Технология изготовления

Специфической особенностью изготовления шаровидных линз является шлифование и полирование сферической поверхности в свободном состоянии, т. е. без закрепления заготовок на наклеечном приспособлении. Это позволяет механизировать и автоматизировать большинство операций и переходов. Весь технологический процесс обработки разбит на операции, одинаковые или кратные по времени. Станки и приборы составляют линию, настраиваемую на автоматическое получение шариков заданного диаметра. Такая технология на производстве дает значительный экономический эффект.

Заготовка будущего шарика в зависимости от партии делается в виде прессовок – кубиков, рассчитанных на получение кратного числа единичных заготовок с D _ш < 8 мм или в виде прессовок шарообразной формы с D _ш> 8 мм. Если d ₁ ≥ R ₁ (рис. 15.1), т. е. готовая линза больше или равна половине диаметра шара, заготовка представляет собой монолитный кубок или шар. При d ₁ < R ₁заготовка представляет собой кубик, состоящий из двух склеенных половинок, а шар – из двух склеенных полушарий. При d ₁ ‹‹ R ₁заготовкой является куб, состоящий из восьми штук склеенных между собой кубиков.

В зависимости от вида и размеров заготовки, типа и конкретных условий производства некоторые операции могут выпадать или, наоборот, вновь появляться.

При использовании заготовок в виде пластин обработку начинают со шлифования плоскостей на плоскошлифовальном станке алмазным шлифовальным кругом диаметром 500 мм, зернистостью 160/125. Плоские прессовки или пластины распиленного оптического стекла наклеивают воском на стеклянные или металлические пластины, которые помещают на круглый магнитный стол станка. Их фиксацию и закрепление выполняют с помощью устанавливаемых по периметру небольших прямоугольных стальных пластин. Последние при включении магнита фиксируют и прочно удерживают наклеенные пластины при вращении стола в процессе шлифования.

Обработку заготовок больших размеров и толщиной более 5 мм ведут без наклеенных пластин, устанавливая их в магнитных сепараторах. Машинное время обработки, включая врезание, шлифование и выхаживание, в зависимости от толщины снимаемого слоя для полностью загруженного стола станка составляет 10 – 20 мин. Качество обработки: погрешность формы не более 0, 01 мм, разнотолщинность не более 0, 02 – 0, 05 мм, шероховатость поверхности не более R _z = 20 мкм.

Следующей операцией является склеивание воском пластин в столбики, распиливание в размер D _ш + 2 мм, подшлифовывание сторон и т. д. В результате многократного повторения этих операций получают кубики, стороны которых а = (2R₁+ 2)^{-0, 1} мм. При изготовлении кубиков, состоящих из двух половинок, последние склеивают шеллаком.

Галтовка кубиков включает грубое шлифование, тонкое шлифование и полирование.

В результате грубого шлифования заготовкам придается предварительная форма шара. Обработку выполняют на специальном настольком станке (рис. 15.2), состоящем из цилиндрического неподвижного корпуса 2, шпинделя 1 с закрепленным на нем шлифовальным кругом 4 диаметром 250 мм и крышки 3.Бесступенчатое регулирование частоты вращения шпин деля в пределах 1 – 400 об/мин позволяет устанавливать оптимальные режимы кругления в зависимости от марки стекла, размера кубика и степени приближения его формы к диаметру шарика.

Кубики, находящиеся на вращающемся шлифовальном круге 4, вследствие большого трения о его поверхность получают вращательное движение. Одновременно под действием центробежной силы кубики перемещаются к внутренней поверхности неподвижного корпуса 2. При этом нижние постепенно перемещаются кверху. Самый верхний ряд кубиков скатывается на центральную зону круга, свободную от кубиков. Такое постоянное перемещение заготовок обеспечивает их галтовку до шарообразной формы. Одновременно загружают 200 – 1000 кубиков. Машинное время обработки составляет 1 – 4 ч.

Если использовать заготовки в виде полушара (R > 8 мм), то их обработку всегда начинают с шлифования плоскостей на толщину, равную радиусу их кривизны, с припуском z₁= R ₁+ 0, 5 мм и последующим склеиванием попарно с помощью шеллака. Полученный таким образом шарик должен иметь диаметр мм.

При использовании заготовки в виде шара (при R > 8 его диаметр должен быть мм.

Дальнейшие операции являются общими для всех видов заготовок.

Шлифование придает заготовкам строго сферическую форму, заданный диаметр и шероховатость поверхности не более R_a = 0, 6 мкм.

Шлифование выполняют на станке (рис. 15.3), нижнее звено которого представляет собой планетарно перемещающуюся планшайбу 3диаметром приблизительно 120 мм; на верхнюю поверхность планшайбы наклеена листовая резина 2. Верхним звеном является неподвижно закрепленный латунный шлифовальник, в котором высверлены конические отверстия, нижняя часть последних имеет диаметр D = D _ш + (0, 2 – 0, 5) мм в зависимости от размера зерен применяемого абразива. Средняя, переходная, часть имеет коническую форму с углом 60°. Глубину отверстий выполняют такой, чтобы обеспечить выступание шариков наружу на 1/3 D _ш. Так как коэффициент трения стекла о резину больше, чем стекла о латунь, шарики начинают свободно вращаться в конических лунках. Коническая поверхность выполняет функцию шлифовальника переменного радиуса кривизны. Шар в конусе можно рассматривать как кинематическую пару 3-го класса, в которой возможно вращение в трех направлениях. Реализация подобного движения осуществляется планетарной кинематикой станка. Вследствие постоянного изменения направления вектора скорости происходит постоянное смещение мгновенных центров вращения шариков, что обеспечивает автоматическое получение поверхности строго сферической формы. Благодаря этой же кинематике пути, проходимые всеми шариками, находящимися как в центре, так и на краю, равны. Этим достигается одинаковость диаметров D _швсех одновременно обрабатываемых шариков. Шлифование выполняют суспензией с абразивами М20, Ml4, М7 в три перехода.

Эксцентриситет е планетарной передачи изменяется в зависимости от требуемой интенсивности процесса шлифования, а также диаметра шлифовальника 1, который зависит от диаметра D _ш обрабатываемых шариков. Чем больше D _ш, тем больше должны быть диаметр планшайбы 3, диаметр шлифовальника 1 и эксцентриситет е. С увеличением эксцентриситета интенсивность процесса обработки возрастает.

Отшлифованные шарики сортируют в кассы по диаметрам через 0, 005 мм.

Полированием выполняют все требования к поверхности R_x, указанные на чертеже. Полирование осуществляют на станке (рис. 15.4) с помощью двух полировальников, состоящих из смеси смолы с опилками мягких пород дерева. Полировальник 1 закреплен на вращающемся вертикальном шпинделе станка, а полировальник 2 неподвижен. Полирующей суспензией служит полирит с водой Т: Ж = 1: 1. На обеих поверхностях полировальников протачивают канавки с одной установки резца, глубина канавок 0, 25 D ₁. Диаметр средней окружности канавок делают таким, чтобы в канавках поместилось около 200 шт. обрабатываемых шариков и столько же разделительных из целлулоида или полистирола.

Разделительные шарики предохраняют полируемые поверхности стеклянных шариков от царапин и выколок. Диаметр разделительных шариков выбирают на 0, 1 – 0, 2 мм меньше обрабатываемых. Частота вращения шпинделя составляет 180 – 120 об/мин; сила прижима верхнего звена 50 – 250 Н. Заданное значение диаметра шариков достигается за определенное время их обработки. Например, за 1 ч полирования шариков D _ш< 8 мм уменьшается на 10 мкм, D _ш > 8 мм на 30 – 35 мкм. Готовые шарики сортируют по диаметрам через 0, 1 мкм на вертикальном оптиметре, снабженном специальным устройством, или на ультраоптиметре с погрешностью измерения не более 0, 01%диаметра шарика D _ш. Контроль радиуса R ₁ будущей линзы по диаметру шарика D _швместо измерения N с помощью пробных стекол целесообразнее, так как результаты объективнее, долговечность средств измерений больше, а погрешность результатов и трудоемкость процесса измерений меньше.

Дальнейшую обработку шарика выполняют различно в зависимости от конструктивных особенностей линз.