RU1834787C - Устройство дл полировани оптических деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к абразивной обработке и может быть использовано дл  полировани  оптических деталей. Сущность: полирование поверхности оптической детали осуществл ют посредством полировального бруска 2,смонтированного в держателе 8, установленном с возможностью поворота на конце манипул тора 1. Устройство содержит средства равномерного распределени  давлени  полировального бруска на поверхность оптического издели  3, а также средства регулировани  этого давлени . Устройство позвол ет ускорить и .автоматизировать полирование оптических деталей. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

(Л

С

фи.1

оо

СА) Ь

00 XJ

СО

Изобретение относитс  к абразивной обработке и может быть использовано при полировании оптической детали.

Цель изобретени  - повышение качества и точности обработки.

Благодар  изобретению, плохо определенное взаимодействие между инструментом дл  полировани  и поверхностью оптической детали, которое встречаетс  по предшествующему уровню техники, заме- н етс  точным и хорошо управл емым воздействием на инструмент дл  полировани  поверхности оптической детали..

На практике эффективность элементарных полировальных операций может дости- гать значени  70-80%, что позвол ет получить, после трех или четырех элементарных полировальных операций, тот же самым результат и ту же самую точность поверхностного состо ни , что и после 40 полировальных операций по предшествующему уровню техники.

Согласно изобретению рама устанавливаетс  с возможностью плоскопараллельного движени  и снабжена двум  параллельными шатунами, которые шар- нирно соединены с рамой, и направл ющей, несущей каретку, причем шатуны шарнирно соединены с кареткой, а направл юща  установлена на поворотном элементе держа- тел .

На фиг.1 изображено устройство дл  полировани  (схема); на фиг.2 - схематический вид, в укрупненном масштабе, держател  полировального бруска; на фиг.З - разрез в укрупненном масштабе нижней части этого держател ; на фиг.4 - вид сверху держател  полировального бруска на фиг.2; на фиг.5 и 6 - средства установки полировального бруска на своем держателе; на фиг.7 - показано действие полировального бруска на поверхность оптической детали; на фиг.8 - вариант выполнени  манипул тора; на фиг.9 - разрез А-А на фиг.З.

Устройство дл  полировани  содержит манипул тор 1 с управл емыми трем  степен ми свободы, несущий полировальный брусок 2, перемещаемый по полируемой поверхности оптической детали 3, установленной на поворотном столе 4 с вертикальной осью вращени  5.

Манипул тор 1 содержит вертикальный элемент 6, снабженный средствами вертикального перемещени  горизонтального элемента 7, установленного с возможно- стью горизонтального перемещени , и на конце которого установлен третий элемент 8 держател  полировального бруска 2, смонтированный с возможностью поворота вокруг поперечной горизонтальной оси 9.

Конструкци  этого третьего элемента манипул тора 1 более детально показана на фиг.2-6. Этот третий элемент 8 содержит (фиг.2) шасси 10, установленное с возможностью поворота вокруг оси 9 второго элемента 7 манипул тора и которое несет, в частности, электродвигатель 11, выходной вал которого 12 соединен с зубчатым редуктором 13 с полым выходным вертикальным валом 14. Этот выходной вал 14 жестко св зан с двум  параллельными щеками 15 кривошипа ,которые вл ютс  горизонтальными на фиг.2 и несут раму 16с квадратным или пр моугольным контуром, размещенную в вертикальной плоскости на фиг.2. Рама 16 установлена с возможностью поворота вокруг средней вертикальной оси на щеках 15 посредством двух соответствующих шарнирных соединений 17 и 18, расположенных посередине горизонтальных сторон рамы 16.

Редуктор 13, несущий щеки 15 и раму 16, сам удерживаетс  посредством шасси 10.

Предпочтительно рама 16 поворачиваетс  по кругу вокруг оси 19 выходного вала 14 редуктора 13. Дл  этого (фиг.2 и 4), верхн   часть рамы 16 соединена посредством двух параллельных, одинаковой длины, шатунов 20 с кареткой 21. установленной с возможностью скольжени  по горизонтальной направл ющей 22, установленной на шасси 10. Таким образом, вращение щек 15 вокруг оси 19 выходных валов редуктора 13 преобразуетс  в круговое перемещение рамы 16 (котора  все врем  остаетс  параллельной самой себе) с центровкой по оси 19. Перемещение центра этого кругового движени , то есть рассто ние между осью 19 и ос ми шарниров 17 рамы 16 на щеках 15  вл етс  регулируемым, например, следующим образом; кажда  щека 15 содержит рейку 23 (фиг.З и 9), котора  зацепл етс  с зубчатым колесом 24, соединенным через вал 25 с соответствующим зубчатым колесом другой щеки 15. Вал 25  вл етс -соос- ным валу 14 редуктора 13, причем вал 14  вл етс  полым и, таким образом, в нем может размещатьс  вал 25, соедин ющий оба зубчатых колеса 24. Кажда  рейка 23 жестко св зана при перемещении с вертикальным валом 26, одна резьбова  часть которого ввинчиваетс  в нарезное отверстие рейки 23, на промежуточной резьбовой его части расположена гайка 27 блокировки на соответствующей щеке 15, а противоположный конец вала соедин етс  с соответствующей стороной рамы 16 посредством упорного шарикоподшипника или роликоподшипника 28 дл  образовани  вышеукэзанного шарнирного соединени  18, Одна из реек 23 имеет резьбовое отверстие, параллельное направлению соответствующей щеки 15. и в которое вставл етс  регулировочный винт 29 с возможностью доступа к нему от конца щеки 15. Вращение винта 29 в одном или другом направлении позвол ет перемещать соответствующую рейку 23 в одном или в другом направлении относительно щеки 15. Это перемещение рейки 23 переходит во вращение зубчатого колеса 24, передаваемое через вал 25 на зубчатое колесо 24, соединенное с рейкой 23 другой щеки 15. Таким образом, осуществл етс  синхронное перемещение реек 23 в щеках 15, что позвол ет регулировать за одну операцию рассто ние между осью 19 и шарнирными соединени ми 18 и 17. На практике, это рассто ние может регулироватьс , например , в диапазоне от 0 до 100 мм.

Нижн   горизонтальна  сторона рамы 16 соедин етс  через участок вала 30 со шкивом 31, соединенным через ремень 32 с выходным валом двигател -редуктора 33, установленного на вертикальной стороне рамы 16 (фиг.4).

Шкив 31, который удерживаетс  участком вала 30 и который устанавливаетс  на нем свободным во вращении посредством подшипников 34 (фиг.З), жестко св зан при вращении, посредством не показанных на фигуре парных пластин с поворотным диском 35, который вращаетс  и перемещаетс  посредством шариковой втулки 36 на нижнем конце участка вала 30.

Кроме того, диск 35 соедин етс  со шкивом 31 с помощью средств пневматического подвешивани  с посто нной жесткостью. Дл  этой цели шкив 31 и диск 35 образуют между собой камеру 37, соединенную с источником газа под давлением посредством. в частност канала или пропускного отверсти  38 вала 30.

Шкив 31 и диск 35 содержат две соос- ные цилиндрические закраины, соответственно , 39 и 40, которые соедин ютс  друг с другом посредством упруго деформируемой кольцевой мембраны 41, герметично закрывающей камеру 37. Нижний конец вала 30, размещенный в ступице 42 диска 35, снабжен датчиком 43, определ ющим положение дна 44 ступицы 42, соответствующие упору дискг 35 в конец вала 30. Этот датчик позвол ет осуществл ть регулировку по высоте дл  работы в режиме полухода. Перемещение диска 35 в вертикальном противоположном направлении ограничиваетс  упором 45, установленным на шкиве 31.

Диск 35 удерживает полировальный брусок 2 посредством средств, которые будут описаны ниже, со ссылкой на фиг.3.5 и

6.

5Эти .средства содержат направленную

вниз горизонтальную балку 46 П-образного сечени  и две пары упругих пластин сгибани  47, 48, которые устанавливаютс  кас- .кадно, причем одна пара пластин 47

0 соедин ет диск 35 с балкой, а друга  пара пластин 48 соедин ет балку с полировальным бруском. Дл  большей  сности показана одна пара пластин 47 (фиг.5) и друга  пара,пластин 48 (фиг.6). Обе пластины 47

5  вл ютс  противоположными и симметрич- ными по отношению к оси вала 30 и кажда  вставл етс  своими концами в диск 35 и в нижний конец 49 вертикальной стенки балки 46. Обе пластины 47 сориентированы та0 ким образом, что их продолжени  пересекаютс  по линии 50, котора  перпендикул рна оси вала 30 и котора  располагаетс  под балкой 46. Эта лини  50 образует

5 первую ось поворота балки 46.

Обе другие пластины 48, такого же типа, что и предыдущие пластины, жестко св заны одним концом с продольными концами горизонтальной стенки балки 46 и проход т

0 симметрично между вертикальными стенками этой балки дл  жесткой св зи, а своим другим концом - с полировальным бруском 2. Продолжени  этих пластин 48 пересекаютс  по линии 51, котора  перпендикул рна

5 оси вала 30 и оси 50 вращени  балки 46. Эта лини  51 представл ет собой вторую ось поворота полировального бруска 2 относи-, тельнр балки 46. Кроме того, высота и наклоны балки 46 и пластин 47 и 48 выполнены

0 таким образом, что оси поворота 50 и 51  вл ютс  компланарными. Они пересекаютс  в точке, котора  представл ет собой центр поворота, эквивалентный универсальному шарниру, полировального бруска 2 относительно диска 35. Этот центр поворота , обозначенный позицией 52 (фиг.2), совпадает с точкой приложени  результирующей сил трени  полировального бруска 2 на полируемой поверхности оптической де0 тали 3.

На фиг.7 схематически показан полировальный брусок 2, прижатый к полируемой вогнутой поверхности 53 оптической детали 5 3. Полировальный брусок 2 имеет обычную конструкцию, то есть он содержит на нижней поверхности обработанную пластину с кривизной, равной заданной кривизне дл  поверхности 53. Эта нижн   пластина снаб- . жена покрытием из материала, позвол ющего удерживать абразивный материал и

имеющего определенную пластичность дл  согласовани  с полируемой поверхностью. Когда такой полировальный брусок перемещаетс  по полируемой поверхности оптической детали, силы трени  между полировальным бруском 2 и поверхностью 53  вл ютс , в любой точке, тангенциальными к поверхности 53 и сориентированными в направлении, противоположном направлению перемещени  полировального бруска 2 на поверхности 53. Точка 54 приложени  их результирующей находитс  на вертикальной оси 55 полировального бруска, ниже поверхности 53, то есть с выпуклой стороны поверхности раздела и.внутри оптической детали. Как указано выше, центр поворота 52 полировального бруска на его держателе совпадает с этой точкой 54.. Из этого следует , что когда полировальный брусок 2 перемещаетс  на полируемой поверхности 53, это перемещение не создаст никакого момента опрокидывани  полировального бруска и, следовательно, совершенно .не измен ет распределение нормальных и тангенциальных усилий полировального бруска 2 на полируемую поверхность, в противоположность тому, .что происходило бы,если бы полировальный брусок 2 был установлен на своем держателе посредством реального механического шарового шарнира, центр которого об зательно был бы расположен с вогнутой стороны поверхности раздела и, следовательно, в удалении от точки 54, от чего происходил бы момент опрокидывани  полировального бруска 2, между силой перемещени , прилагаемой в центре шарового шарнира, и результирующей усилий трени , приложенной в точке 54.

Когда полируема  поверхность оптической детали  вл етс  выпуклой, точка приложени  результирующей сил трени  между полировальным бруском и полируемой поверхностью находитс  над полируемой поверхностью , и, в этом случае, полировальный брусок выполнен таким образом, что его центр поворота.также находитс  в этЬй точке. Полирование оптической детали, согласно изобретению, осуществл етс  следующим образом.

Средства пневматического подвешивани  диска 35, несущего полировальный брусок 2, позвол ют, посредством пневматического регул тора и системы управлени , регулировать давление газа в камере 37. Снижение давлени  в этой камере позвол ет облегчить или приподн ть полировальный брусок дл  его перемещени  из одной зоны полируемой поверхности в другую зону. И наоборот, давление , превышающее атмосферное давление в камере 37. увеличивает силу прижати 

полировального бруска к полируемой поверхности .

Установка полировального бруска на диске 35 посредством центра поворота, который совпадает с точкой приложени  результирующей силы трени  полировального бруска на полируемой поверхности, позвол ет перемещать полировальный брусок на этой поверхности, сохран   равномер-

ное распределение действи  полировального бруска на поверхность оптической детали, причем это . действие осуществл етс  в результате опорного усили  полировального бруска и его движений на этой

поверхности.

Кроме того, преимуществом пневматического подвешивани  диска 35 относительно шкива 31  вл етс  отсутствие передачи на полировальный брусок осевых вибраций

шкива. Три степени свободы элементов манипул тора (вертикальное перемещение,, горизонтальное перемещение и наклон вокруг оси 9) позвол ют определить зону поверхности оптической детали, котора  будет

подвергатьс  операции полировани . Дру- . гими параметрами операции полировани   вл ютс : скорость вращени  рамы 16 вокруг оси 19 редуктора 13, величина переме- щ-зни  центра вращени , скорость

вращени  диска 35 вокруг оси шкива 31, опорное давление полировального бруска на поверхность оптической детали, тип использованного абразивного материала, вра- щение оптической детали, тип

использованного абразивного материала, вращение оптической детали 3 вокруг своей оси и продолжительность. Управление эти- .ми параметрами и их количественное определение , с одной стороны и точное знание

места и амплитуды подлежащих корректировке поверхностных дефектов позвол ют выполн ть элементарные операции полировани  с эффективностью пор дка 70-80% без опасности захождени  за заданную отметку .

Изобретение позвол ет осуществл ть полирование поверхности оптической детали участок за участком, причем эти участки не об зательно должны быть сферическими

зонами. Использование стола, привод щего во вращение оптическую деталь вокруг ее оси вращени , позвол ет переходить от одного участка к другому участку.

Непрерывное вращение круга п озвол 5 ет ограничить работу инструмента при полировании сферических зон или сферических сегментов.

Соответственно, из этого следует, что изобретение примен етс  также дл  полировани  поверхностей, которые не  вл ютс  круглыми поверхност ми.

Кроме того, так как обеспечиваетс  управление всеми движени ми полировально- го бруска и манипул тора, а вращением оптической детали вокруг ее оси, исключаетс  накладывание этих различных движений и гарантируетс  то, что ни одна точка полировального бруска не пройдет по одним и тем же точкам полируемой поверхно- сти.

В качестве примера характеристики устройства полировани  согласно изобретению могут быть следующими: вертикальное перемещение первого элемента манипул - тора 200 мм; горизонтальное перемещение второго элемента манипул тора 1000 мм.

Угол наклона вокруг оси 9 по отношению к вертикали 0 - 30°.

Скорость перемещени  относительно этих трех осей: примерно одна дес та  хода за одну секунду.

Скорость вращени  -полировального бруска вокруг его оси: примерно два оборота в минуту.

Перемещение центра вращени  кругового движени  рамы 16 примерно 0-100мм 1 Опорна  сила полировального бруска™ на поверхность детали от 0 до нескольких дес тков кг.

Такое устройство позвол ет, например, полировать детали среднего и большего размера (диаметры от 600 мм до 2 м). Вариант конструкции манипул тора показан на фиг.8. .

В этом примере, три элемента манипул тора установлены с возможностью поворота вокруг горизонтальных .осей и образуют деформируемые параллелограммы .

Первый элемент 56 и второй элемент 57 манипул тора шарнирно установлены один над другим вокруг оси 58 и  вл ютс  частью одного и того же параллелограмма 59, шарнирно соединенного в позиции 60 с непод- вижным основанием 61.

Первый элемент 56 приводитс  в движение вокруг оси 60 посредством двигател  62.

Треть  сторона 63 параллелограмма, параллельна  элементу 57, приводитс  в движение вокруг оси 60 двигателем 64 и поворачивает элемент 57 вокруг оси 58. Третий элемент манипул тора, который  вл етс  держателем 8 полировального бруска 2, шарнирно соединен в позиции 65 с концом второго элемента 57 и  вл етс  частью параллелограмма 66, соединенного через недеформируемый треугольник 67, шарнирно соединенный е позиции 58 и параллелограмм 68, шарнирно соединенный в позиции 60, с двигателем 69, установленным на неподвижном основании в основании манипул тора .

Комбинированные вращени  первого элемента 56 вокруг оси 60 и второго элемента 57 вокруг оси 58 позвол ют концу второго элемента размещатьс  в любой заданной точке в плоскости чертежа относительно поверхности полируемой детали. Поворот де- ржател  8 вокруг оси 65 определ ют ориентирование оси полировального бруска относительно полируемой поверхности, формула изобретени  1. Устройство дл  полировани  оптических деталей, содержащее манипул тор, один элемент которого установлен с возможностью перемещени  в вертикальном, а другой - горизонтальном направлени х, св занный с манипул тором держатель ин- струмента, включающий два параллельно расположенных вала, первый из которых св зан с приводом и с подвижной рамой, а второй смонтирован в раме с возможностью кругового перемещени  относительно первого вала и регулировани  эксцентриситета между валами и предназначен дл  креплени  инструмента, отличающеес  тем, что, с целью повышени  качества и точности обработки, держатель инструмента установлен с возможностью поворота вокруг поперечной горизонтальной оси, смонтированной во втором элементе манипул тора, устройство снабжено пневматическим средством контрол  и регулировани  усили  прижима инструмента, выполненным в виде располо-. женного на втором валу шкива, соединенного с автономным двигателем, и поворотного диска со ступицей, установленного на втором валу и св занного со шкивом с возможностью совместного вращени  с ним и относительного осевого перемещени  из услови  образовани  между ними герметичной камеры, а узел креплени  инструмента выполнен в виде свободно размещенной на ступице диска П-образной балки и попарно расположенных во взаимно перпендикул рных плоскост х под углом одна к другой упругих пластин, при этом пластины одной пары соединены с поворотным диском и балкой, а другой пары - с балкой и инстру- ментом из услови  пересечени  линий от продолжени  пластин каждой пары в одно точке, лежащей на оси второго вала и  вл ющейс  центром поворота инструмента относительно поворотного диска.

2: Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что рама установлена с возможностью плоскопараллельного движени  и снабжена двум  шарнирно закрепленными

на ней параллельными шатунами и направл ющей с расположенной на ней кареткой, при этом шатуны шарнирно соединены с

J

(pua.Z

кареткой, а направл юща  смонтирована на поворотном элементе держател  инструмента .

/

LJ

Г

16

I- 00 ГчСГ

со

t со

го

со

оо

СО «ъ

&

«а «

4

Я

So