Методичка з фізики ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1 РОЗРАХУНОК ПРИПУСКІВ НА МЕХАНІЧНУ ОБРОБКУ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ Мета роботи: Ознайомити студентів з методикою розрахунків припусків на розміри оптичних поверхонь деталей при їх обробці в оптичному виробництві. Завдання Ознайомитись з видами припусків на розміри оптичних деталей. Вивчити методику (послідовність) розрахунків припусків на розміри плоскої та сферичної поверхонь оптичних деталей. Виконати розрахунки припусків на розміри деталей. Оформити звіт по виконаній робот. Обладнання для виконання лабораторної роботи Оптичні деталі: лінза, призма. Креслення оптичних деталей. (Рис. 1.1 - 1.5) Штангенциркуль. Теоретичні положення Вибір оптимальних припусків має велике техніко-економічне значення при проектуванні технологічних процесів, тому що завеликі припуски призводять до перевитрат матеріалів, інструменту, збільшенню трудоємкості та собівартості виробництва деталей. Замалі припуски збільшують матеріальний брак, вимагають надмірної точності установки заготовок на пристосуваннях і т.п. В оптичному виробництв застосовують дослідно-статистичний метод встановлення припусків, основу якого складають систематизовані і узагальнені дані підприємств. Дослідно-статистичні значення припусків перевищують розрахунково-аналітичні, бо в них закладають умови виготовлення заготовок і їх механічної обробки, при яких можливий мінімальний матеріальний та технологічний брак. Припуск zt на товщину по осі заготовок лінз та пластин встановлюють від верхньої межі допуску на розмір готової деталі. Величину zt, яка лежить в межах від 1,8 до 8,0 мм, призначають в залежності від діаметра Do, круглих або найбільшої сторони некруглих пластин:
Припуск zd на діаметр встановлюють від номінального розміру готової деталі - від 1,5 до 12,0 мм. Призначають zd так як і припуск на товщину по осі, в залежності від діаметра деталі. При товщині краю більше 0,3 мм:
При товщині краю менше 0,3 мм крайова зона заготовки деформується в процесі обробки і ускладнює формоутворення. Зменшуючи припуск на діаметр, збільшують товщину краю заготовки, а також і її жорсткість. Припуски на радіуси кривизни R3 сферичних поверхонь пресованих заготовок встановлюють в залежності від призначеного раніш припуску zt, на товщину по осі та коефіцієнта k, передбаченого потовщення або потоншення заготовки по краю. Радіус збільшують (+) при обробці з краю і зменшують (-) при обробці з центра: для випуклих поверхонь: ; для ввігнутих поверхонь: . де R0 – радіус кривизни поверхні готової деталі; Do – діаметр деталі; k – коефіцієнт знаходять з виразу або з побудованої по ньому номограми:
Рис.1.1. Приклад виконання креслення лінзи Рис.1.2. Приклад виконання креслення асферичної лінзи
Рис.1.3. Приклад виконання креслення призми з дахом типу АкР-90°
Рис.1.4. Приклад виконання креслення клина оптичного Рис.1.5. Приклад виконання креслення сітки Припуски на довжину zL та ширину zШ некруглих пластин встановлюють від номінального розміру готової деталі. Їх значення (від 0,5 до 4,0 мм) призначають по розміру найбільшої сторони деталі. Припуски на розміри заготовок призм встановлюють від верхньої межі допуску на розмір готової деталі і призначають по найбільшій її стороні. На чистих поверхнях пресованих заготовок призм припуск складає від 1,2 до 2,0 мм, на забруднених від 1,5 до 2,7 мм. Загальний припуск zt складається з його проміжних значень, встановлених на кожну операцію і перехід, передбаченим технологічним процесом. Триступеневий процес механічної обробки поверхонь включає операції: грубе шліфування, тонке шліфування, полірування, тому:
На операцію грубого шліфування відводять частину припуску zt, після видалення котрої товщина заготовки:
де FГ.Ш – глибина шару, порушеного грубим шліфуванням; t0 – номінальна товщина деталі по осі; ?t – плюсовий допуск на товщину деталі по осі. Таблиця 1.1 Значення FMn та AMn в залежності від зернистості Mn абразиву і положення шліфувальника Зернистість абразиву, мп Глибина FMn порушеного шару, мкм Товщина АМп шару абразиву в залежності від положення інструменту, мкм
Знизу 3 верху
М28 22 29 31
М20 15 20 27
М14 10 13 19
М10 7 8 14
М7 5 5 11
Припуск на тонке шліфування та полірування загалом дорівнює глибині шару FГ.Ш, порушеного грубим шліфуванням:
Тонке шліфування вільним та зв’язаним абразивом виконують в більшості технологічних процесів в два переходи. На кожний відводять частину Припуску , рівну ризниці в глибин шарів порушеного абразивом Мп-1 попереднього і абразивом Мп даного переходу, тобто:
де: ; Припуск на полірування відповідає глибині шару порушеного абразивом останнього переходу операції тонкого шліфування, тобто:
Практично, враховуючи похибку встановлення заготовок на пристосуваннях, приймаючи до уваги можливість виникнення на оброблених поверхнях дефектів у вигляді подряпин, виколів, точок, передбачаючи також вірогідність ряду інших виробничих похибок і складність контролю фактичної товщини знятого шару, припуск на операції тонкого шліфування та полірування кожної поверхні збільшують (до 0,15 мм). Номінальні розміри заготовок - товщину, діаметр, довжину, ширину - знаходять з урахуванням відповідного номінального розміру готової деталі, поля допуску на даний розмір, припуску на механічну обробку і допуску по ГОСТ 13240-67 на розмір заготовок, які виготовляють методом пресування. Зміст звіту Мета роботи. Обладнання для виконання роботи. Основні теоретичні положення. Послідовність (алгоритм) розрахунку припусків. Висновки по робот. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2 ВИВЧЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ТИПОВИХ ДЕТАЛЕЙ Мета роботи: Ознайомитись з методикою проектування типового технологічного процесу виготовлення та обробки оптичних деталей, методами контролю якості поверхонь оптичних деталей. Завдання Вивчити технологічний процес обробки оптичних деталей. Скласти технологічний процес виготовлення плоскопаралельних пластин. Провести розрахунок блоку. Визначити режими обробки. Провести обробку виконуючих поверхонь. Вивчити устрій та принцип роботи верстата моделі 2ШП. Обладнання для виконання лабораторної роботи Верстат шліфувально-полірувальний моделі 2ШП. Планшайба шліфувальна. Полірувальник. Наклеюване пристосування із заготовками. Абразивні матеріали. Полірувальні матеріали. Змащувально-охолоджувальна рідина. Щітки . Пензлики. Теоретичні положення Технічні умови виготовлення заготовок оптичного скла встановлені ГОСТ 13240-78 "Заготовки оптические из стекла". Деталі з оптичних матеріалів повинні зберігати форму та прецизійну точність оброблених поверхонь під час довготривалої експлуатації, бути стійкими до дії механічних зусиль та кліматичних факторів, мати високу оптичну однорідність та прозорість для променів світла. Інколи оптичні матеріали повинні мати особливі властивості, наприклад, спектральне пропускання світла, стійкість до радіаційного випромінювання та інше. Матеріалами, котрі відповідають цим вимогам, є оптичне неорганічне та органічне скло, оптичні кристали и кераміка. Найбільш поширеним в якості оптичного матеріла є оптичне скло, яке має різноманітні оптичні властивості, гарні технологічні та експлуатаційні характеристики. Розміри заготовки розраховують з урахуванням необхідного припуску на обробку та граничних відхилень розмірів. Значення припуску залежить від обраної технологи, методу базування деталі при обробці та товщини дефектного шару поверхні заготовки. Дефектний шар утворюється при термічних процесах формоутворення із-за появи ум'ятин, складок, поверхневих повічок, включень в поверхню дрібних частинок порошку підсипки ("шамота"). Оптичні деталі обмежені поверхнями трьох видів: виконуючими, допоміжними, вільними. Виконуючі поверхні потрібні для виконання деталлю свого службового призначення. Це поліровані сферичні, плоскі та несферичні поверхні. Допоміжні поверхні потрібні для приєднання до них оправ, кріпильних деталей, упорів та установочних плат. Це шліфовані циліндричні або плоскі поверхні, як називають також установлювальними або допоміжними збірними. Вільні поверхні потрібні для виконання закінчених конструктивних та технологічних форм. Вони не торкаються з поверхнями інших деталей. Виконуючі поверхні оптичних деталей (Рис. 2.1.) позначені А і Б, допоміжні - В, вільні - Г. Виконуючі поверхні оправ, позначені А, необхідні для спряження з допоміжними поверхнями В оптичної деталі. Оптичні деталі мають основну та допоміжну бази, котрі служать конструкторським, вимірювальним та технологічним цілям. Всі бази зв'язуються розмірними ланцюгами. Встановчою базою служить поверхня, яка визначає положення заготовки за допомогою координат щонайменше трьох опорних точок і залишає заготовку без трьох ступенів свободи. Встановчою базою вибирають поверхню, яка має найбільші габарити, щоб опорні точки розташувались якомога далі одна від одної. Оптичні деталі виготовляють механічною обробкою заготовок із зняттям припуску послідовним виконанням наступних операцій: точіння різцем, шліфування інструментом з закріпленнями ріжучими алмазними або абразивними зернами та притиркою з водними суспензіями шліфуючих, а потім поліруючих порошків. Обробка деталей з оптичними поверхнями досягаються доводкою виконуваних поверхонь вільною притиркою. Припуск забезпечує можливість виготовлення деталей з необхідною точністю із заготовок з розмірами, як мають великі допуски 1 більш грубі по шорсткості поверхні, послідовним видаленням шарів матеріалу. Для плоскої поверхні припуски показані на рис. 2.2., де позначено: а - припуск на грубе шліфування; б - припуск на тонке шліфування і полірування; в - повний припуск на обробку поверхні; г - розмір заготовки; д - розмір деталі після обробки. Щоб зменшити брак та знизити собівартість деталі, припуски розраховують, а потім на Їх значення вносять поправки, отримані дослідно-статистичним шляхом. Припуск на розрізання заготовок встановлюють у залежності від глибини розрізу, товщини диска кругів, до котрої добавляють ширину 1.5- 2.5 мм при глибин відповідно 10-65 мм і більше. Припуски на грубе шліфування встановлюють в залежності від розмірів форми та виду заготовки. На товщину пластин назначають припуск мм, а на діаметрмм. На довжину та ширину некруглих пластин назначають припуски 0.5 - 4 мм в залежності від розміру найбільшої сторони. Припуски на тонке шліфування та полірування встановлюють у залежності від розміру поверхневих нерівностей, котрі залишилися після грубого шліфування. Ці нерівності мають розмір 0,02 – 0,08 мм, але враховуючи можливі похибки базування, виробничі дефекти та ін., залишають припуск 0,15 – 0,3 мм на сторону, не розділяючи його між тонким шліфуванням та поліруванням і рахуючи, що поліруванням не змінюють товщину деталі. Існують дві операції: грубе і тонке шліфування. Процес шліфування скла може здійснюватися двома способами: закріпленими абразивними зернами та суспензіями абразивних порошків. При грубому шліфуванні застосовують верстати з алмазними інструментами прямого або кругового профілю, як мають швидкість 20 м/с для обробки циліндричних та плоских поверхонь, чавунні шліфувальники з суспензіями крупнозернистих абразивних порошків при ручній або машинній обробці на верстатах типу ШП. Рис.2.1. Схема розташування поверхонь оптичної деталі Рис.2.2. Схема розташування припусків на поверхню оптичної деталі Грубе шліфування виконується алмазним чашечним кругом діаметром 500 мм (ГОСТ 16172-80) з частотою обертання 975 об/хв., що забезпечує швидкість різання 25 м/с. Розбирають блок при вимкнутому електромагніті. Заготовки відклеюють від пластин за допомогою електроплит, промивають у мийній установці барабанного типу в гарячому (90° С) 4%-му розчині кальцинованої соди, висушують і знову вже обробленою стороною наклеюють на пластини і встановлюють на столі станка. Після грубого шліфування другої поверхні різнотовщинність не перевищує 0,02 – 0,05 мм. Розбирання блока та промивання аналогічні. Далі збирають заготовки в стовбець для обробки неробочих поверхонь. Кінцева операція попередньої обробки заготовок - фасетування, виконується вручну на станках з алмазною шайбою. Потім заготовки направляють на ділянку тонкого шліфування та полірування. Тонке шліфування виконують алмазним інструментом, пігулки якого укріплені на корпус епоксидним клеєм в систем СПІД, суспензіями абразивних порошків М28, М14, М7 або М20, чавунними та латунними шліфувальниками. Операцію тонкого шліфування виконують способом поверхневого притира суспензіями мікропорошків електрокорунда зернистості М20 і М10 (ГОСТ 3647-71) за два переходи. Після промивки блоку, контролю плоскістьності, рівномірності, шорсткості та відсутності подряпин на поверхні приступають до полірування, яке виконується після тонкого шліфування для зменшення мікронерівностей, які залишилися. Для цієї операції є характерними три значні ознаки: полірування виконують водними суспензіями поліруючих порошків; в серійному виробництв заготовки полірують під час однієї установки з шліфуванням без розблокування; полірування ведуть смоляним або суконним притиром. інструмент - смоляний полірувальник - правиться під час одного переходу. Матеріали, які застосовуються для приклеювання деталей до підкладки пристосування або склеювання їх одне з одним, повинні відповідати наступним вимогам: мати добру адгезію до поверхонь деталі та пристосування; бути хімічно інертними; не мати дряпаючих включень; забезпечувати швидке відділення деталі після обробки; розчинятися в доступних миючих засобах. В оптичному виробництв застосовують наступні наклеювальні матеріали: шеллак, віск бджолиний, парафін нафтовий, гіпс, наклеювальні смоли. Поліровані поверхні оптичних деталей у процес подальшої обробки захищають від пошкоджень покриттям лаком. Захисні лаки повинні утворювати при висиханні однорідну плівку, яка матиме добру адгезію до поверхні деталі. Лак повинен бути вологостійким, Хімічно неактивним до матеріалу деталі та добре розчинятися при промивці дешевими миючими засобами. Найбільш поширені лаки на основ нітроцелюлози типу НЦ-25. Також використовують матові емалі ХС-1107 ПФ-163, фтороорганчні плівки лаку ФЛ-32Л. Складання блоку - відповідальна допоміжна операція. В задачу складання входить взаємна орієнтація заготовок одна відносно другої та пристосування, рівномірне розвантаження маси заготовок та робочого тиску, яке передається через них на пристосування, точна та надійна фіксація заготовок у заданому положенні. Спосіб збирання блоку залежить від обраної технології. З'єднання заготовок з пристосуванням для тонкого шліфування та полірування першої сторони виконується приклеюванням клейкими смолами. Кріплення смолами може бути двох видів: еластичне та цупке. Цупкий метод блокування - положення фіксують приклеюванням до пристосування тонким шаром смоли. Еластичний метод блокування - положення фіксують приклеюванням товстим шаром смоли. При застосуванні поодиноких або кратних заготовок обробку починають з операції збирання блоку заготовок та установки його на столі плоскошліфувального верстата. Заготовки оптичних деталей піддають контролю за геометричними параметрами, дефектами поверхні та показниками якості скла. За станом поверхні перевіряють всі заготовки, знаходять наявність посіків, заколів, димів та глибину розташування цих дефектів. Безсвільність шукають у заготовках, як мають шліфовані або поліровані поверхні, передивляючись скло в затемненому приміщенні на проекційному апараті. Пузирність оцінюють, передивляючись заготовки, на темному фоні при направленому боковому світлі. Двопроменезаломлення, показник заломлення, середню дисперсію, оптичну однорідність та однорідність партії заготовок за показником заломлення контролюють у заготовках після тонкого обпалювання шляхом контролю самих заготовок або зразків тієї ж марки і варки скла, які занурені в піч тонкого обпалювання. Для шліфування вільним абразивом застосовують металеві шліфувальники: плоскв планшайби (рис. 2.З.), сферичні чашки (рис. 2.4.), "гриби" (рис. 2.5.). Полірувальний інструмент має металевий корпус, на поверхню якого приклеєно войлок, фетр н., або нанесено шар полірувальної смоли (рис. 2.6.). Для закріплення оптичних деталей застосовують пристосування двох типів: для кріплення поодиноких деталей при поштучній обробці і для кріплення групи деталей, утворюючих разом з пристосуванням блок. До таких пристосувань відносяться: вакуумний патрон, мембранний патрон, пристосування з механічним кріпленням заготовок. Для групового кріплення використовують гіпсування, наклеювання смолою та посадку на оптичний контакт. Плоско-паралельні пластини відрізняються великою різноманітністю фізико-механічних властивостей оптичних матеріалів, що застосовуються, та широким діапазоном вимог до точності форми, взаємного розташування до чистоти полірованих поверхонь. Маршрут загальних операцій механічної обробки заготовок однаковий у більшості варіантів технологічних процесів (рис. 2.6), але організаційні форми процесів та засоби виконання окремих операцій можуть бути різними. При виготовленні пластин першою операцією техпроцесу є встановлення заготовок на пристосуваннях - складання блоку. Складанню блока передує його розрахунок, який зводиться до визначення кількості заготовок, які одночасно оброблюються та вибору схеми їх розташування, що забезпечує раціональне використання площ наявного пристосування. Кількість N заготовок на блоку (рис. 2.7) визначається схемою їх розташування та числом і зон. Діаметр D, що описує і-ту зону, для всіх схем розташування розраховується за формулами:
де Dз - діаметр заготовки. Для визначення кількості зон задають значення 1, 2, 3, 4, .... і порівнюють Di з діаметром DNP наклейного пристосування. Розрахунок закінчують, коли різниця DNP - Di < 2D3. Перебирання всіх схем дозволить за мінімальної позитивної різниці DNP - Di виявити оптимальний варіант. Число N заготовок на блоці при знаходять по [таблиці 2.1], а при - за формулою: . Для заготовок з /X < 250 мм діаметр DNP знаходять з виразу:
з наступним округленням значення DNP в сторону розмірів, як є у виробництві. Шліфувально-полірувальні та доводочні верстати У залежності від ступеня точності оброблюваних деталей шліфувально-полірувальні верстати (ШП), працюючі за методом притиру з використанням вільного абразиву та поліруючої суспензії, розрізняються на три групи: для обробки деталей низької, середньої та високої точності (табл. 2.2.). Останні називаються доводочними маркуються індексом ПД. Цифра, яка стоїть перед буквеним індексом моделі верстата, означає кількість робочих шпинделів у верстаті. Таблиця 2.1 Схема розташування заготовок на блоці Схема розташування При кількості зон і
1 2 3 4 5 6 7 8 ....
Загальна кількість N заготовок на блоці
1 7 19 37 62 93 129 173 223 ....
2 3 12 28 50 78 113 154 201 ....
3 4 14 31 54 83 118 159 207 ....
Рис.2.3. Плоска планшайба Рис.2.4. Сферична "чашка" Рис.2.5. Сферичний "грибок" Рис.2.6. Схема технологічного процесу виготовлення плоскопаралельних пластин
Рис.2.7. До розрахунку шліфувальника Конструктивні особливості шліфувально-полірувальних верстатів різних груп розглянуті нижче на приклад верстатів для обробки деталей (блоків) діаметром до 350 мм. Конструкція верстатів уніфікована, базовою моделлю є верстат ЗШП-350М (рис.2.8.), який працює з найбільш інтенсивними режимами обробки. Верстат має зварну станину 1, в лівій 4 та правій 2 стійках, в якій розміщена електроапаратура управління; три шпиндельних блока 5 з приводами; циркуляційний живитель 3 з системами зливу та подачі абразивної або поліруючої суспензії в зону обробки. Шпиндельний блок (рис. 2.9.) вмонтовано в корпус 15. Шпиндель 8 отримує обертання від двошвидкісного електродвигуна через ремінну передачу та черв'ячний редуктор 13. На шпинделі нерухомо укріплено зубчате колесо 12, що зчеплене з рухомим блоком 9 вала приводу обертання планшайби кривошипа 11. Передаточне відношення зубчатих коліс 1:2 та 1:4. Блок переключається ексцентриком при поворот важеля 10, розміщеного на лицьовій стінці верстата. Палець кривошипу через тягу 14 з'єднаний з важелем 14 вузла коливання механізму тиску, останній робить коливальні рухи з розмахом, пропорційному ексцентриситету кривошипу. Механізм руху уніфікований для всієї гамми шліфувально-полірувальних верстатів з діаметром обробки до 500 мм. Головка 1 із штангою 5 встановлена в підшипники на цапфах кронштейна 4 і може коливатися навколо осі цапф у вертикальній площин. На штанзі є повзун 2, поєднаний гнучкою тягою з корпусом діафрагменної пневмокамери 16. Вісь кріплення тяги до повзуна зміщена відносно осі цапф у сторону повідка 7. При подач стисненого повітря у пневмокамеру 16 зусилля, що створюється діафрагмою, передається через гнучку тягу на повзун 2. Під дією моменту перевертання, головка з штангою опускається до упору повідка 7 на блок, який оброблюється. Зусилля повідка регулюється зміною тиску повітря у пневмокамері, або зміною плеча моменту за допомогою переміщення повзуна 2 по штанзі ексцентриковим пальцем 3. У початкове положення головка зі штангою повертається пружиною 18 після зняття тиску повітря у пневмокамері. Зміщення штриха відносно центра обертання блока регулюється переміщенням державки 6 з повідком по штанзі. Уніфікований циркулярний живитель продуктивністю 20 л/хв працює за принципом доцентрового насоса (рис. 2.10.); складається він з крильчатки 4, що обертається на валу електродвигуна 1, равлика 5, зливного патрубка 2 з фільтром та системи трубопроводів для зливу і подачі суспензії до робочої зони обробки. Бачок 3 живителя має сферичну форму для зменшення осадження частинок абразиву під час роботи живителя. 3 підвищенням вимог до точності обробки оптичних поверхонь потрібно зменшувати інтенсивність режимів обробки шляхом зменшення частоти обертання шпинделя та частоти коливання повідка, а також створювати більше широкі можливості регулювання інших технологічних параметрів процесів обробки. Таблиця 2.2. Шліфувально-полірувальні та доводочні верстати Найбільший діаметр деталі, мм Типи верстатів для обробки деталей з точністю
низькою середньою високою
20 5Ш-30 10П-32 СД-2
50 9ШП-50Л
100 6ШП-100М ЗПД-100
200 6ШП-200М 6ШП-200-2 2ПД-200
350 ЗШП-350М ЗШП-350-2 ЗПД-350
500 ШП-500 ПД-500М
700 ШП-750М ПД-750
1000 ШП-1000 ПД-1000
1500 ОС-1500 СПА-1500
У кінематику верстата ЗШП-350-2 для обробки деталей середньо точності закладені менш інтенсивні режими обробки, ніж у верстат ЗШП-350М. У верстаті ЗШП-350-2 є загальний привід шпинделя і вузла коливання механізму тиску, але значно розширена можливість регулювання відношення між частотою обертання шпинделя і числом подвійних коливань повідка шляхом застосування клинового варіатора із діапазоном регулювання від 1:2 до 1,5:1. У доводочному верстат ЗПД-350 разом з подальшим зменшенням частоти обертання шпинделя і кількості коливань повідка встановлені розподільні приводи обертання шпинделя і механізму коливання повідка від електродвигунів постійного струму із безступінним регулюванням в межах 1:10. Подача абразивних та поліруючих матеріалів відбувається вручну. У таблиці наведені основні технічні характеристики верстатів типу ЗШП-350, які розглядаються . Шліфувально-полірувальні верстати для обробки деталей діаметром до 500 мм включно конструктивно аналогічні верстатам ЗШП-350, але відрізняються габаритними розмірами, деякими елементами та режимами обробки. Таблиця 2.3 Технічні характеристики верстатів типу ЗШП-350 Тип верстата Частота обертання шпинделя, об./хв. Число подвійних коливань повідка в хв. Зусилля на повідок, Н Подача суспензії
Порядок виконання роботи Ознайомитися з теоретичними відомостями роботи. Скласти технологічний процес виготовлення плоскопаралельної пластини. Провести розрахунок блоку. Вивчити принцип роботи верстата 2ШП та отримати навики праці на ньому. Разом із лаборантом провести операції шліфування свого блоку. Висновки по роботі. Оформити протокол лабораторної роботи. Звіт повинен містити: Мету роботи. Перелік обладнання та засобів виконання роботи. Основні теоретичні відомості по роботі. Розрахунок блока. Технологічний процес виготовлення плоскопаралельної пластини. Висновки по роботі.
Рис.2.8. Шліфувально-полірувальний верстат ЗШП-350М Рис.2.9. Шліфувальний блок верстата Рис.2.10. Живитель абразивної ЗШП-350М та поліруючої суспензії ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3 ТЕХНОЛОГІЯ СКЛАДАННЯ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ Мета роботи: вивчити один з методів з'єднання деталей між собою - склеювання лінз. Завдання Вивчити зміст роботи та конструкцію приладу для центрування лінз, що склеюються. Розрахувати граничну величину (число m поділів) переміщення центра сітки коліматора за шкалою сітки окуляра для заданого допуску С на децентрування склеєних лінз з урахуванням їх фокусної відстані. Склеїти лінзи з центруванням на приладі. Виміряти величину залишкової децентрування Сз. Визначити товщину клеючого шару. Обладнання для виконання лабораторної роботи: Лінзи (2 шт.). Клей ОК-72Ф, ОК-50, бальзамін-М. Коліматор. Мікроскоп. Набір компенсаційних лінз. Лабораторні терези. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи. ГОСТ 14887-69. Теоретичні положення Мета з'єднання деталей між собою - точна фіксація їх взаємногоположення та зменшення кількості світла, що відбивається вільними поверхнями. Якщо, наприклад, між позитивною лінзою зі скла К8 та негативною лінзою із скла марки ТФ1 буде повітряний проміжок, то кількість світла, відбитого вільними поверхнями складе приблизно 10%. При дотику поверхонь, або заповненні проміжку між ними і середовищем з показником заломлення рівними або близьким до показника однієї із лінз втрати світла на відбиття зменшуються приблизно до 0,01%. Склеювання - найбільше поширений метод з'єднання оптичних деталей. Технологію цього процесу визначають тип, розмір та матеріал деталей, технічні вимоги до з’єднання, агрегатний стан клею та його властивості. Склеєні деталі повинні задовольняти вимоги, як вказані на кресленнях, а саме допуску С на децентрування, чистоті клеєного шару, чистоті та точності форми зовнішніх поверхонь та інше. Лінзи в переважній більшості випадків склеюють наступними речовинами: 1. Бальзамін-М - з’єднання вихідних компонентів бальзаміна-мономера, ініціатора та прискорювача полімеризації. Перед вживанням з вказаних компонентів готують два розчини. Перший розчин складається з суміші бальзаміна-мономера та продукту 23; другий - з бальзаміна-мономера і діметаламінбензольдегіда. Бальзамін-М застосовують для склеювання оптичних деталей з відношенням товщини до діаметру t/D не менше 1:10, деталей із світлорозподільними покриттями, світлофільтрів та поляроїдів. Процес полімеризації відбувається при температурі 18-26?С протягом 1 - 3 діб. 2. Клей ОК-50П - розчин епоксидної смоли в епіхлоргідриті та фракції поліетиленполіамінів. Готується змішуванням двох компонентів перед склеюванням. Перший компонент є розчином смоли ЕД-20 в епіхлоргідриті, другий - фракція поліетиленполіамінів, що служить затверджувачем. Співвідношення має компонентів 10:1. Клей ОК-50П застосовують для склеювання оптичних деталей, що працюють у вологому тропічному кліматі. Завдяки добрій адгезії клей та скло мають високу міцність, що дозволяє з’єднувати консольно підвішені деталі. Мала еластичність клею обмежує різницю ТКЛР матеріалів деталей, що з’єднуються. Ствердіння клею відбувається при температур 18 - 26°С і не спричиняє деформації. Для надання шару, що склеює, вологостійкості та збільшеної механічної міцності склеєні деталі прогрівають при температур 60°С протягом 5 - 7 годин. 3. Клей ОК-72Ф - для склеювання оптичних деталей, також з різнимипокриттями деталей, як консольно підвішені, працюючих на удар; длясклеювання деталей в тропічному виконанні. Клей ОК-72Ф застосовують при склеюванні з різницею коефіцієнтів деталей з важких флінтів, для герметизації шарів, що склеюють; токсичний. Показник заломлення при 20°С . Умови склеювання - при температур 18-20°С. Вказані клеї повинні відповідати вимогам ГОСТ 14887-69. Основні вимоги до клеючих речовин: прозорість, безколірність, оптична однорідність, заданий показник заломлення, відсутність деформацій з’єднаних деталей, механічна міцність, морозостійкість та термостійкість з’єднання, легкість розклеювання деталей. Основний зміст роботи Методика склеювання оптичних деталей Процес склеювання лінз складається з послідовних операцій, що виконуються: 1. Підготовка деталей та клею. Поверхні, що з’єднуються, попередньо скомплектованих лінз промивають, чистять, накладають одна на іншу. Їх вільне переміщення відносно одна другої на тонкій повітряній подушці та поява інтерференційної картини при зменшенні повітряного прошарку натиском на верхню лінзу є показником вірності комплектації та якісної чистоти з’єднаних деталей. Складені парами деталі та клей нагрівають: деталі до 100 - 130°С, клей - до в'язкості, яка дозволяє отримати товщину шару близько 0,01 - 0,02 м. 2. Склеювання. Після того, як зняли позитивну лінзу, на поверхню негативної лінзи наносять необхідну кількість клею. Знову встановлюють позитивну лінзу, та притискають її до нижньої, товщину шару доводять до 0,01 – 0,02 мм. Зменшення товщини клеючого шару збільшує механічну міцність та морозостійкість з’єднання. 3. Центрування комплекту. До твердіння клею суміщають оптичні осі склеюваних лінз. Їх взаємне положення контролюють за допомогою оптичного приладу. 4. Витримка та охолодження компонента в положенні, виключаючому зміщення лінз однієї відносно другої та порушення їх центрування. Схема приладу для центрування склеюваних лінз Оптична схема (рис. 3.1.) приладу складена із елементів, які утворюють коліматор та мікроскоп. Склеювану пару лінз СЛ встановлюють в паралельному пучку за об'єктивом 5. Зображення сітки 4, виникаюче у фокус пари лінз СЛ, роздивляються у мікроскоп. Якщо оптичні вісі склеюваних лінз не співпадають, то при їх обертанні в оправі центр перехрестя сітки коліматора буде переміщуватись у полі зору мікроскопа по колу. Для визначення переміщення на сітці окуляра наноситься шкала. Число поділок, що містить діаметр описаного кола, відповідає подвоєній величині децентрування С.
Рис.3.1. Оптична схема приладу для центрування лінз при склеюванні Мікроскоп може бути піднятий або опущений по вертикально спрямовуючій, що дозволяє контролювати суміщення оптичних вісей лінз з фокусними відстанями ?? від 40 до 240 мм. Якщо фокусна відстань виходить за вказані межі, тобто ??>240 і ??<40 мм, то у хід променіввводять компенсаційну лінзу КЛ, при цьому зображення сітки 4 роздивляються у еквівалентному фокусі системи "склеювана лінза + компенсаційна лінза". Порядок виконання роботи 1. По заданій величині С допуску на децентрування та ?? склеюваної лінзи розрахувати число m поділок, в межах яких центр сітки коліматора може переміщуватися по шкалі сітки мікроскопа. При центруванні склеюваної лінзи з фокусною відстанню ?? від 40 до 240 мм число поділок:
де ? - лінійне збільшення об'єктива мікроскопа, ; ?- ціна поділки шкали сітки, ?=0,1 мм. При центруванні лінз з фокусною відстанню, величина якої вимагає введення компенсаційної лінзи, на склеювану лінзу падає непаралельний пучок. Тому величина переміщення центра сітки коліматора у полі зору мікроскопа не відповідає фактичному децентруванню С. В цьому випадку
де S - відстань від задньої головної площини склеюваної лінзи до еквівалентного фокуса
h=32 мм. Фокусну відстань компенсаційної лінзи вибирають в залежності від величини склеюваної лінзи. 2. Розрахувати величину m, підготувати деталі та клей, склеїти лінзи. 3. Лінзи, що з’єднуються, підігріти і встановити в оправу приладу, юстуванням мікроскопа досягти зображення сітки коліматора. Обертаючи оправу та переміщуючи верхню лінзу до нижньої, сумістити їх оптичні вісі. При цьому діаметр кола, описаного центром сітки коліматора повинен бути мінімальним. 4. Відцентрований комплект охолодити. Виміряти величину m та знайти величину залишкового децентрування С3. 5. За допомогою поденного мікроскопа Лінника або зваженням знайти товщину l шару клеючої речовини. При визначенні l зважуванням її розраховують за формулою:
де P1 і P2 - маса деталей відповідно до і після склеювання; q - густина клею; R - радіус кривизни склеєних поверхонь, см;D - діаметр деталі, см. Звіт повинен містити: 1. Опис оптичної схеми приладу для суміщення оптичних вісей склеюваних лінз; послідовності дій при виконанні операцій склеювання лінз; 2. Допустиме переміщення m центра сітки коліматора вздовж шкали сітки при заданому допуску С на децентрування. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 ОПЕРАЦІЙНИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМИ ПОЛІРОВАНИХ ПОВЕРХОНЬ Мета роботи: вивчити методи контролю форми плоских поверхонь і практично виміряти відступ від площини. Завдання Вивчити інтерференційні методи контролю форми плоских полірованих поверхонь. Використовуючи еталон з проконтролювати форму трьох плоских деталей. Визначити вигляд («горб», «яма») і величину загальної похибки, визначити вигляд («місцевий горб», «місцева яма») та величину місцевих помилок. Визначити загальну N і місцеву ?N похибки. Обладнання для виконання лабораторної роботи Плоскі деталі - 10шт. Спирт. Серветки - 5шт. Набір пробного скла (еталони) - 10 шт. Кісточки з білчачого хутра - 3 шт. Контрольна скоба (або мікрометр) - 3 шт. Теоретичні положення Контроль форми точних полірованих поверхонь базується на використанні явища інтерференції світла, яка виникає в повітряному проміжку між контрольованою поверхнею і еталонною, радіус кривизни якої ( в даній роботі ) відповідає заданому на кресленні. Якщо контрольовану поверхню деталі сумістити з вимірювальною поверхнею еталону, то при невідповідності їх форми утворюється повітряний проміжок змінної величини, котрий можна розглядати як пластину товщини h з показником переломлення n=1. Різниця ходу ? променів світла з довжиною хвилі ?, падаючих на пластинку під кутом ? і відбитих від поверхонь, обмежуючих проміжок. Дорівнює . При падінні світла під нормаллю до поверхні: Якщо різниця ходу кратна парному числу ?/2, проходить підсилення світла, якщо непарному - послаблення. В зазор зі змінною товщиною h різниця ходу променів різна. При широкому джерелі світла чергуючі інтерференційні смуги розміщуються там, де величина зазорів однакова, тому вони мають однакову товщину. При спостережені в білому світлі видно кольорові кільця, в монохроматичному - темні та світлі. При переході від кільця до кільця однакового кольору товщина повітряного проміжку міняється на ?/2. Число кілець любого (але одного) кольору характеризує різницю стрілок згину поверхні деталі та еталону. Відхилення радіусу кривизни контрольованої поверхні від заданого (еталону) називають загальною похибкою і позначають знаком N. Форма інтерференційних кілець в розрізі, паралельному їх напрямку, відтворює профіль повітряного проміжку між поверхнями деталі і еталону. Якщо кривизна поверхні деталі змінюється плавно, кільця мають вигляд правильних дуг кіл. Найчастіше зустрічаються наступні похибки форми поверхні: " горб " - умовна назва похибки, при якій величина зазору на краю більше, ніж в центр (рис.4.1. а); " яма " - умовна назва похибки , при якій величина зазору в центр більше, ніж на краю (рис.4.1. б). Рис.4.1. Типові похибки форми поверхні: а) – горб; б) - яма Рис.4.2. До розрахунку величини похибки
Рис.4.3. Типові похибки поверхні оптичної деталі
Рис.4.4. Астигматизм сферичної поверхні оптичної лінзи Якщо загальна похибка мала (N<1), то замість кілець інтерференції з'являються рівномірно замальовані картини. По їх центру визначають величину похибки: червоний колір - , синій - , жовтий - . Для більш точного вирахування величини похибок між контрольованою та виміряною поверхнями утворюють повітряний клин. Тоді інтерференційна картина виглядає як набір рівних смужок. Про величину N загальної похибки судять по відношенні стрілки згину ?Н смужки до розміру Н між сусідніми смужками одного кольору (рис. 4.2.) - червоний при спостереженні в білому кольорі, темний - в монохроматичному. Нерегулярність форми контрольованої поверхні в різних зонах називається місцевою похибкою. Типові похибки: "місцева яма" (рис. 4.3.а), ."місцевий горб" (рис. 4.3.б), "припіднятий край" (рис. 4.3.в), "завал" (рис. 4.3.г), "астигматизм" (рис. 4.4). Астигматизм - умовна назва похибки, при котрій величина проміжку неоднакова по абсолютній величині в двох взаємно перпендикулярних напрямках. Величину астигматизму оцінюють порівнянням з картинками контрольної таблиці. Основний зміст роботи Еталони застосовують у вигляді, так званих, пробних скелець для безпосереднього прикладання їх вимірювальної поверхні на контрольовану поверхню деталі - для безконтактних вимірювань. Для отримання уяви про форму всієї поверхні та аналізу про наявність чи відсутність на ній місцевих похибок, розмір контрольованої деталі повинен бути менше еталону. Якщо деталь більше еталону, стрілка згину Ng на діаметрі dg деталі визначається за формулою:
де: dе - діаметр еталону; Nе - стрілка згину (в інтерференційних смугах) контрольованої поверхні на діаметр еталону. Пробні скельця - еталони плоскої сферичної поверхні заданого радіусу кривизни - мають діаметр до 130 мм. Радіуси кривизни вимірюваної поверхні сферичних пробних скелець нормалізовані. Для кожного значення радіуса, в тому числі , в умовах серійного виробництва виготовляють три пари пробних скелець: РПС - робочі пробні скельця для контролю поверхонь; КПС - контрольні пробні скельця для перевірки поверхонь робочих пробних скелець; ОПС - основні пробні скельця для перевірки контрольних скелець. Вимоги дрібносерійного виробництва допускають лише наявність РПС і ОПС. Сферичні пробні скельця всіх радіусів кривизни виготовляють парами - випуклими і вгнутими. По точності форми вимірювальної поверхні пробні скельця діляться на три класи. Відхилення радіусів кривизни вимірювальних поверхонь сферичних ОПС від номінальних значень R та відхилення від площини плоских ОПС не повинні перевищувати величин, приведених в наступній таблиці. Таблиця 4.1 Відхилення від площини плоских основних пробних скелець Клас точності пробних скелець Сферичні скельця з найменшим значенням радіусів R, мм Плоскі скельця
Від 0,5 до 2,0 Більше 2 до 10 Більше 10 до 37,5 Більше37,5 до 250 Більше 250 до 1000 Більше 1000 до 4000 Допустиме відхилення від плоскості N
Допустимі відхилення Р (+)
мкм % номінального значення
1 0,5 0,1 2,0 0,01 0,02 0,02/1000 0,05
2 1,0 3,0 5,0 0,03 0,05 0,05/1000 0,07
3 2,0 10,0 15,0 0,10 0,15 0,15/1000 0,1
Інтерферометр для контролю плоских поверхонь Інтерферометри для технологічного контролів плоских поверхонь можуть бути із дзеркальним або лінзовим об'єктивом. Перші, відповідно до розміру дзеркала, дозволяють контролювати деталі або блоки діаметром до 350 - 400 [мм], другі, до 100 - 120 [мм]. У дійсній роботі використається інтерферометр ИТ-70 з лінзовим об'єктивом. Оптична схема приладу наведена на Рис.4.5. Рис.4.5.Оптична схема інтерферометра ИТ-70 Тут світле тіло 1 спектральної лампи СМР-1 конденсором 2 проектується в площині отвору діафрагми 4. У хід променів вводиться світлофільтр 3. Світло, відбите дзеркалом 5 , попадає в об'єктив 6 коліматора. На виході з нього паралельний пучок падає на еталон 7, проходить через нього й попадає на контрольовану поверхню деталі 8. Пучки світла, відбиті поверхнями деталі й еталона накладаються один на одного й інтерферуют. Картина інтерференції за допомогою світлоділильной пластини 9 проектується у фокальну площину телескопічної лупи, що складає з об'єктива 10 й окуляра 11. Прилад може бути використаний для спостереження двох - і багатопроменевий картин інтерференції. В останньому випадку замість еталона 7 вводять еталон 7( зі світлоділильним покриттям. При використанні двопроменевої інтерференції відступ від площини може бути обмірюваний з точністю порядку 0,1 смуги, при багатопроменевий - до 0,05 смуги. На інтерферометрі можна контролювати плоскопаралельність тонких (до 8 [мм]) пластин шляхом спостереження в них смуг рівної товщини. Рис.4.6. Загальний вид ИТ-70 Типові інтерференційні картини для різних похибок деталі наведено далі на Рис. 4.7.-4.15. Інтерферометр (Рис.4.6.) складається з верхньої А и нижньої Б частин, стола С и пульта П запалювання. У верхні частини входить освітлювач і всі оптичні деталі схеми, крім еталона. Лампу освітлювача підключають через пульт запалювання в мережу змінного струму напругою 220 вольтів. Діафрагми міняють поворотами диска Д. У нижні частини приладу входить вузол еталонних пластин і предметний столик з рукоятками керування. Підйом й опускання столика роблять рукояткою 1, а його нахил у двох взаємо-перпендикулярних напрямках - рукоятками 2. Величина підйому столика може бути заміряна по шкалі 3. Всі рукоятки керувань розташовані на зовнішньому корпусі приладу. Порядок виконання роботи Контроль пробними стеклами Ретельно промити спиртом і протерти серветкою замірювальну поверхню еталона й контрольовану поверхню деталі. Білячим пензликом змахнути з них пил й обережно опустити пробне скло вимірювальною поверхнею на контрольовану поверхню (або навпаки - залежно від співвідношення розмірів еталон - деталь і товщини останньої). При цьому пробне скло повинне сковзати по деталі (або навпаки - деталь по пробному склу) на тонкій повітряній подушці, що перебуває в зазорі між сполученими поверхнями. При малому зусиллі притиснення еталона до деталі (або навпаки деталі до еталона) повинна з'явитися інтерференційна картина, що при невідповідності форми поверхні деталі й еталона буде мати вигляд кілець або рівне-мірне фарбування. Відсутність вільного ковзання еталона по деталі (або деталі по еталоні) указує на неякісне чищення вимірювальної й контрольованої поверхонь. Категорично забороняється притирати їхній одне до одного! Інтерференційна картина буде перекрученої, а поверхні ушкоджені (подряпані). По числу N кілець інтерференції одного з кольорів (червоних - при спостереженні в білому світлі й темних - у монохроматичному) визначити величину загальної похибки. Вид похибки встановлюють по напрямку переміщення кілець при натисканні на середину пробного скла (або деталі). При помилці «яма» кільця інтерференції переміщаються від краю до центра, при помилці «горб» - навпаки. Замалювати інтерференційну картину й занести її в Таблицю 4.2. Створивши повітряний клин натиском на край еталона (або деталі) визначити загальну похибку N по відношенню стрілки прогину смуги до відстані між сусідніми смугами одного кольорів. Вид похибки визначається по напрямку скривлення смуг щодо точки притиску. При помилці «горб» смуги розташовані ввігнутістю до точки притиску, при помилці «яма» - опуклістю. При нерегулярності форми смуги встановити вид місцевої похибки (N. Знайти величину цієї похибки. Зсунути картину інтерференції й занести її в Таблицю 4.2. Контроль на інтерферометрі Тумблером на корпусі пульта запалювання включити лампу. Включити висвітлення внутрішнього простору інтерферометра тумблером, розташованим із правої сторони корпуса приладу. Установити контрольовану деталь на столик приладу й підняти його обертанням рукоятки 1 (див. мал. 4.5) до одержання зазору між еталоном і деталлю рівного приблизно 1 [мм]. Повернути рукоятку 4 у праве положення, при якому об'єктив телескопічної лупи виводиться з ходу променів. За допомогою рукояток 2, що здійснюють нахил столика, сполучити автоколімаційне зображення діафрагми від вимірювальної поверхні еталона й контролюємой поверхні деталі. Включити внутрішнє висвітлення приладу, поворотом рукоятки 4 у вихідне положення, увести в хід променів телескопічну лупу. Спостерігаючи в окуляр і регулюючи нахил столика з деталлю рукоятками 2, установити бажаний характер інтерференційної картини (смуги або кільця), змінити ширину й напрямок смуг. Поворотом диска Д с набором діафрагм відрегулювати яскравість і контрастність інтерференційної картини. Знайти величину загальної похибки двома способами - по числу інтерференційних кілець і по відношенню стрілки прогину смуги до відстані між сусідніми смугами. Установити вид загальної похибки. Визначити вид і величину місцевої похибки. Результати вимірів загальної й місцевої помилок і спостережувані інтерференційні картини, занести в Таблицю 4.2. Таблиця 4.2 Результати вимірювання Номер деталі Картина інтерференції, що характеризує відступ поверхні від еталона Вид і величина загальної похибки Вид і величина місцевої похибки
у кільцях у смугах N Вид (N Вид
Рис.4.7. Інтерферограми лінзи з астигматизмом в площин найкращого фокуса Рис.4.8. Інтерферограми лінзи з астигматизмом в фокусі Пецваля Рис.4.9. Інтерферограми лінзи з астигматизмом в сагітальному фокусі Рис.4.10. Інтерферограми лінзи з астигматизмом в тангенсальному фокусі
Рис.4.11. Інтерферограми лінзи з комою і невеликим розфокусуванням Рис.4.12. Інтерферограми лінзи з комою в параксіальному фокусі
Рис.4.13. Інтерферограми якісної лінзи: а) - без нахилу і дефокусування; б) - з нахилом; в) - з дефокусуванням; г) - з нахилом т а дефокусуванням Рис.4.14. Інтерферограми лінзи з сферичною аберацією в параксіальному (а, г), середньому (б, д) та граничному (в, е) фокусах з нахилом (г - е) і без нього (а - в) Рис.4.15. Інтерферограми лінзи з комбінацією аберацій а) - сферична аберація і кома; б) - сферична аберація і астигматизм; в) - кома і астигматизм; г) - сферична аберація, кома і астигматизм. Зміст звіту Звіт повинен містити: Короткі теоретичні частини. Оптичну схему інтерферометра з ходом променів. Таблицю з результатами вимірів. Виводи за результатами вимірів з поясненням отриманих інтерференційних картин. Контрольні питання Як визначити види й величину похибки контрольованої поверхні(загальна, місцева) при спостереженні картин інтерференції в кільцях і смугах? Типи й призначення пробних стекол, застосовуваних у серійному виробництві оптичних деталей. Класи точності ОПС. Одиниці виміру, у яких задають допускаємие відхилення, Що, R сферичних ОПС і допускають відхилення, що, від площинності плоских ОПС. Точність контролю форми поверхні на інтерферометрі й пробних стеклах. Чому підвищується точність вимірів при використанні багатопроменевої інтерференції? Як розрахувати похибку фори поверхні деталі, якщо її розмір більше еталона?ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 ВИВЧЕННЯ МЕТОДІВ КОНТРОЛЮ ЧИСТОТИ ПОВЕРХНІ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ Мета роботи: познайомити студентів з класами чистоти поверхонь оптичних деталей, навчитись встановлювати класи чистоти і застосовувати методи контролю поверхонь деталей з параметрами шорсткості не більше 0.1мкм у відповідності з ГОСТ 11141-84. Завдання Познайомитись з класами чистоти поверхонь оптичних деталей. Вивчити методи контролю чистоти поверхонь оптичних деталей. Провести контроль чистоти поверхонь деталей. Обладнання для виконання лабораторної роботи Лупа або мікроскоп із збільшенням 8х. Лампа розжарювання від 60 до 100 Вт. Мікроскоп. Оптичне скло по ГОСТ 3514-78 ГОСТ 9411-81. Оптичні деталі. ГОСТ 11141-84 ГОСТ 3514-78 ГОСТ 9411-81 ГОСТ 412-81 ГОСТ 25706-83. Теоретичні положення Класи чистоти поверхонь встановлюють по допустимим розмірам, числу і розташуванню подряпин та точок на поверхні оптичної деталі. Подряпина – це продовгувата впадина поверхні з співвідношенням розмірів більшої осі до меншої більш ніж 3:1. Ділянки, на котрих подряпини настільки близько розташовані друг від друга, що між ними немає поверхні з параметром шорсткості не більш ніж 0.1 мкм, необхідно розглядати як одну подряпину. Точка – це впадина або виступ поверхні будь якого походження, в тому ж числі відкритий пузир, з співвідношенням розмірів більшої вісі до меншої не більш як 3:1. Половину суми розмірів більшої та меншої вісей приймають як діаметр точки. Коли існує ділянка суміщення або доторкання подряпини з точкою, то її відносять до точки. Поперечний зріз заглиблення подряпини або точки при механічній обробці має кут при вершині біля 120? . При цьому глибина подряпини або точки складає не більше як 0,3 ширини подряпини або діаметра точки. Чистоту поверхні встановлюють в зоні, яка потрапляє в межі світлового діаметра. В залежності від розташування оптичних деталей в приладі та їхнього призначення встановлюють наступні класи чистоти поверхонь: 0-10,0-20,0-40 – для поверхонь деталей (крім волоконно-оптичних виробів), розташованих в площині дійсного зображення або в площині предметів оптичної системи приладу. Останні дві цифри вказують на середнє значення фокусної відстані оптичної системи, що розташована за дослідною поверхнею; І, ІІ, ІІІ, ІV, V, VI, VII, VIII, VIII a, IX, IX a – для поверхонь деталей, котрі знаходяться поза площиною дійсного зображення або поза площиною предметів оптичної системи приладу а також волоконно-оптичних виробів. Розмір подряпин та точок для класів чистоти 0-10, 0-20, 0-40 визначаються в трьох зонах світлового діаметру деталі: центральній, середній та крайній. Встановлюють зони для деталей діаметром 5 мм та більше. Кордонами центральної та середніх зон поверхні встановлюють концентричні кільця діаметром 1/3 та 2/3 світлового діаметру деталі. В центральній зоні поверхні не повинно бути точок діаметром та подряпин шириною 0,001 мм. Розміри подряпин та точок в середній та крайній зонах та їхнє число в залежності від світлового діаметра деталі не повинні перевершувати значень вказаних в ГОСТ 11141-84 (табл.1). В любій четвертині поверхні деталі не допускається більше ніж три точки при світловому діаметрі до 60 мм включно та більше ніж 5 точок при світловому діаметрі більше 60 мм. Подряпини шириною більше ніж 0,001 мм та точки діаметром не більше ніж 0,02 мм в середній крайній зоні не враховуються. Для деталей діаметром менше ніж 5 мм допустима ширина подряпин та діаметр точок, що не перебільшує значення, котрі встановлені для середньої зони в ГОСТ 11141-84 (табл.1). Для деталей із штрихами та іншими знаками (наприклад шкал, сіток та ін.) допустимо встановлення кордонів зон. Границі зон вказуються в таких випадках в кресленнях оптичних деталей по ГОСТ 2.412-81. Для деталей, світлова частина котрих відрізняється від кола або має неробочі зони, світловий діаметр для розрахунку сумарної довжини подряпин та кількості точок приймають як половину суми найбільшої та найменшої вісей симетрії робочої частини поверхні. На поверхні деталей, що переміщаються в полі зору приладу перпендикулярно до його оптичної вісі (скляні сітки, деталі із шкалами), границі зон паралельні напрямку руху деталі. Розміри та кількість дефектів на поверхні деталі, котра рухається на будь якому проміжку світлового діаметру, котрий дорівнює діаметру поля зору приладу, повинні відповідати вказаним в ГОСТ 11141-84 (табл.1). На поверхні деталей, що належать до класу чистоти І-ІХ а, розміри подряпин та точок не повинні перевищувати значень, котрі вказані в ГОСТ 11141-84 (табл.2). Сумарна довжина подряпин та кількість точок, близьких по ширині до подряпин та діаметру точок до максимально допустимим розмірам, не можуть бути більшими вказаних в ГОСТ 11141-84 (табл.3). Подряпини та точки розміром, вказаним в ГОСТ1141-84 (табл.4), не враховуються. Скупчення дефектів – це група дефектів, котрі розміщені таким чином, що відстань між двома точками та між точкою та подряпиною не перебільшує десятикратного розміру найбільшого дефекту (діаметру точки або ширини подряпини), а відстань між двома подряпинами не перебільшує в сто разів ширини найбільш широкої з них. Скупчення дефектів не враховують, якщо загальна площа ділянок сукупності пошкоджень, не більше 30% площі поверхні, обмеженої світловим діаметром. Сітка подряпин – це велика кількість подряпин, розташованих хаотично по всій поверхні деталей. ЇЇ не враховують при ширині подряпин вказаних в ГОСТ11141-84 (табл.4) для класів чистоти І-ІV, і при ширині не більше 0,004 мм для класів чистоти V-IXa. Нормування подряпин, точок, зколів поверхні оптичних деталей поза світловим діаметром встановлюється по ГОСТ 2.412-81. Виколки та зколи повинні бути не більші ніж 0,8 мм. Виколка – це пошкодження з раковинною структурою злому. ЇЇ розмір визначається як діаметр точки. Зкол – це не глибока тріщина, що утворилася від удару. Розмір визначається її довжиною. Для різноманітних ділянок деталей допускається встановлювати різноманітні класи чистоти поверхонь. Позначення класів чистоти поверхонь оптичних деталей, якщо вони встановлюються по подряпинах і точках, то клас чистоти по подряпинах записують першим. Приклад (для чистоти поверхні, що нормується по IV класу чистоти): Р V/IV V – клас чистоти по подряпинах; IV – клас чистоти по точках. Глибина подряпин та точок не нормується. Клас чистоти конкретних оптичних деталей встановлюється в стандартах, технічних вимогах або кресленнях на оптичну деталь по ГОСТ 2.412-81. Основний зміст роботи А. З поверхні деталі, котра підлягає контролю чистоти поверхні, потрібно видалити бруд. Для визначення розмірів подряпин та точок на поверхні деталей їх оглядають в косонаправленому пучку пройденого або відбитого світла, тобто під кутом до осі деталі на фоні чорного екрану. Джерелом світла служить лампа розжарювання потужністю 60-100 Вт. Чистоту поверхонь різноманітних класів контролюють наступним чином. Для класів чистоти 0-10, 0-20, 0-40 контроль проводять вимірювальним приладом із збільшенням, під яким деталь розглядатиметься в приладі, для котрого призначена, але не менше 6х . Збільшення, крім 6х, заноситься в креслення оптичної деталі по ГОСТ 2.412-81. Деталі класу чистоти І-ІІ контролюють за допомогою лупи або мікроскопу із збільшенням не менше 6х . Розміри подряпин і точок оцінюються порівняно з наборами виміряних зразків. Похибка окулярного мікрометра 0,001 мм. Деталі класів чистоти IV-VI контролюють без застосування вимірювального пристрою. Якщо вимірювання виконують за допомогою мікроскопу, то похибка окулярного мікроскопу 0,004 мм. Для класів чистоти VII-IX контролюють без застосування збільшуючого пристрою. Якщо застосовується мікроскоп, то похибка окулярного мікрометру 0,01мм. Розміри подряпин і точок для деталей діаметром більше 300 мм дозволяється вимірювати за допомогою лупи типу ЛИ-3-10 по ГОСТ 25706-83. Якщо на поверхні деталей класів чистоти І-VІІ, що нормуються по скупченню дефектів, виявляються скупчення подряпин та точок, то в таких місцях необхідно визначити загальну площу дефектів на обмеженій ділянці по всій пошкодженій поверхні. Розмір виколок та зколів на краю деталі вимірюють від краю фаски до центру робочої поверхні. Б. Чистоту поверхні деталі згідно скупченню врахованих дефектів для класу чистоти І-ІІІ контролюють наступним чином. Визначають окремо площу поверхні, котра зайнята точками і подряпинами, що знаходяться на обмеженій ділянці, діаметр котрої вибирають по ГОСТ 11141-84(табл.2). Підраховують площу поверхні, що вкрита точками, по формулі, мм2 :
де рх- клас чистоти поверхні; D- максимальний і мінімальний діаметри точок на вибраній ділянці, мм; ПD – число точок; KD – коефіцієнт, що відповідає діаметру D. Підраховують число точок по діаметрам D, що знаходяться на вибраній обмеженій ділянці. В залежності від діаметра точок D по ГОСТ 11141-84 (табл.5) вибирають коефіцієнт KD. Для точки, діаметр котрої відрізняється від вказаного в таблиці, коефіцієнт KD приймають рівним коефіцієнту, що відповідає найближчому великому значенню діаметра. Значення Арх для класів чистоти І, ІІ, ІІІ не повинні перевершувати відповідно 13, 3, 2. Підраховують максимально допустиму площу поверхні, котру можуть займати подряпини, за формулами, мм2 :
де SI, SIІ, SIІІ – максимально допустима площа подряпин відповідно для класів чистоти І, ІІ, ІІІ. Підраховують площу поверхні, фактично зайняту подряпинами на вибраній ділянці. Вона не повинна бути більше максимально допустимої. Порядок виконання роботи Познайомитись з класами чистоти поверхні оптичних деталей. Познайомитись з методами контролю чистоти поверхонь. Провести контроль чистоти поверхні запропонованої деталі. Зробити висновки по роботі, оформити звіт. Звіт повинен містити: Мету роботи. Обладнання та засоби. Метод контролю. Опис заготовок, деталей та результатів контролю. Висновки по роботі.
