RU102908U1 - TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL - Google Patents

TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL Download PDF

Info

Publication number
RU102908U1
RU102908U1 RU2010144169/02U RU2010144169U RU102908U1 RU 102908 U1 RU102908 U1 RU 102908U1 RU 2010144169/02 U RU2010144169/02 U RU 2010144169/02U RU 2010144169 U RU2010144169 U RU 2010144169U RU 102908 U1 RU102908 U1 RU 102908U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
stand
possibility
technological
working
Prior art date
Application number
RU2010144169/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Григорьевич Бойм
Ольга Петровна Сахарова
Абрам Ефимович Аскинази
Владимир Николаевич Ладик
Original Assignee
Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2010144169/02U priority Critical patent/RU102908U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU102908U1 publication Critical patent/RU102908U1/en

Links

Abstract

1. Технологический стенд для финишной обработки лезвийным инструментом изделий из хрупких материалов с нанометрической точностью, включающий установленное на фундаменте основание с размещенной на нем станиной, на которой установлены средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия с приводом рабочих перемещений, узел рабочих перемещений инструмента с приводом перемещений и держателем инструмента, оптическая система контроля положения и состояния режущей кромки инструмента, при этом стенд оснащен системой числового программного управления приводами рабочих перемещений инструмента и изделия, отличающийся тем, что основание установлено на фундаменте посредством виброизолирующих опор, средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия выполнены в виде шпиндельной бабки, оснащенной вращающимся шпинделем, кинематически связанным с вакуумной планшайбой, снабженной пористой базовой поверхностью и конструктивно организованной с возможностью пространственной ориентации этой поверхности относительно горизонтальной плоскости, при этом шпиндель бабки ориентирован в вертикальной плоскости посредством радиально-упорных опор вращения с аэростатическим зазором, а привод его вращения выполнен в виде асинхронного электродвигателя с повышенным скольжением, узел рабочих перемещений инструмента конструктивно организован в виде крестового суппорта, оснащенного установленными в аэростатических направляющих: каретки, конструктивно организованной с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения с нанометрической точностью в горизонтальном направлени 1. Technological stand for finishing processing of products from brittle materials with nanometric accuracy with a blade tool, including a base installed on the foundation with a bed placed on it, on which are installed the means for basing, aligning and moving the workpiece with a working displacement drive, a working displacement tool unit with a drive movements and tool holder, an optical system for monitoring the position and condition of the cutting edge of the tool, while the stand is equipped with a number system of programmed control of the drives for working displacements of the tool and the product, characterized in that the base is mounted on the foundation by means of vibration-isolating supports, the means of basing, aligning and moving the workpiece are made in the form of a spindle head equipped with a rotating spindle kinematically connected to a vacuum faceplate equipped with a porous base surface and structurally organized with the possibility of spatial orientation of this surface relative to the horizontal plane ty, while the headstock spindle is oriented in a vertical plane by means of angular contact bearings with aerostatic clearance, and its rotation drive is made in the form of an asynchronous electric motor with increased sliding, the unit of working displacements of the tool is structurally organized in the form of a cross support equipped with aerostatic guides: carriage structurally organized with the possibility of stepless precision precision movement with nanometric accuracy in the horizontal direction

Description

Полезная модель относится к области станкостроения и может быть, использована в рамках реализации Государственной программы модернизации и технологического развития ведущих отраслей народного хозяйства посредством внедрения современного уровня достижений науки и техники в области нанотехнологий в сфере комплексной механической обработки резанием сложнопрофильных изделий в ведущих отраслях техники, определяющих уровень экономического развития государства в целом.The utility model relates to the field of machine tool construction and can be used within the framework of the State program for the modernization and technological development of leading sectors of the national economy through the introduction of the modern level of science and technology in nanotechnology in the field of complex machining by cutting complex products in leading industries that determine the level economic development of the state as a whole.

То есть, преимущественное направление использования - автоматизированная мехатронная обработка резанием функционального слоя изделий из хрупких материалов (например, стекла, в частности - оптических линз) со сложным пространственным профилем при использовании известного из уровня техники модернизированных станочного парка и вспомогательного оборудования (приспособлений).That is, the preferred direction of use is automated mechatronic processing by cutting the functional layer of products from brittle materials (for example, glass, in particular optical lenses) with a complex spatial profile using modernized machine park and auxiliary equipment (devices) known from the prior art.

Эффективное использование нанотехнологий (например, в микроэлектронике), требует, прежде всего, разработки средств и технологии изготовления оптических систем с разрешением в десятки, и даже единицы нанометров. Подобные системы необходимы как для локального воздействия световыми полями на объекты субмикронных размеров, так и для контроля за протеканием различных технологических процессов.The effective use of nanotechnology (for example, in microelectronics) requires, first of all, the development of tools and technology for the manufacture of optical systems with a resolution of tens, or even units of nanometers. Such systems are necessary both for local exposure of light fields to objects of submicron sizes, and for monitoring the flow of various technological processes.

Возможности конструкторов оптиков по созданию новых приборов ограничены способностью производителя изготавливать и осуществлять контроль элементов требуемой оптической системы. Передовые разработки в области оптических технологий постоянно расширяют возможности производства оптических компонентов. Однако производство все в большей степени становится привязанным к метрологии. Именно этот симбиоз средств метрологии и современное обрабатывающее оборудование позволяют производить оптику более высокого качества и сложности.The capabilities of optical designers to create new devices are limited by the manufacturer’s ability to manufacture and control the elements of the required optical system. Advanced developments in the field of optical technology are constantly expanding the production capabilities of optical components. However, production is increasingly becoming attached to metrology. It is this symbiosis of metrology tools and modern processing equipment that make it possible to produce optics of higher quality and complexity.

Из уровня техники известен технологический стенд (станок) для финишной обработки изделий из хрупких материалов с нанометрической точностью лезвийным инструментом включающий установленное на фундаменте основание с размещенной на нем станиной, на которой установлены: средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия с приводом рабочих перемещений; узел рабочих перемещений инструмента с приводом перемещений и держателем инструмента; оптическая система контроля положения и состояния режущей кромки инструмента; кроме того, стенд оснащен системой числового программного управления приводами рабочих перемещений инструмента и изделия (Мочалов А.И., Писарев А.Г., Раховский В.И., Сахарова О.П., Черпаков Б.И., Эстерзон М.А., Якунин В.А., статья «Автоматизированный высокоточный гравировальный станок для многопроходного строгания рисунков металлографских форм», Станки и инструмент, №9, стр.21-24, 1999 г.).A technological stand (machine) is known from the prior art for finishing processing of products from brittle materials with nanometric accuracy with a blade tool including a base mounted on a foundation with a bed placed on it, on which are installed: means for basing, adjusting and moving the workpiece with a drive for working movements; assembly of working tool movements with a movement drive and tool holder; optical system for monitoring the position and condition of the cutting edge of the tool; in addition, the stand is equipped with a system of numerical control of the drives for the working displacements of the tool and product (Mochalov A.I., Pisarev A.G., Rakhovsky V.I., Sakharova O.P., Cherpakov B.I., Esterson M.A. ., Yakunin VA, article “Automated high-precision engraving machine for multi-pass planing of drawings of metallographic forms”, Machine tools and tools, No. 9, pp. 21-24, 1999).

К недостаткам данного известного из уровня техники решения следует отнести ограниченные функционально-технологические возможности в связи с недостаточной точностью перемещений узлов подачи инструмента и их повторяемостью, вследствие чего невозможно обеспечить режим дуктильной резки, необходимый для обработки хрупких материалов, например, оптического стекла.The disadvantages of this known solution from the prior art include limited functional and technological capabilities due to the insufficient accuracy of the movements of the tool feed units and their repeatability, as a result of which it is impossible to provide the ductile cutting mode necessary for processing brittle materials, for example, optical glass.

В основу заявленной полезной модели была положена задача создание универсального стенда, который, помимо традиционных режимов обработки изделий с высокой точностью, позволял бы обеспечить обработку с нанометрической точностью изделий из хрупких материалов (например, оптического стекла) за счет конструктивно-технологической возможности реализации режимов дуктильной резки.The claimed utility model was based on the task of creating a universal stand, which, in addition to traditional machining modes of products with high accuracy, would ensure processing with nanometric accuracy of products from brittle materials (for example, optical glass) due to the structural and technological feasibility of implementing ductile cutting modes .

Таким образом, техническим результатом заявленного технического решения является расширение функционально-технологических возможностей стенда за счет повышения точности (а также стабильности во времени - повторяемости) перемещений с нанометрической точностью узла подачи инструмента.Thus, the technical result of the claimed technical solution is to expand the functional and technological capabilities of the stand by increasing the accuracy (as well as stability over time - repeatability) of movements with nanometric accuracy of the tool feed unit.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в технологическом стенде для финишной обработки изделий из хрупких материалов с нанометрической точностью лезвийным инструментом включающем установленное на фундаменте основание с размещенной на нем станиной, на которой установлены: средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия с приводом рабочих перемещений; узел рабочих перемещений инструмента с приводом перемещений и держателем инструмента; оптическая система контроля положения и состояния режущей кромки инструмента; кроме того, стенд оснащен системой числового программного управления приводами рабочих перемещений инструмента и изделия, согласно полезной модели: основание установлено на фундаменте посредством виброизолирующих опор; средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия выполнены в виде шпиндельной бабки, оснащенной вращающимся шпинделем, кинематически связанным с вакуумной планшайбой, снабженной пористой базовой поверхностью и конструктивно организованной с возможностью пространственной ориентации этой поверхности относительно горизонтальной плоскости, при этом шпиндель ориентирован в вертикальной плоскости посредством радиально-упорных опор вращения с аэростатическим зазором, а привод его вращения выполнен в виде асинхронного электродвигателя с повышенным скольжением; узел рабочих перемещений инструмента конструктивно организован в виде крестового суппорта, оснащенного установленными в аэростатических направляющих: каретки, конструктивно организованной с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения в горизонтальном направлении с нанометрической точностью, для чего в качестве ее привода использован магнитострикционный преобразователь со ступенями грубого и точного перемещения инструмента в технологическом режиме; установленного на направляющих каретки ползуна, конструктивно организованного с возможностью установочного перемещения в вертикальном направлении; а также кинематически связанного с ползуном врезного суппорта с держателем инструмента, конструктивно организованного с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения с нанометрической точностью в вертикальном направлении, для чего в качестве его привода использован магнитострикционный преобразователь со ступенями грубого и точного перемещения инструмента в технологическом режиме; при этом стенд оснащен оптической системой контроля процесса точения в реальном режиме времени, коммутативно связанной с управляющим процессором системы числового программного управления в целях оперативной корректировки рабочей программы в процессе резания.The technical result achieved is achieved by the fact that in the technological stand for finishing processing of products from brittle materials with nanometric accuracy with a blade tool including a base mounted on the foundation with a bed placed on it, on which are installed: means for basing, aligning and moving the workpiece with a drive for working displacements ; assembly of working tool movements with a movement drive and tool holder; optical system for monitoring the position and condition of the cutting edge of the tool; in addition, the stand is equipped with a system of numerical program control of the drives for working movements of the tool and product, according to the utility model: the base is installed on the foundation by means of vibration-isolating supports; means of basing, aligning and moving the workpiece are made in the form of a spindle head equipped with a rotating spindle kinematically connected to a vacuum faceplate provided with a porous base surface and structurally organized with the possibility of spatial orientation of this surface relative to the horizontal plane, while the spindle is oriented in the vertical plane by means of radially - support bearings of rotation with an aerostatic gap, and the drive of its rotation is made in the form of asynchronous increased slip motor; the unit of working displacements of the tool is structurally organized in the form of a cross support equipped with aerostatic guides: a carriage, structurally organized with the possibility of stepless precision movement in the horizontal direction with nanometric accuracy, for which a magnetostrictive transducer with steps of rough and precise movement of the tool in technological mode; a slider mounted on the guides of the carriage, structurally organized with the possibility of installation movement in the vertical direction; as well as a mortise caliper kinematically connected with a slider with a tool holder, structurally organized with the possibility of stepless precision precision movement with nanometric accuracy in the vertical direction, for which a magnetostrictive transducer with steps of rough and precise tool movement in technological mode has been used as its drive; at the same time, the stand is equipped with an optical system for monitoring the turning process in real time, commutatively connected to the control processor of the numerical control system for the operational adjustment of the work program during the cutting process.

Целесообразно, чтобы технологический стенд был оснащен системой охлаждения режущей части инструмента, конструктивно организованной с возможностью преобразования охлаждающего агента в зоне режущей части инструмента из жидкой фазы в туман.It is advisable that the technological stand was equipped with a cooling system for the cutting part of the tool, structurally organized with the possibility of converting the cooling agent in the area of the cutting part of the tool from the liquid phase to fog.

Оптимально, чтобы держатель инструмента был конструктивно организован с возможностью предотвращения передачи на инструмент низкочастотных вибрационных колебаний со стороны узлов стенда в технологическом режиме.It is optimal for the tool holder to be structurally organized with the possibility of preventing transmission of low-frequency vibrational vibrations to the tool from the stand nodes in the technological mode.

Разумно, чтобы держатель инструмента был установлен на врезном суппорте с возможностью совмещения вершины передней поверхности инструмента с центром обрабатываемого изделия в процессе перемещения каретки в технологическом режиме.It is reasonable that the tool holder was mounted on the mortise support with the possibility of combining the top of the front surface of the tool with the center of the workpiece during the movement of the carriage in the technological mode.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed technical solution, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features and relationships between them that are identical to all the essential features of the claimed technical solutions, and the prototype selected from the list of identified analogues, as the closest analogue in the set of features, allowed to identify the totality venous (in relation to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed object, set forth in the utility model formula.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty" under the current law.

Полезная модель иллюстрируется графическими материалами, где на представленной фигуре показан общий вид технологического стенда (вид спереди).The utility model is illustrated by graphic materials, where the presented figure shows a general view of the technological stand (front view).

В графических материалах основные узлы и агрегаты программно-аппаратного технологического стенда обозначены следующими позициями:In graphic materials, the main components and assemblies of the hardware-software technological stand are indicated by the following positions:

1 - основание (стенда);1 - base (stand);

2 - станина (стенда);2 - bed (stand);

3 - суппорт (крестовый);3 - support (cross);

4 - бабка (шпиндельная);4 - headstock (spindle);

5 - планшайба (вакуумная бабки 4 шпиндельной);5 - faceplate (vacuum headstock 4 spindle);

6 - ось (шпинделя шпиндельной бабки 4);6 - axis (spindle headstock 4);

7 - каретка (продольная суппорта 3);7 - carriage (longitudinal support 3);

8 - ползун (поперечный суппорта 3);8 - slider (transverse caliper 3);

9 - суппорт врезной (суппорта 3 основного);9 - mortise caliper (caliper 3 main);

10 - держатель (инструмента);10 - holder (tool);

11 - привод (магнитострикционный суппорта 9 врезного);11 - drive (magnetostrictive caliper 9 mortise);

12 - пульт (управления);12 - remote control (control);

13 - панель (манометров контроля давления пневмосистемы);13 - panel (pressure gauges for pneumatic system pressure control);

14 - электрошкаф.14 - electrical cabinet.

Заявленный технологический стенд для финишной обработки изделий из хрупких материалов с нанометрической точностью лезвийным инструментом включает следующие системы узлы и агрегаты.The claimed technological stand for finishing processing of products from brittle materials with nanometric accuracy with a blade tool includes the following systems of units and assemblies.

Установленное на специальном фундаменте (в графических материалах условно не показан) основание 1 с размещенной на нем станиной 2. На станине 2 смонтированы:Installed on a special foundation (not shown conventionally in graphic materials), base 1 with a frame 2 placed on it. On the frame 2 are mounted:

- средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия с приводом рабочих перемещений;- means of basing, adjusting and moving the workpiece with a drive of working movements;

- узел рабочих перемещений инструмента с приводом рабочих перемещений и держателем 10 инструмента;- site working displacements of the tool with a drive of working displacements and the holder 10 of the tool;

- оптическая система контроля положения и состояния режущей кромки инструмента (в графических материалах условно не показана).- an optical system for monitoring the position and condition of the cutting edge of the tool (not conventionally shown in graphic materials).

Кроме того, стенд оснащен системой числового программного управления приводами рабочих перемещений инструмента и изделия (в графических материалах условно не показана).In addition, the stand is equipped with a system of numerical program control of the drives for the working displacements of the tool and product (not conventionally shown in graphic materials).

Отличительными особенностями заявленного стенда является следующее.Distinctive features of the claimed stand is the following.

Основание 1 установлено на фундаменте посредством виброизолирующих опор (в графических материалах условно не показаны). Средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия выполнены в виде шпиндельной бабки 4, оснащенной вращающимся шпинделем (с осью вращения 6), кинематически связанным с вакуумной планшайбой 5, снабженной пористой базовой поверхностью и конструктивно организованной с возможностью пространственной ориентации (юстировки) этой поверхности относительно горизонтальной плоскости. При этом шпиндель ориентирован в вертикальной плоскости посредством радиально-упорных опор вращения с аэростатическим зазором (в графических материалах условно не показаны), а привод его вращения выполнен в виде асинхронного электродвигателя с повышенным скольжением (в графических материалах условно не показан). Узел рабочих перемещений инструмента конструктивно организован в виде крестового суппорта 3, оснащенного установленными в аэростатических направляющих:The base 1 is installed on the foundation by means of vibration-isolating supports (conventionally not shown in graphic materials). The means of basing, aligning and moving the workpiece are made in the form of a headstock 4, equipped with a rotating spindle (with an axis of rotation 6), kinematically connected with a vacuum faceplate 5, provided with a porous base surface and structurally organized with the possibility of spatial orientation (adjustment) of this surface relatively horizontal the plane. In this case, the spindle is oriented in the vertical plane by means of angular contact bearings with aerostatic clearance (not shown conventionally in graphic materials), and its rotation drive is made in the form of an asynchronous electric motor with increased sliding (not shown conventionally in graphic materials). The unit of working displacements of the tool is structurally organized in the form of a cross support 3 equipped with aerostatic guides installed:

- каретки 7, конструктивно организованной с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения в горизонтальном направлении с нанометрической точностью,;- carriage 7, structurally organized with the possibility of stepless precision movement in the horizontal direction with nanometric accuracy ;;

- установленного на направляющих каретки 7 ползуна 8, конструктивно организованного с возможностью установочного перемещения в вертикальном направлении;- mounted on the guides of the carriage 7 of the slider 8, structurally organized with the possibility of installation movement in the vertical direction;

- а также кинематически связанного с ползуном 8 врезного суппорта 9 с держателем 10 инструмента, конструктивно организованного с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения с нанометрической точностью в вертикальном направлении.- as well as a mortise caliper 9 kinematically connected with the slider 8 with a tool holder 10, structurally organized with the possibility of stepless precision movement with nanometric accuracy in the vertical direction.

Для осуществления вышеупомянутых бесступенчатых прецизионных перемещений с нанометрической точность каретки 7 и врезного суппорта 9 в качестве их приводов использованы магнитострикционные преобразователи (магнитострикционные нановинты) со ступенями грубого и точного перемещения инструмента в технологическом режиме (привод суппорта 9 обозначен в графических материалах поз.11, а привод каретки 7 условно не показан).To carry out the aforementioned stepless precision movements with nanometric precision of the carriage 7 and the mortise caliper 9, magnetostrictive transducers (magnetostrictive nanoscrews) with coarse and precise stages of tool movement in the technological mode are used as their drives (the caliper drive 9 is indicated in graphic materials, item 11, and the drive carriage 7 conditionally not shown).

При этом стенд оснащен оптической системой контроля процесса точения в реальном режиме времени (в графических материалах условно не показана), коммутативно связанной с управляющим процессором системы числового программного управления в целях оперативной корректировки рабочей программы в процессе резания в случае отклонения формируемой поверхности резания от заданных геометрических параметров.At the same time, the stand is equipped with an optical system for monitoring the turning process in real time (not shown conventionally in graphic materials), which is commutatively connected to the control processor of the numerical program control system for the purpose of operative adjustment of the work program during the cutting process if the formed cutting surface deviates from the set geometric parameters .

Целесообразно, чтобы технологический стенд был оснащен системой охлаждения режущей части инструмента (в графических материалах условно не показана), конструктивно организованной с возможностью преобразования охлаждающего агента в зоне режущей части инструмента из жидкой фазы в туман.It is advisable that the technological stand was equipped with a cooling system for the cutting part of the tool (not shown conventionally in graphic materials), structurally organized with the possibility of converting the cooling agent in the area of the cutting part of the tool from the liquid phase to fog.

Оптимально, чтобы держатель 10 инструмента был конструктивно организован с возможностью предотвращения передачи на инструмент низкочастотных вибрационных колебаний со стороны узлов стенда в технологическом (динамическом) режиме эксплуатации стенда.It is optimal for the tool holder 10 to be structurally organized with the possibility of preventing transmission of low-frequency vibrational vibrations to the tool from the stand nodes in the technological (dynamic) mode of operation of the stand.

Разумно, чтобы держатель инструмента был установлен на врезном суппорте с возможностью совмещения вершины передней поверхности инструмента с центром обрабатываемого изделия в процессе перемещения каретки в технологическом режиме.It is reasonable that the tool holder was mounted on the mortise support with the possibility of combining the top of the front surface of the tool with the center of the workpiece during the movement of the carriage in the technological mode.

Более подробно конструктивные особенности вышеупомянутых систем и узлов стенда с раскрытием их функционального назначения и влияния на усматриваемый технический результат, реализуемый стендом, описаны ниже.In more detail, the design features of the above systems and components of the stand with the disclosure of their functional purpose and impact on the perceived technical result, implemented by the stand, are described below.

Как указывалось ранее, техническим результатом, характеризующим заявленный стенд, является повышенная точность формирования профиля поверхности изделия в процессе обработки алмазным точением, равная +/-25 нм.As mentioned earlier, the technical result characterizing the claimed stand is the increased accuracy of forming the surface profile of the product during diamond turning, equal to +/- 25 nm.

Осуществить контроль обработанной поверхности в пределах такой точности можно, например, методом контроля формы поверхности по схеме контроля организованной на базе интерферометра Физо, как наиболее адекватной для решения поставленной задачи.It is possible to control the treated surface within such accuracy, for example, by the method of controlling the surface shape according to the control scheme organized on the basis of the Fizeau interferometer, as the most appropriate for solving the problem.

Как уже говорилось выше для изготовления, например, точных оптических линз нужно учесть специфику обработки оптического стекла и обеспечить высокую чистоту поверхности в пределах Ra=5-10 ÅAs mentioned above, for the manufacture of, for example, precision optical lenses, it is necessary to take into account the specifics of processing optical glass and ensure high surface cleanliness in the range Ra = 5-10 Å

Эта задача решается в стенде точностью установки основных узлов, а также высокой точностью самих узлов и движений формообразования при формировании, например, поверхности линз.This problem is solved in the bench by the accuracy of the installation of the main nodes, as well as by the high accuracy of the nodes themselves and the movements of shaping during the formation, for example, of the lens surface.

Основание стенда со шкафом установлено на специальный фундамент на виброопорах ОВ-31 для виброизоляции станка от внешних колебаний. К основанию крепится узел подготовки воздуха для аэростатических опор шпинделя и привода подач.The base of the stand with the cabinet is installed on a special foundation on the OV-31 vibration mounts for vibration isolation of the machine from external vibrations. An air preparation unit for aerostatic spindle bearings and feed drive is attached to the base.

Для уменьшения износа режущей части инструмента используется охлаждение. Охлаждающей жидкостью может являться спирт, который в виде тумана подается в зону резания и направляется на режущую кромку инструмента. Для этого в баллон с охлаждающей жидкостью подается сжатый воздух, создающий в нем избыточное давление, которое вытесняет охлаждающую жидкость и подает ее в распылитель.To reduce wear on the cutting part of the tool, cooling is used. The coolant may be alcohol, which is fed into the cutting zone in the form of fog and sent to the cutting edge of the tool. To do this, compressed air is supplied to the cylinder with the coolant, creating excessive pressure in it, which displaces the coolant and delivers it to the atomizer.

Шпиндельная бабка 4 расположена симметрично относительно вертикальной оси. Симметричность конструкции позволяет исключить влияние температурных деформаций на перекос оси шпинделя в вертикальной плоскости.The headstock 4 is located symmetrically with respect to the vertical axis. The symmetry of the design eliminates the influence of temperature deformations on the skew axis of the spindle in the vertical plane.

Шпиндель расположен с зазором в радиально-упорном подшипнике. Радиальный подшипник имеет два ряда отверстий поддува (по 20 отверстий в каждом ряду), каждый упорный подшипник тоже имеет 20 отверстий поддува. Дроссели на входе в отверстия выполнены в виде цилиндрических жиклеров. Жиклеры стоят в каждом отверстии поддува. Сечение отверстий на выходе из жиклеров выбрано таким, что сопротивление на входе в отверстия поддува радиального и упорного подшипников равно сопротивлению щели на выходе из них, т.е. давление в подшипнике должно быть в два раза меньше давления в камере подвода воздуха. Точная установка оси вращения шпинделя перпендикулярно направляющим суппорта 3 (а, соответственно, и юстировка базовой поверхности планшайбы 5) осуществляется относительным смещением двух сферических установочных колец. При подаче сжатого воздуха в аэростатический зазор шпиндель всплывает и жестко центрируется слоем воздуха в подшипнике. При надежной осушке и фильтрации воздуха шпиндель плавно вращается. Разгон и торможение шпинделя осуществляется встроенным асинхронным электродвигателем с повышенным скольжением, ротор которого при помощи переходного вала крепится к шпинделю, а статор крепится к бронзовой втулке.The spindle is positioned with a clearance in the angular contact ball bearing. The radial bearing has two rows of blowing holes (20 holes in each row), each thrust bearing also has 20 blowing holes. The chokes at the entrance to the holes are made in the form of cylindrical jets. Jets stand in each blowing hole. The cross section of the holes at the outlet of the nozzles is chosen such that the resistance at the entrance to the blowing holes of the radial and thrust bearings is equal to the resistance of the gap at the outlet of them, i.e. The pressure in the bearing should be half the pressure in the air supply chamber. The exact installation of the axis of rotation of the spindle perpendicular to the guides of the caliper 3 (and, accordingly, the adjustment of the base surface of the faceplate 5) is carried out by the relative displacement of the two spherical mounting rings. When compressed air is supplied into the aerostatic clearance, the spindle floats up and is rigidly centered by a layer of air in the bearing. With reliable drying and air filtration, the spindle rotates smoothly. Acceleration and braking of the spindle is carried out by a built-in asynchronous motor with increased sliding, the rotor of which is attached to the spindle with the help of the adapter shaft, and the stator is attached to the bronze bushing.

Для улучшения качества работы шпинделя улучшено качество подготовки воздуха путем подключения системы осушки воздуха мод. УОВ-2 и системы очистки воздуха мод. П-ППВ 16-12/10 ГОСТ 17437-81.To improve the quality of the spindle, the quality of the air preparation is improved by connecting a mod dehydration system. UOV-2 and air purification systems mod. P-PPV 16-12 / 10 GOST 17437-81.

Для крепления обрабатываемых изделий разработана специальная вакуумная планшайба 5. В планшайбе 5 просверлены каналы для формирования вакуума в зоне базовой поверхности, на которую через специальный пористый блок носитель устанавливается обрабатываемое изделие (линза). При создании вакуума обрабатываемая линза прижимается к поверхности планшайбы 5 и вращается вместе со шпинделем. Дисбаланс планшайбы 5 устраняется с помощью грузиков или снятием материала. Для устранения аэродинамического эффекта, возникающего при вращении планшайбы 5, она накрываются специальной деталью так, что поверхность линзы выступает не более чем на 0,5 мм.A special vacuum faceplate 5 has been developed for fastening the processed products. In the faceplate 5, channels have been drilled to form a vacuum in the area of the base surface onto which the processed product (lens) is mounted through a special porous carrier block. When creating a vacuum, the processed lens is pressed against the surface of the faceplate 5 and rotates with the spindle. The imbalance of the faceplate 5 is eliminated by means of weights or removal of material. To eliminate the aerodynamic effect that occurs when the faceplate 5 is rotated, it is covered with a special part so that the lens surface protrudes no more than 0.5 mm.

Врезной суппорт 9 служит для подвода и отвода резца и тонкой подачи на глубину в технологическом режиме.Mortise support 9 serves for the supply and removal of the cutter and fine feed to the depth in the technological mode.

Плавность перемещения соответствующих элементов крестового суппорта 3 обеспечивается аэростатическими направляющими и гидравлическим приводом.The smooth movement of the corresponding elements of the cross support 3 is provided by aerostatic guides and a hydraulic drive.

Формообразование поверхности линзы осуществляется специально разработанными приводами подач. Приводы подач, осуществляющие перемещение с разрешением 5 нм и повторяемостью 20 нм, применяются для окончательной обработки, например, стекла в зоне пластических деформаций (дуктильная обработка). Высокая разрешающая способность магнитострикционных запоминающих силовых приводов (например, привода 11) достигается использованием в нем для создания точных перемещений стержня из сплава редкоземельных элементов с металлами группы железа, обладающего эффектом гигантской магнитострикции.The surface shaping of the lens is carried out by specially designed feed drives. Feed drives moving with a resolution of 5 nm and a repeatability of 20 nm are used for final processing, for example, glass in the plastic deformation zone (ductile processing). The high resolution of magnetostrictive storage power drives (for example, drive 11) is achieved by using it to create precise movements of a rod of an alloy of rare-earth elements with metals of the iron group, which has the effect of giant magnetostriction.

Принцип действия магнитострикционного нановинта МН-3 (т.е., привода 11) основан на способе управления магнитомеханическим преобразователем. Магнитострикционные нановинты предназначены для силового линейного перемещения врезного суппорта 9 с алмазным резцом и каретки 7.The principle of operation of the magnetostrictive nano-screw MN-3 (i.e., drive 11) is based on the method of controlling the magnetomechanical converter. Magnetostrictive nano-screws are designed for linear force displacement of the mortise support 9 with a diamond tool and carriage 7.

При ручной регулировке нановинтов возможно получение шага 1 нанометр, а при использовании электропривода - шага 10 пикометров. Основные параметры силового магнитострикционного нановинта (привода 11) указаны в таблице 1.With manual adjustment of the nano-screws, it is possible to obtain a step of 1 nanometer, and when using an electric drive, a step of 10 picometers. The main parameters of the power magnetostrictive nanoscrew (drive 11) are shown in table 1.

Для контроля наноперемешений привода подач резца при точении на стенде используется электронный прибор с индуктивными преобразователями модель БВ-6436, предназначенный для измерения линейных размеров перемещения инструмента.An electronic device with inductive transducers model BV-6436, designed to measure the linear dimensions of tool movement, is used to control nanoscale movements of the cutter feed drive during turning at the bench.

Индуктивный преобразователь подводится к резцу и на блоке индикации (прибор снабжен цифровым индикатором, имеется аналоговый выход).The inductive converter is fed to the cutter and on the display unit (the device is equipped with a digital indicator, there is an analog output).

Для контроля формы режущей части инструмента предлагается использовать известную из уровня техники телевизионно-оптическую систему на базе телевизионных компьютерных микроскопов.To control the shape of the cutting part of the tool, it is proposed to use a television optical system known from the prior art based on television computer microscopes.

К инструменту, как и ко всей технологической системе, предъявляются требования, призванные максимально снизить вероятность нарушения цикла обработки. При «притуплении» режущей кромки резко возрастает вероятность поломки резца. Изменение формы резцов в процессе обработки необходимо периодически контролировалось телевизионным компьютерным микроскопом с подачей изображения на монитор персонального компьютера (ПК) с увеличением в 625 раз.The tool, as well as the entire technological system, has requirements to minimize the likelihood of disruption of the processing cycle. With the "blunting" of the cutting edge, the likelihood of a breakage of the cutter increases sharply. Changing the shape of the incisors during processing is periodically monitored by a television computer microscope with an image fed to a personal computer (PC) monitor with a magnification of 625 times.

Таким образом, для изготовления точных линз нужно учесть специфику обработки стекла и обеспечить:Thus, for the manufacture of precision lenses, it is necessary to take into account the specifics of glass processing and ensure:

1. Шероховатость обработанной поверхности изделия в пределах Ra=5-10 Å. Для этого необходимо устранить возможность вибраций в зоне резания. Эта задача решается в стенде на разных уровнях за счет:1. The roughness of the treated surface of the product within Ra = 5-10 Å. To do this, eliminate the possibility of vibrations in the cutting zone. This problem is solved in the stand at different levels due to:

а) установки стенда на специальный фундамент и применения виброизолирующих опор имеющих собственную частоту колебаний 3…5 Гц, которые обеспечивают виброизоляцию стенда от внешних колебаний, частота которых выше 5…8 Гц.a) installing the stand on a special foundation and using vibration isolating supports having their own vibration frequency of 3 ... 5 Hz, which provide vibration isolation of the stand from external vibrations, the frequency of which is higher than 5 ... 8 Hz.

б) использования аэростатических опор в направляющих перемещения крупных массогабаритных узлов стенда;b) the use of aerostatic supports in the guides of movement of large mass-dimensional nodes of the stand;

в) балансировки предметного стола (планшайбы 5) с деталью;c) balancing the subject table (faceplate 5) with the part;

г) применением прецизионных подшипников во всех узлах вращения;d) the use of precision bearings in all nodes of rotation;

д) использования процедур выравнивания положения плоскости, а также устранения или существенного уменьшения источников вибрации в держателе инструмента и других механизмах станка.e) the use of procedures for leveling the position of the plane, as well as eliminating or significantly reducing vibration sources in the tool holder and other machine mechanisms.

2. Точность формы и положения асферической поверхности изделия в пределах ±25 нм на диаметре не более 150 мм.2. The accuracy of the shape and position of the aspherical surface of the product within ± 25 nm at a diameter of not more than 150 mm.

Эта задача решена в стенде за счет применения специального привода для перемещения инструмента; кинематического разрешения систем перемещения реализующих точность - 5 нм и повторяемость - 20 нм, а также стабилизации температуры, влажности, давления в рабочем помещении в пределах 1%-0,1%This problem is solved in the stand by using a special drive to move the tool; kinematic resolution of moving systems realizing accuracy of 5 nm and repeatability of 20 nm, as well as stabilization of temperature, humidity, pressure in the working room within 1% -0.1%

Важнейшим фактором, определяющим точность формы, являются также возможность измерения поверхности с помощью метрологического интерферометра контроля и микроскопа наблюдения зоны обработки, возможность правки режущего инструмента на рабочей позиции или точного ее установа после доводки.The most important factor determining the accuracy of the form is also the possibility of measuring the surface using a metrological control interferometer and a microscope for observing the processing zone, the ability to straighten the cutting tool at the working position or to precisely set it after fine-tuning.

Для обеспечения надежности и стабильности формирования на стенде готового изделия конструктивно реализована возможность выполнения токарной многопроходной обработки заготовки алмазным резцом, возможна, также, полировка изделия (линзы) без его снятия с предметного стола.To ensure reliability and stability of formation at the stand of the finished product, the ability to perform multi-pass turning with a diamond cutter is structurally realized, and polishing of the product (lens) without removing it from the subject table is also possible.

Преимуществом токарной обработки является принципиальная возможность изготовления сложных форм поверхностей, точно реализующих требуемые расчетные значения.The advantage of turning is the fundamental possibility of manufacturing complex shapes of surfaces that accurately implement the required design values.

Принцип работы заявленного стенда для специалиста в данной области вытекает из описания его конструкции и графических материалов, в связи с чем более детального описания не требуется.The principle of operation of the claimed stand for a specialist in this field follows from the description of its design and graphic materials, in connection with which a more detailed description is not required.

Таким образом, заявленное техническое решение может быть использовано в различных областях техники для осуществления дуктильной обработки высокоточных изделий (преимущественно, оптических линз) из хрупких материалов.Thus, the claimed technical solution can be used in various fields of technology for the implementation of ductile processing of high-precision products (mainly optical lenses) from brittle materials.

Надежная технология производства практически любых оптических элементов приведет к увеличению выпуска оптических элементов и приборов в диапазонах длин волн от инфракрасного до рентгеновского. Внедрение такой технологии позволит не только упростить современные оптические системы, но и радикально повысить качество создаваемых с их помощью изображений в фото- и видеотехнике, в микроскопии и астрономических наблюдениях. В результате появится возможность выпускать великое множество высокоразрешающих оптических элементов и приборов самого различного назначения отечественными производителями.Reliable production technology of almost any optical elements will lead to an increase in the production of optical elements and devices in the wavelength ranges from infrared to x-ray. The introduction of such technology will not only simplify modern optical systems, but also radically improve the quality of images created with their help in photo and video equipment, in microscopy and astronomical observations. As a result, it will be possible to produce a great many high-resolution optical elements and devices for various purposes by domestic manufacturers.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed technical solution meets the patentability criterion of "industrial applicability".

Параметры магнитострикционного нановинта МН-3
Таблица 1
Parameters of the magnetostrictive nanoscrew MN-3
Table 1
ПараметрParameter МН-3MN-3 Диапазон перемещенийRange of movement - грубой ступени, мм- coarse step, mm 15fifteen - точной ступени, мкм- exact step, microns 7,77.7 Чувствительность к повороту ручки управленияSensitivity to turning the control knob - грубым перемещением, мкм\град.- rough movement, micron \ hail. 1,41.4 - точным перемещением, нм\град.- precise displacement, nm \ deg. 2,22.2 Минимальный шагMinimum step - грубой ступени, мкм- coarse step, microns 1,0…1,21,0 ... 1,2 - точной ступени, нм- exact step, nm 0…20 ... 2 Максимальная скоростьTop speed =грубой ступени, мм\с= coarse step, mm \ s 0,40.4 - точной ступени, мкм\с- exact step, microns \ s 0,90.9 Жесткость, Н\мкмRigidity, N \ microns 11eleven Максимальная сила, НMaximum force, N 700700 Габаритные размеры нановинта, ммOverall dimensions of the nano-screw, mm Д 21,5×90D 21.5 × 90 Масса, кГWeight, kg 0,130.13

Claims (4)

1. Технологический стенд для финишной обработки лезвийным инструментом изделий из хрупких материалов с нанометрической точностью, включающий установленное на фундаменте основание с размещенной на нем станиной, на которой установлены средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия с приводом рабочих перемещений, узел рабочих перемещений инструмента с приводом перемещений и держателем инструмента, оптическая система контроля положения и состояния режущей кромки инструмента, при этом стенд оснащен системой числового программного управления приводами рабочих перемещений инструмента и изделия, отличающийся тем, что основание установлено на фундаменте посредством виброизолирующих опор, средства базирования, юстировки и перемещения обрабатываемого изделия выполнены в виде шпиндельной бабки, оснащенной вращающимся шпинделем, кинематически связанным с вакуумной планшайбой, снабженной пористой базовой поверхностью и конструктивно организованной с возможностью пространственной ориентации этой поверхности относительно горизонтальной плоскости, при этом шпиндель бабки ориентирован в вертикальной плоскости посредством радиально-упорных опор вращения с аэростатическим зазором, а привод его вращения выполнен в виде асинхронного электродвигателя с повышенным скольжением, узел рабочих перемещений инструмента конструктивно организован в виде крестового суппорта, оснащенного установленными в аэростатических направляющих: каретки, конструктивно организованной с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения с нанометрической точностью в горизонтальном направлении, для чего в качестве его привода использован магнитострикционный преобразователь со ступенями грубого и точного перемещения инструмента в технологическом режиме, установленного на направляющих каретки ползуна, конструктивно организованного с возможностью установочного перемещения в вертикальном направлении, а также кинематически связанного с ползуном врезного суппорта с держателем инструмента, конструктивно организованного с возможностью бесступенчатого прецизионного перемещения с нанометрической точностью в вертикальном направлении, для чего в качестве его привода использован магнитострикционный преобразователь со ступенями грубого и точного перемещения инструмента в технологическом режиме, при этом стенд оснащен оптической системой контроля процесса точения в реальном режиме времени, коммутативно связанной с управляющим процессором системы числового программного управления в целях оперативной корректировки рабочей программы в процессе резания.1. Technological stand for finishing processing of products from brittle materials with nanometric accuracy with a blade tool, including a base installed on the foundation with a bed placed on it, on which are installed the means for basing, aligning and moving the workpiece with a drive for working displacements, a unit for working displacements of a tool with a drive displacements and tool holder, an optical system for monitoring the position and condition of the cutting edge of the tool, while the stand is equipped with a number system of programmed control of the drives for working displacements of the tool and the product, characterized in that the base is mounted on the foundation by means of vibration-isolating supports, the means of basing, aligning and moving the workpiece are made in the form of a spindle head equipped with a rotating spindle kinematically connected to a vacuum faceplate equipped with a porous base surface and structurally organized with the possibility of spatial orientation of this surface relative to the horizontal plane ti, while the headstock spindle is oriented in a vertical plane by means of angular contact bearings with aerostatic clearance, and its rotation drive is made in the form of an asynchronous electric motor with increased sliding, the unit of working displacements of the tool is structurally organized in the form of a cross support equipped with aerostatic guides: carriage structurally organized with the possibility of stepless precision precision movement with nanometric accuracy in the horizontal direction For this purpose, a magnetostrictive transducer with steps of rough and precise tool movement in technological mode mounted on the slide carriage guides structurally organized with the possibility of installation movement in the vertical direction, as well as a mortise caliper kinematically connected to the slide with the tool holder, is used as its drive organized with the possibility of stepless precision movement with nanometric accuracy in vertical on This is accomplished by using a magnetostrictive transducer with coarse and precise tool steps in technological mode, and the bench is equipped with an optical system for monitoring the turning process in real time, commutatively connected to the control processor of the numerical program control system for the operational adjustment of the working programs in the cutting process. 2. Технологический стенд по п.1, отличающийся тем, что он оснащен системой охлаждения режущей части инструмента, конструктивно организованной с возможностью преобразования охлаждающего агента в зоне режущей части инструмента из жидкой фазы в туман.2. The technological stand according to claim 1, characterized in that it is equipped with a cooling system for the cutting part of the tool, structurally organized with the possibility of converting the cooling agent in the area of the cutting part of the tool from the liquid phase to fog. 3. Технологический стенд по п.1 или 2, отличающийся тем, что держатель инструмента конструктивно организован с возможностью предотвращения передачи на инструмент низкочастотных вибрационных колебаний со стороны узлов стенда в технологическом режиме.3. The technological stand according to claim 1 or 2, characterized in that the tool holder is structurally arranged to prevent transmission of low-frequency vibrational vibrations to the tool from the side of the stand nodes in a technological mode. 4. Технологический стенд по п.1, отличающийся тем, что держатель инструмента установлен на врезном суппорте с возможностью совмещения вершины передней поверхности инструмента с центром обрабатываемого изделия в процессе перемещения каретки в технологическом режиме.
Figure 00000001
4. The technological stand according to claim 1, characterized in that the tool holder is mounted on a mortise support with the possibility of combining the top of the front surface of the tool with the center of the workpiece in the process of moving the carriage in technological mode.
Figure 00000001
RU2010144169/02U 2010-10-29 2010-10-29 TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL RU102908U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144169/02U RU102908U1 (en) 2010-10-29 2010-10-29 TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010144169/02U RU102908U1 (en) 2010-10-29 2010-10-29 TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU102908U1 true RU102908U1 (en) 2011-03-20

Family

ID=44053923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010144169/02U RU102908U1 (en) 2010-10-29 2010-10-29 TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU102908U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. Design of ultraprecision machine tools with applications to manufacture of miniature and micro components
CN105563246B (en) A kind of numerical control deep-hole grinding machine
Melkote et al. Laser assisted micro-milling of hard-to-machine materials
Riemer Advances in ultra precision manufacturing
US20050034289A1 (en) Machining apparatus
CN203636513U (en) Ultra-precision machining system with function of ultrasonic vibration assisted grinding/polishing
Wang et al. Design and development of a precision machine tool using counter motion mechanisms
CN106826474A (en) Small size thin wall complex structure part superfine grinding lathe
US20150128773A1 (en) Device and method for machining an optical workpiece
CN111702555B (en) Device and method for precisely adjusting height of turning tool nose on machine
Lee et al. Spindle error motion measurement of a large precision roll lathe
CN110328567A (en) A kind of big aspect ratio hole measurement grinding integral processing method
CN109605123A (en) A kind of micro- milling special purpose machine tool of ultraprecise for slow-wave structure part
CN103419091B (en) A kind of support of multiple degrees of freedom regulation laser displacement sensor
CN108097984B (en) Mould for processing radial Fresnel structure and processing machine tool thereof
RU102908U1 (en) TECHNOLOGICAL STAND FOR FINISHING PRODUCTS FROM FRAGILE MATERIALS WITH NANOMETRIC ACCURACY WITH A BLADE TOOL
EP1885520A2 (en) Apparatus and method
Yang et al. A study of the ultra-precision truing method for flank face of round nose diamond cutting tool
Reichenbach et al. Micromachining of CP-titanium on a desktop machine-study on bottom surface quality in micro end milling
Li et al. On-machine self-calibration method for compensation during precision fabrication of 900-mm-diameter zerodur aspheric mirror
Weck et al. Precision cutting processes for manufacturing of optical components
CN113601257A (en) Microstructure array processing device and method based on variable-pitch fly cutter cutting
Brinksmeier et al. Kinematics in ultra-precision grinding of WC moulds
Chang et al. Development of a compact ultra-precision six-axis hybrid micro-machine
CN112461264A (en) Nano manufacturing equipment for quartz hemispherical harmonic oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20171030

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20180921