности копирной обработки несферических оптических поверхностей одиночным алмазно-абразивным элементом в условиях "квази-точечного" контакта // тез.докл.семинара "Алмазно-абразивная обработка деталей оптических систем и электронной техники", 5-8 пюня 1990 г., Киев. -М.,1990. - С.60-63.

13. Трифонов Е.Е., Соколов С.П. Требования к стабильности технологических параметров эволютно-эвольвентного механизма-па -строителя для изготовления несферических поверхностей с за -данной точностью // Межвуз.сб. вопросы математического моделирования в прикладных задачах / НИИГАИК. - 1991. - С.105 -III.

14. Положительное решение по заявке, устройство для стабильной обработки кеоферических поверхностей / Е.Е.Трифонов, А.Н.

' Соснов (СССР). - J& 4838407/08/065598; Заявлено 12.06.90.

15. Положительное решение по заявке, устройство для обработки асферических поверхностей / Е.Е.Трифонов, С.П.Соколов (СССР). - № 4908399/08/118956; Заявлено 13.12.90.