Обработка оптического стекла - Смирнов В.А.

Автор: Смирнов В.А.

Теги: стекольная промышленность керамическая промышленность промышленность вяжущих физика оптика шлифование оптические приборы

Год: 1980

Похожие

Краткий справочник гальванотехника

Гальванотехника. Краткий справочник

Технология обработки оптических деталей

Технология оптических деталей

Текст

В.А.СМИРНОВ ОБРАБОТКА ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА
В. А. СМИРНОВ
ОБРАБОТКА
ОПТИЧЕСНОГО
СТЕКЛА
Издание третье,
переработанное и дополненное
Одобрено Ученым советом Государствен-
ного комитета СССР по профессионально-
техническому образованию в качестве
учебного пособия для средних профессио-
нально-технических училищ
ЛЕНИНГРАД «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1980
ББК 22.34
С50
УДК 666.22
Рецензент В. А. Бургов
Смирнов В. А.
С50 Обработка оптического стекла. — 3-е изд., пе-
рераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр.
отд-ние, 1980— 183 с., ил.
45 коп.
В книге описаны технологический процесс изготовления опти-
ческих деталей и основные инструменты, приспособления, станки»
применяемые при обработке оптического стекла.
В третьем издании (2-е изд. 1969 г.) приведен новый материал,
соответствующий действующим стандартам, а также модернизиро-
ванным технологическим процессам и современному оборудованию,
введены сведения о поляризации света, двойном лучепреломлении,
специальных материалах, алмазном инструменте, расширены раз-
делы, касающиеся финишных операций.
Книга рассчитана на учащихся ПТУ, рабочих-шлифовщиков и
полировщиков оптического стекла. Она может быть полезна тех-
нологам и работникам ОТК.
С 25 8-80. 2706000000
038 (01)-80
ББК 22.34
6.П5.8
© Издательство «Машиностроение», 1980 г.
Предисловие
Развитие многих отраслей народ-
ного хозяйства теснейшим образом связано с оптико-
механической промышленностью и ставит перед ней
серьезные задачи — обеспечить эти отрасли точными
оптическими приборами, контрольно-измерительной и
автоматической аппаратурой, отвечающей современ-
ному уровню мировой техники.
В Отчетном докладе Л. И. Брежнева XXV съезду
КПСС указано, что первоочередной задачей остается
ускорение научно-технического прогресса. Эту задачу
должны решить работники всех отраслей, в том числе
рабочие и инженерно-технические работники оптико-
механических предприятий и организаций.
Многое в этом направлении сделано и делается.
Расширяется оптическое производство на пред-
приятиях не только приборостроительной промышлен-
ности, но и оптико-электронной и медицинской, а так-
же в различных НИИ, где созданы производственные
лаборатории по обработке стекла. Резко увеличива-
ется количество рабочих, появляются новые предприя-
тия в различных районах страны.
Совершенствование системы подготовки и исполь-
зования кадров постоянно находится в поле зрения
Партии и Советского государства. Подготовка рабо-
чих осуществляется как на самих предприятиях, так
и в системе профтехобразования.
Выпуская третье, переработанное и дополненное
издание книги, автор, так же как и при выпуске пер-
вого (1966 г.) и второго (1969 г.) изданий, стремился
способствовать делу подготовки кадров, восполнить до
некоторой степени пробел в производственно-техниче-
ской литературе для шлифовщиков и полировщиков
оптического стекла. Автор поставил себе ту же
цель — написать книгу, которая сочетала бы в себе
3
доступность и краткость изложения, необходимые для
самостоятельного изучения, и вместе с тем достаточ-
ное количество теоретических и практических сведе-
ний (при малом объеме книги). В третьем издании
расширены описания финишних операций и применяе-
мых для них материалов, хотя непосредственно и не
связанных со специальностью шлифовщика и поли-
ровщика, но расширяющих кругозор оптика любой
специальности.
За 10 лет, прошедших после выпуска второго из-
дания, в оптических цехах качественно изменились
парк оборудования и техническая документация, на-
шли широкое применение новые оптические среды и
материалы, новые методы обработки и контроля. Это
потребовало значительного обновления материала
книги особенно второй, четвертой, пятой и шестой
глав и приложений).
В подготовке всех трех изданий принимали уча-
стие специалисты Ленинградского оптико-механиче-
ского объединения. Помощь в работе над третьим из-
данием оказывала Т. В. Струнская Автор выражает
им глубокую признательность.
Глава первая
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Развитие оптического производ-
ства шло параллельно с развитием стекловарения и
точных наук — химии и физики. В XVIII в. Петр I ос-
новал первую в России оптическую мастерскую. Оте-
чественная оптика многим обязана великому русскому
ученому М. В. Ломоносову (1711 —1765), исследова-
ния которого положили научную основу для получения
при варке стекол с заданными оптическими свойства-
ми. Талантливый изобретатель И. П. Кулибин (1735—
1818), занимавшийся созданием иструментов, приспо-
соблений и станков для обработки оптического стекла,
по существу стал основоположником отечественной
технологии оптического производства. В дальнейшем,
в царской России оптическое приборостроение разви-
валось слабо и находилось в большой зависимости от
иностранных фирм.
Подлинного развития оптическая наука достигла
при Советской власти, и сейчас мы с гордостью можем
сказать, что наша оптика — одна из лучших в мире.
Имена ученых С. И. Вавилова, И. В. Гребенщикова,
Н. Н. Качалова, К. Г. Куманина, Д. Д. Максутова,
М. М. Русинова, В. Н. Чуриловского и др. известны
далеко за пределами нашей Родины.
1. ЧТО ТАКОЕ ОПТИКА?
Оптические детали—линзы, зер-
кала, призмы, пластинки, шкалы — применяются во
многих приборах. С оптикой мы встречаемся повсе-
дневно. Оптика вошла в быт, она безгранично расши-
ряет наши познания. Мы знаем состав небесных тел
5
и можем определить состав любого вещества. Можем
увидеть обратную сторону Луны. Можем наблюдать,
как выглядит наша планета из космического прост-
ранства. Можем проникнуть в тайны бесконечно ма-
лых миров, увидеть дно морей и океанов. Можем де-
лать тончайшие измерения. Можно привести еще мно-
го примеров применения оптики.
Уже с древнейших времен человек стремился уви-
деть то, что недоступно глазу. Еще за несколько тысяч
лет до н. э. в Египте и Китае делали простейшие лин-
зы из естественных минералов и даже драгоценных
камней — изумруда, топаза, горного хрусталя. В ка-
честве инструмента применяли камни, имеющие соот-
ветствующую (вогнутую или выпуклую) форму. Шли-
фующим материалом служил песок.
Для оптических деталей применяют различные оп-
тически прозрачные среды: стекло, кварц естественный
и искусственный, флюорит, рубин, турмалин, всевоз-
можные соли и т. п. Обычно имеют дело с комбина-
циями плоских и сферических поверхностей таких ма-
териалов.
В обиходе не всегда представляют себе, чем зани-
мается оптик. Часто думают, что стекольщик и оп-
тик— люди одной профессии, а уж человек, делающий
очки, обязательно оптик и сможет сделать любую оп-
тическую деталь. Так ли это?
Оптик должен отлично знать свойства материалов,
с которыми имеет дело, различные способы измере-
ний, особенности изготовления типовых деталей, знать
оборудование, инструмент, приспособления, наиболее
безопасные и производительные приемы изготовления
оптических деталей.
Какие же оптические детали и с какой точностью
можно изготовить на производстве? Это может быть
и точнейшая линза для микроскопа диаметром около
1 мм, массой в несколько сотых грамма, и уникальное
зеркало мощного телескопа диаметром 6 м и массой до
40 т. Толщина детали может выдерживаться до ты-
сячных долей миллиметра, клиновидность — до деся-
тых долей угловых секунд, а Отступления от заданного
радиуса кривизны или плоскости — около 1/80 000 мм.
Ясно, что не каждый может добиться такой точности,
§
2. ОХРАНА ТРУДА РАБОЧИХ
И СЛУЖАЩИХ
В СССР охрана труда рабочих и
служащих как одно из важнейших условий социали-
стической организации труда представляет собой си-
стему мероприятий по созданию и обеспечению необ-
ходимых санитарно-гигиенических условий и безопас-
ной обстановки на производстве. Организацией этой
работы на предприятиях занимаются непосредствен-
но руководители предприятий, начальники цехов, ла-
бораторий, мастера и т. д. В целом ответственность
за состояние техники безопасности на предприятии не-
сут главный инженер и директор. За допущенное гру-
бое нарушение требований охраны труда хозяйствен-
ные руководители могут привлекаться к дисциплинар-
ной, административной и даже уголовной ответствен-
ности.
Профсоюзные организации, их актив, штатные и
внештатные инспектора по технике безопасности кон-
тролируют соблюдение законодательства по охране
труда (КЗОТ), состояние техники безопасности, си-
стем вентиляции, освещения, снабжение спецодеждой,
регламентацию рабочего времени на вредных профес-
сиях, отпуска подросткам и рабочим и т. д.
Правила инструкции по технике безопасности дол-
жны неуклонно соблюдаться всеми рабочими и служа-
щими. В целях предупреждения несчастных случаев
на производстве установлена система ознакомления
рабочих и служащих с приемами и методами работы,
обеспечивающими полную безопасность и гигиену
труда для данной профессии. Эта система включает в
себя инструктажи (вводный, на рабочем месте, пов-
торный и повседневный) и обучение (для занятых на
ответственных и опасных работах).
Нельзя ограничиваться одним инструктажем рабо-
чего при поступлении или переводе его на работу по
новой профессии (специальности). Каждый раз при
выдаче рабочему нового задания, при его работе на
новом месте или в изменившихся условиях должны
быть даны конкретные указания на месте о соблюде-
нии необходимых мер безопасности и показаны без-
опасные приемы работы.
7
Несчастные случаи должны расследоваться в тече-
ние 24 ч. Если они вызвали потерю трудоспособности
на срок не менее одного дня, они актируются в четы-
рех экземплярах за подписью руководителя цеха (уча-
стка) и старшего общественного инспектора по охране
труда. В акте указывают и меры, необходимые для
предотвращения повторений таких случаев.
Для каждой профессии разработаны специальные
инструкции, ознакомление с которыми обязательно
для каждого работающего, что закрепляется подписью
рабочего и лица, проводившего инструктаж и прове-
рявшего знания инструкции.
3. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
В ОПТИЧЕСКИХ ЦЕХАХ
Разработаны следующие общие
положения по технике безопасности.
1. К работе по обработке оптического стекла до-
пускаются лица, достаточно обученные и ознакомлен-
ные с работой, а также с опасностями, которые могут
возникнуть при работе на станках или на рабочих ме-
стах.
2. Перед началом работы рабочий обязан осмот-
реть станок, рабочее место, ограждения, пусковые
устройства и инструмент (грибы, чашки, планшайбы
и пр.).
3. Работа на неисправном оборудовании и с неис-
правным инструментом запрещается. О замеченных
неисправностях рабочий обязан немедленно заявить
мастеру.
4. Воспрещается носить одежду нараспашку. Ру-
кава одежды должны быть закатаны выше локтя или
застегнуты у запястья.
5. Женщинам во время работы следует убирать
волосы под косынку или берет.
6. Самовольный переход к другому станку без раз-
решения мастера воспрещается.
7. Рабочий обязан пользоваться существующими
на станках ограждениями и предохранительными при-
способлениями, проверять наличие заземления.
8. Рабочий обязан содержать в чистоте и порядке
свое рабочее место и не загромождать его. Держать
8
на станке протирочные материалы, готовые изделия и
инструмент воспрещается.
9. Лицам, не имеющим отношения к станкам, вос-
прещается работать на них.
10. Воспрещается производить очистку и уборку
станка во время его работы.
И. При случайном прекращении подачи электриче-
ского тока надлежит остановить станок и выключить
рабочие шпиндели.
12. При работе станка воспрещается надевать при-
водной ремень.
13. Не допускается загромождение проходов.
14. По окончании работы рабочий обязан убрать
детали и заготовки, вычистить и протереть ста-
нок.
Кроме общих требований шлифовщик и полиров-
щик должны соблюдать следующие правила.
1. При включении мотора станка все шпиндели
должны быть выключены.
2. Воспрещается во время работы надевать ре-
мень на шкивы рабочих шпинделей и вала криво-
шипа.
3. Воспрещается на ходу станка навинчивать на
шпиндель грибы и чашки.
4. При установке поводка каретки в ниппель гри-
ба, чашки или планшайбы шпиндель станка необходи-
мо остановить. Отвод каретки назад следует произво-
дить плавно. При резком откидывании каретка может
отскочить обратно и нанести травму.
5. Воспрещается работать с грибами, чашками и
планшайбами, имеющими острые края (по краям дол-
жна быть снята фаска).
6. Воспрещается регулировать (опускать и подни-
мать) фрикционные диски во время работы станка.
7. Воспрещается облокачиваться на откидную
часть таза станка.
8. При изготовлении полировальника инструмент
не перегревать и следить за расплавлением смолы.
Разогретый инструмент со смолой брать щипцами или
руками в рукавицах.
9. Шабер для подрезки шлифовальника самим
не затачивать, а получать его в инструментальной
кладовой.
9
10. Воспрещается сдувать металлическую стружку
и опилки при подрезке инструмента, удалять ее сле-
дует щеткой или кисточкой.
4. РАБОТА С ГОРЮЧИМИ
ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИМИСЯ
И ВЗРЫВООПАСНЫМИ
ВЕЩЕСТВАМИ
Большинство органических раст-
ворителей (эфир, бензин и др.), а также их смеси яв-
ляются горючими и легковоспламеняющимися жидко-
стями (ЛВЖ), которые, имея низкую температуру
вспышки, легко воспламеняются от искры, а при опре-
деленной концентрации паров в воздухе могут дать
взрыв. При работе с указанными горючими и легко-
воспламеняющимися веществами необходимо соблю-
дать следующие меры предосторожности.
1. Хранить горючие жидкости в прочной (метал-
лической, толстостенной стеклянной), хорошо закрытой
посуде, в специальных металлических ящиках с крыш-
ками или шкафах, которые установлены в местах, не
облучаемых прямыми солнечными лучами и удаленных
от отопительных элементов.
2. Применяемые для легковоспламеняющейся
жидкости посуда, пробки и горловины, а также и мо-
лотки должны быть из разнородного материала во из-
бежание искрения при ударе.
3. На рабочем месте разрешается держать лишь
необходимое в данный момент количество горючих ве-
ществ (не более чем на одну смену).
4. Работа с горючими веществами вблизи откры-
того огня, раскаленных предметов, выключателей и
других источников воспламенения не допускается.
Запрещается подогревать ванночки с органическими
растворителями на электроплитке.
5. При работе со спиртовкой необходимо содер-
жать ее в чистоте; предварительно следует проверить,
достаточно ли в ней горючего; не допускается пере-
грев ее резервуара. Рекомендуется применять спир-
товки с водяным охлаждением.
6. Остатки отработанных огнеопасных жидкостей
нужно сливать только в отдельную металлическую за-
крывающуюся посуду и периодически сдавать их на
IQ
склад. Ни в коем случае не выливать их в мусорные
ведра, ящики, раковины, унитазы.
7. В случае проливания легковоспламеняющейся
жидкости необходимо: выключить электронагрева-
тельные приборы; открыть форточки, окна, включить
вентиляцию; собрать пролитую жидкость тряпкой и
выжать ее в ведро, затем слить в закрытую посуду.
8. При воспламенении горючих жидкостей необ-
ходимо немедленно сообщить в пожарную команду и
применять первичные средства пожаротушения: огне-
тушитель, песок, кошму, одеяло и др.
9. При вспышке в сосуде нужно закрыть его
крышкой.
10. При вспышке под вытяжным колпаком следует
выключить вентиляцию, закрыть шибер или заслонку,
а затем действовать, как указано выше.
11. Для тушения веществ, не смешивающихся с во-
дой (бензол, скипидар, эфир, бензин, масло), необхо-
димо применять специальные огнетушители, песок,
покрывала.
12. При загорании электропроводов нужно немед-
ленно выключить ток и только после этого тушить их.
13. Если на работнике загорится одежда, надо, не
давая ему бежать, набросить на него какое-либо по-
крывало из плотной ткани. Применение в этих случаях
огнетушителя или песка не допускается.
14. Работать с такими вредными веществами, как
ацетон, бензин, ксилол, фенол и т. п., следует обяза-
тельно под вытяжкой, так как при длительном вдыха-
нии их пары могут вызвать тяжелые отравления.
15. Работать с такими веществами, как плавико-
вая, соляная, азотная, уксусная кислоты, щелочи, эпи-
хлоргидрин, полиэтилентолиамины и т. п., необходимо
под вытяжкой, в защитных очках, так как эти веще-
ства при попадании на кожу могут вызвать раздраже-
ние и ожоги.
б. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СВЕДЕНИЯ
ИЗ ОПТИКИ
Действие большинства оптических
деталей и приборов основано на световых явлениях,
которые рассматриваются наукой, называемой опти-
кой.
И
Свет —один из видов лучистой энергии. Он рас-
пространяется от естественных или искусственных
источников света во все стороны в виде электромаг-
нитных волновых колебаний. Световая энергия может
преобразовываться в тепловую, электрическую и дру-
гие виды энергии.
Геометрическая оптика решает вопросы, касаю-
щиеся построения изображения в оптических прибо-
рах. Явления, связанные с физической природой света
Рис. 1. Распространение световых лучей: а — прямоли-
нейное распространение' б — отражение от передней по-
верхности; в — преломление; г — разложение в спектр
на цветные лучи;
/ — красный; 2—оранжевый; 3—желтый; 4 — зеленый; 5—голубой;
6 — синий; 7 —фиолетовый
(дифракция, интерференция и др.), изучает физиче-
ская оптика. Действие света на глаз и оптические
свойства глаза изучает физиологическая оптика.
Пользуясь методами геометрической оптики, напри-
мер геометрическими соотношениями, и условным по-
нятием о световом луче (вне связи с физической сущ-
ностью света), с достаточной точностью производят
расчет и проектирование оптических деталей и при-
боров.
Свет в однородной среде (воздух, стекло) распро-
страняется во все стороны прямолинейно. На рис. 1
изображены некоторые основные явления распрост-
12
ранения света, на которых основано действие ряда
оптических приборов и деталей.
Отражение и преломление света. При падении луча
света на какую-либо поверхность он отражается. При
этом падающий и отраженный лучи лежат в одной
плоскости с перпендикуляром к отражающей поверх-
ности в точке падения, а углы падения и отражения
равны между собой.
Если луч переходит из одной среды в другую, на-
пример из воздуха в стекло, то он меняет направле-
ние— преломляется. Падающий и преломленный лучи
Рис. 2. Полное внутреннее отражение
лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восста-
новленным в точке падения.
Чем плотнее среда, тем преломление больше. Если
луч падает на поверхность под прямым углом, то он
не преломляется. Поверхность, через которую проис-
ходит преломление, называется преломляющей. Отно-
шение скорости распространения света в вакууме
к скорости света в преломляющей среде, например
стекле, называется показателем преломления п.
В вакууме скорость света наибольшая и равна
300 000 км/сек. Показатель преломления п вакуума
принят за 1,0. Тогда для воздуха он равен 1,0003, для
воды—1,33, для стекла—1,5—2,0, для алмаза — 2,4.
Полное внутреннее отражение. При переходе из ка-
кой-либо плотной среды (стекло) в менее плотную
(воздух) луч света удаляется от нормали к точке па-
дения. При каком-то определенном угле падения, на-
зываемом предельным углом полного внутреннего от-
ражения (угол /), преломленный луч будет скользить
вдоль линии раздела сред (рис. 2, а). Угол преломления
13
будет равным 90°. Если еще увеличить угол паде-
ния, преломления не будет, а произойдет так называе-
мое полное внутреннее отражение (угол 2). При этом
луч не выйдет из стекла (или другого материала) в
воздух, а полностью отразится обратно. Для воды это
произойдет в том случае, если угол падения будет
больше 48° 51', для алмаза — 24° 30', для стекла при
п = 1,50 4- 1,70 — от 41° 50' до 36°00'.
Подобное явление имеет большое практическое
значение. В самом деле, если прозрачная отражаю-
щая поверхность призмы, даже не покрытая серебром
или другим отражающим покрытием, не пропустит лу-
чи в воздух, то отпадет ряд сложных операций (сереб-
рение и др.), будут сэкономлены дорогостоящие мате-
риалы. Гибкий светопровод (волоконная оптика) не
выпустит в воздух те лучи, которые на внутреннюю
поверхность светопровода падают под углом больше
предельного, и передаст изображение даже в том слу-
чае, если светопровод изогнуть.
Лучи в стеклянной пластинке с нанесенными на нее
штрихами (сетка), претерпевая многократное полное
внутреннее отражение, не выйдут наружу. Только те
лучи, которые, отразившись от штрихов, попадут на
поверхность под углом меньше предельного, выйдут
в воздух и попадут в глаз наблюдателя (рис. 2,6), ко-
торый увидит светлые штрихи на общем темном фоне.
Дисперсия света. Свет, воспринимаемый нами как
бесцветный, на самом деле представляет собой смесь
нескольких основных цветов, что хорошо видно при
прохождении света через трехгранную призму.
Все марки оптического стекла имеют определенные
показатели преломления для каждого цвета. Цвет ука-
зывается буквенным индексом, например пе — показа-
тель преломления для зеленого цвета.
Разложение света на основные цвета называется
дисперсией (см. рис. 1,г), а видимые на экране цвет-
ные полосы — спектром. По обе стороны видимого све-
тового спектра находятся невидимые для глаза уча-
стки излучения. Термометр, помещенный за красным
краем спектра (инфракрасная часть), сильно нагре-
вается. За фиолетовой частью спектра (ультрафиоле-
товая часть) более бурно протекают химические реак-
ции (сильно чернеет фотопластинка). Обычное стекло
14
Рис. 3. Интерференция свето-
вых волн: а — световая волна;
б — сложение двух волн с сов-
падающими вершинами и впа-
динами (усиление света): в—сло-
жение волн, сдвинутых по фазе
на Х/2 (погашение колебаний)
не пропускает ультрафиолетовые лучи, а кварцевое
пропускает.
Расстояние между полосами спектра характеризует
дисперсию и носит название ширины спектра, кото-
рая различна для разных оптически прозрачных ма-
териалов.
Преломляющая способность и дисперсия неодина-
ковы у различных оптически прозрачных материалов.
Они являются главнейшими оптическими характери-
стиками разных марок оп-
тического стекла, кри-
сталлов и других опти-
чески прозрачных мате-
риалов.
Интерференция света.
Явление интерференции
представляет собой сло-
жение волн, в результате
которого может быть по-
лучено усиление или ос-
лабление света. При рас-
смотрении явлений интер-
ференции общеприняты
следующие обозначения
(рис. 3, а): К — длина вол-
ны; К/2— половина дли-
ны волны; а — амплитуда
колебания (определяет
силу света).
Если у двух волн 1 и
2 (рис. 3,6) вершины и
впадины совпадают (волны находятся в одинаковых
фазах), то сложение таких волн даст новую резуль-
тативную волну 3 с увеличенной амплитудой. Прои-
зойдет усиление света. Если две волны сдвинуть по
фазе на Х/2, произойдет погашение колебаний
(рис. 3, в).
У видимых лучей света длина волны составляет от
0,4 (фиолетовый) до 0,8 мкм (красный). Таким обра-
зом, зная цену интерференционной полосы для белого
света (около 0,25 мкм, или 0,00025 мм) и учитывая,
что интерференционная картина возникает при измене-
нии толщины воздушного промежутка на К/2, легко
15
определить по количеству колец толщину воздушного
промежутка, например между полированными поверх-
ностями линзы и эталона поверхности (пробного стек-
ла). В случае возникновения полос толщину воздуш-
ного промежутка определяют по относительной вели-
чине их изгиба.
В белом свете наблюдаются окрашенные кольца.
При одноцветном (монохроматическом) источнике све-
та увидим вместо цветных колец светлые и темные.
Дифракция света. Дифракцией света называется
отступление от закона его прямолинейного распрост-
ранения— загибание в область тени.
Явления дифракции особенно заметны, когда на
пути световых волн находятся отверстия или тела (во-
лос, игла), соизмеримые с длиной световой волны, а
наблюдение ведется в одноцветном (монохроматиче-
ском) свете. При этом на экране увидим чередующие-
ся светлые и темные кольца или полосы, заполняю-
щие область более широкую, чем следует из геомет-
рических построений.
Двойное лучепреломление. При данном явлении
световой луч раздваивается на два луча, имеющих раз-
личную скорость (т. е. разный показатель преломле-
ния). В стекле это может происходить под влиянием
внешних и внутренних напряжений, механических и
даже тепловых (например, при некачественном от-
жиге) .
Поляризация света. Некоторые кристаллы (кри-
сталлический кварц, исландский шпат, фосфат ам-
мония и др.) обладают двупреломляемостью и спо-
собностью поляризовать луч света благодаря особен-
ностям своего внутреннего строения. Войдя в такой
кристалл, естественный луч света не только раздваи-
вается, но каждый из образовавшихся лучей еще и
поляризуется.
Поляризация света получается, когда кристалл
пропускает не все колебания, а лишь колебания в
определенном направлении. Один и тот же кристалл,
прозрачный для естественного света, может пропу-
стить поляризованный свет при одном положении и
оказаться непрозрачным при другом. Эти свойства
широко используют на практике. Например, можно
задержать вредные для глаза отражения, устранен
16
ние лишних бликов улучшает качество фотографиче-
ских изображений и т. д.
Вместо одного кристалла экономически выгоднее
применять поляроиды. Поляроид — покрытие в виде
пленки, пропитанной специальным раствором, кото-
рый после высыхания кристаллизуется. Мельчайшие
кристаллы, образующиеся при этом, ориентированы
в одном направлении и одинаково поляризуют свет.
6. ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ
ПРИБОРОВ
Плоскопараллельные пластинки.
Зеркала. Деталь, ограниченная двумя взаимно парал-
лельными поверхностями, называется плоскопарал-
лельной пластинкой.
Пластинка может работать либо как зеркало, от-
ражая лучи передней или задней поверхностью (см.
рис. 1,6), либо как прозрачная пластинка, смещаю-
щая лучи (см. рис. 1,в). Во втором случае луч света
по выходе из пластинки будет параллелен первона-
чальному направлению, но несколько сместится от
перпендикуляра, восстановленного из точки падения.
Луч, падающий на пластинку под прямым углом,
пройдет ее без смещения (см. рис. 1,в).
Пластинки разной формы и с различным допуском
на непаралллельность сторон (допуск выражается в
угловой мере — минутах, секундах) применяются
очень часто в качестве оптических деталей различно-
го назначения:
защитные стекла — для защиты ответственных де-
талей и внутренних частей прибора от загрязнения
и атмосферных влияний;
фильтры — для избирательного поглощения ка-
кой либо части спектра; они могут быть из цветного
стекла или из бесцветного оптического стекла (со
специальными покрытиями);
сетки, шкалы — для определения по нанесенным
на них делениям угловых или линейных размеров
предмета, для наводки на объект;
зеркала — для изменения направления падающих
лучей.
Зеркала могут быть с одной отражающей (наруж-
ного отражения) или одной отражающей и другой
17
преломляющей (внутреннего отражения) поверхно-
стями. Зеркала могут быть также плоскими (рис. 4. а)
и сферическими (рис. 4,6).
В сферических зеркалах (вогнутых) луч, идущий
от удаленного источника света (солнца), обязатель-
но после отражения пройдет через точку F (главный
фокус), находящуюся на воображаемой линии (оп-
а)
Рис. 4. Зеркала плоские и сферические: а — плоское зеркало и
система двух зеркал (/ — угол падения; 2 — угол отражения);
б — вогнутое сферическое зеркало (ОС-7? — радиус кривизны;
OF-RI2 — фокусное расстояние: в — построение изображения пред-
мета, помещенного между главным фокусом F и вершиной О
вогнутого сферического зеркала. В дальнейшем на всех рисунках
через F обозначен фокус
тической оси), проходящей через С, центр кривизны
зеркала и вершину зеркала О.
Луч, выходящий из светящейся точки, установ-
ленной в фокусе, отразившись, пойдет параллельно
оптической оси (рис. 4,6). На этом основано, напри-
мер, устройство прожектора.
Луч, выходящий из светящейся точки, установ-
ленной в центре кривизны зеркала С, после отраже-
ния снова попадает в центр зеркала,
15
Пример построения изображения точки А предме-
та приведен на рис. 4, в. Пересечение лучей, направ-
ление которых после отражения известно, или, как в
данном случае, воображаемых продолжений отражен-
ных лучей дает изображение А' точки А. Положение
изображения зависит от положения предмета. В дан-
ном случае оно мнимое, прямое и увеличенное.
Для усиления отражения и снижения потерь све-
та на отражающую поверхность зеркал наносят по-
крытие (серебро, алюминий и др.). Требования к ка-
честву материала, точности изготовления поверхно-
сти и параллельности сторон зеркал с внутренним
покрытием весьма высоки, а для зеркал с наружным
покрытием они менее строгие.
Призмы. Клинья. Оптически прозрачная деталь,
ограниченная плоскими полированными гранями, об-
разующими между собой углы, называется призмой.
Преломляющим углом призмы называется угол меж-
ду двумя полированными плоскостями, пройдя кото-
рые луч отклонится от первоначального направления
(преломится). Призмы часто применяются вместо
зеркал для отражения лучей в нужном направлении.
На рис. 5 показаны некоторые типы призм, ход
луча в них (согласно законам отражения и прелом-
ления) и положение изображения.
Если требуется перевернуть изображение не в
плоскости чертежа, а под углом 90° к нему, то приме-
няют крышеобразные призмы. Крыша представляет
собой две взаимно перпендикулярные полированные
грани /, нанесенные на какой-либо стороне призмы,
например на гипотенузе прямоугольной призмы
(рис. 5, в).
Клином называется оптическая деталь, ограничен-
ная двумя преломляющими поверхностями с малым
преломляющим углом между ними. Луч света при
прохождении через клин отклонится в направлении
большей толщины, т. е. к основанию клина.
Для специальных целей, например для разложе-
ния света на составные части, используют специаль-
ные призмы. Такие призмы применяются в спектро-
скопах, спектрографах и других приборах.
Линзы. Оптически прозрачная деталь, ограничен-
ная двумя шаровыми (сферическими) преломляющими
19
поверхностями или одной сферической, а другой
плоской, называется линзой. Другие, более слож-
ные поверхности (цилиндрические, параболические и
др.) в этой книге не рассматриваются.
Рис. 5. Некоторые типы призм: а — прямоугольные трех-
гранные призмы с одной и двумя отражающими гранями;
б — оборачивающая призма (призма Дове); в — крышеоб-
разная призма (плоскость изображения по отношению
к плоскости предмета повернута на угол 90°)
Воображаемая линия, соединяющая центры сфе-
рических поверхностей, называется главной оптиче-
ской осью. Если одна поверхность линзы плоская, то
оптическая ось всегда расположена под прямым уг-
лом к ней.
Линзы, у которых середина тоньше края, а фокус
мнимый, называются рассеивающими отрицательны-
20
ми (рис. 6, а); линзы, у которых середина толще
края, а фокус действительный,— собирательными или
положительными (рис. 6,6).
Лучи, параллельные оси, после преломления через
линзу сходятся в фокусе — точке, лежащей на глав-
ой 5)
Рис. 6. Основные типы линз: а — рассеивающие; б — собиратель-
ные (С — центр кривизны);
(/ — рассеивающий мениск; 2—собирательный мениск)
ной оптической оси. Самое резкое изображение полу-
чается в фокусе и плоскости, проходящей через фо-
кус перпендикулярно к оптической оси (фокальная
плоскость), т. е. к плоскости чертежа. У некоторых
линз фокус действительный и может быть принят на
экран, на фотопластинку и т. д. У других линз фокус
мнимый и на экран не попадает. Фокусное расстояние
Рис. 7. Преломление лучей линзами: а — линза собира-
тельная; фокус действительный (1 — I главная оптиче-
ская ось; 2 — фокальная плоскость): б — линза рассей-
вающая; фокус мнимый
зависит от показателя преломления материала лин-
зы и среды, в которой она находится, радиусов кри-
визны поверхностей и толщины линзы по центру.
Линза (собирательная или рассеивающая), у ко-
торой центры сферических поверхностей находятся с
одной стороны, называется мениском (рис. 6).
Ход лучей в собирательной и рассеивающей лин-
зах представлен на рис. 7.
21
Линзы дают прямое или перевернутое, увеличен-
ное или уменьшенное изображение предметов; это за-
висит от типа линзы и положения предмета относи-
тельно линзы. В простейшем случае для построения
изображения пользуются двумя лучами (параллель-
ным оптической оси и проходящим через фокус), про-
веденными из вершины предмета, направление кото-
рых после преломления известно. Пересечение лучей
(или их продолжений) дает соответствующую точку
изображения (рис. 8).
Линзы применяются главным образом в качестве
объективов, окуляров, коллективов, конденсоров.
Рис. 8. Построение изображения предмета: а — линза собира-
тельная (предмет АВ между фокусом и линзой; изображе-
ние А'В' мнимое, прямое, увеличенное); б — линза рассеиваю-
щая (предмет АВ за фокусом; изображение А'В' мнимое
прямое, уменьшенное)
Объектив — линза или система линз, дающая
изображение предмета, например объектив фотоаппа-
рата, бинокля и т. д.
Окуляр — линза или система линз, действующая
как лупа: увеличивает изображение, даваемое объек-
тивом.
Коллектив — линза или система линз, обычно спо-
собствующая пригибанию луча к оси, т. е. уменьше-
нию длины прибора.
Конденсор — система, проектирующая изображе-
ние источника света в определенном месте, например
для усиления освещения кинопленки, проектируемой
через объектив на экран.
Оптическая сила линз (<р) измеряется диоптриями
(/)). Эта величина обратна фокусному расстоянию,
выраженному в метрах, т. е. ср = 1 //' Если /' = 1 м,
22
то ф = D; если ф = 5D, то f' = 0,2 м; если f' = 5 м,
то ф = 0,2/). У собирательных линз оптическая сила
положительна (-}-), у рассеивающих — отрицатель-
на (—).
Одиночные линзы дают искаженное изображение
рассматриваемого предмета: оно получается нерез-
ким и окрашенным. Эти искажения вызваны аберра-
циями (сферической, хроматической), обусловленны-
ми отклонениями от направления, по которому долж-
ны были идти лучи в случае идеальной системы.
Уменьшение аберраций, а следовательно, и полу-
чение резкого изображения достигается специальным
расчетом, на основе которого подбираются материал
(марка стекла), радиусы кривизны, толщины, а так-
же дополнительные детали из других марок стекла.
Склейка таких деталей компенсирует искажение и
приводит к уменьшению аберраций.
Разрешающая способность определяется наимень-
шим углом, под которым две близкие линии еще вид-
ны раздельно, а не сливаются в одну. Для глаза, ко-
торый тоже является своеобразным биологическим
оптическим прибором, угол разрешения, характеризу-
ющий остроту зрения, в среднем равен 1'
Глава вторая
МАТЕРИАЛЫ
7. ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
(НЕОРГАНИЧЕСКОЕ)
Стеклами называют вещества, по-
лучаемые при остывании расплава, содержащего стек-
лообразующие компоненты и имеющие следующие ос-
новные признаки: аморфное состояние, однородность по
всему объему, прозрачность, твердость при обычной
температуре, малая электро- и теплопроводность, до-
статочная стойкость к реагентам атмосферы и воды.
Оптическим стеклом называется однородное, проз-
рачное и бесцветное стекло любого химического со-
става, но с определенными оптическими постоянными.
23
Взамен ГОСТ 3514—67 на оптическое стекло вве-
ден и действует (с 01.1.1979 г. по 01.1.1984 г.)
ГОСТ 3514—76.
Оптические постоянные:
пе — показатель преломления стекла для зе-
леного цвета;
хе — показатель дисперсии (ve = (ne—l)/(nF' —
— «с'));
nF' “ пс' ~~ средняя дисперсия, т. е. разность пока-
зателей преломления для синего и крас-
ного цветов.
Для оптических стекол пе лежит в пределах от
1,45 до 2,0, а хе — от 18 до 70.
Кроме оптического стекла для изготовления неко-
торых оптических деталей применяют листовое поли-
рованное стекло, естественные и искусственные кри-
сталлы (кварц, шпат, турмалин, каменную соль, флю-
орит и др.), органическое стекло и другие оптически
прозрачные среды.
Материалы для оптических деталей должны обла-
дать однородностью, высокой прозрачностью, бес-
цветностью, определенными оптическими постоянны-
ми, иметь достаточную твердость и стойкость к физи-
ко-химическим воздействиям.
Для производства стекла в основном используют
кварцевый песок (SiO2), соду, известь и многие дру-
гие вещества и химические элементы, в том числе и
редкоземельные. Широко применяют окислы натрия
(Na2O), калия (К2О), бария (ВаО), свинца (РЬО),
цинка (ZnO), марганца (МпО), бора (В2О3), берил-
лия (ВеО) и др.
Каждое из этих веществ, введенное в определен-
ном процентном соотношении (по массе), играет свою
роль в процессе варки стекла и получении марки
стекла с заданными свойствами. Например, свинцо-
вые стекла имеют наивысшие плотности и показатель
преломления. Окись бария увеличивает показатель
преломления и в меньшей степени — среднюю дис-
персию. Некоторые примеси, например окись берил-
лия, увеличивают прозрачность в невидимой, ультра-
фиолетовой части спектра, повышают показатель пре-
ломления и термическую устойчивость стекла.
24
Тщательно измельченные, просеянные, просушен-
ные и очищенные от вредных примесей (окрашиваю-
щих стекло и снижающих прозрачность) материалы
Таблица 1. Типы оптических стекол
и их основные характеристики
(по материалам ГОСТ 3514—76)
Тип стекла Сравнитель- ная харак- теристика пе ve Плотность, г/см3 Содержание некоторых основных компонентов, %
от до от до от ДО
ЛК (легкий крон) Кроны тверды, про- зрачны, легки,слабо преломляют около 1,5 51 70 2,30 4,0 SiO2 67-70)
К (крон) БК (барито- вый крон) SiO2 50—70
1,53 1,57 BaO 20 SiO2 50-70
ТК (тяже- лый крон) 1,57 1,66 BaO 45 SiO2 50
КФ (крон- флинт) Флинты мягки, ме- нее про- зрачны, тяжелы, сильно пре- ломляют 1,50 1,52 20 55 2,6 5,5 -6,7 PbO 10 SiO2 70
БФ (барито- вый флинт) 1,53 1,67 BaO 10 SiO2 40-60 PbO 10-40
ЛФ (легкий флинт) 1,55 1,58 PbO 15—40
Ф (флинт) 1,62 1,63 PbO 40-50
ТФ (тяже- лый флинт) 1,65 1,81 PbO 70
ОФ (особый флинт) 1,53 1,65 —
перемешивают до получения однородной смеси (ших^
ты). Температура варки (при периодическом разме-
шивании) около 1200—1500 °C. После варки произво-
дятся постепенное охлаждение и отжиг.
Марка стекла обозначается одной или нескольки-
ми буквами (характеристика типа), порядковым
26
номером стекла в данном типе), и к этому добавляет-
ся указанный выше ГОСТ 3514-76.
В зависимости от пе и уе стекло делится на типы,
указанные в табл. 1. Таблица для наглядности упро-
щена, например значения пе указаны с двумя деся-
тичными знаками, а не с четырьмя, как дается в ка-
талоге.
Стекла изготовляют двух серий: обычные с нуме-
рацией марок от 1 до 99; серии 100 — мало темнею-
щие под воздействием ионизирующего излучения с
нумерацией марок от 100 до 199. Оптические постоян-
ные стекол серии 100 соответствуют оптическим по-
стоянным основных марок обычных стекол.
Примеры обозначения марок оптического стекла:
К8 ГОСТ 3514—76; КЮ8 ГОСТ 3514—76; БК4
ГОСТ 3514—76; СТКЗ ГОСТ 3514—76.
8. ЦВЕТНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ
СТЕКЛО (ГОСТ 9411-75)
Цветное стекло применяется для
изготовления различных светофильтров, выделяющих
или ослабляющих какую-либо часть спектра. Так,
желтые лучи лучше всего пропускает желтый свето-
фильтр, красные — красный и т. д.
Спектральная характеристика цветных стекол оп-
ределяется численными значениями коэффициентов
пропускания и поглощения, а также оптической плот-
ностью (зависит от густоты окрашенности и толщины
стекла) для различных длин волн.
Химическая устойчивость цветных стекол обычно
ниже, чем у оптического бесцветного стекла. Требуе-
мая окраска достигается добавлением в шихту соот-
ветствующих красителей, например селена, кадмия,
марганца, золота и других веществ. Количество и вид
добавки, а также технология варки влияют на окрас-
ку и ее плотность.
Цветные стекла выпускаются нескольких типов
(около 15), каждый из которых содержит несколько
марок.
Марка стекла обозначается начальными буквами
слов, обозначающих цвет, и слова «стекло» и поряд-
ковым номером. Примеры обозначений: СЗСЗ (сине-
26
зеленое светлое); СЗС26 (сине-зеленое темного от-
тенка); УФС1 (ультрафиолетовое светлое); УФС8
(ультрафиолетовое темного оттенка); ЖЗС1 (желто-
зеленое светлое); ЖЗС19 (желто-зеленое темного от-
тенка).
9. ТИПЫ ЗАГОТОВОК СЫРОГО
СТЕКЛА
Заводы оптического стекла
(ЗОСы) поставляют стекло в виде заготовок различ-
ного типа.
Предварительно стекло проходит горячую обработ-
ку— отливку, формование различными способами
(например, прессованием). Для предотвращения об-
разования трещин в процессе охлаждения и после-
дующей механической обработки после каждого из
этих процессов заготовку подвергают грубому отжи-
гу, который, однако, еще не обеспечивает требуемой
однородности, не снимает напряжений.
Требуемую степень однородности, ослабление на-
пряженности, нужные оптические постоянные обес-
печивает тонкий отжиг, являющийся завершающим
этапом изготовления заготовок из оптического стекла.
При этом производится постепенное охлаждение в те-
чение длительного времени (многими сутками). Ис-
пользуются специальные печи с регулируемой темпе-
ратурой и укладочные приспособления.
Наша страна изготовила крупнейшую в мире от-
ливку для шестиметрового зеркала телескопа. 70-тон-
ная заготовка, отлитая при температуре 1600 °C, про-
шла постепенное остывание за 2 года и 4 месяца.
Оптическое стекло поставляется: 1) в виде необ-
работанных шлифованных или полированных заго-
товок, имеющих форму кубиков, дисков, квадратных
или прямоугольных плиток, размеры которых уста-
навливаются заказчиком; 2) в виде прессовок (ра-
диусных или плоских) или в виде призм, имеющих
форму детали, близкую к заданной, но с припусками
на все линейные и угловые размеры по всем сторонам;
3) в виде кусков неправильной формы, отколотых от
готовой стекломассы; 4) в виде литого стекла.
Для обеспечения обработки линз с краев вогну-
тые поверхности прессуют с радиусом кривизны /?ПР
27
Рис. 9. Схематическое изо-
бражение форм прессовки 2
для вогнутой и выпуклой
поверхности линзы 1
меньше радиуса кривизны готовой детали /?л, а вы-
пуклые поверхности прессуют с/?Пр больше /?л (рис. 9).
Прессованное стекло получается прессованием раз-
мягченного разогревом до тестообразного состояния
куска стекла на ручном или ножном прессе. Для того
чтобы прессованная заготовка имела требующиеся по
расчету массу и объем, куски стекла перед прессова-
нием взвешиваются. Во избежание прилипания стек-
ла к форме применяется спе-
циальная порошкообразная
подсыпка.
Методы прессования не-
прерывно совершенствуют-
ся. Например, освоена тех-
нология прессования из жид-
кой стекломассы тонких
стеклянных прутков круг-
лого сечения (штабиков).
Штабики отрезаются авто-
матически от струи стекла,
вытекающей из фидерного
устройства ванной печи. После охлаждения шта-
биков их разрезают на небольшие цилиндрики
(таблетки). Из таблеток-заготовок изготовляют лин-
зы для микроскопии. Литые детали имеют поверх-
ности более чистые и прозрачные, чем прессованные,
и получаются розливом расплавленного стекла в мно-
гоместные формы. При этом возможны дефекты стек-
ла, так как просмотр в процессе варки и розлива за-
труднен.
10. ПОРОКИ СТЕКЛА
(МАТЕРИАЛЬНЫЙ БРАК)
Пороками стекла являются: пу-
зыри, свили, неоднородные включения (камни), опти-
ческая неоднородность, двойное лучепреломление
(внутренние натяжения), дымка, мошка и др. Эти
пороки возникают в результате некачественного под-
бора основных компонентов шихты перед варкой, не-
достаточной очистки состава от различных примесей,
плохого измельчения и перемешивания, неправиль-
ного режима варки и последующего отжига стекла.
23
Все дефекты стекла по-разному влияют на качест-
во оптических деталей и на всю оптическую систему,
которая состоит из отдельных оптических деталей
(линз, призм, защитных стекол, плоскопараллельных
пластин и т. д.).
Пузыри — газовые включения, образовавшиеся при
варке стекла. Наличие пузырей в оптических деталях
уменьшает пропускание и увеличивает количество рас-
сеянного света.
Свили — неоднородные по показателю преломле-
ния включения стекла в виде нитей или лент, которые
образуются в результате перемешивания стекла или
при его отливке. Наличие свилей в оптических дета-
лях дает двоение изображения наблюдаемого объек-
та всей системой, т. е. портит его качество.
Твердые неоднородные включения (камни) — не-
растворившаяся при варке часть шихты и отколов-
шиеся кусочки огнеупоров. Наличие камней в оптиче-
ских деталях создает дополнительную потерю света,
а самое главное — дает местные натяжения в стекле,
которые не позволяют нормально отжечь куски стек-
ла, а иногда являются и причиной самопроизвольно-
го его разрушения.
Оптическая неоднородность — непостоянства пока-
зателя преломления в одном куске стекла в различ-
ных его точках. Детали, изготовленные из оптически
неоднородного стекла, в значительной степени портят
качество изображения оптической системы.
Двойное лучепреломление (внутренние натяже-
ния) — результат неправильного отжига стекла пос*
ле его варки. Неравномерное натяжение в заготовке
стекла не позволяет получить хорошее качество по-
верхности оптической детали.
Окраска стекла и дымка — результат плохой очист-
ки шихты перед варкой от различных примесей: же-
леза, никеля, окиси хрома, сульфидов и хлоридов.
Окраска и дымка в стекле увеличивают потери света
в оптической системе.
Мошка — скопление мельчайших пузырьков возду-
ха в стекле. Наличие мошки в оптической детали соз-
дает дополнительную потерю света в системе.
Пороки стекла в зависимости от размера и коли-
чества делятся на категории и классы. Например, по
29
допустимым размерам пузырей стекло делится на 10
категорий, а по их количеству—на шесть классов и
т. д. На чертежах заготовки в графе «Требования к
материалу» указывают допустимую категорию или
класс того иного вида порока, допустимого для дан-
ной детали.
11. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Как указывалось выше, многооб-
разие требований к материалам для оптических дета-
лей, работающих в различных условиях, заставляет
применять и создавать новые материалы с определен-
ными физико-механическими свойствами [7—9].
Кварцевое оптическое стекло обладает малым
коэффициентом линейного расширения, повышенной
твердостью, термостойкостью, химической устойчиво-
стью; пропускает инфракрасные (НК) и ультрафио-
летовые (УФ) излучения; имеет плотность
2,21 г/см3.
Существует несколько способов получения оптичес-
кого кварцевого стекла. Например, его варят из из-
мельченного в крупку (размером 0,1—0,5 мм) природ-
ного кварца, тщательно отсортированного, обогащен-
ного, освобожденного от посторонних примесей. Дру-
гой способ — вакуумно-компрессионный: кварцевую
крупку нагревают до расплавления в специальной
тигельной печи (температура 1800—1850°C), в кото-
рую под давлением подают газ (например, азот). Наи-
более чистое и прозрачное оптическое кварцевое стек-
ло получают расплавлением шихты (кварцевой круп-
ки) в факеле пламени водорода и кислорода.
Кварцевое стекло применяют для деталей спект-
ральных и других приборов, работающих в УФ и НК
областях спектра, и деталей, работающих в неблаго-
приятных температурных условиях (жаропрочность
1000 °C).
Стекло МКР содержит до 80% SiO2; оно обладает
повышенной твердостью, не боится резких изменений
температуры, имеет малый коэффициент расширения,
химически устойчиво. Его применяют для точных
зеркал, контрольных (пробных) стекол, защитных
30
стекол в приборах, работающих при резком перепаде
температур.
Увиолевые стекла не содержат окислов свинца,
титана, железа и хорошо пропускают УФ излучение.
Органическое стекло представляет собой пластмас-
су, близкую по пе к оптическому стеклу (1,5—1,6);
такое стекло прозрачно в видимой и ближних УФ и
ИК областях спектра.
Основные пластмассы, применяемые для изготов-
ления оптических деталей, — метилметакрилат, поли-
стирол, полидихлорстирол и др. Они оптически неод-
нородны, меняют свойства при изменении температу-
ры и со временем теряют прозрачность, недостаточно
тверды, легко царапаются, имеют большой коэффи-
циент расширения, плохо полируются.
Эти пластмассы применяют для неответственных
оптических деталей массового производства (видоис-
катели фотоаппаратов, стекла для ручных фонарей).
Они хорошо формуются, прессуются, склеиваются,
поддаются многим видам механической обработки,
менее хрупки, чем стекло, обладают достаточной мас-
ло-, бензо- и водостойкостью.
Ситалл — стеклокерамический материал с микро-
кристаллической структурой. Кристаллы (размер не
более 1—2 мкм) равномерно распределены по всему
объему стеклообразного вещества.
В ситаллах оптических размеры кристаллов не
превышают длины полуволны видимого участка
спектра.
Ситаллы имеют ничтожно малое расширение при
нагревании, высокую термостойкость, химическую и
механическую прочность.
Относительная твердость по сошлифовыванию (в
зависимости от марки ситалла) от 1,60 до 1,90.
Основное применение ситаллов: детали оптических
гироскопов, подставки интерферометров, отражатели
в оптике и радиоэлектронике, смотровые люки и др.
Волоконно-оптический элемент представляет собой
световедущую стеклянную жилу. Часто она покры-
вается светоизолирующей оболочкой с показателем
преломления меньшим, чем у стекла самой жилы.
Тогда лучи передаются от одного торца волокна
к противоположному не выходя из световода.
31
12. КРИСТАЛЛЫ
Кристаллы, естественные и ис-
кусственные, благодаря своим свойствам избиратель-
но пропускать области спектра, непрозрачные для
оптических стекол (УФ и НК), находят широкое при-
менение, как материал для некоторых оптических
деталей, несмотря на высокую стоимость, трудности
и особенности обработки.
Недостатками некоторых кристаллов являются оп-
неоднородность в разных на-
тическая и механическая
Рис. 10. Кристаллическая
решетка алмаза
правлениях, вредные вклю-
чения, гигроскопичность.
Некоторые кристаллы ядо-
виты.
Природные кристаллы
нужных качеств и размеров
встречаются редко, поэтому
в промышленности чаще
применяют искусственно вы-
ращиваемые кристаллы.
Что же такое кристаллы?
Это симметричные тела, в
которых составляющие их
частицы расположены стро-
го периодически, образуя геометрически закономер-
ную кристаллическую структуру (рис. 10).
Кристаллы разных веществ отличаются друг от
друга по форме (рис. 11), которая связана с внутрен-
ней структурой. Изучением свойств кристаллов зани-
мается наука кристаллография.
В жидкостях и газах частицы расположены в бес-
порядке. Некоторые твердые тела (например, стекло)
имеют расположение частиц такое же, как в жидко-
стях, т.е. они аморфны, некристалличны. При быстром
остывании частицы не успевают расположиться сим-
метрично. При медленном остывании аморфное со-
стояние переходит в кристаллическое (происходит
так называемое расстекловывание). Представим для
примера быстрое и медленное застывание расплав-
ленного сахара. В первом случае будет аморфное те-
ло — леденец, во втором случае образуются кристал-
лы сахара.
32
Различные кристаллы обладают разными свойст-
вами. Например, расширение кристалла кварца в од-
ном направлении вдвое больше, чем в другом направ-
лении, перпендикулярном первому. У кальцита рас-
ширение в одном направлении в пять раз больше, чем
сжатие в перпендикулярном направлении. Теплопро-
водность, твердость и электропроводность некоторых
кристаллов тоже могут быть различными в разных на-
правлениях. От направления зависят оптические и
Рис. 11. Форма некоторых кристаллов:
/ — алмаз; 2—каменная соль; 3 — гранат; 4 — квасцы; 5 —берилл;
6—турмалин; 7 —кварц; 3 —медный купорос
химические свойства кристаллов. Почти у всех крис-
таллов (около 90%) наблюдается двойное лучепре-
ломление. Алмаз, каменная' соль, квасцы, гранат,
флюорит и некоторые другие вещества этой способ-
ностью не обладают. Некоторые кристаллы, например
исландский шпат, каменная соль, легко раскалывают-
ся по так называемым плоскостям спайности, т. е.
по участкам, где прочность наименьшая. Кристаллы
одного и того же вещества имеют постоянные углы
между естественными гранями.
Ниже приведены краткие характеристики и об-
ласть применения наиболее распространенных крис-
таллов.
2 Зак. 34b
33
Кварц кристаллический в природе встречается в
виде горного хрусталя, в форме шестигранной призмы,
увенчанной шестигранными пирамидами или срост-
ками кристаллов. Плотность 2,7 г/см3. Температура
плавления 1470 °C. Минералогическая твердость 7
(см. п. 13). Химически устойчив, мало расширяется
при нагревании. Тверд, термически устойчив при тем-
пературах около 1000 °C. Применяется для деталей,
работающих в УФ и ИК областях спектра, в слож-
ных температурных условиях. Особым образом выре-
занные пластинки из кварца при механическом сжатии
или растягивании создают электрические колебания
(пьезоэффект).
Исландский шпат, т. е. кальцит (СаСО3) — проз-
рачные бесцветные или желтые кристаллы в виде ко-
соугольных параллелепипедов. Плотность 2,7 г/см3.
Минералогическая твердость около 4. Мягок, хрупок,
термически неустойчив — может расколоться при на-
греве до 60 °C, а также от прикосновения холодными
руками. Легко раскалывается по плоскостям спайно-
сти. Обладает двупреломляемостью. Применяется для
призм поляризационных приборов.
Флюорит, т. е. фтористый кальций (CaF2) — проз-
рачный бесцветный кристалл. Плотность 3,2 г/см3.
Минералогическая твердость 5. Плохо раскалывает-
ся. Имеет повышенную хрупкость. Практически неги-
гроскопичен, устойчив к кислотам. Растрескивается
при сильном нагревании. Температура плавления око-
ло 1400 °C. Применяется для деталей, работающих в
видимой, УФ и ИК областях спектра.
Фтористый литий (LiF) — прозрачный искусствен-
ный монокристалл. Плотность 2,6 г/см3. Минералоги-
ческая твердость 3,5. Блоки раскалываются по трем
взаимно перпендикулярным плоскостям спайности.
Термически неустойчив. Температура плавления 870 °C.
Во влажной атмосфере покрывается налетом. Легко
царапается. Применяется для деталей, работающих в
видимой, УФ и ИК областях спектра.
Каменная соль, т. е. хлористый натрий (NaCl) —
прозрачные бесцветные кристаллы естественного про-
исхождения. Освоено искусственное получение крис-
таллов значительных размеров. Кристаллы очень ги-
гроскопичны, что усложняет обработку, получение
84
хорошего качества поверхности и ее сохранность.
Плотность 2,17 г/см3. Температура плавления 800 °C.
Применяется главным образом для призм спектро-
метров.
Германий поликристаллический (Ge) —плотный
непрозрачный минерал серого цвета с металлическим
блеском, имеющий мелкокристаллическое строение
(кристаллы кубической, формы). Непрозрачен для
видимой области спектра. Плотность 5,4 г/см3. Мине-
ралогическая твердость 6. Температура плавления
930 °C. Показатель преломления (при отсутствии при-
месей) 4,14. Высокая антикоррозийность, химическая
и механическая прочность обусловливают примене-
ние германия для деталей, работающих в области
ИК излучений.
Корунд (А120з) — бесцветный монокристалл куби-
ческой формы. Химически очень устойчив. Плотность
около 4 г/см3. Минералогическая твердость 9. Темпе-
ратура плавления 2050 °C.
В зависимости от добавок получают корунд, окра-
шенный в различные цвета и оттенки (рубин, сапфир,
топаз, александрит). Корунд почти бесцветный или
бледно-синего цвета (лейкосапфир) применяют для
окон приборов космической техники, подложек для
фильтров, работающих в УФ и ПК областях спектра,
для часовых камней и других деталей специального
назначения.
Иодистобромистый таллий (KRS-5)— синтетичес-
кий кристалл кубической формы темного оранжево-
красного цвета. Плотность 7,4 г/см3. Минералогиче-
ская твердость 2. Температура плавления 414 °C. По-
казатель преломления от 2,3 до 2,5. Ядовит, поэтому
хранение его и обработка требуют специальных усло-
вий и мер предосторожности, изолированного с хоро-
шей вытяжкой помещения, защитной спецодежды
и пр. Применяется для деталей, работающих в ПК
области спектра.
Бромистый калий (КВг) — однородный, очень мяг-
кий дешевый кристалл. Хорошо растворим в воде и
глицерине, незначительно в эфире. Плотность
2,75 г/см3. Температура плавления 728 °C, кипения —
1376 °C. Применяется для окон и призм приборов, ра-
ботающих в ИК области спектра.

3*
13. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Общие сведения. Абразивами на-
зываются вещества естественного и искусственного
происхождения, служащие для резки, шлифования,
полирования стекла и других материалов.
Абразивные материалы, или абразивы, делятся на
две группы — естественные, образовавшиеся в резуль-
тате сложных геологических процессов, и искусствен-
ные, полученные из специально приготовленной ших-
ты плавкой в электропечах.
К естественным абразивам относятся алмаз, ко-
рунд, наждак, кварцевый песок, к искусственным аб-
разивам— алмаз синтетический, карборунд, карбид
бора, эльбор.
Ниже приведены данные о составе и некоторые
другие характеристики естественных и искусственных
абразивов.
Алмаз — чистый кристаллический углерод (С).
Кислота и щелочи на алмаз не действуют. Темпера-
тура горения в воздухе 850—1000 °C.
Корунд содержит (по массе) 60—90% кристалли-
ческого глинозема (А12О3), остальное — примеси.
Плотная мелкозернистая масса белого, розового или
синего цвета.
Наждак содержит 20—60% кристаллического гли-
нозема. Плотная, мелкозернистая масса темно-серого
цвета. Шлифовальные порошки различного происхож-
дения часто называют наждаками, что неправильно.
Кварцевый песок — двуокись кремния (SiO2)—
состоит из зерен округлой формы. В оптической про-
мышленности наждак и кварцевый песок вытеснены
более производительными искусственными абразивами.
Алмаз синтетический (АС) — кристаллический уг-
лерод (С). Получается из графита при температу-
ре около 2500 °C и давлении порядка 100 000 кгс/см2.
Технические характеристики близки к естественному
алмазу.
Карборунд — карбид кремния (SiC). Получается
из чистого кварцевого песка и кокса электроплавкой
при температуре 2500 °C. Кристаллический порошок
зеленого (КЗ) или черного (КЧ) цвета. Наивысшая
абразивная способность у порошка КЗ.
36
Электрокорунд — кристаллическая окись аллюми-
ния (А120з). Получается из алюминиевых руд элект-
роплаской при температуре около 2000 °C. Мелко-
зернистая масса белого, розового или черного цве-
та с содержанием (по массе) окиси алюминия от
91 до 99%.
Карбид бора (В4С) получается из борной кислоты
и кокса электроплавкой при температуре около 2500 °C.
Блестящий порошок темного цвета.
Эльбор (боразон, кубонит)—кристаллический ни-
трид бора, получаемый при высоких температурах и
давлении. Мелкие кристаллы темного цвета. Стойкость
и прочность к высоким температурам выше, чем у ал-
мазов. Устойчив при нагреве в воздухе до 1400 °C.
Сведения о минералогической твердости (по Мо-
осу), плотности и применении указанных выше абра-
зивов приведены в табл. 2.
Основные свойства абразивов: 1) твердость —
способность материала сопротивляться внедрению в
него другого материала; твердость обрабатывающего
материала должна быть выше твердости обрабатывае-
мого; 2) прочность, однородность (по величине зерна
и происхождению); 3) способность при раздроблении
давать остроугольные осколки; 4) абразивная спо-
собность, определяемая количеством сошлифованного
или сполированного материала, например стекла, в
определенное время в стандартных условиях;’5) гра-
нулометрический состав — соотношение различных
(крупных и мелких) фракций в смеси абразивного ма-
териала.
Твердость определяется сравнением по минералоги-
ческой шкале Мооса, составленной из перечня 10 ес-
тественных минералов, расположенных по номерам в
порядке возрастания твердости (твердость талька —
1, твердость алмаза — 10). Каждый из минералов это-
го перечня царапает предыдущий минерал и цара-
пается последующим. Сравнительная твердость неко-
торых материалов: стекло — 4,5—6,5; чугун — 4; ла-
тунь — 3—4; сталь — 5—8; воск при 0 °C — 0,2. Таким
образом, шкала Мооса обеспечивает сравнительное
определение минералогической твердости относитель-
но известных минералов — эталонов шкалы.
37
Таблица 2. Основные сведения
об абразивах
Абразив Твер- дость по Моосу Плотность, г/см3 Применение
Абразивы естественные
Алмаз 10 3,4-3,6 В связанном состоянии — для заготовительных опера- ций: резки, сверления, фрезе- рования, круглого шлифова- ния. Круглое шлифование при центрировании. В свободном состоянии (пасты, суспензии)— для полирования твердых ма- териалов (рубин, сапфир)
Корунд 8-9 3,9-4,0 Как в свободном, так и в связанном состоянии — для за- готовительных операций. В оп- тической промышленности име- ет ограниченное применение
Наждак 8 4,0 Грубая обдирка и шлифо- вание техни веского и листово- го стекла
Кварцевый песок 7 2,65
Абразивы искусственные
Алмаз син- тетический 10 — Область применения такая же, как у естественного алмаза
Карборунд 9,6 3,1-3,2 В связанном состоянии — в качестве кругов. В свободном состоянии — в виде порошков для грубого шлифования, уль- тразвуковой обработки
Электроко- рунд 9 3,2-4,0 Основное сырье для шлиф- порошков и микропорошков
Карбид бора 9,85 2,5 В свободном состоянии — для шлифования твердых ма- териалов, ультразвуковой об- работки. Изготовление специ- альных кругов
Эльбор 9,8 — Изготовление специальных шлифовальных кругов
33
Абразивная способность определяется по массе
(мг) сошлифованного за определенное время в стан-
дартных условиях образца стекла марки К8 ГОСТ
3514—76 стандартной навеской абразива. Самый до-
ступный и быстрый способ — испытание в производ-
ственных условиях (технологическая проба).
Для определения микротвердости применяют при-
бор ПМТ-3. В образец с отполированной поверхно-
стью при определенной нагрузке вдавливается алмаз-
ная пирамида. По величине углубления вычисляют
твердость.
Таблица 3. Характеристика
абразивов по твердости
Абразив Твердость
по шкале Мо- оса по ПМТ-3 (ми- кротвердость) абразивная относительная
Кварцевый пе- 7 1000-1100 0,02-0,03
сок
Наждак 8 — 0,03-0,08
Корунд 9 2000-2600 0,15-0,25
Карборунд 9,6 2900-3300 0,25-0,45
Карбид бора 9,85 4803—4900 0,5-0,6
Алмаз 10 1 )000 1,0
Табл. 3 дает значения твердости некоторых абра-
зивов, определенной разными способами.
Абразивы, применяемые в виде порошка или от-
дельных зерен, называются свободными. Соединение
зерен свободного абразива с каким-либо органиче-
ским или неорганическим веществом дает связанный
абразив.
Классификация абразивов по крупности зерна.
Естественные и природные абразивные материалы в
зерне (кроме алмаза и эльбора), применяемые как в
свободном, так и в связанном виде, имеют определен-
ные номера зернистости (табл. 4).
Содержание и крупность основной фракции — ос-
новная характеристика порошков. Например, в микро-
порошке М14 основная фракция зерен размером
14 мкм должна составлять не менее 55%.
При маркировке шлифзерна и шлифпорошка за
единицу измерения принята сотая доля миллиметра.
39
Таблица 2. Основные сведения
об абразивах
Абразив Твер- дость по Моосу Плотность, г/см3 Применение
Абразивы естественные
Алмаз 10 3,4-3,6 В связанном состоянии — для заготовительных опера- ций: резки, сверления, фрезе- рования, круглого шлифова- ния. Круглое шлифование при центрировании. В свободном состоянии (пасты, суспензии)— для полирования твердых ма- териалов (рубин, сапфир)
Корунд 8-9 3,9-4,0 Как в свободном, так и в связанном состоянии — для за- готовительных операций. В оп- тической промышленности име- ет ограниченное применение
Наждак 8 4,0 Грубая обдирка и шлифо- вание технического и листово- го стекла
Кварцевый песок 7 2,65
Абразивы искусственные
Алмаз син- тетический 10 — Область применения такая же, как у естественного алмаза
Карборунд 9,6 3,1-3,2 В связанном состоянии — в качестве кругов. В свободном состоянии — в виде порошков для грубого шлифования, уль- тразвуковой обработки
Электроко- рунд 9 3,2-4,0 Основное сырье для шлиф- порошков и микропорошков
Карбид бора 9,85 2,5 В свободном состоянии — для шлифования твердых ма- териалов, ультразвуковой об- работки. Изготовление специ- альных кругов
Эльбор 9,8 — Изготовление специальных шлифовальных кругов
33
Абразивная способность определяется по массе
(мг) сошлифованного за определенное время в стан-
дартных условиях образца стекла марки К8 ГОСТ
3514—76 стандартной навеской абразива. Самый до-
ступный и быстрый способ — испытание в производ-
ственных условиях (технологическая проба).
Для определения микротвердости применяют при-
бор ПМТ-3. В образец с отполированной поверхно-
стью при определенной нагрузке вдавливается алмаз-
ная пирамида. По величине углубления вычисляют
твердость.
Таблица 3. Характеристика
абразивов по твердости
Абразив Твердость
по шкале Мо- оса по ПМТ-3 (ми- кротвердость) абразивная относительная
Кварцевый пе- 7 1000-1100 0,02-0,03
сок
Наждак 8 — 0,03-0,08
Корунд 9 2000-2600 0,15-0,25
Карборунд 9,6 2900-3300 0,25-0,45
Карбид бора 9,85 4800—4900 0,5-0,6
Алмаз 10 1 )000 1,0
Табл. 3 дает значения твердости некоторых абра-
зивов, определенной разными способами.
Абразивы, применяемые в виде порошка или от-
дельных зерен, называются свободными. Соединение
зерен свободного абразива с каким-либо органиче-
ским или неорганическим веществом дает связанный
абразив.
Классификация абразивов по крупности зерна.
Естественные и природные абразивные' материалы в
зерне (кроме алмаза и эльбора), применяемые как в
свободном, так и в связанном виде, имеют определен-
ные номера зернистости (табл. 4).
Содержание и крупность основной фракции — ос-
новная характеристика порошков. Например, в микро-
порошке М14 основная фракция зерен размером
14 мкм должна составлять не менее 55%.
При маркировке шлифзерна и шлифпорошка за
единицу измерения принята сотая доля миллиметра.
39
Таблица 4. Классификация
абразивов по зернистости
(ГОСТ 3647—71)
Группа материала Номер зерни- стости Крупность основной фракции, мкм Старое обоз- наче- ние Применение
25 315—250 60 Изготовление ин-
Шлифзерно 20 250-200 70 струмента с закреп-
16 200—160 80 ленными зернами, гру-
бое шлифование
12 160-125 100
10 8 125—100 ЮО—80 120 150 Изготовление абра-
Шлифпоро- 6 80—63 180 зивного инструмента.
шки 5 63—50 230 Грубое и среднее шли-
4 50-40 280 фование
3 40-28 320
М40 40-28 10'
Микропо- М28 28—20 15'
рошки М20 20-14 30'
М14 14-10 60' Среднее и мелкое
М10 10—7 120' шлифование
Тонкие ми- М7 7—5 240'
кропорошки М5 5-3 480'
Например, номер зернистости 10 означает, что круп-
ность зерна основной фракции составляет 0,10 мм
(100 мкм).
Разделение дробленых абразивов на группы
(шлифзерно и шлифпорошки) обеспечивается рассе-
вом на специальных ситах.
При маркировке микропорошков и тонких микро-
порошков в обозначение вводят букву М и цифру —
крупность зерна основной фракциии в микрометрах.
Разделение микропорошка и тонкого микропорош-
ка обеспечивается водным разделением (гидрокласси-
фикацией) .
Ранее шлифзерно и Шлифпорошки обозначались
номерами, например № 60 соответствовал 25
(ГОСТ 3647—71); микропорошки и тонкие микропо-
рошки назывались минутниками и маркировались по
времени отстоя (в минутах) в столбе воды высотой
40
1 м. Например, группа М14 (по ГОСТ 3647—71) соот-
ветствовала обозначению 60' (шестидесятиминутник).
Старые обозначения до сих пор употребляют в
практике оптических цехов, хотя от них давно следо-
вало бы отказаться.
Следует заметить, что установленный ГОСТом
гранулометрический состав, т. е. количественное отно-
шение зерен других фракций (особенно крупных) к
зернам основной фракции, в микропорошках М28,
М.20, М14 и др., применяемых для мелкого шлифова-
ния, в настоящее время не вполне удовлетворяет оп-
тическую промышленность. Для улучшения качества
и эффективности шлифования количество крупных зе-
рен следует снизить.
Суспензия, применяемая для шлифования оптиче-
ского стекла, состоит из жидкой (вода) и твердой
(абразив) частей. Массовое соотношение Ж:Т обычно
от 2 до 5.
В табл. 4 указаны и старые обозначения номеров
зернистости, например № 5 (по ГОСТ 3647—71) соот-
ветствовал № 230 (старое обозначение).
Регенерация (восстановление) использованных аб-
разивов. Цель регенерации — путем специальной обра-
ботки и последующей классификации на фракции по-
лучить абразив, снова пригодный для обработки стек-
ла. Отработанные отходы, загрязненные частицами
стекла, смол, металлической пыли и стружки, соби-
рают в отстойные чаны (обычно в подвальном поме-
щении). Производят травление, промывку, а затем
водную классификацию (по массе) в металлических
конусах в восходящем потоке воды. Скорость восхо-
дящего потока рассчитывается по специальной фор-
муле. Не допускается смешивание отходов различ-
нынх абразивов.
Алмазные порошки. В зависимости от размера зе-
рен, метода получения и контроля алмазные порошки
делятся на шлифпорошки (получаются рассевом) и
микропорошки (водная классификация).
Зернистость микропорошка обозначается дробью,
у которой числитель соответствует наибольшему, а
знаменатель — наименьшему размеру зерен основной
фракции.
41
Синтетические алмазы выпускаются следующих
марок: АСО, АСР, АСВ, АСК и АСС. Марки распола-
гаются по возрастанию механической прочности и аб-
разивной способности. Шлифпорошки из природных
алмазов для применения в инструментах на металли-
ческих и органических связках должны выпускаться
марки А.
Пример условного обозначения шлифпорошка мар-
ки А из природных алмазов зернистостью 100/63:
шлифпорошок А 100/63 ГОСТ 9206—70. Шлифпоро-
шок марки АСО из синтетических алмазов с той же
зернистостью обозначается аналогичным образом:
шлифпорошок АСО 100/63 ГОСТ 9206—70.
Алмазные микропорошки выпускаются марок:
АСМ и АСН — из синтетических алмазов; AM и АН —
из природных алмазов. Микропорошки марок АСМ и
AM обладают нормальной абразивной способностью,
а марок АСН и АН — повышенной абразивной способ-
ностью.
Зернистость алмазных порошков, применяемых в
оптической промышленности (размеры —в мкм):
500/400; 400/315; 315/250; 250/200; 200/160; 160/125;
125/100; 100/80; 80/63; 63/50; 50/40.
Основная единица измерения алмаза по массе —
карат (200 мг или 0,2 г).
Абразивные круги. Круг представляет собой изде-
лие из однородных абразивных зерен, соединенных
между собой (спеканием) какой-либо связкой. Для об-
работки стекла лучше всего применять карборундовые
круги с керамической связкой. Их применяют для
кругления столбиков, обработки фасонных поверхно-
стей, пазов, сфер и плоскостей, а также для центри-
рования.
Шихту (абразив и связка), тщательно размешан-
ную с водой, прессуют в соответствующей форме, су-
шат при температуре около 100 °C, а затем обжигают
(1200—1300 °C).
Твердость круга (или другого абразивного изде-
лия) обозначается буквой (характеристика) и цифрой.
Чем больше цифра, тем больше твердость круга. На-
пример, круги Ml, М2 М3 мягкие; СМ1, СМ2 — сред-
нетвердые; Tl, Т2 — твердые; ВТ1,ВТ2 — весьма твер-
42
дне; ЧТ1, ЧТ2 — чрезвычайно твердые. Наиболее при-
меняемые круги — СМ1 и СМ2.
Маркировка круга, наносимая несмываемой кра-
ской на его поверхность, состоит из условных обозна-
чений, где указываются: предприятие-изготовитель,
наименование абразивного материала, зернистость,
твердость, связка, наружный диаметр, высота круга,
диаметр отверстия, допускаемая окружная скорость.
При пользовании излишне твердым кругом зерна
на его поверхности не выкалываются из-за удержи-
вающей их связки и затупляются. При этом сошлифо-
вывание замедляется, обрабатываемая поверхность
стекла становится блестящей. Круг, как принято го-
ворить, «засаливается». Если круг излишне мягок, то
он быстро срабатывается, так как зерна, не успев за-
тупиться, вырываются из связки.
Самое производительное шлифование происходит,
когда круг работает с самозатачиванием на протяже-
нии всей обработки. Как только абразивные зерна за-
тупились, возросшая сила резания вырывает их из
связки и начинают работать зерна нижележащего слоя.
Алмазные инструменты. В таких инструментах (ал-
мазные фрезы) зерна синтетических или природных
алмазных порошков закрепляются в металлических
корпусах различного профиля [3, 7—9].
Профиль иструмента и его размеры различны в
зависимости от области применения. Фрезами можно
сверлить отверстия, обрабатывать пазы, выемки, за-
кругления, наносить фаски, шлифовать поверхности
(плоские, сферические и др.).
За 100-процентную концентрацию алмаза прини-
мают 4,4 карата в одном кубическом сантиметре алма-
зоносного слоя фрезы, что занимает около 25% его
объема. Связка тоже определяет эффективность ра-
боты фрезы. Алмазные фрезы весьма производительны
и стойки, например центрировочные круги при двух-
сменной работе служат несколько месяцев.
Изготовление алмазного инструмента производят
тремя способами: спеканием (металлокерамика), галь-
ваническим способом и шаржированием (зачекан-
кой). Наибольшее применение имеет первый способ.
Поверхность стального корпуса, соприкасающуюся с
алмазным слоем, омедняют. Шихту, составляемую из
43
медного и оловянного порошков (связки) и алмазного
порошка, тщательно перемешивают. Далее произво-
дят предварительное прессование корпуса и шихты,
спекание в электропечи и повторное прессование. При-
меняют и другие составы шихты, в том числе органи-
ческую (карболитовую).
Гальванический способ имеет более ограниченное
применение. Сущность его заключается в нанесении
на стальной корпус слоя никеля с зернами алмазного
порошка и последующем осаждении никеля (под
действием электрического тока) в электролите. Ал-
мазные зерна при этом закрепляются на поверхности
инструмента.
Способ шаржирования состоит в закреплении (за-
пеканкой) алмазного порошка в смеси с вазелином в
насечках на инструменте из мягкого металла (декапи-
рованной стали, железа или красной меди).
После полного износа фрезы стачивают ее верхний
слой. Полученную стружку протравливают азотной
кислотой для регенерирования алмазных зерен.
В современной практике алмазная обработка стек-
ла внедряется все шире и дает большой эффект.
14. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Вспомогательными называют та-
кие материалы, которые применяются в технологиче-
ском процессе, но сами практически не изменяют фор-
му и размеры заготовки или детали. Они имеют сле-
дующее назначение: а) закрепление заготовок или де-
талей на приспособлениях (наклейка, блокировка);
б) соединение деталей друг с другом для одновремен-
ной обработки (склейка в столбик); в) получение же-
стко скрепленной оптической системы из готовых де-
талей (склейка, посадка на контакт и т. д.); г) очи-
стка заготовок или деталей от загрязнений (про-
мывка, протирка); д) нанесение на поверхности дета-
лей химического покрытия различного назначения (се-
ребрение, алюминирование, просветление и т. д.);
е) защита поверхностей в процессе обработки или
покрытия готовой детали (деление, лакировка и т. д.);
44
ж) упаковка, обертка, транспортировка деталей или
полуфабрикатов.
Наклеенные смолы. Это сплавы природных и син-
тетических смолистых веществ различной твердости.
Отдельные составные части (компоненты) этих смол
могут применяться также в качестве крепежных ма-
териалов. Наклеенные смолы должны удовлетворять
следующим требованиям: 1) хорошо склеивать детали
друг с другом или с приспособлением (хорошая при-
липаемость к стеклу и металлу); 2) быть нейтраль-
ными по отношению к стеклу (не давать налетов), не
иметь царапающих стекло включений; 3) не искажать
(не деформировать) поверхность деталей; 4) прочно
удерживать детали при данных температуре помеще-
ния и режиме работы, не допуская сползания или
осадки; 5) удобно сниматься с поверхности стекла и
приспособления при том или ином виде разблокиров-
ки и без остатка сниматься или растворяться в соот-
ветствующих растворителях; 6) иметь темный оттенок
для облегчения просмотра качества и чистоты поверх-
ностей.
Из приведенных требований вытекает, что смола
должна иметь в своем составе следующие компоненты:
клеящие вещества, обеспечивающие прилипаемость;
наполнитель, обеспечивающий крепость и уменьшение
натяжений; краситель, обеспечивающий темный от-
тенок.
Основные составные части клеящих веществ смол—
канифоль, пек, воск пчелиный, парафин, кумароновая
смола, шеллак и др.
Канифоль — продукт, полученный из живицы хвой-
ных деревьев после отгонки скипидара и эфирных ма-
сел. Прозрачное вещество от светло-желтого (высший
сорт) до темно-коричневого цвета. При нормальной
температуре канифоль хрупка.
Пек древесный — продукт сухой перегонки дерева.
Твердое, слаботекучее вещество темного цвета. Для
оптического производства рекомендуется пек с рако-
вистым изломом.
Воск пчелиный — продукт плавления вощины. Пла-
стическое, кристаллического строения вещество. Цвет
от золотисто-желтого до темно-коричневого. Очень во-
донепроницаем. Устойчив к действию кислот.
45
Парафин — продукт переработки парафиновой неф-
ти. Бесцветное, белое или желтое полупрозрачное ве-
щество мелкокристаллического строения. Очень водо-
непроницаем. Устойчив к действию кислот и щелочей.
Кумароновая смола получается из каменноуголь-
ного дегтя. По внешнему виду схожа с канифолью,
но тверже и менее хрупка, чем канифоль.
Идитол — искусственная смола желтого цвета в
виде кусков неправильной формы.
Шеллак — естественная смола, продукт биологиче-
ской жизнедеятельности тропического насекомого —
червеца. Выпускается промышленностью в виде полу-
прозрачных тонких чешуйчатых пластинок желто-ко-
ричневого цвета разных оттенков. Шеллак очень
водонепроницаем.
В табл. 5 указаны основные характеристики клея-
щих составов.
Наполнитель — однородные по крупности зерна
мела, гипса, талька и других веществ.
В качестве красителя обычно используют пек и
крокус. Голландская сажа, раньше служившая основ-
ным красителем, сейчас почти не применяется.
Иногда при варке для достижения нужной вязко-
сти добавляют в малых количествах веретенное масло,
скипидар и другие вещества. Смолу варят при темпе-
ратуре 160—250 °C из подготовленных и взвешенных
согласно рецепту составных частей, после чего ее
фильтруют и разливают в пергаментные коробки.
Для смол приняты следующие обозначения: Н —
смола наклеенная для интенсивных режимов обработ-
ки; СН — смола наклеенная; СП — смола полировоч-
ная. К буквенному индексу добавляется условный но-
мер, характеризующий вязкость или температуру раз-
мягчения смолы. Например, смола СН-12 имеет тем-
пературу размягчения 100—НО °C, смола СН-5 —
70—80 °C.
Состав смолы СН-12 (массовая доля в %): пек —
10, канифоль — 45, тальк — 25, графит — 20; смолы
СН-5: пек —25, канифоль —50, канифольное мас-
ло— 5, тальк — 20.
Применяется также маркировка относительной
вязкости, определяемой методом пенетрации При этом
стальная игла циферблата прибора (пенетрометр Ри-*
46
Таблица 5. Краткие сведения
о клеящих составах
Материал Темпера- тура раз- мягчения, °C Плот- ность, г/см3 Растворитель Применение
Канифоль 50-80 1,0-1,1 Спирт, эфир, бен- зин, ацетон Составная часть наклеечных, полиро- вочных и центриро- вочных смол, накле- ечных восков и пара- финов. Применяется и как самостоятель- ный клеящий состав
Пек древес- ный (вар) 60 1,1 Ацетон, бензин, спирт Составная часть наклеечных и полиро- вочных смол (для по- нижения их вязкости)
Воск пче- линый 65 1,0 Ацетон, бензин Составная часть наклеечных смол, кле- ящих составов. При- меняется как само- стоятельный клеящий состав. Служит за- щитным покрытием от паров плавиковой кислоты при травле- нии штрихов сеток и шкал
Парафин 50-60 0,87 Бензин, бензол, эфир Составная часть клеящих составов. Применяется и как самостоятельный кле- ящий состав. Служит защитным покрытием при гипсовке
Кумароно- вая смола 85 — Скипидар, эфир Составная часть наклеечных смол и лаков
Идитол 90-100 — — Составная часть наклеечных смол и лаков
47
Продолжение табл. 5
Материал Темпера- тура раз- мягчения, °C Плот- ность, г/см3 Растворитель Применение
Шеллак 70 Щелочи, спирт Составная часть центрировочных смол, некоторых на- клеенных смол и вос- ков. Применяется и как самостоятельный клеящий состав. При растворении в спир- те-ректификате дает стойкое водонепро- ницаемое защитное покрытие
чардсона) погружается под определенным дав-
лением в течении определенного времени в образец
смолы. Чашка с образцом находится в воде, нагретой
до температуры 35—40 °C. Глубина проникновения иг-
лы, указываемая стрелкой на циферблате прибора,
характеризует относительную вязкость смолы и слу-
жит основанием для маркировки. Абсолютная вяз-
кость может определяться на приборе ПКС путем
вдавливания в смолу стального шарика.
Смолы поступают в цех в виде прямоугольных пли-
ток разной массы в пергаментной упаковке. На упа-
ковке указаны назначение смолы (н — наклеенная,
п — полировочная, ц — центрировочная) и номер. Чем
выше номер (т. е. чем глубже проникновение иглы),
тем смола мягче. Например, смола № 2 мягче смо-
лы № 1.
Примерный состав (массовая доля в %) наклееч-
кой смолы № 1 (высокая вязкость): канифоль — 66;
мел— 10; пек— 14; масло веретенное — 2; мыло кани-
фольное (канифоль, сваренная с едким кали или нат-
ром)— 8:
Смоляные прокладки, наклеиваемые на полиро-
ванные поверхности линз для скрепления с наклеен-
ным приспособлением (блокировка по жесткому ме-
тоду), вырубают из батиста, ситца или марли, про-
питанных смолой СН-6 или СП-4-7.
48
Наклеечные воски — сплавы воска и канифоли. Чем
больше канифоли, тем более тверд и тугоплавок со-
став. Температура размягчения наклеенных восков
80—90 °C.
Наклеечные парафины — сплавы парафина и пче-
линого воска, а иногда парафина, пека и канифоли;
температура размягчения 70—100 °C. Эти составы
применяются для жесткой наклейки с минимальным
слоем клеящего состава (0,05—0,3 мм) или склейки
деталей в столбики для обработки. В шеллачные клея-
щие составы кроме пека и канифоли вводят 15—20%
шеллака.
Центрировочная смола — сплав канифоли, пека и
шеллака. Очень важны чистота смолы, нейтральность
ее по отношению к стеклу, способность быстро размяг-
чаться при незначительном нагреве и относительно
быстро затвердевать при охлаждении. Применяется
для наклейки линз на патроны при центрировании.
Гипс применяется в качестве наполнителя в на-
клеечные смолы и в качестве самостоятельного кре-
пежного материала при гипсовке призм (водный рас-
твор гипса с цементом).
Отходы смол собираются и могут служить (после
очистки и переработки) сырьем для получения
наклеенных смол на менее ответственные оптические
детали.
Материалы для склейки. Назначение склейки —
создание прочного соединения готовых деталей, на-
пример линз, центрированных относительно их об-
щей оси и образующих единую оптическую систе-
му, не дающую окрашивания и искажения изобра-
жения.
Материалы для склейки должны удовлетворять
следующим требованиям: 1) при склейке не должны
ухудшаться оптические свойства склеиваемых дета-
лей, т. е. не должно быть значительных деформаций
поверхностей; 2) должны сохраняться определенная
механическая прочность, устойчивость к воздействию
температуры, влаги и органическим растворителям;
3) при расклейке разъединение деталей должно про-
исходить без повреждения их поверхностей; 4) склеи-
вающий материал должен обладать максимальной
прозрачностью и высокой оптической однородностью;
49
5) показатель преломления должен быть близким к
показателю преломления склеиваемых деталей.
Наиболее употребительными материалами для
склейки являются бальзам и бальзамин. При склей-
ке кристаллов, например шпата, или в случае экс-
плуатации склеенной системы в особых условиях
(в тропиках, при повышенной влажности, при воздей-
ствии морской воды и т. д.) применяют акриловый
клей, клей УФ-235, ОК-50 и др.
Бальзам — прозрачное вещество желтого цвета,
являющееся естественной смолой, получаемой из жи-
вицы сибирской, кавказской и дальневосточной пихт
путем переработки, растворения в эфире, промывки,
сушки, фильтрования и уваривания. Склеенные дета-
ли легко разъединяются при разогреве до 130 °C.
Бальзам сортируется (методом пенетрации) на весь-
ма твердый (ВТ), твердый (Т), средний (С), мягкий
(М), весьма мягкий (ВМ) и затем фасуется в не-
большие пробирки.
Теплостойкость обычного бальзама 50 °C, морозо-
стойкость — 10 °C. У так называемого пластифици-
рованного бальзама морозостойкость повышенная.
Температура склеивания для мягких марок 60°C, для
твердых марок — до 130 °C.
Бальзамин — искусственный продукт. Бесцветен.
Постепенно переходит от жидкого и вязкого состоя-
ния к твердому. По сравнению с бальзамом облада-
ет очень хорошей механической прочностью, тепло-
стойкостью, морозоустойчивостью, прозрачностью в
ультрафиолетовой части спектра, химической устой-
чивостью. Недостатки бальзамина — сильное дефор-
мирование поверхностей, а также трудность разъ-
единения деталей. Для разъединения деталей надо
или быстро разогреть их до температуры около 200°C
или нагревать в глицерине до 230—240 °C, что свя-
зано с риском порчи деталей.
Теплостойкость бальзамина 80 °C, морозостой-
кость— 60 °C. Температура склеивания 70—80 °C.
Бальзамин М имеет теплостойкость 120 °C, морозо-
стойкость —90 °C.
Акриловый клей — синтетическая прозрачная бес-
цветная или желтая жидкость. Теплостойкость 80°C,
морозостойкость —60 °C. Температура склеивания
50
18—26 °C, температура высушивания 50—90 °C. При-
меняют этот клей для склеивания кристаллов, стек-
ла с металлом, поляроидов, светофильтров и клинь-
ев с эластичными (например, желатиновыми) плен-
ками.
Клей ОК-50 — синтетическое прозрачное вещество
с желтоватым оттенком. Клей очень токсичен для че-
ловеческой кожи и взрывоопасен, поэтому его приго-
товление и работа с ним связаны со специальными
условиями.
Преимущества клея ОК-50 состоят в том, что он
не деформирует поверхности и его отвердевание (по-
лимеризация) происходит при комнатной температу-
ре (18—26 °C) в течение 5—6 ч.
Клей применяют для деталей, работающих во
влажном тропическом климате и соприкасающихся
с морской водой, а также для деталей, работающих
в ПК области спектра. Он склеивает стекло с ме-
таллом.
Клей ОК-72Ф — синтетическое прозрачное веще-
ство светло-желтого цвета. Температура склеивания
18—26 °C. Этот клей не деформирует поверхности,
очень влаго- и термостоек. Его недостатки те же, что
и у клея ОК-50. Применяют ОК-72Ф для склеивания
деталей, работающих в тропическом климате, гер-
метизации склеивающих швов, склейки стекла с ме-
таллом.
Клей ОК-60 — прозрачная жидкость светло-жел-
того цвета. Теплостойкость 150°C, морозостойкость —
60 °C. Температура склеивания 18—26 °C. Применяют
ОК-60 для склеивания деталей, работающих в ПК
области спектра.
Клей УФ-235М— прозрачная бесцветная студне-
образная масса. Теплостойкость 50 °C, морозостой-
кость —60 °C. Температура склеивания 95 °C. Приме-
няют этот клей для склеивания деталей из материа-
лов, прозрачных для УФ области спектра (увиолевое
стекло, флюорит, кварц и др.).
Материалы для промывки деталей и приспособле-
ний. Назначение промывочных материалов (в основ-
ном органических растворителей) — удалять или ра-
створять в процессе изготовления или перед оконча-
тельной сдачей в отдел технического контроля (ОТЮ
51
всевозможные загрязнения с поверхностей оптиче-
ских деталей, например остатки абразивных и поли-
ровальных материалов, отходы стекла, клеящих со-
ставов, жира, защитные пленки и пр.
Промывочные материалы должны удовлетворять
следующим требованиям: 1) быстро и без остатка,
при комнатной температуре, удалять или растворять
загрязнения, не оказывая на поверхность стекла ме-
ханического или химического воздействия; 2) быть
по возможности не огнеопасными и не ядовитыми.
Основными промывочными материалами являют-
ся вода, водные растворы щелочей и органические
растворители.
Вода применяется на различных операциях в ос-
новном для удаления механических примесей. Гото-
вые детали кипятить не рекомендуется, так как про-
исходит выщелачивание химически нестойких марок
стекла.
Водные растворы щелочей в виде раствора каль-
цинированной соды, едкого натра и едкого кали или
раствора соды или поташа со стиральным мылом
применяются для снятия жировых образований.
Органические растворители (бензин, спирт, аце-
тон, эфир, керосин и др.) применяют для растворе-
ния остатков смолы, жира, лаков и т. п. Их основные
свойства: низкая точка кипения, большая летучесть
(опасность в пожарном отношении и большие поте-
ри), большая подвижность, малая плотность, резкий
запах, вредность для организма работающего (как
при вдыхании, так и для кожных покровов). Так как
растворяющая способность отдельных органических
растворителей неодинакова, то применяют их смеси,
например бензина или ацетона со спиртом. Это спо-
собствует быстрейшему растворению различных ве-
ществ и сокращает потери растворителя.
Бензин — бесцветная, крайне летучая, легковос-
пламеняющаяся жидкость. Хорошо растворяет пек
древесный, воск, парафин, жировые загрязнения.
Ацетон — бесцветная, крайне летучая, легковос-
пламеняющаяся жидкость с резким запахом. Пары
ядовиты для организма. Растворяет канифоль, защит-
ные лаки на основе нитроэмалей, жировые загрязне-
ния, каучук, целлулоид.
52
Сйирт этиловый растворяет наклеенные смолы,
спиртовые лаки, шеллачные покрытия. Применяют
при промывке полированных поверхностей, протирке
их в процессе операций склейки, просветления, сереб-
рения, посадки на оптический контакт, при контро-
ле поверхностей пробным стеклом. Служит раство-
рителем для изготовления многих лаков и защитно-
го шеллачного покрытия.
Эфир — бесцветная жидкость, крайне летучая и
взрывоопасная, с резким запахом. Пары вредны для
организма. Растворяет канифоль, парафин, кумаро-
новую смолу. Основное применение — в смеси со
спиртом — для обезжиривания поверхностей при по-
садке на контакт и снятии с контакта. Хорошо обез-
жиривает волосяные (беличьи или колонковые) ки-
сточки.
Некоторые сведения о растворителях приведены
в табл. 6.
Таблица 6. Краткие сведения
о растворителях
Растворитель Температура кипения, °C Температура самовоспламене- ния паров в воздухе, °C Плотность, г/см3
Бензин Ацетон Спирт этиловый Эфир 70-120 56 78,5 35 230-260 500 404 187 0,7-0,75 0,79 0,8 0,7
Отработанные ЛВЖ иногда регенерируют — очи-
щают и фильтруют путем перегонки с последующей
конденсацией паров в холодильнике — и снова пус-
кают в работу. Регенерация требует особых мер про-
тивопожарной безопасности и потому применяется
редко.
Кроме ручной промывки широко используется про-
мывка различными растворителями при помощи уль-
тразвуковых колебаний на специальных установках.
Материалы протирочные и оберточные. Материалы
для протирки и обертки должны быть обезжиренными,
53
нейтральными к стеклу, не иметь царапающих
частиц.
В качестве таких материалов применяют льня-
ные, хлобчатобумажные, фланелевые и батистовые
ткани, марлю, приготовленные в виде салфеток, (пу-
ховок). Для каждого вида операций используют осо-
бые салфетки. Стирку их также производят раздель-
но. Батистовые салфетки применяют на окончатель-
ных операциях (например, склейке) и для протирки
деталей из мягких марок стекла. Материалами для
протирки и обертки служат также замша, губки, ва-
та и бумага.
Замша техническая — тонкая (0,4—0,7 мм), хоро-
шо обезжиренная, особо выделанная кожа; хорошо
удаляет остатки жировых и восковых загрязнений.
Губки — греческие, синтетические, резиновые —
благодаря хорошей пористости вбирают в себя вме-
сте с водой остатки абразивных и полирующих по-
рошков и продуктов срабатывания. Применяют при
шлифовании, полировании и центрировании.
Вата — медицинская, глазная, специальная — при-
меняется как протирочный материал на производст-
венных операциях, контроле и промывке, а также в
качестве прокладочного материала при упаковке.
Бумагу оберточную и папиросную применяют в
качестве подкладки в ванночки для промывки, в
ящики для укладки готовых деталей, а также для
завертки и упаковки деталей.
Не допускаются грубые сорта ваты и бумаги с
включениями остатков дерева и других посторонних
веществ.
Лаки. Лаки должны надежно защищать полиро-
ванные или посеребренные поверхности от механи-
ческих, атмосферных и химических воздействий.
В специальных случаях лаком покрывают и шлифо-
ванные поверхности (для уменьшения световых бли-
ков). Некоторые лаки, например нитролак, огнеопас-
ны и взрывчаты.
Основные требования к лакам: 1) надежность по-
крытия, хорошая прилипаемость и достаточная проч-
ность; 2) относительно быстрое подсыхание и затвер-
девание; 3) нейтральность по отношению к стеклу;
4) отсутствие механических твердых частиц; 5) спо-
54
собность пленки полностью сниматься или раство-
ряться от действия какого-либо растворителя; 6) на-
личие темного оттенка (для удобства просмотра по-
верхности).
Материалы для покрытий. Для нанесения различ-
ных покрытий, отражательных, светоделительных и
др., путем испарения в вакууме (обозначается бук-
вой И), катодным распылением (К) и другими спо-
собами (см. п. 30) используются различные металлы,
в том числе и драгоценные: алюминий, никель, хром,
серебро, платину, золото и др. [7—9].
Алюминий — мягкий металл серебристо-белого
цвета. Слабо растворяется в кислотах, легко — в ще-
лочах.
Медь — мягкий металл, красноватого оттенка. Ра-
створяется в кислотах.
Никель — металл серебристо-белого цвета. Слабо
растворяется в кислотах.
Хром — металл серебристо-серого цвета. Устойчив
к атмосферным воздействиям.
Платина — драгоценный металл серебристо-бело-
го цвета. Высокая устойчивость к щелочам. Отходы
регенерируют.
Серебро — драгоценный металл. Хорошо раство-
ряется в азотной кислоте. Сернистые соединения и
неблагоприятные атмосферные условия вызывают
коррозию. Отходы регенерируют.
Золото — драгоценный металл желтого цвета. От-
ходы регенерируют.
Основные данные о материалах и их применении
приведены в табл. 7.
Химикаты. Для нанесения просветляющих, светоде-
лительных и других покрытий применяют кремние-
вый эфир, титановый эфир, азотнокислое серебро,
сернистый цинк, фтористый магний и другие хи-
микаты.
Кремниевый эфир (этиловый эфир ортокремние-
вой кислоты) — прозрачная бесцветная жидкость.
Плотность 0,93 г/см3. Запаянные ампулы хранят при
температуре 15—20 °C. Для просветления применяет-
ся в виде спиртового раствора разной концентрации.
Титановый эфир (этиловый эфир ортотитановой кис-
лоты)— прозрачная бесцветная жидкость. Плотность
55
Таблица 7. Краткие сведения
о материалах для покрытий
Материал Твер- дость по Мо осу Плот- ность, г/см3 Темпера- тура плавле- ния, °C Применение
Алюминий 2,9 2,7 660 Внешнее отражающее покрытие
Медь 3,0 8.9 1083 Защитный слой для серебра (заднее покры- тие), наносимый испаре- нием в вакууме (И) или гальваническим способом
Никель 5,0 8,9 1453 Светоделительное по- крытие. Внешнее отража- ющее покрытие
Хром 9,0 7,1 1800 Прочное отражающее и светоделительное по- крытие
Платина 4,3 21,5 1773 Покрытия-фильтры
Серебро 2,7 10,5 960 Заднее отражающее покрытие
Золото 2,5 19,3 1063 Покрытие для дета- лей, работающих в ИК областях спектра
1,11 г/см3. Применяется для многослойных просвет-
ляющих и светоделительных покрытий.
Азотнокислое серебро — прозрачные с молочным
оттенком кристаллы. На воздухе и под действием
света образуется серебро черного цвета. Плотность
4,35 г/см3. Температура плавления 210°С. Так как
азотнокислое серебро является солью драгоценного
металла, все отходы подлежат сбору для последую-
щего регенерирования. Применяется для серебрения
химическим способом.
Сернистый цинк — порошок желтоватого цвета.
Плотность 4—4,1 г/см3. Применяется после прессова-
ния в тюбики и последующего их отжига при 1000°C
56
для светоделительных однослойных и многослойных
покрытий.
Фтористый магний — порошок белого цвета. Плот-
ность 2,9—3,2 г/см3. Прессуется под давлением в тю-
бики и обжигается (1000°C). Применяется для од-
нослойного просветления и многослойных светодели-
тельных покрытий.
В качестве вспомогательных материалов для на-
несения покрытий применяют растворители, щелочи,
кислоты, жидкий азот, вакуумную резину, осушите-
ли и другие материалы.
Жидкий азот—прозрачная жидкость с плотно-
стью 0,81 г/см3 и температурой —196°C, являющаяся
сильным охладителем. При случайном попадании на
кожу может вызвать ее омертвление. Быстро испаря-
ется, а поэтому хранится в специальных сосудах. При-
меняется в вакуумных установках для охлаждения
ловушек, в которых конденсируются пары масла.
Фосфорный ангидрид — белый порошок плотно-
стью 2,39 г/см3. Гигроскопичен. Применяется для
сушки рабочего объема вакуумной установки.
Вольфрам— светло-серый металл. Плотность
19,3 г/см3. Температура плавления 3400 °C. В обыч-
ных условиях химически устойчив. Из вольфрама из-
готовляют испарители. Они могут быть в виде про-
волочных спиралей диаметром 0,5 мм или лодочек-
испарителей из фольги толщиной 0,05 мм.
Молибден — светло-серый металл. Плотность
10,2 г/см3. Температура плавления 2620 °C. В обыч-
ных условиях химически устойчив. Применяется в виде
фольги толщиной 0,05 мм для изготовления лодо-
чек-испарителей.
Вакуумная резина не меняет свойств и не выделя-
ет вредных испарений в условиях вакуума; из нее из-
готовляют соединительные шланги, прокладки.
Ртуть — жидкий металл серебристого цвета. Плот-
ность 13,5 г/см3. Температура плавления —38,87 °C;
температура кипения 356,6 °C. Ртуть и ее пары весь-
ма ядовиты. Применяется для зарядки насосов, соз-
дающих вакуум.
Вакуумная смазка обеспечивает герметичность
соединений, не давая вредных выделений. Применя-
ется для смазки кранов, воздуховодов и т. д.
57
Все перечисленные выше материалы, применяе-
мые для специальных заключительных операций, вы-
полняемых как химическими, так и физическими спо-
собами, требуют при обращении с ними отличного
знания их свойств, возможных опасностей при обра-
щении с ними (ядовитость, взрывоопасность и др.),
знания способов хранения, необходимых мер предо-
сторожности.
Сама технология нанесения покрытий, подготовка
деталей и аппаратуры, обращение с установками и
управление ими требуют высокой квалификации и
строгого соблюдения техники безопасности.
Достаточно заметить, что на пульте управления
некоторых установок имеется несколько десятков ру-
кояток, переключателей (иногда до 50 шт.).
Ответственность работающих на заключительных,
финишных, операциях очень велика. Небрежная ра-
бота может погубить труд рабочих многих специаль-
ностей, в том числе шлифовщиков и полировщиков,
и принести большие убытки.
Покрытия наносятся на готовые, отполированные
поверхности деталей; они улучшают их оптические
свойства, но снижают чистоту поверхностей на один
класс.
15. МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ПОЛИРОВАНИЯ
Полировальные порошки. Для по-
лирования оптического стекла, кристаллов и других
материалов применяют мелкозернистые порошки
окислов металлов: полирит, крокус, окись хрома, ал-
мазные субмикронники АСМ1-0,1.
Полировальные порошки должны хорошо смачи-
ваться водой и хорошо удерживаться на поверхно-
сти полирующего слоя (смола полировочная, войлок
и т. д.). Качество порошка определяется полирующей
способностью и возможностью получения нужной чи-
стоты поверхности.
Полирующая способность определяется по массе
(в мг) стекла К8 ГОСТ 3514—76, сполированного в
стандартных условиях. Чистота поверхности характе-
ризуется отсутствием царапин и точек в соответствии
с заданными техническими условиями.
58
Полирит— порошок светло-коричнового цвета. Он
является основным материалом для полирования оп-
тического стекла и некоторых кристаллов. Плотность
6,0 г/см3. Состав — смесь окислов редкоземельных
элементов с массовой долей окиси церия (СеО2) до
50%. Исходное сырье обогащают, обжигают при тем-
пературе 980—1200°C и измельчают до частиц раз-
мером 5—10 мкм. Минералогическая твердость 6—7.
Полирующая способность 35—40 мг.
Крокус — мелкозернистый порошок безводной оки-
си железа Fe2O3). Плотность 5,5 г/см3. После обжига
при температуре около 800 °C приобретает красно-ко-
ричневый цвет. Полирующая способность 15—25 мг.
В настоящее время крокус применяют реже, чем бо-
лее производительный полирит.
Окись хрома (Сг2О3)—порошок зеленого цвета.
Плотность 5.2 г/см3. Применяется для полирования
кристаллов, полупроводниковых материалов и ме-
таллов, менее хрупких и твердых, чем стекло.
Окись церия (СеО2) — порошок желтоватого цве-
та. Содержит кроме СеО2 окислы других редкозе-
мельных элементов. Плотность 7,3 г/см3. Полирую-
щая способность до 50 мг. Применение ограничено
из-за высокой стоимости изготовления.
Полировальники. Типы подложек. Полировальник
представляет собой планшайбу, гриб или чашку с на-
клеенной на них подложкой из смолы специального
состава (полировочная смола) или волокнистого ве-
щества (сукно, фетр, войлок и др.). Подложка,удер-
живая на своей поверхности полирующий материал,
активно участвует в процессе полирования шлифо-
ванной поверхности, создавая прозрачную и точную
поверхность на обрабатываемой детали.
Благодаря своей текучести смоляные подложки
дают возможность регулировать процесс полирова-
ния; они применяются при точных работах, где тре-
бования к качеству и чистоте поверхности наивыс-
шие (работа «на смоле»). Подложки суконные (из
волокнистого вещества) применяют для менее точ-
ных работ (работа «на сукне»).
Полировочные смолы — смоляные композиции из
пека, канифоли и иногда с добавкой малого количе-
ства воска в различных сочетаниях и соотношениях.
59
Чем больше канифоли, тем смола тверже. Основные
требования, предъявляемые к полировочным смолам:
1) нейтральность по отношению к стеклу; 2) отсутст-
вие царапающих частиц; 3) высокая однородность
сплава смолы; 4) способность удерживать на поверх-
ности полирующий порошок с водой (полирующую
суспензию); 5) вязкость, соответствующая режиму
полирования и окружающей температуре.
Кроме пеко-канифольных смол применяют смолы
только из пека различной вязкости. У пековых смол
вязкость в зависимости от температуры меняется бо-
лее медленно. Отсутствие канифоли уменьшает опас-
ность образования налетов на стекле. При подборе
вязкости смол с целью лучшей регулировки процесса
полирования необходимо руководствоваться следую-
щими соображениями: а) для крупных блоков лучше
применять смолу низкой вязкости (мягкую), а для
мелких — высокой вязкости (твердую); б) при интен-
сивном режиме полирования (большие скорости, дав-
ления) необходимо применять твердую смолу; в) чем
выше температура помещения, тем более твердой
должна быть смола; г) при обильном увлажнении
лучше применять мягкие смолы, а при подсушке —
более твердые. Ниже указаны недостатки при подбо-
ре смол.
Для увеличения полирующей способности и при
интенсивных режимах полирования в некоторые мар-
ки полировочных смол добавляют 5—10% мелких
вываренных древесных опилок. Для той же цели при-
меняют смолы в смеси с полиритом в отношении 1 : 1
или 1 :2.
Поиски и освоение новых более производительных
подложек имеют большое народнохозяйственное зна-
чение. Этими исследованиями занимаются различные
НИИ и лаборатории. Осваиваются режимы полиро-
вания на резине, синтетических материалах (напри-
мер, полиуретане).
Хорошую чистоту поверхности металлических
зеркал давало предварительное шлифование самыми
мелкими микропорошками на смоляной подложке, а
затем последующее полирование смесью крокуса,
окиси хрома и окиси алюминия.
60
Слишком твердая смола (высокая вязкость) Слишком мягкая смола (низкая вязкость)
Полировальник плохо присасы- вается к поверхности блока и име- ет темную поверхность (не удер- живает полирующую суспензию) При подсушке полиро- вальник быстро размягчает- ся и прилипает к деталям
Полировальникскрипитво влаж- ном состоянии; издает звук низко- го тона при подсушке При подсушке не возни- кает характерного для нор- мального полирования звука (писка)
Следы подрезки на полироваль- нике заплывают медленно (заплы- вание незаметно) Следы подрезки заплы- вают быстро
На поверхности деталей появ- ляются царапины Поверхность полироваль- ника блестит
Матовый слой удаляется мед- ленно в основном на середине блока Матовый слой удаляется медленно в основном на краю блока
Для заторможения вращения верхнего звена (полировальника или блока) рукой требуется неболь- шое усилие Для заторможения вра- щения верхнего звена рукой требуется значительное уси- лие
Кривизна блока изменяется под действием подрезки медленно Кривизна блока изменя- ется только при частой под- резке поверхности полиро- вальника
На поверхность холодного по- лировальника нельзя нанести от- печаток ногтя На поверхности холодно- го полировальника даже при небольшом усилии можно сделать ногтем глубокий от- печаток
На поверхности детали или бло- ка возникают местные ошибки На краю блока возникает завал (сорванный край)
Полировальники суконные. Материалами для так
называемых суконных полировальников служат гру-
бошерстные ткани (сукно шинельное), валяные мате-
риалы (фетр, войлок) или свободное волокно (напри-
мер, вата в смеси со смолой).
61
При необходимости получить лучшие качество и
чистоту поверхности иногда пользуются бильярдным
сукном, бархатом. Возможно использование войлоч-
ных полировальников, пропитанных различными ве-
ществами для увеличения скорости полирования и
повышения стойкости полировальников. Это могут
быть ацетоновые растворы целлулоида, бутварной
пленки, бутилметакрилата, перхлорвиниловой кисло-
ты, водные растворы столярного клея, агар-агара и
крахмала и др. Применяются также полировальники
из очень плотного синтетического текстильного мате-
риала (так называемые полировальные подушки),
полировальники из войлока с прибавлением 40% (по
массе) капронового волокна и др.
Глава третья
ЧТЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ.
ДОПУСКИ И ПОСАДКИ,
КЛАССЫ ТОЧНОСТИ
16. ЧТЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Чецтеж и эскиз — отвественные
технические документы, в которых отражаются тре-
бования, необходимые для изготовления и контроля
детали. Для вычерчиваемого предмета выбирают та-
кое положение, чтобы так называемый главный вид
(относительно которого размещают остальные виды)
давал наиболее ясное представление о форме пред-
мета и его размерах или обеспечивал наилучшее ис-
пользование поля чертежа. Число изображаемых ви-
дов (проекций) должно быть наименьшим и в то же
время давать ясное представление о вычерчиваемом
предмете. Например, для изображения линзы доста-
точно одного вида, если сделать разрез плоскостью,
проведенной через ось линзы в плоскости чертежа
(рис. 12). Размеры указывают только те, которые не-
обходимы для изготовления детали. На рис. 12 даны
62
условные обозначения радиусов кривизны, диаметра,
показаны ось симметрии, выносные и размерные ли-
нии. При построении проекции детали предполагают,
что она расположена между глазом наблюдателя и
соответствующей плоскостью проекции.

.Дт?е ЗБ
4(nf'-nc') ЗБ
Однородность 3
Двойное лучепрелом 3
Светопоелощение 0
Вессвильность 1в
Пузырность ЗА
Na 5
ма 0,5
N6 3
ЛКЁ 0,3
Са 1,0
с5 0,02
Ра V
Рб П
±0Д%
МВ +-0,057о
f' ~7ЬД2
78ДБ
Sf' -74,65 12,2J
Св.Фл 76
Св.Фв 61
Рис. 12. Чертеж двояковогнутой линзы
Расположение проекции детали (прямоугольной
призмы) дано на рис. 13. Для ясного представления
об этой детали необходимы уже два вида. По отно-
шению к главному виду, иначе называемому видом
спереди, остальные проекции располагаются следую-
щим образом: вид сверху располагается под видом
спереди; вид слева располагается справа от вида
63
спереди; вид справа располагается слева от вида спе-
реди; вид снизу располагается над видом спереди.
Вид снизу
Рис. 13. Расположение проекций пря-
моугольной призмы в поле чертежа
Если деталь нельзя изобразить в натуральную вели-
чину (деталь слишком мала или велика), то приме-
няют увеличенное или уменьшенное ее изображение
в определенном масштабе. Для
более удобного чтения чертежа
допускаются отступления от
от нормального расположения про-
обозначение мате-
риалов штрихов-
кой:
/ — металлы; 2 — смо-
лы, пластмассы, за-
ливки, кожа, резина;
3 — стекло
екций, выделение частичного ее
вида и т. д.
Иногда удобно показать деталь
в разрезе. В этом случае произво-
дится штриховка всего разреза
(рис. 12). Штриховка указывает вид
материала (рис. 14).
На всех чертежах оптических
деталей справа помещаете^ табли-
ца, в которой указывают требова-
ния к материалу и готовой детали.
Эскиз — изображение детали,
дающее ясное представление о ее
форме и содержащее сведения, не-
обходимые для ее изготовления и контроля. Эскиз мо-
жет выполняться без строгого соблюдения масштаба.
Допустимо изготовление эскиза от руки или заполне-
ние нужных данных (размеры) на типовом бланке
64
00
Операционный эскиз ?х Изделие №дет . Марка стекла Операция

— Допуски
- Ъ
Инстр.и приспос.

4Н —

Ст. тел Подпись , Цата —
&
Рис. 15. Типовой
бланк менисковой
линзы (а), типовой
бланк плосковог-
нутой линзы (б) и
пример заполнения
типового бланка
двояковы пуклой
линзы (в)
б)
Операционный эскиз Цех № Изделие Н-детали Марка стекла Операция
Кд Полировка
Допуски
Н=5,0 ДМ‘0,5 P-Y At=0,7

Инструмент и приспособления
10*0,2

ИПг632
ИП2~2271

Техно лог Подпись Дата Ст. . техн Подпись Дата ПН^385
ПН2*264
3 Зак. 346
Ю,5С#щ)
Дпе ЗВ
Л(пг'-пс') ЗВ
Однородность 1
Двойное лучепрелом. 2
Светопоглощение 2
Бессвильность 1Б
Пузырность J/I
Ns 2
0,3
Ng 0,5
4NB 0,2
Р IV
ТС 2'
^45° г
е 30"
Z | 14
Рис. 16. Чертеж крышеобразной прямоугольной призмы

Дпе —
Д(пр'-Пс’) —
Однородность 2
Двойное лучепреломл. 1
Светопоглощение 2
Бессвильность 1В
Пузырность 5Г
N 3
&N 0,5
р V
6 7а29'±2'
CS.0 14
Чертеж клина
66
(рис. 15), предназначенном для однотипных по фор-
ме деталей, например двояковыпуклых линз, мени-
сков и др.

012345678910
М1О!1
0,1
1. Ширина штрихов 0,015 ± 0,003мм.
2. Разность штрихов по ширине
детали не долее 0,003мм
Дпе____________
Д(пр'-^с')________
Однородность
Двойное лучелрелом.
Светопоелощение
Вессвильность
Пузырность
N
ДН
Рис. 18. Чертеж сетки
2±0.3
45
45
4
3
УГ
2В
1Д
74
1-20
15г
Чертеж готовой оптической детали должен давать
ясное представление о конфигурации детали, ее раз-
мерах, точности изготов-
ления, видах обработки,
требованиях к материалу.
По этому чертежу деталь
принимается отделом тех-
нического контроля и за-
казчиком (рис. 16—18).
Операционный эскиз
необходим для выполне-
ния отдельных технологи-
ческих операций (заготов-
ка, шлифование, полиро-
вание, центрирование и
др.), поэтому на нем указывается только часть тре-
бований основного чертежа, необходимая и достаточ-
ные. 19. Чертеж склеенной па-
ры линз:
/ — положительная линза; 2 —отри-
цательная линза
3*
67
ная для выполнения данной операции. По такому
эскизу производится приемка полуфабриката контро-
лером.
Чертеж заготовки составляется с учетом данных
основного чертежа и припусков на обработку деталей.
Чертеж служит основанием для заказа заготовок, на-
пример прессовок, заводу оптического стекла и при-
емки от него продукции.
Чертеж оптической сборки — документ, в котором
приведены данные о сборке, состоящей из готовых
оптических деталей, соединенных между собой склей-
кой или другими способами и являющихся частью оп-
тической системы. Это могут быть склеенный из не-
скольких линз ахроматический объектив фотоаппарата
или микроскопа (рис. 19), сложная призма спектраль-
ного прибора и т. д.
К чертежу сборки добавляется на отдельном ли-
сте перечень необходимых данных. Оформление чер-
тежей предусмотрено ГОСТ 2412—68.
17. ОБОЗНАЧЕНИЕ ВИДА
ОБРАБОТКИ И ШЕРОХОВАТОСТИ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
В результате обработки шлифую-
щими и полирующими порошками, в свободном или
связанном состоянии, получается определенная шеро-
ховатость поверхности.
Она характеризуется по среднему арифметиче-
скому отклонению профиля (Ra), высоте неровностей
профиля по 10 точкам (Rz), выраженным в микромет-
рах, и другими данными.
Согласно ОСТ 3—2439—74 установлена базовая
длина (в мм) для некоторых значений Ra и Rz.
Знаки обработки, например могут быть
поставлены непосредственно, вершиной угла, к обра-
батываемой поверхности или к выносной линии (см.
рис. 12). Это означает, что именно эти поверхности
должны обрабатываться так, как указывает знак.
68
r. R^05/
В данном случае знак \ / означает, что поверх-
ности должны быть получены обработкой полироваль-
ными порошками смоляным, синтетическим или метал-
лическим полировальником.
Знак
(поставлен у таблицы к рис. 12) озна-
чает, что остальные поверхности, т. е. боковые поверх-
Таблица 8. Условные обозначения
покрытий
Операция Знаки обработки
Серебрение, алю- минирование, хроми- рование и т. п. /О\ Внешнее отражающее, (у) непрозрачное (зеркаль- ( /\ ) Заднее отражающее, V V непрозрачное (зеркаль- ное) покрытие Светоделительное по- г 4 крытие (полупрозрачные —к^ У зеркала)
Просветление (k/j Просветляющие по- К7 крытия
Изготовление све- тофильтров покры- тием Покрытия-фильтры

Травление Защитные прозрачные с ц покрытия (например, k^z травлением уксусной кис- лотой)
69
Таблица 9. Условные обозначения
некоторых материалов для покрытий
Материал Услов- ное обозна- чение Материал У слов- . ное обозна- чение
Алюминий 1 Палладий 5
Вольфрам шестихло- 34 Парафин 84
ристый Платина 6
Золото 2 Серебро 8
Кислота азотная 61 Серебро азотнокис- 25
Кислота соляная 62 лое
Кремний 12 Титан 15
Лак бакелитовый с на- 72 Хром 9
полнителем (алюминие- вая пыль, слюда и др.) Магний фтористый Эфир этиловый ор- токремниевой кислоты 43
24 (сокращенно: кремни-
Медь 3 евый эфир)
Никель 4 Эфиры этиловые ор- токремниевой и ортоти- тановой кислот (смесь) 45
ности линзы, фаски, могут быть получены обработкой
алмазным инструментом зернистостью от 63/50 до
50/40, шлифовальными кругами зернистостью от № 6
до № 5 и абразивными порошками зернистостью от
№ 6 до М28 на операциях кругления, центрирования
и шлифования.
В приложении XIV указаны (согласно ОСТ
3-2439—74) параметры шероховатости (в мкм), ба-
Таблица 10. Условные обозначения
способов нанесения покрытий
Способ нанесения покрытия Услов- ное обозна- чение Способ нанесения покрытия Услов- ное обозна- чение
Из раствора Р Кистью, пульвериза- цией или центрифугиро- ванием П
Испарением в ваку- уме И Электролизом Е
Травлением т Нанесением расплава Н
Катодным распыле- нием к Обработкой в парах или газах Г
70
зовая длина в (мм), ранее действующие обозначения,
виды обработки поверхностей.
Индексы А и 5, отнесенные линиями со стрелками
к первой (по направлению луча, идущего слева на-
право) и второй поверхностям, указывают на какие-
либо специальные требования. Например, в таблице
к рис. 12 указано, что требования к точности изготов-
ления пробного стекла для второй поверхности
(Д/?б = ±О,О5°/о от номинального размера радиуса
кривизны) выше, чем для первой (Д/?А = +0,1%).
В табл. 8 приведены обозначения, которые при-
своены некоторым видам дополнительной обработки
поверхностей (покрытиям).
На чертеже в графе «Отделка и термическая об-
работка» указывается условное обозначение покры-
тия. Оно составляется из сокращенного наименования
операции и условных обозначений применяемого ве-
щества (табл. 9) и способа его нанесения (табл. 10).
Если покрытие многослойное, то условные обозначе-
ния исходных материалов указываются в нужной
последовательности. Например, надпись на чертеже
«Просветл. 44Р, 43Р» означает двухслойное просвет-
ляющее покрытие из растворов титанового и кремни-
евого эфиров; надпись «Просветл. 24И» означает об-
работку фтористым магнием путем испарения в ваку-
уме.
18. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ.
КЛАССЫ ТОЧНОСТИ. ПРИПУСКИ
Взаимозаменяемость. Любая де-
таль, изготовленная для сборки узла или изделия
(например, сопряжение линзы с оправой), должна
устанавливаться на месте без дополнительной обра-
ботки и подгонки, т. е. быть взаимозаменяемой. Ус-
пешность решения этой задачи повышает эффектив-
ность труда и качество продукции, т. е. отвечает ос-
новной цели десятой пятилетки.
Чтобы деталь была взаимозаменяемой, необходи-
мо сопрягаемые размеры деталей (например, диа-
метр линзы и диаметр оправы) изготовить с опреде-
ленной точностью, в определенных границах (поле
допуска), между которыми должны находиться дей-
ствительные размеры. Действительный размер — это
71
размер, полученный при изготовлении и установлен-
ный измерением детали с допустимой погрешностью.
Технический прогресс требует, чтобы в системе,
обеспечивающей взаимозаменяемость (чертежная до-
кументация, методика расчета допусков и посадок),
стандартно-нормативные документы непрерывно со-
вершенствовались. В связи с усилением сотрудниче-
ства СССР с другими социалистическими странами
в рамках Совета Экономической Взаимопомощи
(СЭВ) система допусков и посадок, а также другие
основные нормы взаимозаменяемости, единые для
членов СЭВ и увязанные с международными стандар-
тами, модернизируются. Это создает предпосылки
для обеспечения в международном масштабе ряда
выгодных преимуществ, например взаимозаменяемо-
сти деталей и узлов, единого оформления технической
документации, оснастки и пр. В результате повысится
эффективность международной специализации и ко-
оперирования, возрастет конкурентоспособность на-
ших изделий на мировом рынке.
Не входя в подробности, укажем, что система
ЕСДП СЭВ (единая система допусков и посадок
СЭВ) разработана на основе системы ИСО, применя-
емой в некоторых промышленно развитых и развива-
ющихся странах мира, разработавших на ее основе
свои национальные стандарты. Некоторые страны
СЭВ (Венгрия, ГДР, Куба, Польша, Румыния, Чехо-
словакия) до введения ЕСДП СЭВ применяли си-
стему ИСО; СССР, Болгария, МНР применяли си-
стему ОСТ.
В период с 1977 по 1980 г. отечественная промыш-
ленность переводится на систему ЕСДП СЭВ. Стан-
дарты на допуски и посадки системы ОСТ подлежат
отмене. Переходный период требует корректировки
конструкторской и технологической документации, ча-
стичного изготовления новых инструментов и калиб-
ров и т. д. В первую очередь на ЕСДП СЭВ перево-
дится производство экспортных изделий, для которых
предельные отклонения регламентированы в между-
народных стандартах на данный вид продукции.
При большом количестве чертежей и сопрягаемых
размеров можно ссылаться на переводные таблицы
полей допусков, если они установлены в отрасли
72
(предприятии) специальным распоряжением. (Все
данные, необходимые технологическим службам, при-
ведены в справочнике «Допуски и посадки» под ред.
В. Д. Мягкова, изд. 5-е, 1979 г.)
Основные определения. Номинальный размер —
размер, указанный на чертеже,— служит началом
расчета отклонений. Относительно номинального раз-
мера определяются предельные размеры. Два пре-
дельно допускаемых размера, между которыми дол-
жен находиться действительный размер, называются
предельными размерами.
Рис. 20. Примеры проставления толщины — отклонения
цифровые (а), диаметр с шифром посадки и класса точ-
ности (б) и диаметр внутреннего отверстия (в системе
отверстия) с шифром (в)
® _ Ф100А3
Деталь считается годной и в том случае, если дей-
ствительный размер равен предельному. Больший из
двух предельных размеров называется наибольшим
предельным размером, а меньший — наименьшим пре-
дельным размером. Допуск — разность между наи-
большим и наименьшим предельными размерами.
Например, на рис. 20, а 5 — номинальный размер
(в мм); 5,3 — наибольший предельный размер; 4,7 —
наименьший предельный размер; 5,3—4,7=0,6 (до-
пуск) ; +0,3 — верхнее отклонение от номинального
размера; —0,3 — нижнее отклонение.
Посадки. Посадка — сопряжение двух деталей, из
которых одна охватываемая (например, линза), дру-
гая— охватывающая (например, оправа). Вид посад-
ки определяет характер соединения деталей, т. е. сте-
пень подвижности или неподвижности относительно
друг друга.
73
Если между сопрягаемыми деталями есть зазор
(просвет), то посадка подвижная. Если сопрягаемые
детали соединяются с усилием, с натягом (просвет
отсутствует), например диаметр охватываемой детали
несколько больше диаметра охватывающей детали,
то посадка неподвижная.
В системе ОСТ посадкам присвоены обозначения,
примерно характеризующие их назначение, например
Л — легкоходовая, X — ходовая, Д — движения, С —
скользящая, ПЛ — легкопрессовая и т. д. Посадки в
системе ЕСДП СЭВ обозначаются иначе (с. стр. 77).
Как в системе ОСТ, так и в системе ЕСДП СЭВ
приняты две системы посадок — система отверстия и
система вала. В приборостроении принята система
отверстия. Необходимая посадка здесь осуществляет-
ся получением гарантированного зазора или натяга
за счет смещения поля допуска выше или ниже номи-
нала. Различные посадки осуществляются за счет из-
менения размеров валов, например диаметров или
толщин линз. В системе вала, наоборот, изменяется
размер отверстия.
Наиболее применяемые посадки в оптическом про-
изводстве —Л, X, С (система ОСТ).
Классы точности. В системе вала и отверстия уста-
новлено определенное количество классов точности
для различных номинальных размеров. В системе
ЕСДП СЭВ классы (степени) точности называются
квалитетами.
В системе ОСТ для наиболее ходовых номиналь-
ных размеров от 1 до 500 мм установлены классы:
1 (самый точный), 2, 2а, 3, За, 4 и др. Количество
посадок различно в каждом классе точности. Класс
точности проставлялся цифровым индексом под
шифром посадки, например 016 Х3 (рис. 20,6). Для
2-го класса индекс не ставился. Чаще всего приме-
нялись посадки Л, X, С — 2, 3 и 4-го классов точ-
ности.
Допуски проставлялись по специальным таблицам
допусков и посадок, где указаны: система (отверстие,
вал); номинальные диаметры (в мм); «свыше» и
«до»; типы посадок и классы их точности (буква и
цифровой индекс); допустимые отклонения от номи-
нала (в мкм),
74
Допуск на отверстие в системе отверстия, напри-
мер на отверстие, просверленное в диске, зеркале и
г. п., обозначался буквой А с цифровым индексом
класса точности (рис. 20, в).
В рабочем эскизе при любой системе следует про-
ставлять цифровые значения, как более доступные
для работы и контроля. Для посадки 0 16 Х3
(рис. 20,6) по таблице (система ОСТ) находим, что
для номинальных диаметров от 10 до 18 мм верхнее
отклонение по системе отверстия для ходовой посад-
ки 3-го класса точности равно —20 мкм (—0,02 мм);
нижнее отклонение —70 мкм (—0,07 мм). Следова-
тельно, 0 16 Х3 соответствует 0 16Z8;o7- Здесь 16 —
номинальный размер; 15,98 — наибольший предель-
ный размер; 15,93 — наименьший предельный размер;
15,98—15,93 = 0,05 — допуск; —0,02 — верхнее откло-
нение (от номинала); —0,07 — нижнее отклонение (от
номинала).
Для посадки 0 100 А3 (рис. 20, в) для номиналь-
ных диаметров от 80 до 120 мм допустимо отклонение
+70 мкм (0,07 мм). Таким образом, 100,07 — наи-
больший предельный размер; 100,00 — наименьший
предельный размер, равный номинальному. Разность
100,07— 100,00=0,07 есть допуск; +0,07 — верхнее
отклонение; 0 — нижнее отклонение. Отклонение, рав-
ное нулю, не указывается. Плюсовое отклонение ста-
вится на месте верхнего.
Практически для всех полей допусков ОСТ можно
найти замену (примерно в 75% случаев) по ЕСДП
СЭВ, обеспечивающую хорошую взаимозаменяемость,
что облегчает переход с одной системы на другую.
Однако в системе ЕСДП СЭВ, естественно, обозначе-
ния более сложны, чем в системе ОСТ. Например, ус-
ловное обозначение посадки дается в виде дроби.
Числитель указывает обозначение поля допуска от-
верстия, знаменатель поля допуска вала, например:
или /79/78; или /78/е9 и т. д.
В этой системе установлено 19 квалитетов, обозначае-
мых порядковым номером, возрастающим с увеличе-
нием допуска: 0,1; 0; 1; 2; 3; 4; ...; 17. Основным от-
клонениям присвоены латинские буквы. Поле допуска
75
м
о>
Таблица 11. Классы точности и квалитеты (для номинальных размеров
от 1 до 500 мм)
Классы точности (ОСТ)
1 2 2а 3 За 4 5 6 7 8 9 10
Вал Отв. Вал Отв. Вал Отв. Валы и отверстия
Соответствующие квалитеты по ЕСДП СЭВ
5 6 6 7 7 8 8—9 10 И 12—13 — 14 15 16 17
образуется сочетанием основного отклонения (ха-
рактеристика расположения) и квалитета (характе-
ристика допуска). Например, поле допуска валов: /гб;
dlO; s7; /s5; поле допуска отверстий: /76; £>10; S7; Js5.
Сокращенно допуск по одному из квалитетов обоз-
начается латинскими буквами IT и номером квалите-
та, например: IT 0,1; IT 3, что означает соответствен-
но допуск по квалитету 0,1; 3 и т. д.
Для случая 0 16 Х3 (рис. 20,6) ближайшее поле
посадок по ЕСДП СЭВ е9 (/9). Для случая 0 100 А3
(рис. 20, в) ближайшее поле посадок Н8, Н9.
Разрешается применять смешанные обозначения,
например:
0 20Я8<+ °’033\ 0 20й7(-0.021), 0 20/9
/—0,020\ •
к-0,072/
Подробное изложение всех материалов технической
документации, потребующейся для запланированного
перехода от системы ОСТ к системе ЕСДП СЭВ,
Таблица 12. Типизация посадок
по ЕСДП СЭВ
Группа посадок по ЕСДП СЭВ Сочетание основных отклонений отверстия и вала в посадке Тип посадки no OCT
системы отверстия системы вала
С зазорами (под- вижные) Н/е H/f H/g H/h E/h F/h G/h H/h Л — легкоходовая X — ходовая Д — движения С — скользящая
Переходные tf/is Н/п. Js/fl N/h П — плотная Г — глухая
С натягом (непод- вижные) H/p P/h ПЛ — легкопрессо- вая
выходит далеко за рамки данной книги. Ограни-
чимся приведением в сокращенном виде еще двух
таблиц (табл. И, 12), увязывающих между собой не-
которые обозначения двух систем.
77
Припуски. Толщину слоя стекла, удаляемого с ка-
кой-либо стороны заготовки в процессе ее обработ-
ки, называют припуском на обработку.
Полный припуск — припуск на все виды обработ-
ки данной поверхности. Операционный припуск —
припуск на одну определенную операцию, например
обдирку, центрировку.
Припуски и формулы для их расчета определяются
опытным путем и являются приближенными.
Значения припусков могут различаться, хотя и не-
значительно, на различных предприятиях, так как
расчет их зависит от конкретных условий — техниче-
ского уровня производства, вида сырья, применяе-
мых материалов.
19. ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Механические и другие повреж-
дения полированной поверхности ухудшают ее опти-
ческие свойства. Для полированных поверхностей де-
талей из стекла, кристаллов, полимерных материа-
лов, оптической керамики и металла с параметрами
шероховатости поверхности Rz = 0,1 4- 0,025 мкм
классы чистоты и методы контроля после окончатель-
ной обработки, включая операцию нанесения покры-
тий, установлены ГОСТ 11141—76.
Основными нормируемыми дефектами являются
царапины, точки, скопления дефектов.
Установлено 14 классов чистоты (0—10, 0—20,
0—40, I, II, III, IV, VI, VII, VIII, Villa, IX, IXa). Для
обозначения классов чистоты устанавливается буква
Р. Таким образом, VI класс чистоты обозначается
как PVI и т. д.
Классы чистоты устанавливаются в зависимости
от расположения поверхностей оптических деталей.
Классы чистоты 0— 10, 0 — 20, 0 — 40 установлены
для поверхностей деталей, расположенных в плоско-
сти действительного изображения или в плоскости
предметов оптической системы приборов. Цифры
10, 20, 40 указывают среднее значение (в мм) фокус-
ного расстояния оптической системы, расположенной
за нормируемой поверхностью. Классы чистоты с I
78
по IXa установлены для поверхностей деталей, нахо-
дящихся вне плоскости действительного изображе-
ния или вне плоскости предметов оптической си-
стемы.
Выколки, царапины, точки, скопления дефектов
нормируются для каждого класса чистоты.
Выколка — скол материала на краю поверхности
оптической детали.
Царапина — вытянутая впадина поверхности глу-
биной более 0,10 мкм при соотношении размера
большей оси к меньшей более 3:1.
Точка — впадина поверхности любого происхож-
дения, в том числе вскрытый пузырь, глубиной более
0,10 мкм при соотношении размера большей оси к
меньшей не более 3:1. Участок совмещения или ка-
сания царапины с точкой следует относить к точке.
Под скоплением дефектов подразумевается груп-
па дефектов, расположенных таким образом, чтобы
расстояние между двумя точками или между точкой
и царапиной не было больше десятикратного разме-
ра наибольшего дефекта (диаметра точки или шири-
ны царапины), а расстояние между двумя царапина-
ми не превышало стократной ширины наиболее ши-
рокой из них.
Размеры царапин и точек для Р0—10, Р0—20,
Р0—40 должны быть определены в трех зонах по-
верхности деталей (центральной, средней и краевой).
Границами зон поверхности устанавливаются кон-
центрические окружности диаметром, равным 1/3 и
2/3 светового диаметра детали (ДСв).
Световой диаметр — круглый участок поверхно-
сти, ограниченный оправой или фасками, на который
падает световой поток расчетного диаметра. Для дета-
лей диаметром менее 5 мм зоны не устанавливаются.
В центральной зоне не должно быть точек и цара-
пин шириной более 0,001 мм. Меньшая ширина (ме-
нее 0,001 мм) оговаривается, если требуется, специ-
альными техническими условиями.
Размеры царапин и точек в средней и краевой зо-
нах и число точек в зависимости от ДСв не должны
превышать значений, указанных в табл. 1 приложе-
ния X.
На поверхностях деталей классов чистоты I—IXa
размеры царапин и точек и их число (в зависимости
79
от Дев) не должны превышать значений, указанных
в табл. 2 приложения X.
Как следует из табл. 1 и 2 приложения X, разни-
ца между высшим классом, например РО—10, и низ-
шим, например Р1Ха, весьма велика. В ГОСТе име-
ются рекомендации, какие классы чистоты поверхно-
стей оптических деталей следует устанавливать на
основании требований, предъявляемых к оптическим
системам, с учетом технологических возможностей.
Например, РО—10 следует устанавливать для сеток
и коллективов в приборах с фокусным расстоянием
окуляра или последующей оптической системы от 10
до 15 мм, шкал и лимбов, рассматриваемых под уве-
личением более 25 * и дифракционных решеток.
В табл. 3 приложения X указаны предельные зна-
чения дефектов для классов I—1Ха. Царапины и точ-
ки размером, указанным в этой таблице, и менее не
учитываются.
20. ДОПУСКИ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Качество оптической детали за-
висит от свойств оптического стекла и качества из-
готовления самой детали: точности линейных и уг-
ловых размеров, плоскостности или кривизны рабо-
чих поверхностей детали и отсутствия на них
повреждений. Простановка допусков тесно связана
с оптическими свойствами деталей. Ниже приводится
перечень некоторых условных обозначений допусков
на основные характеристики оптических деталей,
проставляемых на чертежах:
с — децентрировка;
А/ — разность толщин по краю;
0 — клиновидность;
6 — разность одноименных углов;
л — пирамидальность;
N — отступление от заданного радиуса;
ДМ — местные ошибки;
8 — разрешающая способность линзы, призмы
или системы.
Отклонения толщины, диаметра и других линей-
ных размеров проставляют в поле чертежа рядом
8Q
с номинальными размерами и в соответствии с ука*
заниями, изложенными в п. 16. Отклонения на тол-
щину линз, обычно в зависимости от назначения
линзы, ставят в пределах от ±0,01 до ±0,5 мм. До-
пустимое значение децентрировки (несовпадение оп-
тической и геометрической осей) задается в милли-
метрах, например с = 0,02 мм.
Рис. 21. Клиновидность пла-
стинки
Рис. 22. Отсутствие (а) и нали-
чие (б) пирамидальности в трех-
гранной призме
Соответствующая углу клиновидности разность
толщин по краю рассчитывается так (рис. 21):
A/=Z)tg0; при малых углах А/=£>0. Для перевода
в радианы (радиан — единица круговой меры углов)
следует помнить, что 1° = 0,0175 рад; Г = 0,0003 рад;
1" = 0,000005 рад.
Пример 1. Дано: £) = 26мм; 0 = 5'. Требуется
определить А/.
Решение: А/ = 26- 5 -0,0003 = 0,039~ 0,04 мм, т. е.
допустимая разность толщин по краю равна 0,04 мм.
Пример 2. Дано: D = 26 мм; А/ = 0,04 мм. Тре-
буется определить 0.
Решение. Для малых углов 0 = А//D; 0 =
= 0,04/26 = 0,0015 рад; 0,0015/0,003 = 5', т. е. допу-
стимая клиновидность равна 5'.
На практике при расчетах разности толщин дета-
лей по краю пользуются специальными таблицами.
Допуски на клиновидность плоскопараллельных
пластин и отступления углов клиньев указываются в
угловой мере — минутах (') и секундах ("). Принято
считать, что для клиньев с высокой точностью
81
изготовления эти отступления должны лежать в пре-
делах 1 — 10zz, со средней точностью —15—30zz, а с
обычной точностью —30"—Г. Ошибки выполнения уг-
лов в призмах влияют на отклонение луча света, а
следовательно, и на качество изображения (окраши-
вание изображения или хроматизм).
Рис. 23. Схематические изображения отступлений
от радиуса кривизны («яма», «бугор»):
1—пробное стекло; 2 — деталь; радиус линзы; £ —
радиус пробного стекла
Самые точные призмы (например, крышеобраз-
ные) изготовляются с допусками на прямой угол
между полированными гранями, образующими кры-
шу, в 0,5—1". Обычно допуски на углы призм назна-
чают 2—1С'. Допуск на угол ставится рядом с номи-
нальным значением угла, например 90°+10'.
Пирамидальностью призмы (л) называется угол
между ребром призмы и противолежащей ему гранью
(рис. 22). В тех случаях, когда призма имеет два
равных по номиналу угла, например два угла по 45°,
допуск дается на главный угол 90°, а для одноимен-
ных углов дается допуск на их разность, обозначае-
мую б с индексом угла, например б45о.= 5'. Допуски
на пирамидальность чаще всего даются в пределах
1 —10', а на разность углов —2—10'.
Поверхности оптических деталей представляют
собой части сферы у линз и сферических зеркал или
части плоскости у пластинок, клиньев, призм и плос-
82
ких зеркал. Такие поверхности могут иметь погреш-
ности как по общей кривизне или плоскостности, так
и по местным ошибкам. Допуски на эти погрешности
задаются количеством интерференционных колец или
полос или их долей. Обычно на практике интерферен-
ционную картину принято называть «цветом».
Рис. 24. Общие и местные ошибки поверхности: а — мест-
ная ошибка отсутствует; б — «бугор» W = 0,5; в — «бугор»
N = 0,5, местная «яма» &N = 0,25; г — «яма» N = 0,25;
д — «яма» N = 1,0, местный «бугор» A2V = 0,5 (крестом
указано место нажима при наложении пробного стекла;
h обозначает ширину полосы)
Допуск на общую ошибку от номинального радиу-
са кривизны или от идеальной плоскости принято
обозначать буквой N. Количество интерференцион-
ных колец или полос проставляется рядом с числен-
ным выражением, например М = 3,0. Одно кольцо в
линейной мере соответствует толщине воздушного
промежутка в 0,00025 мм, четыре кольца — 0,001 мм
(1 мкм).
Схематическое изображение отступлений от за-
данного радиуса кривизны сферической поверхности
показано на рис. 23. Если воздушный промежуток
больше в центре, получается «яма», а если с краев —
83
«бугор». При нажиме сверху кольца расходятся в
направлении, указанном
N=W
Рис. 25. Схематическое изо-
бражение астигматической
ошибки на поверхности лин-
зы
стрелками.
На некоторых предприя-
тиях яму называют узким
или мелким цветом, бу-
гор — широким или круп-
ным цветом.
На рис. 24 показаны не-
которые случаи обнаруже-
ния ошибок как в случае
сферических поверхностей,
так и плоских. Растянутый,
эллиптичный вид цветных
колец (рис. 25) указывает
на то, что в двух взаимно
перпендикулярных сечениях
поверхность линзы имеет
разные радиусы кривизны
(астигматизм).
В качестве наглядного, но грубого примера мож-
но привести автомобильную шину (рис. 26), у кото-
рой радиус кривизны (/?) в одном сечении отличает-
ся от радиуса кривизны (г) в сечении, перпендику-
лярном первому. В данном случае R больше г. Полу-
чившаяся поверхность называется торической.
При наличии цилиндрической поверхности обра-
зуются параллельные полосы различной ширины; чем
84
больше отступления от плоскости, тем меньше рас-
стояние между полосами, а их количество увеличи-
вается.
Местные ошибки (ДМ) поверхности являются на-
рушением равномерности ее профиля, что обнаружи-
вается при наложении пробного стекла в виде харак-
терных искривлений интерференционных по'лос или
колец. Обычно допуски на общие отступления от ра-
диуса (N) задают в пределах от 0,05 до 10 колец, а
на местные (ДМ)—от 0,01 до 2,0 колец.
По допускаемым отклонениям детали можно под-
разделить на четыре класса точности (табл. 13).
Таблица 13. Условное деление
оптических деталей по допускаемым
отклонениям на классы точности [3]
Класс точно- сти Характеристика точности Допуски на отклонения и качество поверхностей
N колец ДМ колец
1 Высшая Св. 0.05 до 1,0 0,01—0,05
2 Высокая » 1,00 » 3,0 0,10-0,80
3 Средняя » 3,00 » 10,0 0,30-2,0
4 Низкая » 10 —
Необходимо учитывать, что температура помеще-
ния влияет на правильность измерений N и ДМ. На-
пример, если в помещении температура ниже нор-
мальной, то «цвет», как принято говорить, идет на
«бугор», если выше нормальной,— на «яму». Это объ-
ясняется деформированием поверхности детали под
влиянием температуры.
Разрешающая способность 8 определяется наи-
меньшим углом, под которым две близкие линии еще
видны раздельно.
Глава четвертая
КОНТРОЛЬНО-
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ИНСТРУМЕНТ
И ПРИБОРЫ
21. СВЕДЕНИЯ ИЗ МЕТРОЛОГИИ
Измерить — значит сравнить из-
меряемую величину с другой, однородной величиной,
которая принята за единицу измерения (например,
миллиметр, угловой градус и т. д.). Точность измере-
ний зависит от цены деления (значение наименьшего
деления шкалы) шкалы инструмента, качества чисто-
ты и степени износа поверхностей, освещения, темпе-
ратуры помещения и разности температур помещения
и измеряемой детали, квалификации измерителя.
Измерения можно производить контактным и бес-
контактным способами. При контактном способе из-
мерительные и измеряемые поверхности входят в со-
прикосновение, например при контроле скобами, шаб-
лонами. Примером бесконтактного способа может
служить измерение на интерферометре.
Для непосредственного измерения применяют уни-
версальный (многомерный, шкальный и т. п.) инстру-
мент, например штангенциркули, микрометры, инди-
каторы и др. Для определения только соответствия
действительного размера допустимым отклонениям
применяют калибры (предельные, бесшкальные, одно-
мерные), например скобы.
При измерениях необходимо не допускать попа-
дания абразивов, влаги, масел, смол на измеритель-
ные поверхности и внутрь инструментов. Некоторые
типы инструментов, например микрометры, следует
хранить в гнездах специальных футляров. Помещение
должно быть чистым, сухим и с постоянной темпера-
турой (20 °C).
По окончании работы инструменты необходимо
протереть и смазать (неокрашенные металлические ча-
сти) тонким слоем бескислотного вазелина или анти-
коррозийной смазки. Особенности эксплуатации и хра-
86
нения каждого вида контрольно-измерительного ин-
струмента указаны в соответствующих инструкциях.
Все измерительные средства подлежат периодической
проверке.
Средства технических измерений, применяемые в
оптическом производстве, можно подразделить на ин-
струменты и приборы для измерения и контроля ли-
нейных и угловых размеров, а также для контроля
плоскостности и измерения радиусов кривизны.
Поскольку оптические контрольно-измерительные
приборы применяются для всех перечисленных видов
измерений, выделять их в особую группу нет необхо-
димости.
22. ИНСТРУМЕНТЫ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ
РАЗМЕРОВ
Штангенциркуль. Этот инстру-
мент обеспечивает линейные измерения с точностью
0,1; 0,05; 0,02 мм в зависимости от конструкции нони-
уса (рис. 27).
Основные части штангенциркуля показаны на
рис. 28. При соединении подвижной рамки со специ-
альной линейкой можно пользоваться этой линейкой
как глубиномером. Так устроены простейшие штан-
генциркули с точностью измерения в 0,1 мм.
Разделив единицу деления штанги (на штанге де-
ления нанесены через 1 или через 0,5 мм) на число де-
лений нониуса (в зависимости от конструкции может
быть 10, 20, 25, 50 делений), определим цену деления
нониуса данной конструкции.
Пример 1. На штанге деления нанесены через
1 мм, а нониус имеет 10 делений. Тогда точность из-
мерения равна 1/10 = 0,1 мм.
Пример 2. На штанге деления нанесены через
1 мм, а нониус имеет 50 делений. Тогда точность из-
мерения равна 1/50 = 0,02 мм.
При отсчете целые деления отсчитываются по ос-
новной шкале (на штанге) до нулевого деления нони-
уса. Порядковый номер деления нониуса, совпадаю-
щего с каким-либо делением штанги, укажет доли
Миллиметра. Примеры отсчетов даны на рис. 29. Если
37
a)
6)
Штанга
0 1,00 1 2 J 4 5
o\ 10 20 JO 40 50 60 70 80 90 1
0,98
Нониус
Рис. 27. Построение шкаля нониуса с ценой деления 0,1 мм
(а) и 0,02 мм (б)
Рис. 28. Штангенциркуль (отсчет по нониусу с точностью 0,02 мм):
I — губка рамки для наружных и внутренних измерений: 2 —губка штанги
для наружных и внутренних измерений; 3 — нониус; 4 — губки для разметки
и наружных измерений; 5 —зажим рамки: 6 — рамка; 7 —движок и зажим
микрометрической подачи; 8 — штанга; 9 — винт и гайка микрометрической
подачи
88
совпадает нулевое деление нониуса с целым делением
штанги, отсчет будет вестись по основной шкале.
Штангенциркулем можно проверять наружные и
внутренние размеры детали, а также глубину отвер-
стий (если есть глубиномер).
При измерениях следует знать, что чрезмерный за-
жим, деформируя поверхности, снижает точность из-
мерения, искажает показания и приводит к прежде-
а> 1
13 14 15
4 5 6 7 8 9
6)
О 10 20 30 40 50 60 70 80 30 1
Рис. 29. Примеры отсчетов: а — отсчет 11,1 мм;
б — отсчет 130,6 мм; в — отсчет 40,12 мм
временному износу мерительных поверхностей, а иног-
да может привести и к порче изделия.
Микрометр. Измерения с точностью до 0,01 мм
обеспечивает микрометр (рис. 30). Он устроен сле-
дующим образом. В скобу впрессован стебель. В от-
верстие стебля помещена втулка с резьбой, в которую
ввернут микрометрический винт. Эта винтовая пара
имеет шаг резьбы 0,5 мм, поэтому винт за один обо-
рот перемещается на 0,5 мм. Боковая поверхность
стебля разделена через 0,5 мм. С винтом соединен ба-
рабан, разделенный по окружности на 50 равных ча-
стей. Следовательно, поворот барабана на одно деле-
ние соответствует перемещению винта на 0,01 мм.
Трещотка служит для обеспечения постоянства ме-
рительного давления на измеряемую деталь, поме-
щаемую между пяткой и винтом.
Отсчет в миллиметрах с точностью до 0,5 мм про-
изводится по скошенному обрезу барабана на стебле.
89
Отсчет сотых долей производится по делениям на ба-
рабане. Примеры отсчета показаны на рис. 31.
Микрометры изготовляются для промера деталей,
имеющих длину в следующих пределах 0—25; 25—50;
50—75 мм и выше.
Умение правильно пользоваться штангенциркулями
и микрометрами разных типов, с различной ценой де-
ления совершенно необходимо молодому рабочему.
Работа с ними приучит его к аккуратности и внима-
Рис. 30. Микрометры с пределами измерения 0—25 мм, 25—50 мм;
1 — скоба; 2 — пятка; 3 — микрометрический винт; 4 —стопор; 5—стебель;
б — барабан; 7—трещотка; S — установочная мера; Р —контргайка; 10 —
пружина; // — штифт; 12—винт; 13 — корпус трещотки
тельности при измерениях, выработает определенные
навыки, необходимые при обращении с более сложны-
ми инструментами и приборами.
Рычажный толщеметр. Для промера линз толщи-
ной 10—15 мм и диаметром до 50 мм удобны (особен-
но для промера отрицательных линз) простейшие ры-
чажно-механические толщемеры (рис. 32). Точность
измерения (0,02—0,1 мм) зависит от соотношения пле-
чей рычагов.
Установка толщемера «на нуль» заключается в
совмещении индекса подвижного рычага 1 с нулевым
90
штрихом дуговой шкалы 2, укрепленной на неподвиж-
ном рычаге 4. В этом положении измерительные вин-
ты доводят до соприкосновения друг с другом и зак-
репляют намертво. Рычаги 1 и 4 постоянно разжима-
ются пружинкой 3.
Индикаторы. Индикаторы часового типа, рычажно-
зубчатые головки относятся к рычажно-механическим
приборам. Действие их основано на преобразовании
незначительного возвратно-поступательного перемеще-
ния измерительного стержня во вращательное переме-
щение стрелки по круговой шкале (циферблату).
Индикаторы часового типа имеют цену деления
0,01 мм; индикаторы других типов — 0,001 —0,002 мм.
На рис. 33 изображен схе-
матический разрез инди-
катора часового типа наи-
более распространенной
конструкции. Механизм
скрыт в цилиндрическом
металлическом корпусе С Рис. 31. Примеры отсчета по
рифлеными краями. нониусу: а — отсчет 8,35 мм;
Измерительный стер- б —отсчет 14,68 мм
жень /, в средней части
которого нарезана зубчатая рейка, установлен во
втулках 2 и 4 корпуса инструмента. Зубчатая рейка
находится в постоянном зацеплении с шестерней 8
жестко скрепленной с большой шестерней 3. Послед-
няя находится в зацеплении с шестерней 6, на оси ко-
торой насажена стрелка большой шкалы индикатора.
На оси шестерни 5, сцепленной с шестерней 6, на-
сажена стрелка малой шкалы индикатора. Стержень
заканчивается рифленым наконечником 9 с запрессо-
ванным стальным шариком, служащим измеритель-
ной поверхностью. Постоянство мерительного давле-
ния шарика с усилием 100—200 гс обеспечивается пру-
жиной 7. Спиральная пружина (волосок) поворачи-
вает ось шестерни 5 всегда в одном направлении. Это
компенсирует люфты в передаточном механизме.
Путь измерительного стержня (расстояние меж-
ду его крайними положениями) называется пределом
измерения индикатора. Нормальные индикаторы часо-
вого типа имеют пределы измерений 0—5 и 0—10 мм,
малогабаритные — 0—2 и 0—3 мм и менее.
91
В некоторых типах индикаторов имеется малая
шкала (указатель числа оборотов), одно деление ко-
торой соответствует полному обороту центральной
Рис. 32. Рычажный толще-
мер
Рис. 33. Схематический разрез ин-
дикатора часового типа
стрелки. Если полный оборот центральной стрелки по
циферблату, разделенному на 100 частей, соответству-
ет перемещению измерительного стержня на 1 мм, то
цена деления большой шкалы равна 0,01 мм, а малой
шкалы — 1 мм.
На рис. 34 изображен внешний вид индикатора ча-
сового типа и рычажно-зубчатой измерительной го-
ловки.
Скобы. Измерительные поверхности скоб (рис. 35)
взаимно параллельны; ПР обозначает размер проход-
ной стороны, НЕ — размер непроходной стороны. Эти
92
размеры соответствуют требуемым посадкам и допу-
скам. Например, по системе ОСТ, для скобы 3,8С5 ПР=
Рис. 34. Типы индикаторов: а — индикатор часового
типа; б — рычажно-зубчатая измерительная головка
= 3,8 мм,//£=3,64 мм; для скобы 18%з ПР= 17,98 мм,
НЕ= 17,93 мм.
Рис. 35. Скобы: а — двусторонняя; б — односторонняя;
в — регулируемая
Кроме предельных двусторонних (рис. 35, а) и од-
носторонних (рис. 35,6) скоб применяют регулируе-
мые скобы (рис. 35,в), которые можно настраивать
на любые размеры и их отклонения (в пределах пе-
ремещения вставок регулируемой стороны скобы).
93
23. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИБОРЫ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ УГЛОВЫХ
РАЗМЕРОВ
Угольники, малки, угломеры. Про-
верка углов может производиться металлическими
угольниками, малками и универсальными угломера-
ми.
Одну сторону угольника прижимают к одной из
сторон проверяемого угла изделия и просматривают
Рис. 36. Универсальный угломер: а — внешний вид;
б — установка нониуса на угол 12°40'
на просвет, определяя по наличию или отсутствию
световой щели правильность изготовления угла. Чаще
всего применяют угольники с углами 30, 45, 60, 90 и
120°.
Малка представляет собой две линейки, соединен-
ные шарнирным винтом. Линейки устанавливают по
эталону на заданный угол и закрепляют винтом.
Универсальный угломер (рис. 36, а) состоит из не-
подвижной линейки 7 с диском 3. На диске 360 гра-
94
дусных делений (четыре интервала от 0 до 90°). Со-
осно с диском 3 может вращаться диск 2 с укреплен-
ными на нем нониусом 4 и подвижной линейкой 1.
Винт 5 служит для закрепления диска 2 на диске 3,
а винт 6 — для закрепления линейки 1 на диске 2.
Ослабив винт 5, можно повернуть диск 2 одновремен-
но с линейкой /, т. е. установить угломер на заданный
угол, образованный линейками 1 и 7, после чего сно-
ва закрепить винт.
Половина дуги нониуса (рис. 36,6) разделена на
12 частей. Отсчет показаний влево от нуля основной
Рис. 37. Угломеры: а — разновидность универсального угло-
мера; б — оптический угломер
шкалы берут на левой половине шкалы нониуса, от-
счет показаний вправо от нуля — на правой половине.
Цена деления нониуса равна цене деления основ-
ной шкалы (1°), разделенной на число делений нони-
уса (12). т. е. 5'. Для удобства отсчета на нониусе
представлены цифры: 0; 15; 30; 45; 60, соответствую-
щие отсчитываемым минутам.
На рис. 36,5 нуль нониуса прошел вправо от 12°.
Второе деление нониуса (после цифры 30) совпало с
одним из делений основной шкалы. Следовательно,
отсчет будет 12° плюс (304-2-5)', что составляет угол
12°40' Величина тупого угла определяется как раз-
ность между 180° и величиной острого угла.
Другой тип универсального угломера изображен
на рис. 37, а. Полудиск 2 с неподвижной линейкой 7 и
подвижная линейка 4 с нониусом 1 одновременно
95
вращаются на оси 3. Микрометрическая подача 6 обе-
спечивает плавный поворот линейки 4 и жестко свя-
занного с ней нониуса 1.
На линейке 4 может устанавливаться хомутик 5 с
угольником 90°. Дуга нониуса разделена на 30 деле-
ний и соответствует 29° основной шкалы. Цена деле-
ния основной шкалы Г, поэтому цена деления нониу-
са равна тридцатой части градуса, т. е. 27.
Оптический угломер (рис. 37, б) состоит из непод-
вижной линейки 2, жестко связанной с круглым кор-
пусом 5 и подвижной линейкой 1, В корпус вставлен
стеклянный диск со шкалой. Шкала разделена на гра-
дусы и минуты. Цена малого деления 10'. На корпусе
помещена лупа 4, под которой находится указатель
шкалы. При повороте линейки 1 поворачивается лупа
с указателем перемещения шкалы. Для фиксации ча-
стей угломера в нужном положении служат зажимной
рычаг 3 (для остановки перемещения подвижной ли-
нейки 1) и кольцо угольника 6 (для закрепления по-
ворота линейки).
Установочные стеклянные угольники в основном
изготовляют с углами 30, 45, 60 и 90°. Длина рабочих
граней 50—70 мм, толщина 15 мм. Допуск на изго-
товление углов 10—30". Допуск на изготовление уг-
лов у эталонных угольников— 1—3".
Коллиматор и автоколлиматор. Коллиматор
(рис. 38,а) — оптический прибор, дающий параллель-
ный пучок лучей и заменяющий собой бесконечно
удаленный предмет. Коллиматор входит составной
частью в ряд оптических контрольно-измерительных
приборов.
Основные части коллиматора: объектив и сетка
или непрозрачная диафрагма 3, установленные в его
фокальной плоскости. В качестве источника света 1
может быть использована электрическая лампа. В
диафрагме делается отверстие точечной или щелевой
формы.
Для получения равномерного освещения сетки по
всему полю зрения между источником света и сеткой
устанавливают матовое стекло 2. Так как плоскость
Штрихов сетки 3 расположена в фокальной плоско-
сти объектива 4, то из объектива выйдет параллель*
ный пучок лучей.
96
Если перед объективом установить плбское зерка-
ло 5 (рис. 38, б) перпендикулярно визирной оси кол-
лиматора, то после отражения от зеркала лучи вер-
нутся обратно по тому же самому пути. Пройдя объек-
тив, лучи образуют на сетке изображение, совпадаю-
щее со светящейся точкой или несколько смещенное.
Величина этого смещения зависит от величины угла
наклона зеркала а. Изображение, получаемое на сет-
ке после отражения от зеркала, называется автокол-
лимационным бликом.
Рис. 38. Схемы коплиматора (а) и автокол-
лиматора (б)
Для наблюдения совмещения автокодлимационного
изображения перекрестия с самим перекрестием в фо-
кальной плоскости объектива коллиматора в его опти-
ческую схему вводят специальный автоколлимацион-
ный окуляр.
Метод, при котором отражением от какого-либо
зеркала получают изображение светящейся точки (от-
верстия) или перекрестия в плоскости самого светя-
щегося объекта, называется автоколлимационным.
Особенностью метода является его высокая чувстви-
тельность к незначительным поворотам зеркала. Если
4 Зак. 346 97
зеркало или другая отражающая поверхность пе пер-
пендикулярны к визирной оси коллиматора, то между
центром перекрестия сетки и «зайчиком» будет рас-
хождение. Величина этого расхождения определяется
(в угловой мере) по делениям сетки.
Незначительный поворот зеркала на какой-либо
угол а отклонит лучи на удвоенную величину этого
угла (2а). Так как цена деления сетки 3 и фокусное
расстояние объектива 4 известны, то угол поворота
зеркала от исходного положения определяется из три-
тонометрических соотноше-
ний. При работе с автокол-
лиматором установка блика
в центр перекрестия обычно
производится по эталонному
зеркалу или призме.
Автоколлимационные при-
боры разных конструкций
применяют для измерения
углов призм, клиновидности
зеркал или пластинок и дру-
гих целей. Автоколлимаци-
онный метод является типич-
Рис. 39. Гониометр
ным бесконтактным видом оптического контроля (из-
мерения) углов поворота зеркала.
Гониометр. С помощью гониометра можно произво-
дить: а) измерение двугранного угла прозрачных
твердых тел с плоскими гранями (коллимационным
способом); б) измерение двугранного угла непроз-
рачных твердых тел с плоскими гранями (автоколли-
мационным способом); в) измерение пирамидально-
сти призм; г) определение показателя преломления
по измеренным углам и дисперсии.
Основные части гониометра: лимб, предметный
столик, коллиматор, зрительная труба (или автокол-
лимационная труба) и отсчетное устройство. Внешний
вид одной из конструкций этого прибора изображен
на рис. 39. Гониометр смонтирован на основании /,
установленном на трех регулируемых винтах. Зри-
тельная труба 3 может вращаться вместе со стойкой 2
вокруг вертикальной оси гониометра. Столик 4 вра-
щается вокруг вертикальной оси и имеет устройство
98
для наклона. Коллиматор 5 неподвижно закреплен на
стойке, связанной с основанием.
Угол поворота зрительной трубы относительно оси
коллиматора отсчитывается по лимбу при помощи от-
счетного устройства. Точность измерений (в зависи-
мости от конструкции) 30", 10", 5", 1".
На рис. 40, а приведена одна из схем измерения
коллимационным способом угла отклонения призмы р.
Рис. 40. Измерение угла отклонения призмы колли-
мационным способом (а) и автоколлимационный спо-
соб измерения углов (б)
Измерения проводят в следующем порядке.
1. Визирные оси коллиматора К и зрительной тру-
бы Т совпадают. Положение / трубы отмечают по
лимбу.
2. Призму устанавливают на столике так, что ее
преломляющая грань находится под определенным уг-
лом i к визирной оси коллиматора К. Вследствие пре-
ломления по выходе из призмы визирная линия откло-
нится.
4*
99
3. Трубу Т перемещают в положение II, пока центр
сетки трубы снова не совместится с центром сетки
коллиматора К. Угол поворота трубы представляет
собой искомый угол отклонения.
Преломляющий угол о вычисляют по формуле, в
которой величины 6, I, п (показатель преломления ве-
щества призмы) связаны определенной зависимостью.
Одна из схем автоколлимационного способа изме-
рения углов дана на рис. 40, б. Здесь применяется
только одна автоколлимационная зрительная труба К,
в которой последовательно (положения I и II) полу-
чают автоколлимационное изображение от первой и
второй грани объекта и совмещают его с сеткой тру-
бы. Определив угол поворота а между положениями
I и II трубы, вычисляют преломляющий угол а.
24. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИБОРЫ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОСКОСТНОСТИ
И РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ
Линейки. Кроме металлических
лекальных линеек для контроля плоскостности поль-
зуются линейками, изготовленными из твердых марок
стекла, например МКР1.
Мерительные кромки шири-
ной 6—10 мм отшлифованы
и отполированы с большой
точностью (W до 0,5 кольца
и точнее).
Чаще всего контроль ве-
дется прижимом линейки к
планшайбе и перемещением
в ее плоскости. Длина ли-
Рис. 41. Радиусные табло- ненки должна быть не менее
ны 3/4 диаметра планшайбы.
Поверхности линейки и
планшайбы должны быть
сухими. След притертости на контролируемой поверх-
ности укажет имеющиеся отклонения (выпуклость,
вогнутость, местные неровности).
Шаблоны радиусные. Радиусы кривизны сфериче-
ских поверхностей грибов и чашек приближенно оце-
ниваются (на просвет или по следу притертости) ме-
100
таллическими шаблонами (рис. 41). Толщина шабло-
на (изготовляются парами) по краю 1—2,5 мм. Край
скошен для удобства контроля.
Притирочный контрольный инструмент. Притироч-
ный инструмент (чашки, грибы) обычно делают ла-
тунными. Радиусы кри-
визны чашек должны
быть меньше, а гри-
бов — больше радиуса
кривизны линзы или
блока, т. е. точнее и
ближе к номинальному
радиусу кривизны, чем
проверяемая линза или
блок. Поэтому поверх-
ность заготовки, от-
шлифованная предыду-
щим инструментом,
всегда должна приле-
гать к поверхности по-
следующего инстру-
мента крайней зоной.
След притертости
на детали или блока
укажет на точность на-
несения радиуса на де-
тали и на качество по-
лученной поверхности.
Притираются только
сухие или слегка ув-
лажненные дыханием
Рис. 42. Сферические пробные
стекла (а) и схема контроля по-
верхности большего диаметра
пробным стеклом меньшего диа-
метра (б)
поверхности к насухо
протертому притироч-
ному инструменту.
Движения при притир-
ке должны быть спи-
ралеобразными, на-
жим незначительный; следует делать не более трех-
четырех перемещений.
Пробные стекла. Пробные стекла (рис. 42, а), при-
меняемые для проверки радиусов сферических и плос-
ких поверхностей оптических деталей интерференцион-
ным методом, должны изготовляться следующих
101
типов, установленных ГОСТ 2786—76: ОПС — основ-
ные пробные стекла; КПС — контрольные пробные
стекла; РПС — рабочие пробные стекла.
Радиус кривизны РПС проверяется КПС; радиус
пробных стекол КПС проверяется ОПС.
Обычно диаметр пробных стекол составляет от 1
до 130 мм (иногда 220 мм и более). Рабочая поверх-
ность пробного стекла отполирована с большой точ-
ностью (М=0,05) до соломенно-желтого цвета. На
краю рабочей поверхности (отполирована только до
получения прозрачности) или на отполированном (ме-
тодом гравировки или алмазным карандашом) уча-
стке цилиндрической поверхности РПС наносятся:
товарный знак предприятия-изготовителя; обозначе-
ние типа стекла (знаки плюс или минус); номиналь-
ное значение радиуса (в мм); класс точности; поряд-
ковый номер стекла по системе нумерации предприя-
тия. Если пробное стекло диаметром менее 10 мм, то
маркировку допускается наносить на подклеенную к
нерабочей поверхности стеклянную пластинку.
Пробные стекла изготовляются из материала,
обладающего прочностью на истирание и малым ко-
эффициентом линейного расширения. Основной мате-
риал— стекло ЛК7, ЛК5 (по ГОСТ 3514—76).
Материальный брак (пузыри, свили) и внешние
дефекты (прошлифованные пузыри, остатки мата в
виде отдельных точек) допустимы, если они не вре-
дят просмотру интерференционной картины.
Желательно, чтобы диаметр пробного стекла был
несколько больше диаметра проверяемой поверхно-
сти. Если пробное стекло меньше (рис. 42,6) или боль-
ше измеряемой поверхности, то действительное от-
ступление от радиуса (AfAeT) определится из соотно-
ШеНИЯ NnP. = Dpp. ст/Пдег-
Пример. Требуется определить отступление от
плоскостности (Д^дет) пластины диаметром 300 мм
(7)дет = 300 мм), имея в наличии пробное стекло диа-
метром всего 30 мм (Опр.ст=30 мм). Предположим,
что наблюдаем цвет 0,05 интерференционной полосы
(Af = 0,05).
Решение:
0,05/А^дет = 900/90 000; = 0,05 • 90 000/900 = 5,0,
102
Следовательно, плоский блок диаметром 300 мм,
составленный из деталей диаметром 30 мм, достаточ-
но отполировать с точностью до пяти колец (М=5,0),
чтобы получить значительно уменьшенную ошиб-
ку на отдельных деталях, определяемую пробным
стеклом.
Допуск на точность изготовления пробных стекол
задается (указывается в нижней части таблицы тре-
бований к детали) классом точности или в процентах
от номинального значения /? (см. п. 17).
Перед наложением пробного стекла поверхность
его и детали тщательно протирают салфеткой, смо-
ченной в смеси спирта с эфиром. Непосредственно пе-
ред наложением оставшиеся на поверхности пылинки
снимают сухой и обезжиренной беличьей кисточкой.
При правильном наложении стекло как бы плывет по
детали на тончайшей воздушной прослойке. При не-
аккуратном наложении искажается интерференцион-
ная картина и можно нанести царапины. Частичное
наложение пробного стекла (на край детали) не ре-
комендуется и применяется только при предваритель-
ном просмотре.
В приложении XI приведены предельные отклоне-
ния радиусов для сферических ОПС (в процентах от
номинального значения) и для плоских ОПС (в чис-
ле интерференционных полос), установленные ГОСТ
2786—76.
Интерференционные приборы. Эти приборы широко
используются для контроля бесконтактным способом
плоскостности и плоскопараллельности пластин. Про-
стейший интерферомент для контроля плоскостей
представляет собой корпус, в котором смонтированы
по определенной схеме оптические детали. Источни-
ком света чаще всего служит монохроматическая
ртутная лампа. Лучи света от лампы, пройдя через
зеленый светофильтр, линзу-конденсор, рабочее проб-
ное стекло (РПС), падают на контролируемую по-
верхность блока или детали. В воздушном зазоре
РПС и контролируемой поверхностью создается ин-
терференционная картина. Эта картина (чередующие-
ся темные и светлые полосы или кольца) после про-
хождения через РПС отражается плоским светодели-
тельным зеркалом в глаз наблюдателя (рис. 43).
юз
Рис. 43. Схема простейшего
интерферометра:
1—монохроматический источник
света; 2 — светофильтр; 3—отра-
жающее зеркало; 4 — светодели
тельное зеркало; 5 —конденсор;
6’— пробное стекло; 7—деталь
Интерферометры другой конструкции — стацио-
нарные большегабаритные — оснащены более слож-
ной оптической системой, снабжены приспособления-
ми для установки блока в нужном положении и да-
ют возможность контролировать блоки или детали
диаметром 300—350 мм и выше.
Для измерения малых углов клиньев (до 1") при-
меняют небольшие настольные интерферометры. Сто-
лик прибора может перемещаться в двух взаимно
перпендикулярных направ-
лениях. В оптическую схему
вводится раздвижная щель,
освещаемая монохромати-
ческой лампой. Изображе-
ние щели проектируется
объективом на нижнюю
поверхность пластины. Пла-
стина кладется на сто-
лик прибора, оклеенный
черным бархатом. Интер-
ференционная картина (че-
рез объектив, призму и
окуляр) попадает в глаз
наблюдателя.
Для определения клина
устанавливается при помо-
щи винтов перпендикулярно
оптической оси, а затем пе-
ремещается в двух взаимно перпендикулярных на-
правлениях.
Если при перемещении столика с деталью в
продольном и поперечном направлениях видимые в
поле зрения окуляра интерференционные полукольца
не двигаются, значит деталь не имеет клиновид-
ности.
Исчезновение или появление полуколец в поле
зрения окуляра при перемещении детали указывает
на то, что деталь имеет отступления от параллельно-
сти (имеется клин).
Величина клина определяется по таблице, состав-
ленной по расчетной формуле, в которую входят чис-
ло наблюдаемых интерференционных полуколец, дли-
104
деталь на столе прибора
на волны осветительной лампы, диаметр детали, по-
казатель преломления.
Направление клина определяется направлением
движения полуколец. Если при перемещении столика
с деталью в поле зрения окуляра видимые полуколь-
ца будут расширяться, а в центре будут появляться
новые полукольца, то под объектив прибора будет
поступать основание клина (толстый край). Если же
при перемещении детали полукольца будут стяги-
ваться к центру и исчезать, 'то под объективом прибо-
ра будет вершина клина (тонкий край).
Прибор для контроля поверхностей большого диа-
метра. Одним из способов исследования поверхности
плоских и сферических зеркал большого размера яв-
ляется теневой метод Фуко. Исследования проводят-
ся в затемненном помещении.
Рис. 44. Схема теневого метода: а, б — различные положения
ножа Фуко
Зеркало М ставится на площадку в вертикальном
положении. Зеркало дает изображение точечного ис-
точника S в точке S' (рис. 44). Точечным источником
может быть отверстие в непрозрачном экране, осве-
щенное лампой.
Наблюдатель вместе с точечным источником све-
та и так называемым ножом Фуко, непрозрачным эк-
раном с острым прямолинейным краем, располагает-
ся напротив зеркала, приблизительно на двойном фо-
кусном расстоянии от него (близ центра кривизны
зеркала). Нож Фуко при помощи суппортов можно
перемещать в двух взаимно перпендикулярных на-
правлениях. Глаз наблюдателя, помещенный за изоб-
ражением, получает свет от всех точек зеркала, и все
зеркало кажется освещенным. Если лезвие ножа Н
(перпендикулярное к плоскости рисунка) вводить
снизу вверх в том месте, где находится фокус зерка-
ла, то свет будет потушен сразу. Если лезвие ножа
105
поместить в точке А, глаз увидит тень, двигающую-
ся снизу вверх, а если в точке В, то тень, двигающую-
ся сверху вниз.
Рельефная теневая картина на поверхности зерка-
ла передает все отклонения от сферичности (выпук-
лости, вогнутости). Этот способ дает возможность
точно найти положение фокуса сферического зеркала
и отклонения от фокуса,
а следовательно, и от ра-
диуса, кривизны в опре-
деленной зоне поверхно-
сти.
Метод Фуко и основан
на том явлении, что све-
товые лучи, падающие на
вогнутую поверхность
сферического зеркала из
его центра кривизны,
вновь соберутся после от-
ражения в этом центре
лишь в том случае, если
поверхность зеркала
представляет собой иде-
альную сферу.
Кольцевой сферометр.
Определение с большой
точностью радиуса кри-
визны, например ОПС,
Рис. 45. Схема кольцевого
сферометра
может производиться косвенным путем измерением
стрелки (высоты h) шарового сегмента стекла. При
этом диаметр D сегмента должен быть известен с
точностью до единицы третьего знака. Производя не-
обходимые расчеты, определяют радиус кривизны (см.
приложение V).
Для измерения стрелки часто пользуются кольце-
вым сферометром типа ИЗС-7 (рис. 45). Вдоль вер-
тикальной оси корпуса прибора под действием груза,
перекинутого через блок, может перемещаться изме-
рительный стержень 1 со шкалой. Шкала разделена
на миллиметровые деления и на десятые доли мил-
лиметра.
Стекло ставится на три шарика 2 измерительного
кольца, устанавливаемого в верхней части корпуса.
106
Диаметр окружности, проходящей через центры ша-
риков, и диаметры шариков должны быть известны.
Набор колец (с диаметрами до 120 мм) прилагает-
ся к прибору.
Величина стрелки определяется по разности от
счетов при касании измерительного стержня эталон-
ной плоскости и измеряемой сферы, последовательно
устанавливаемых на шариках. Специальное отсчет-
ное оптическое устройство с ценой деления 1 мкм
(спиральный окулярный микрометр 3) дает возмож-
ность определить величину стрелки с большей точ-
ностью.
Сферометром типа ИЗС-7 определяют радиусы
кривизны от 10 до 1000 мм.
Глава пятая
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
25. ОСНОВНЫЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Технологический процесс изготов-
ления оптических деталей состоит в обработке их ра-
бочих и крепежных поверхностей. Заготовкам (куско-
вое стекло, плитки, прессовка и др.) придают нужные
размеры, а поверхностям — структуру соответственно
с их назначением [7—9].
Технологический процесс должен обеспечить наи-
более целесообразную последовательность операций,
наивысшую производительность и экономичность из-
готовления деталей.
При составлении документации на технологичес-
кий процесс на конкретном предприятии учитывают-
ся назначение детали и соответствующие нормы точ-
ности, вид сырья, материалы, имеющиеся технические
средства (оборудование, инструмент, приспособления,
контрольно-измерительная техника). Необходимо
107
учитывать размер партии (массовое, мелкосерийное,
единичное производство). Имеет значение и квали-
фикация работников.
Сравнивая разработанные технологические про-
цессы, технолог выбирает с учетом реальных условий
производства наиболее эффективный, производитель-
ный и экономичный. Самые хорошие результаты
обычно дает при этом творческое содружество техно-
лога и рабочего.
Обработку многих оптических деталей можно раз-
бить на несколько основных этапов, каждый из кото-
рых имеет определенное назначение.
Заготовка. Сущность заготовительных операций
состоит в удалении лишнего материала, придании за-
готовке нужной формы, обеспечении нужной струк-
туры поверхности (матовости) для последующего
мелкого шлифования, оставлении необходимого,
согласно технологическому процессу, припуска на по-
следующие операции.
В зависимости от вида сырья, имеющегося на за-
воде, или сырья, предназначенного специально для
данной детали (в соответствии с заказом заводу оп-
тического стекла), меняется последовательность опе-
раций или их количество.
Сырье (полуфабрикат) после обработки одной по-
верхности превращается в заготовку, и на всех по-
следующих операциях обрабатывают уже заготовку,
а не полуфабрикат.
Заготовительные операции многообразны. Это
резка, распиловка, фрезерование, кругление, сверле-
ние, обдирка, среднее шлифование, снятие фасок,
термическая резка, подшлифовка пластин, подгонка
углов призм и др.
Обработка производится абразивами в свободном
или связанном состоянии. Широкое применение син-
тетических алмазов резко повысило производитель-
ность обработки инструментами с закрепленными
зернами, т. е. ускорило удаление объема припуска, и
поэтому алмазный инструмент применяется почти на
всех заготовительных операциях.
Вспомогательные операции (наклейка, склейка,
блокировка и др.) служат для крепления деталей на
приспособлениях и группировки их для совместной
108
дальнейшей обработки или для удаления всевозмож-
ных загрязнений (промывка, протирка).
Мелкое шлифование. Эта операция должна подго-
товить поверхность оптической детали к полирова-
нию, т. е. снять соответствующий объем стекла (при-
пуск), придать детали требуемые размеры, ее поверх-
ностям— соответствующую кривизну или плоскост-
ность при заданной матовости.
Изучением процесса шлифования свободным и
связанным абразивом занимались многие отечествен-
ные и зарубежные ученые. Особенно большой вклад
в исследование этого процесса внесли советские уче-
ные И. В. Гребенщиков, Н. И. Качалов, К. Г. Кума-
нин, С. М. Кузнецов и др. Их работы выявили основ-
ные факторы, влияющие на процесс, и способы ис-
пользования их в производственных условиях для
повышения эффективности и качества обработки. Ра-
боты в этом направлении продолжаются и в настоя-
щее время.
Шлифование стекла свободным абразивом мож-
но рассматривать как непрерывное выкрашивание
стекла большим количеством перекатывающихся
между поверхностями стекла и шлифовальника абра-
зивнных зерен.
Благодаря ударно-вибрационному действию зерен
абразива на стекле образуется поврежденный поверх-
ностный слой (выступы и раковистые изломы), а под
ним — внутренний трещиноватый слой. Глубина тре-
щиноватого слоя в несколько (четыре и более) раз
больше глубины выколок поверхностного слоя.
При большом количестве абразивных зерен возра-
стает число выколок и трещин, пересекающихся меж-
ду собой и вызывающих дальнейшее выкалывание
стекла.
Скорость вращения шлифовальника, применяе-
мое давление влияют на чистоту перекатывания зе-
рен, их ударно-вибрационное действие. Чрезмерное
увеличение скорости вызывает, под влиянием цен-
тробежной силы, сбрасывание еще не отработанных
зерен.
Эффективность шлифования пропорциональна
давление, при котором зерно раздавливается (раз-
давление, при котором зерно раздавливается
109
(раздавливающее усилие). Давление зависит от
прочности применяемого абразива.
Однородность поверхности нарушается царапина-
ми, точками, выколками. Установлено, что царапины
образуются, если имеется более 5% зерен размером
примерно в четыре раза больше, чем размер зерна ос-
новной фракции. Такие зерна надолго закрепляются
в шлифовальнике более мягком, чем стекло, не раз-
рушаются некоторое время и создают царапины. Раз-
меры царапины — глубина, длина, ширина — зависят
от величины абразивного зерна, его прочности, мате-
риала шлифовальника, стекла и других факторов.
Если крупное зерно вращается, то оно вызывает по-
явление точки. Выколки — результат удара по стеклу
острыми и крупными предметами, например краем
инструмента.
Вообще, как правило, «флинтовые» марки стекла
срабатываются и царапаются больше, чем «кроно-
вые». При твердом шлифовальнике абразивные зерна
глубже врезаются в стекло, чем при мягком, дают
более высокую производительность шлифования, но
в то же время возможность получения царапин и то-
чек увеличивается.
Мягкие шлифовальники, особенно при шлифова-
нии мелкими фракциями (М14—М7), уменьшают
возможность получения этих дефектов. В качестве
материала для мягких шлифовальников применяются
латунь, медь, алюминий, иногда винипласт. Непре-
рывная подача абразива производительнее, чем пе-
риодическая.
Смачивающая жидкость, например вода, способ-
ствует равномерному распределению абразивных зе-
рен, удаляет отходы шлифования (размельченные
зерна, разрушенное стекло, отходы шлифовальни-
ка), поглощает выделяющееся тепло и пылевидные
отходы.
Установлено, что вода вызывает на поверхности
стекла химические процессы, в результате которых
создаются расклинивающие усилия, способствующие
отделению частиц стекла. Шлифование с безводными
жидкостями менее производительно.
Если при шлифовании имеется избыток воды, то
зерна смываются, давление на каждое оставшееся
но
зерно (удельное давление) возрастает, происходит
раздавливание или заклинивание этих зерен. При
этом неизбежны царапины и выколки. Избыток абра-
зива, мешая зернам свободно перекатываться, вызы-
вает царапины, снижает производительность. Шлифо-
вание наиболее эффективно при распределении аб-
разивных зерен в один слой.
Путем перехода к все более мелким фракциям аб-
разивов величина поверхностных выступов и впадин
на поверхности уменьшается и поверхность подготав-
ливается для следующей операции (полирование),
если это требуется по технологическому процессу.
Процесс шлифования связанным абразивом имеет
свои отличия. Жестко закрепленные в инструменте
абразивные зерна, работая как резцы, образуют мно-
гочисленные выколки, при этом производится сраба-
тывание стекла. Обработка закрепленными абразива-
ми производительнее, чем свободными, примерно в
15—20 раз.
Механическое воздействие зерна на стекло опре-
деляется режимами обработки, скоростью, давле-
нием, глубиной и подачей резания. Шлифование свя-
занным абразивом требует обильной подачи смазоч-
но-охлаждающей жидкости для уменьшения трения
между инструментом и обрабатываемой поверхно-
стью, охлаждения и удаления отходов шлифо-
вания.
Для алмазных инструментов может быть примене-
на следующая смазка (массовая доля компонента
в %): эмульсола — 6, соды кальцинированной— 1, ке-
росина— 0,5, остальное — вода.
Абразивные зерна после затупления вырываются
из связки, в результате связка срабатывается и всту-
пают в работу новые зерна.
Химические процессы при обработке связанными
абразивами не успевают возникнуть, так как удале-
ние стекла идет весьма интенсивно, и поэтому практи-
чески не влияют на разрушение стекла.
При шлифовании стекла, пластмасс и металла
испытывался ледяной инструмент. Bonv с абоазивтты-
ми зернами замораживали по —80°C Лет приобре-
тал твердость металла и применялся как инструмент
для шлифования.
Ill
Полирование. Технологическим назначением поли-
рования является создание гладкой, прозрачной и
точной поверхности с шероховатостями не более со-
тых долей микрометра. Наружный рельефный слой
удаляется практически полностью, трещиноватый ча-
стично остается. Трещины на поверхности заполиро-
вываются и не мешают прохождению света. Процесс
основан на совместном действии механических, физи-
ко-химических и химических факторов.
Большой вклад в изучение этого вопроса внесли
советские ученые И. В. Гребенщиков, А. В. Шубни-
ков, Н. Н. Качалов, К. Г. Куманин и др.
Применение разнообразных смачивающих жидко-
стей, как показали опыты, может ускорить или за-
медлить ход процесса полирования. Доказано, что
кремнистые соединения стекла под влиянием воды
образуют тончайшую пленку, прекращающую доступ
воды к более глубоким слоям стекла и ее химическое
воздействие на них. Благодаря механическим силам
эта пленка срывается, обнажая свежий слой стерла,
который снова подвергается воздействию воды. В ре-
зультате образуется новый слой пленки, который тут
же срывается, и т. д. Сама пленка способна силами
сцепления удерживать на своей поверхности зерна
полирующего материала.
Толщина пленки порядка 0,01 мкм. При полиро-
вании стекла происходит его срабатывание, что под-
тверждается уменьшением массы стекла. Механиче-
ские процессы, происходящие при полировании, сход-
ны с процессами при шлифовании стекла. При ин-
тенсивных режимах пленка не успевает образоваться,
однако процесс полирования все же происходит.
На скорость полирования влияют свойства поли-
рующего материала, материал полировальника, дав-
ление, скорость вращения, свойства обрабатываемого
материала.
Полировальники из смолы применяются для точ-
ных работ. Они постепенно сполировывают шерохо-
ватости шлифованной поверхности. Полировальники
из сукна или фетра, применяемые для грубых работ,
дают слегка волнистую поверхность, т. е. как бы за-
глаживают неровности.
112
Установлено, что для точных работ следует при-
менять давление около 0,005 кгс/см2, окружную ско-
рость 0,2 м/с. Для грубых работ применимы давле-
ние 1 кгс/см2, окружная скорость 5—10 м/с.
Для двустороннего полирования витражных, зер-
кальных, строительных стекол, декорирования сор-
товой стеклянной посуды большое значение имеет
совершенствование способов химической (кислотной)
обработки поверхности стекол травлением. Эти спосо-
бы могут применяться вместо механического полиро-
вания поверхности стекла (иногда в комбинации с
механическими способами).
Центрирование (круглое шлифование). На данной
операции происходит обработка линзы по диаметру
симметрично ее оптической оси. При этом оптическая
и геометрическая оси линзы совмещаются. Необхо-
димость выполнения операции вызвана следующими
обстоятельствами. В процессе изготовления загото-
вок, например при круглении столбиков (рис. 46, а),
обдирке, шлифовании и полировании, из-за неравно-
мерного снятия слоя стекла линзы могут иметь кли-
новидность, которая характеризуется неравнотолщин-
ностью деталей по краю (рис. 46,6). У такой детали
при нанесении сферы происходит смещение центров
сферических поверхностей, а следовательно, и ошТи-
ческой оси относительно геометрической оси линзы.
Оптическая ось линзы до центрирования может
быть параллельна ее геометрической оси (рис. 47, а)
или идти под некоторым углом к ней (рис. 47,6). У
нецентрированной линзы ее края расположены на
разных расстояниях от оптической оси и имеют раз-
ную толщину (рис. 48, а). Такая линза даст плохое
изображение.
У центрированной линзы края ее имеют одинако-
вую толщину, а оптическая и геометрическая оси
совмещены в пределах допуска на децентрировку
(рис. 48,6).
Установка линзы на патроне перед центрированием
производится оптическим или механическим способом.
Оптический способ — установка по световому «бли-
ку» на глаз с помощью оптического устройства. Линза
закрепляется центрировочной смолой на вращающем-
ся патроне в положении, при котором обеспечена
ИЗ
Рис. 46. Схема образования децентрировки: а — пе-
рекос оси столбика заготовок; б — смещение центра
сферической поверхности
Рис. 47. Децентрировка в линзе: а — оптическая ось параллельна
геометрической оси; б — оптическая ось под углом к геометриче-
ской оси
Рис. 48. Схематическое изображение нецентрированной (а) и
центрированной (б) линз
114
неподвижность изображения нити лампы или изобра-
жения «блика» в оптической трубке.
Механический способ (самоцентрирование) заклю-
чается в том, что линза устанавливается автоматиче-
ски сжатием между двумя патронами, расположенны-
ми строго на одной оси (рис. 49).
При обоих способах правильность установки га-
рантируется хорошей подготовкой и подрезкой уста-
новочной кромки патронов и отсутствием биения цент-
рируемой детали при вращении.
Склейка. Операция склейки дает возможность ис-
править недостатки изображения, даваемые отдельны-
ми линзами, и в то же время получить жестко скреп-
ленную систему линз (или
призм),центрированных на об-
щей оси.
Под центрированной опти-
ческой системой понимается
система,у которой центры всех
отражающих и преломляющих
поверхностей расположены на
общей оси. Эта воображаемая
ось является главной оптиче-
ской осью системы. Материалы
для склейки указаны в п. 14.
Рис. 49. Автоматическая
установка линзы сжатием
между патронами:
/ — линза; 2—патроны
В некоторых случаях (особенно для плоских дета-
лей) вместо склейки применяют соединение оптичес-
ким контактом (молекулярное сцепление двух поли-
рованных поверхностей).
Специальные покрытия, наносимые на поверхно-
сти оптических деталей для изменения коэффициента
отражения, светопропускания или создания пленок с
определенными свойствами описаны в п. 30.
Более подробные описания, необходимые работни-
кам, непосредственно занятым на этих финишних
(заключительных) операциях имеются в литературе
[4-9].
26. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Вспомогательная операция —
блокировка — это соединение деталей или заготовок с
приспособлением (наклейкой, механическим способом,
115
методом оптического контакта, вакуумным креп-
лением, посадкой в сепараторы и т. д.) для их совме-
стной дальнейшей обработки. Сочетание приспособле-
ния и закрепленных на нем деталей или заготовок на-
зывается блоком. От правильного выбора способа
блокировки в зависимости от размеров и формы де-
талей, заданной точности зависит в большей степени
качество изделия, эффективность и экономичность
технологического процесса.
Блокировка должна обеспечить: 1) закрепление
максимально большого числа заготовок; 2) удобство
обработки на данной операции (например, шлифова-
нии, полировании); 3) возможность производить в
процессе работы необходимые замеры; 4) надежность,
крепления при наиболее интенсивном режиме работы;
5) отсутствие механических повреждений и деформа-
ций заготовок или деталей; 6) правильное и симмет-
ричное расположение обрабатываемых поверхностей
относительно приспособления и обрабатывающего ин-
струмента; 7) простоту и быстроту блокировки и раз-
блокировки.
В оптическом производстве применяют несколько
способов блокировки.
В заготовительной мастерской крепление загото-
вок производят механическим способом и с помощью
клеящих составов. Механическое крепление зажимом,
например при круглении склеенных столбиков стекла
или стопки деталей, может быть винтовым, пружин-
ным или кулачковым. Под крайние детали подклеи-
вают, во избежание выколок, эластичные прокладки
(фибра, капрон и др.).
При заготовительных операциях на некоторых ти-
пах станков (сферошлифовальные, сферофрезерные)
детали помещают в гнездо оправки без крепления или
в оправки более сложного типа (многолепестковые
цанговые зажимы);
Для подгонки толщины различных деталей (лин-
зы, призмы, пластины) широко применяют наклейку
на приспособления при помощи восковых или парафи-
новых композиций.
Блочная обработка деталей на операциях шлифо-
вания и полирования, облегчая получение точных по-
верхностей, одновременно повышает производитель-
116
(гриб, чашка,
0fi~0.8d
0,8 -0,^
Рис. 50. Вид смоляных
подушек
ЛИНЗЫ
ность труда за счет увеличения количества одновре-
менно обрабатываемых деталей.
Эластичное крепление. Эта операция применяется
в мелкосерийном и массовом производстве. Она вклю-
чает в себя следующие переходы:
1) наклейка на одну из обрабатываемых сторон
детали смоляных подушек ручным способом или на
специальном полуавтомате;
2) зачистка второй обрабатываемой поверхности лин-
зы от случайно попавшей на нее смолы;
3) притирка линз к тщательно зачищенной повер-
хности притирочного г
планшайба);
4) приклейка дета-
лей к наклеенному при-
способлению;
5) охлаждение
блока.
Толщина слоя смо-
лы после охлаждения
должна быть 0,1—0,2d
(d — диаметр линзы),
но не менее 1 мм (для
линз малого диаметр
диаметром 30 мм высота смоляной подушки равна
3—6 мм. Диаметр смоляной подушки равен диаметру
детали и делается с небольшой конусностью для удоб-
ства блокировки (рис. 50).
Разблокировку линз и пластин производят охлаж-
дением блока, а иногда с помощью деревянного мо-
лоточка. В высокоорганизованных и технически осна-
щенных производствах разблокировку осуществляют
в специальных холодильных камерах, куда вкатывают
тележки с блоками, подлежащими разблокировке.
Разблокировка охлаждением снижает брак по цара-
пинам и выколкам до минимума и является самым
прогрессивным методом.
Блокировка заливкой применяется для линз мало-
го диаметра и малого радиуса кривизны. На притер-
тые и симметрично расположенные на поверхности
притирочного приспособления линзы капают сверху
расплавленной смолой. Смола заполняет чашку, про-
гревает линзы и приклеивается к ним. Пока смола не
117
затвердела, в нее вводят разогретое наклеенное при-
способление, например гриб. После достаточного по-
гружения в смолу и выравнивания для того, чтобы
оси приспособлений совпадали, блок охлаждается в
воде. После зачистки поверхность блока промывается
растворителем и водой. Разблокировку производят
разогревом блока.
Рис. 51. Схема наклейки: а — жесткий метод; б — полужест-
кий метод (/— линза; 2— просмоленная матерчатая прокладка;
3— сферическая пластинка; 4 — смола; 5 — приспособление на-
клеенное); в — наклейка на смоляные выступы
При эластичном креплении важно быстрее осу-
ществлять переход после блокировки к шлифованию
и полированию. Вследствие того что этот метод вы-
зывает деформации поверхности детали, он не явля-
ется достаточно совершенным. Он удобен для исправ-
ления линз, имеющих дефекты по чистоте поверхно-
сти (так называемая поправка).
Жесткое крепление. Этот способ применяется в мас-
совом и крупносерийном производстве деталей с до-
пусками на точность поверхностей от 0,5 кольца и
более, на толщину —от 0,05 мм и выше.
Для обработки первой стороны линзы (прессовки)
жестко наклеивают непосредственно на приспособле-
на
ние в специальные гнезда или площадки (рис. 51, а).
Приспособление разогревают до температуры около
100° С. Одновременно с этим слегка подогревают и
детали. На крепежную поверхность приспособления
наносят тонкий слой смолы или просмоленную матер-
чатую прокладку (при обработке второй стороны).
Наложив линзы, палочкой максимально выжимают
смолу из-под детали. После обработки первой сторо-
ны линзы (обдирка или фрезерование, среднее и мел-
кое шлифование, полирование) ее поверхность покры-
вают лаком и в такой же последовательности обра-
батывают вторую сторону.
Толщина линз на блоке при жестком креплении
выдерживается по контрольным линзам с прошлифо-
ванными углублениями (лунками) или площадками.
Тонкий слой смолы обеспечивает возможность обра-
ботки алмазным инструментом и применения при
шлифовании и полировании самых интенсивных ре-
жимов, так как осадка смолы и сползание линз почти
исключаются. Блоки могут храниться более длитель-
ное время, чем при эластичном креплении. Наклеен-
ные приспособления требуют повышенной точности из-
готовления и более сложной технологии (фрезерова-
ние посадочных мест), поэтому они дорого стоят, но
вполне окупаются при массовом производстве линз.
Полужесткое крепление. Способ применяют для
тонких линз с большим радиусом кривизны обраба-
тываемой поверхности. Линза наклеивается при по-
мощи просмоленной матерчатой прокладки на метал-
лическую шайбу, в свою очередь наклееннную на при-
способление (рис. 51,6).
В очковом производстве применяют наклейку ра-
зогретых заготовок непосредственно на смоляной
слой. Для обеспечения точности такого крепления
специальное приспособление формует на смоляном
слое посадочные места обратной формы. Они опре-
деляют место линз при блокировке (рис. 51, в).
Механическое крепление. Чаще всего этот способ
применяется при заготовительных операциях, напри-
мер для крепления призм.
Детали ставят вплотную друг к другу в металли-
ческие приспособления с соответствующими выреза-
ми. Крайние детали удерживаются винтовыми или
119
пружинными зажимами. Под эти детали подкладыва-
ют эластичную прокладку (резину, картон).
Вакуумное крепление. Оно применяется для загото-
вительных операций, при шлифовании, полировании
одиночных линз и даже блоков. Крепление создается
за счет разреженного воздушного пространства меж-
ду поверхностью резиновой прокладки специального
патрона и поверхностью детали. Деталь, прижимаясь
к прокладке, выжимает воздух и после ослабления
нажима как бы присасывается к ней.
Рис. 52. Схема гипсовки;
/ — призма; 2 —притирочная планшайба; 3—пластинка; 4—днище;
5—кольцо корпуса
Этот способ все время совершенствуется. В ряде
случаев он может быть перспективным, так как креп-
ление и съем детали просты, облегчается промывка
деталей и экономятся растворители благодаря отсут-
ствию наклеечкой смолы.
Гипсовка. Способ применяется чаще всего для креп-
ления призм с допусками на углы от 3' и выше и
крупных кусков стекла. Операция гипсовки состоит
из заливки водного раствора гипса с цементом в при-
способление в виде котелка, корпуса и т. п. (рис. 52)
прямо на детали, притертые к планшайбе. Днище ко-
телка крепится к кольцу винтами или другим спосо-
бом. Часто ограничиваются оберткой планшайбы ре-
зиновым ободом. После затвердения гипса и закреп-
ления в нем днища, установленного прямо в гипс,
обод снимают. Промежутки между призмами после
затвердения гипса зачищают проволочной щеткой на
глубине 2—3 мм и промывают.
Для обеспечения зачистки блока пространство
между призмами до заливки засыпают мелко просе-
120
янными сухими древесными опилками, а металличес-
кий обод ставят на 3—4 пластинки толщиной 2—
3 мм. Для защиты от влаги и осыпания гипса зачи-
щенное пространство покрывают расплавленным па-
рафином.
Разблокировку производят раскалыванием гипса
деревянным молотком или на специальном разгипсо-
вочном прессе. Использование пресса снижает трудо-
емкость процесса разблокировки и обеспечивает бо-
лее высокое качество, так как почти все призмы пол-
ностью освобождаются от гипса.
Рис. 53. Контактные приспособления для пластин и
призм: а — контактная пластина с плоскопараллель-
ными пластинками (7 — пластинки: 2 — контактная
пластина); б — приспособление для призм и клиньев
(7 — призмы; 2 — контактное приспособление)
Гипсовка призм — процесс грязный и неэффектив-
ный. Задача работников оптико-механической про-
мышленности, рационализаторов и изобретателей —
усовершенствовать процесс, заменив гипсовку новыми
способами, основанными на механическом, вакуум-
ном и других видах креплений.
Метод оптического контакта. При обработке дета-
лей с точными поверхностями (до 0,05 кольца), уг-
ловыми размерами 1—2" и параллельностью 1 —10"
(точные пластины, зеркала, клинья, призмы)
121
применяется крепление оптическим контактом. При
этом отполированные с «цветом» 0,5—2 кольца по-
верхности деталей тщательно очищаются и обезжири-
ваются (спирт, эфир, беличья кисточка, батистовые
салфетки) и плавно опускаются и прижимаются к так
Рис. 54. Сепаратор: а — схема двустороннего шлифования
(1 — сепаратор; 2 — пластинки; 3— шлифовальники); б — сте-
клянный сепаратор для механизированной доводки плоских
деталей
же тщательно подготовленной полированной поверх-
ности контактного приспособления. Нажим произво-
дят до исчезновения интерференционной картины.
Промежуток между деталями замазывают лаком или
раствором шеллака в ректификате.
Контактные приспособления могут быть разной
формы и размеров (рис. 53) в зависимости от формы
и размеров обрабатываемых деталей. Поверхность
их должна быть отполирована с точностью до 0,1—0,5
кольца. Если необходима параллельность, ее выдер-
живают до 1—2" Точность углов также выдержи-
вается строго. От точности угловых размеров, парал-
122
дельности и качества поверхности контактных при-
способлений зависит качество изделия.
При снятии с контакта применяют разогрев или
охлаждение. Тонкие детали (0,1—0,5 мм) можно
снять каплей эфира, налитой на поверхность детали.
Точность полирования зависит от способа блоки-
ровки. Например, при жестком методе блокировки
наивысшая точность ориентировочно может быть
Af=4, АМ = 0,4. Эластичная блокировка меньше де-
формирует поверхности деталей, и возможно достичь
точности Af=2, AAf = 0,2. Посадка на оптический кон-
такт вследствие равномерного распределения напря-
жений может дать точность N < 1, ДМ <0,1.
Обработка в сепараторах. Сепараторы, или разде-
ляющие устройства, применяют в заготовке и на
окончательных операциях при точной доводке по-
верхности и угловых размеров. Сепаратор представ-
ляет собой обойму, имеющую вырезы, в которые за-
кладываются обрабатываемые детали. Обработка
таких деталей, например в заготовке, может вестись
одновременно с двух сторон (рис. 54, я).
Для точной доводки применяют стеклянные тол-
стые пластины с вырезами разного диаметра, в ко-
торые закладываются различные детали (рис. 54,6).
Вырезы не дают детали возможности упасть за пре-
делы полировальника. Сам сепаратор в процессе ра-
боты все время исправляет поверхность полироваль-
ника, тем самым поддерживая его в хорошем состоя-
нии, т. е. является и формовочным диском.
Если на детали (пластинке, клине) требуется уве-
личить или уменьшить угол клина, то на ее край на-
клеивают мягким воском груз, благодаря которому и
происходит более сильное срабатывание нужного
участка. Доводка в сепараторах дает очень большую
точность.
Соотношение площади отверстий и целой части се-
паратора определяется расчетом.
27. ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОМПЛЕКТА
ШЛИФОВАЛЬНИКОВ
Шлифование выпуклой поверх-
ности при переходе от более крупных абразивов к
более мелким всегда начинается с края. Этим
123
обеспечиваются выдерживание нужной толщины лин-
зы по центру и равномерное сошлифовывание всей
поверхности от краев к центру.
Радиусы кривизны шлифовального инструмента
меняются подрезкой при переходе от более крупных
абразивов к более мелким. Радиусы кривизны чашек
постепенно уменьшаются (рис. 55, а), а грибов, наобо-
рот, увеличиваются (рис. 55,6).
При расшлифовке инструмента поверхности его
придается нужный радиус кривизны или точная плос-
Рис. 55. Схематическое изображение изменения ра-
диуса кривизны поверхности чашки (а) и гриба (б):
Ri — радиус кривизны обдирочного инструмента;
R2 — радиус кривизны инструмента для среднего
шлифования; 7?3 — радиус кривизны инструмента для
мелкого шлифования
костность. Одновременно с этим поверхность прошли-
фовывается до удаления следов резца или шабера.
Изготовление шлифовальников производят в та-
кой последовательности.
1. Поверхность инструмента для последнего эта-
па шлифования подгоняют подрезкой по шаблону
заданного радиуса и после этого блокируют на нем
блок из бракованных деталей.
2. На этом же инструменте блок шлифуют и по-
лируют. Просматривают интерференционную картину
(«цвет»); для облегчения просмотра блок можно
слегка прополировать (просветлить).
3. Если «цвет» не соответствует требованиям, ко-
торые предъявляются к данному комплекту шлифо-
вальников, то производят повторную подрезку шли-
фовальника, повторное шлифование, полирование и
просмотр «цвета».
124
4. По достижении требуемого «цвета» инструмент
шлифуют до выведения следов резца или шабера и
блок еще раз окончательно проверяют по пробному
стеклу.
5. Когда подготовлен последний шлифовальник,
например для шлифования микропорошком М10, про^
изводят подгонку (уже по притирке) шлифовальника,
предшествующего последнему, например для шлифо-
вания микропорошком М20. Для этого на нем шли-
фуют пробный блок и подгоняют его притирку к ин-
струменту для последнего шлифования. Блоки малой
кривизны (с большими радиусами кривизны) должны
Рис. 56. Схема притирки поверхностей малой кри-
визны (а) и большой кривизны (б);
/)бл — диаметр блока
притираться не менее чем на 1/4 своего диаметра, а
блоки большой кривизны — на 1/6—1/7 диаметра
(рис. 56). В производстве еще бытуют названия: «сла-
бые радиусы» (большие радиусы кривизны), «силь-
ные радиусы», или «крутые сферы» (малые радиусы
кривизны). Эти названия применять не следует.
6. Под выправленный шлифовальник подгоняют
предшествующий ему и т. д. до тех пор, пока не бу-
дет налажен весь комплект.
7. Каждый шлифовальник из комплекта шлифуют
абразивом той крупности, для которой он предна-
значен.
Для нормального полирования блоков, т. е. для
более интенсивного полирования блока, «цвет» после
125
шлифования должен давать «яму» с запасом в не-
сколько колец (2—3) против заданного по чертежу.
Например, готовая деталь должна иметь «цвет»
Лг = 3. После расшлифовки инструмент для шлифова-
ния последним микропорошком, например М10, дол-
жен дать под пробное стекло на блоке «яму» в 5—6
колец.
Планшайбы должны быть слегка выпуклыми, т. е.
давать на детали небольшую «яму» около 2—3 мкм.
Контроль правильности формы поверхности произ-
водят пробным стеклом, стеклянной линейкой или
прибором ортотест. Прибор устанавливают тремя
опорными штифтами на планшайбу. Подвижной на-
конечник, находящийся в центре и соединенный со
стрелкой, укажет величину прогиба. Отклонение
стрелки вправо укажет наличие «бугра», влево —
«ямы». Центральное положение стрелки на шкале
циферблата (нулевое положение) означает хорошую
плоскостность. Шкала дает показания в микромет-
рах (мкм).
Применяют и другие приемы расшлифовки инст-
румента.
28. ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ПОЛИРОВАЛЬНИКОВ
Смоляной полировальник. Изго-
товление полировальника требует определенных на-
выков и времени, поэтому в условиях массового про-
изводства полировальники изготовляются централи-
зованно. В условиях мелкосерийного производства
полировальники изготовляет сам рабочий.
Соответствующий по форме и размеру инструмент
(гриб, чашка, планшайба) разогревается, и на него
наливается расплавленная не до жидкого состояния
смола нужной вязкости. Можно брать измельченную
смолу и распределять ее слоем нужной толщины на
поверхности разогретого инструмента, формуя слой
мокрыми руками.
В случае изготовления плоского полировальника
края разогретого инструмента можно обернуть по ок-
ружности пергаментом и затем уже заливать разог-
ретую смолу или насыпать размельченную до разме-
ра небольших комочков смолу.
126
После некоторого загустения смоляной подложки
производятся ее формовка и располировка инстру-
мента. Нерасполированные инструменты будут пор-
тить обрабатываемую поверхность, создавая местные
ошибки, срывы фасок, дефекты по чистоте поверх-
ности.
Пока смола еще не застыла, ее энергично форму-
ют увлажненным, иногда с мыльной водой, блоком
или формовочным приспособлением соответствующей
кривизны (обжимка).
Для располировки инструмент, если требуется,
разогревают в горячей воде. Инструмент располи-
ровывается с подмазкой густой суспензией под на-
жимом, сначала вручную, а затем на работающем
станке или блоком, или формовочным приспособ-
лением.
Подложка принимает кривизну блока и выравни-
вает свои свойства по всей рабочей площади, шаржи-
руется зернами полировального порошка.
В центре подложки острием ножа делают углуб-
ление, чтобы смола могла перемещаться, оплывать в
процессе формообразования обрабатываемой поверх-
ности. Края полировальника обрезают ножом.
Для сферических полировальников можно дать
следующие рекомендации. Радиус сферы металличе-
ского инструмента, на который наносится подложка,
должен быть таким, чтобы слой смолы в центре был
несколько толще, чем в других зонах. Тогда после
подрезки и растекания смолы во всех зонах слой смо-
лы будет приблизительно равномерным и процесс по-
лирования будет наиболее успешным. При слишком
толстом слое смолы полировальник будет мелким и
края блока будут полироваться плохо. При занижен-
ной толщинне смолы полировании будет быстро сра-
батываться.
Суконный полировальник. Подложку для полиро-
вальника для экономии материала следует раскраи-
вать рационально, используя выкройку. Выкройка
для полусферического полировальника изображена
на рис. 57.
Очень ворсистые материалы слегка обжигают. Для
получения более ровной наклейки при наличии тол-
стого материала подложку вымачивают в воде и
127
~~ J),1R
0,М
57. Выкройка
для
по-
Рис.
полусферического
лировальника
хорошо отжимают. Разогрев соответствующий инстру-
мент (гриб, чашку или планшайбу), покрывают его
поверхность размельченной смолой, сверху наклады-
вают соответствующую под-
ложку сукно, фетр и др.) и об-
жимают специальной формой
или блоком, вручную или на
прессе. Пока подложка не при-
клеилась прочно, полироваль-
ник обильно смачивают с целью
пропитки полирующей суспен-
зией и располировывают бло-
ком или формовочным приспо-
соблением до придания нуж-
ной формы. На поверхности
полировальника постепенно об-
разуется твердая корка, кото-
рую время от времени удаляют
ножом.
Возможно изготовление подложек в виде колпач-
ков из тонкого материала. Колпачки изготовляют, на-
тягивая смоченный материал на грибы и формуя го-
рячей чашкой. Полировальники изготовляют, наклеи-
вая просушенный колпачок на металлический гриб.
29. ПОЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Полирование — ответственная
финишная операция, на которой достигаются необхо-
димые форма и кривизна обрабатываемых оптических
поверхностей, соответствующие шероховатость и чис-
тота поверхности (в соответствии с ГОСТ 1H41—76).
Эта операция выполняется одним инструментом,
который периодически подправляется (подрезкой) во
время полирования самим рабочим. Операция делит-
ся на два этапа: удаление шлифованного рельефного
слоя (до появления блеска) и получение нужных
«цвета» (7V и ДМ) и чистоты поверхности.
Первый этап проходит значительно быстрее вто-
рого. Второй этап зависит от многих факторов, а так-
же от умения рабочего управлять ими, его опыта и
интуиции.
128
Следует указать, что процесс полирования при-
близительно в 15—20 раз длительнее, чем процесс
шлифования. Процесс прерывается для подрезки по-
лировальника, остановки станка и изменения режи-
мов его работы (давление, размахи, скорости), про-
мывки блока, выдержки перед контролем пробным
стеклом. Чистое машинное время в несколько раз
меньше вспомогательного.
В хорошо организованном производстве вспомо-
гательные и основные операции разделены. Наклей-
ка смоляных подушек, блокировка, разблокировка,
расшлифовка инструмента, шлифование, промывка
производятся специальными рабочими.
Тем не менее перед началом полирования рабочий
сам должен оценить качество выполнения предыдущих
операций на подаваемых ему блоках. Недоброкачест-
венная работа подлежит возврату на переделку.
Например, линзы (эластичное крепление) не дол-
жны выступать за края наклеенного приспособления,
не должны быть слишком высоко посажены или, на-
оборот, залиты. Смола в промежутках между линза-
ми должна быть удалена. Линзы без фасок, с острыми
краями, с фасками, обработанными крупными абра-
зивами, могут дать выкрашивание стекла и царапины
в процессе работы. На линзах могут быть следы не-
дошлифовки, глубокие царапины, точки, заколы. Воз-
можно (от долгого хранения) сползание линз на бло-
ке. Все эти дефекты мешают вести правильно и ка-
чественно процесс полирования.
Перед началом работы стол станка и ведущие ча-
сти механизма следует протереть влажной тряпкой.
В тазы нужно налить немного воды для поглощения
пыли. Необходимо избегать попадания масла, керо-
сина и других веществ на блок или полировальник.
Полировальники перед работой следует протереть
влажной тряпкой или губкой с рабочей и нерабочей
стороны. Во избежание случайного попадания цара-
пающих частиц или зерен абразива необходимо про-
тереть также и блок. Предохранительные винты и
стойки следует регулировать по высоте так, чтобы
при случайном падении треугольника каретки не полу-
чить травму и не вызвать повреждение блока или ин-
струмента.
5 Зак. 346
129
Перед началом работы блок промывают теплой
водой. Промывка в холодной воде может вызвать от-
клейку деталей. Полировальник подрезают острием
ножа рвномерно по всей поверхности, затем подогре-
вают в горячей воде и смазывают полирующей сус-
пензией. После непродолжительной ручной располи-
ровки включают станок, и начинается операция поли-
рования.
Во время полирования вследствие текучести смо-
лы, влияния давления, скорости вращения шпинделя,
частоты качания верхнего звена, температуры и влаж-
ности помещения, режима подмазки и других факто-
ров меняются кривизна обрабатываемой поверхности
Рис. 58. Схемы подрезки
средней зоны полироваль-
ника: а — при вращении по-
лировальника; б — при не-
подвижном полировальнике
Рис. 59. Схемы подрезки
краевой зоны полироваль-
ника: а — при вращении по-
лировальника; б — при не-
подвижном полировальнике
и скорость сгонки матовости. Основой процесса поли-
рования и является регулирование формообразования
с одновременным получением полированной поверх-
ности.
Одним из основных приемов исправления «цвета»,
т. е. кривизны поверхности, является подрезка поли*
ровальника. Подрезка всей площади полировальни-
ка способствет равномерному «течению» смоляной
подложки, удалению отходов полирования, наилуч-
шему распределению полирующей суспензии.
В том случае, если необходимо ослабить или уси-
лить срабатывание краевой или центральной зоны,
применяется зональная подрезка. Подрезка централь-
ной зоны полировальника (рис. 58) замедляет обра-
ботку центральной зоны блока, так как площадь по-
лировальника в центре уменьшается, а удельное дав-
ление на края увеличивается и, следовательно, сра-
130
батывание краевой зоны усиливается. Подрезка кра-
евой зоны усиливает срабатывание центральной зоны
блока (рис. 59).
Таким образом, если пробное стекло укажет на
детали наличие «бугра», то подрезается крайняя зо-
на полировальника. Если на детали окажется «яма»,
т. е. больше сработана середина, то подрезается сред-
няя зона полировальника. После каждой подрезки
полирование ведется до заплывания рисок. Пробное
стекло следует постоянно накладывать на одну и ту
же линзу, уже имеющую какой-то дефект, не трогая
остальных линз блока.
Если размер полировальника резко уменьшить, то
крайняя зона будет срабатываться меньше. При уве-
личении размера полировальника крайние зоны бло-
ка будут срабатываться сильнее, формообразование
пойдет на бугор и образуется фаска по краю.
Рекомендации по выбору лучшего соотношения
диаметров верхнего и нижнего звена впервые разра-
ботаны И. Е. Александровым и приведены в соответ-
ствующей литературе [1, 7—9] для использования
при подборе или проектировании инструментов и при-
способлений для шлифования и полирования.
Ориентировочно можно считать, что если полиро-
вальник внизу, то его диаметр должен быть несколь-
ко больше диаметра блока (1,1 —1,25). Если полиро-
вальник находится сверху, над блоком, относитель-
ный диаметр полировальника должен быть несколько
уменьшен (0,9—1,0 диаметра блока).
Наибольшее давление в случае полусферы полу-
чается в центре, где и происходит усиленное споли-
ровывание. Увеличение давления усиливает срабаты-
вание средней зоны, особенно у блока-гриба.
Окружная скорость нижнего инструмента, а так-
же скорость срабатывания стекла увеличиваются от
центра к краю. Уменьшение окружной скорости ниж-
него инструмента способствует более равномерному
сполировыванию блока.
Для регулирования «цвета» наряду с основными
приемами иногда применяют и такие, как изменение
величины размаха или штриха, положения оси поводка
относительно оси шпинделя, частоты качания верхнего
звена и пр.
5*
131
При работе с подсушкой труднее выдержать
«цвет», но зато быстрее происходит сполировывание.
Следует стараться вести процесс так, чтобы остатки
матовой поверхности сходили одновременно с дости-
жением заданной точности.
Для устранения местной «ямы» и сорванного края
применяется такая подрезка, как на рис. 60, а; вид
подрезки для устранения местного «бугра» и припод-
Рис. 60. Виды подрезок поли-
ровальника для устранения
местной «ямы» и сорванного
края (а) местного «бугра» и
приподнятого края (б) и астиг-
матизма (в)
пятого края дан на рис. 60,6, а-астигматизма — на
рис. 60, в.
Некоторые основные приемы регулирования «цве-
та» для устранения «ямы» и «бугра» приведены ни-
же [7].
Для устранения «ямы> Для устранения «бугра»
Подрезать центральную зону полировальника Подрезать краевую зону полировальника
Уменьшить давление на верх- ний инструмент Увеличить давление на верхний инструмент
Увеличить скорость вращения нижнего инструмента Уменьшить скорость вра- щения нижнего инструмента
Уменьшить частоту качаний верхнего инструмента Увеличить частоту кача- ний верхнего инструмента
Сместить поводок вперед, уменьшить штрих Полировать «горячо», уве- личить штрих, сместить пово- док назад
132
Грубое полирование не обеспечивает, как указы-
валось ранее, высокой точности оптической поверхно-
сти, и поэтому его применяют для менее ответствен-
ных деталей (лупы, очковые стекла и др.). Полиро-
вание «на сукне» иногда находит применение как
предварительное для сгонки остатков матовости, осо-
бенно с плоскостей, с последующей доводкой «цвета»
на смоляном полировальнике. Полирование на су-
конно-фетровых подложках происходит примерно в
1,5 раза быстрее, чем на смоляных, благодаря приме-
нению самых интенсивных режимов (большие ско-
рости, интенсивное давление, непрерывная подача
суспензии).
30. СПЕЦИАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
На оптические поверхности дета-
лей, выполняющих роль подложек, наносят специаль-
ные покрытия при необходимости изменить коэффи-
циент отражения, светопропускания или образовать
пленку с определенными свойствами или оптиче-
скими характеристиками. Покрытиями служат метал-
лы или диэлектрики, которые наносят в один или не-
сколько слоев.
Некоторые операции требуют применения кон-
центрированных щелочей и кислот, ртути, специ-
альных растворителей, а также умения произво-
дить работы, связанные с высоким напряжением,
вакуумом, электролитом и пр. Поэтому к такой ра-
боте допускаются только лица, прошедшие соответст-
венное обучение и инструктаж.
Назрела настоятельная необходимость выпуска
специального пособия, посвященного этим операциям.
Подробное описание их выходит за рамки настоя-
щей книги. Следует отметить, что в учебниках для
студентов ВУЗов, учащихся техникумов и ПТУ [4,
7—9] достаточно подробно описаны основные спосо-
бы нанесения покрытий, применяемые материалы,
оборудование. Нет необходимости дублировать эти
описания в данной книге. Тем не менее краткое опи-
133
сание этих операций даст более полное представле-
ние шлифовщику и полировщику о многообразии и
сложности их профессий, значимости для народного
хозяйства продукции, в изготовлении которой они
принимают участие.
По назначению покрытия подразделяются на от-
ражающие зеркальные (внешние и задние), светоде-
лительные, просветляющие, покрытия-фильтры, токо-
проводящие, защитные и другие менее распростра-
ненные виды.
Каждый вид покрытий обозначается условным
знаком (см. табл. 8).
Покрытия наносятся химическими или физически-
ми способами.
К каждому виду покрытий предъявляются опре-
деленные требования в зависимости от условий их
работы (эксплуатационные требования) в отношении
химической устойчивости, устойчивости к влажной
атмосфере, морской воде, органическим растворите-
лям, механическим воздействиям.
По прочности на истирание покрытия делят на
группы: особо прочные, прочные, средней прочности,
непрочные, механически и химически непрочные. На-
пример, особо прочные допускают чистку в полевых
условиях, а механически и химически непрочные тре-
буют обязательной заклейки стеклом.
Отражающие покрытия. Такое покрытие может
быть внешним или задним, сплошным или полупроз-
рачным.
Покрытие производится химическим способом
(серебрением) или физическими способами (испаре-
нием или катодным распылением покрытия).
Серебрение является способом нанесения покры-
тия восстановлением серебра из растворов. Металли-
ческое серебро при этом осаждается из солей. Такое
серебрение можно производить с самой несложной
оснасткой.
Непрозрачная пленка серебра отражает в сред-
нем около 90% падающего на нее света.
Процесс серебрения делится на ряд этапов: под-
готовка поверхности к серебрению; приготовление
растворов; восстановление металлического серебра;
нанесение защитных покрытий.
134
Для получения хорошего зеркального покрытия
обрабатываемая поверхность должна быть очищена
от загрязнений. Подготовка поверхности включает
обработку концентрированной азотной кислотой, про-
тирку 20-процентным раствором едкого натра или
едкого кали, промывку фильтрованной дистиллиро-
ванной водой (/ = 20 °C). Обработка поверхности
раствором двухлористого олова (0,1—0,05% SnCl2)
ускоряет процесс серебрения и улучшает качество
покрытия.
До начала серебрения подложки следует хранить
в дистиллированной воде. Участки, не подлежащие
серебрению, защищают слоем парафина.
Растворы приготавливают заранее и хранят в
темном, прохладном месте. Серебряный раствор из-
готовляют из смеси азотнокислого серебра, аммиака
и щелочи. Восстанавливающий раствор — серная ки-
слота и сахар-рафинад. Эти растворы смешивают в
определенной пропорции перед началом серебрения.
Серебрение ведут в покачивающейся ванне.
Если требуется получить плотное, непрозрачное
покрытие, процесс серебрения ведут 10—15 мин, по-
верхности деталей промывают в дистиллированной
воде и снова повторяют (3—4 раза) цикл серебре-
ния в новых растворах. Толщина слоя серебра полу-
чается равной 0,3—0,5 мкм.
Светоделительные покрытия. Светоделительные, по-
лупрозрачные покрытия получают серебрением при
15°C в течение 4—7 мин (плотность слоя пропорци-
ональна времени серебрения).
Серебро с поверхностей, не подлежащих серебре-
нию, снимают ватой, смоченной азотной кислотой.
Сушка деталей производится в струе фильтрованного
сухого воздуха.
Иногда применяется также серебрение методом
полива и капельно-центробежным способом.
Пленка серебра малоустойчива даже в обычных
атмосферных условиях. Зеркала с внешним покры-
тием можно защитить одним или двумя слоями бес-
цветного лака, что и применяется для неответствен-
ных деталей. Заднее покрытие защищается меднением
в ваннах. Электролитом служит раствор медного ку-
пороса в серной кислоте. Катодом является серебрёная
135
поверхность деталей. Детали промывают, сушат и
наносят на их поверхность пульверизатором или дру-
гим способом слой бакелитового лака с наполните-
лем (алюминиевая пудра или порошкообразная слю-
да). Слой упрочняют сушкой на воздухе, а затем в
термостате. Полученный слой очень прочен.
В чертежах указанный процесс условно обозна-
чают следующим образом: зеркальн. 25РЗЕ72П.
Применение зеркал с задним отражением в точ-
ных приборах ограничено. Эти зеркала используют-
ся для бытовых и медицинских целей.
Светоделительные покрытия разделяют световой
поток на отражаемый и проходящий. Защищают све-
тоделительное покрытие наклеиванием на него стек-
лянной пластинки.
Нанесение отражающих, светоделительных и про-
светляющих пленок может производиться также фи-
зическими способами (испарением и распылением).
Способ испарения позволяет получать пленки раз-
личных веществ на деталях сложной конфигурации и
обеспечивает высокое качество покрытий, однако при
этом требуются сложное оборудование и персонал
высокой квалификации.
Для нанесения отражающих покрытий испарением
тщательно вычищенные и обезжиренные детали поме-
щаются под стеклянным колпаком вакуумной
установки на специальном сепараторе. Колпак устанав-
ливается на стеклянной плите. Все места соприкосно-
вения колпака с плитой, вводы (шлифы) герметизи-
руются прокладками из вакуумной резины, вакуум-
ной смазкой и т. д. Откачка воздуха и разрежение
рабочего (подколпачного) пространства производятся
с помощью вакуумного механического насоса.
Существует много разновидностей вакуумных ус-
тановок. В некоторых из них применяют парортут-
ные насосы, вращение сепаратора с деталями, подъ-
емные устройства для плавного опускания колпака,
сложные пульты управления и другие усовершенст-
вования.
На вводах тока напыления устанавливают элект-
роды и крепят испарители. Для хромирования приме-
няют хромированные спирали, для алюминирования —
вольфрамовые, для неметаллических материалов, се-
136
ребра, меди — вольфрамовые лодочки или кварцевые
конусы. После включения тока происходят вследст-
вие нагрева испарение материала и осаждение его на
поверхности подложек. Вакуум необходим для того,
чтобы парообразные частицы вещества не меняли
направление при столкновении с молекулами веще-
ства, с молекулами остаточных газов, а направлялись
прямолинейно к подложке.
Катодное распыление производится на аналогич-
ных установках. Электрический разряд действует на
находящийся под колпаком инертный газ. Молекулы
и атомы газа медленно разрушают вещество катода,
распыляя его и осаждаясь на противостоящих катоду
поверхностях подложек.
Покрытия, нанесенные катодным распылением, ус-
тойчивы к влажной атмосфере, органическим раство-
рителям, механически прочны. Чаще всего способ
применяется для получения светоделительных и зер-
кальных слоев из благородных и тугоплавких метал-
лов (золото, платина). В чертежах светоделительное
покрытие катодным распылением золота обозначает-
ся: светоделит. 2К.
У зеркал с внешним отражением не обязательно
точно выдерживать плоскопараллельность сторон и
качество обработки задней поверхности. Несмотря на
это оптические свойства у них лучше, чем у зеркал с
задним покрытием.
Просветляющие покрытия. Как показывает теория
и практика, полированная поверхность стекла отра-
жает 4—8% падающего света. При большом количе-
стве поверхностей потери света могут доходить до
80%. Просветляющие покрытия обеспечивают умень-
шение коэффициента отражения от преломляющих
поверхностей с 4—8% до 0,5—2%. Таким образом,
увеличивается количество проходящего света, уст-
раняются блики, изображение становится более конт-
растным.
Просветление может производиться химическими
и физическими способами. Химические способы осно-
ваны на взаимодействии стекла с растворами кислот
и солей. Один из способов — капельно-центробеж-
ный— состоит в нанесении на поверхность вращаю-
щейся детали покрытий из растворов пленкообразу-
137
ющих веществ, например кремнезема, титана. При
этом способе промытую и обезжиренную деталь ус-
танавливают для просветления в специальном за-
жимном патроне на вертикальном шпинделе станка
и вращают с частотой, установленной технологиче-
ским процессом (от 1000 до 14 000 об/мин в зависимо-
сти от диаметра детали). На центр детали пипеткой
наносят каплю раствора определенной концентрации,
которая, растекаясь, покрывает всю поверхность.
Операция длится несколько секунд. Затем деталь вы-
сушивают в термостате. При этом повышается хими-
ческая и механическая прочность пленки. На толщи-
ну пленки влияют концентрация раствора, частота
вращения детали, температура и влажность помеще-
ния. Этот способ не требует сложного оборудования
и может быть освоен в небольшой мастерской, лабо-
ратории и т. д.
Покрытия-фильтры. Такие покрытия применяют
для ослабления света без изменения его спектраль-
ного состава (нейтральные фильтры). Многослойные
(интерференционные) фильтры используют для вы-
деления одного нужного цвета (монохроматиче-
ский свет).
Защитные покрытия. Для предохранения поверх-
ности стекла от разрушения, образования налетов,
биологических влияний и т. д. наносят покрытия, об-
ладающие высокой химической и механической проч-
ностью, но не меняющие оптических свойств стекла.
Например, стекла некоторых марок обрабатывают
слабым водным раствором уксусной кислоты и рас-
плавленным парафином (кислотопарафиновая защи-
та). Такая пленка обладает водоотталкивающими
свойствами.
Токопроводящие покрытия. Некоторые детали при-
боров, например объективы, защитные стекла, в
сложных условиях эксплуатации запотевают или за-
мерзают, что ухудшает видимость. Обогрев поверх-
ности осуществляют пропусканием тока через тон-
кий, прозрачный слой окислов олова, получаемый на
поверхности детали путем испарения.
Изготовление шкал и сеток. На поверхностях плос-
копараллельных пластинок, плоской поверхности кон-
денсатора, сферических поверхностях линз иногда
138
наносят тем или иным способом системы линий, цифр,
индексов, фигур, перекрестий. Такие детали называ-
ют шкалами и сетками, они служат для наведения
прибора на объект или оценки измеряемых объектов
(см. рис. 18).
В оптическом производстве принят термин «сет-
ка». Общеприняты следующие способы изготовления
сеток: а) нарезанием алмаз-
ным резцом; б) травлением;
в) фотографированием.
Нарезание алмазным
резцом на делительной ма-
шине применяется редко.
Этим способом в основном
нарезают дифракционные
решетки, при этом получают
тонкие штрихи, строго па-
раллельные между собой
(500—1200 на миллиметр и
больше).
Способ травления — один
из самых распространен-
ных. Заготовки для сетки
Рис. 61. Схема работы пан-
тографа:
1 — шаблон; 2—рычаг; 3 — кар-
данный подвес; 4 — координат-
ный столик; 5 —резцедержатель;
6 — сетка
специального воска, иногда
покрывают тонким слоем
устанавливают в оправку и
с каучуком. Применяют так-
же покрытие кислотостой-
ким асфальтовым лаком.
Оправку с деталью при выполнении точных ра-
бот устанавливают на соответствующей делительной
машине, а в случае менее точных работ — на копи-
ровальной машине (пантографе). На основание пан-
тографа устанавливают металлический шаблон. На
шаблон нанесены в виде канавок (с увеличением в
10—50 раз) необходимые штрихи или цифры (рис. 61).
При обводке этих канавок рычагом пантографа
уменьшенное изображение их прорезается резцом,
связанным с рычагом, на восковом покрытии. Обыч-
но деления наносят на делительной машине, а цифры
и знаки — на пантографе.
Обработка парами 65—70-процентной плавико-
вой (фтористоводородной) кислоты (травление)
139
производится в камере. Время травления не превышает
нескольких секунд; оно зависит от концентрации ки-
слоты, толщины штрихов, марки стекла.
Прорезанные на воске штрихи или цифры про-
травливаются на стекле. Участки, не прорезанные
резцом, а полностью защищенные воском, не про-
травливаются. Сетки больших размеров травят или
погружением в кислоту, или смазыванием тампоном
с кислотой.
После удаления покрытия (воска или лака) штри-
хи сетки, если требуется, заполняют соответствую-
щей краской (запуск). Это могут быть смесь цветно-
го масляного лака, олифы, графита и сажи, светя-
щийся состав и т. д. Запуск втирается при помощи
замши в протравленные штрихи. Для затвердения
запуска детали сушат в течение нескольких часов в
термостате.
Фотографический способ дает возможность изго-
товлять сетки самой сложной конфигурации. Конфи-
гурация шкалы в большом масштабе вычерчивается
с большой точностью на листе ватмана. С чертежа
снимается уменьшенное в сотни раз изображение
шкалы (негатив), которое затем печатается контакт-
ным или другим способом на поверхность сетки, по-
крытой специальной фотоэмульсией.
По другому технологическому процессу печать вы-
полняется с дополнительной химической и термиче-
ской обработкой (фототравлением) позитива. Рису-
нок не только фиксируется на стекле, но и протрав-
ливается на нем.
Глава шестая
ИНСТРУМЕНТ,
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
И СТАНКИ
31. ИНСТРУМЕНТ
И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ
ШЛИФОВАНИЯ И ПОЛИРОВАНИЯ
Рабочий инструмент (шлифо-
вальник, полировальник) служит для изменения фор-
мы детали и придания ее поверхности всех качеств,
140
предусматриваемых требованиями чертежа. Вспомога-
тельный инструмент и приспособления служат в ос-
новном для закрепления детали при обработке.
Для наклеечных приспособлений и полировальни-
ков применяют чугун, силумин, для шлифовальников —
латунь, реже чугун. Для шлифования больших повер-
хностей (астрооптика) иногда используют силумин,
Рис. 62. Полировальники для плоских (а), вогну-
тых (б), выпуклых (в) поверхностей и плоскостей
большого диаметра (г)
органическое стекло. Применение в качестве шлифо-
вальника некоторых синтетических смол и техниче-
ского кварца дает возможность использовать самые
мелкозернистые микропорошки, например М7, М5, что
ускоряет последующее полирование.
На рис. 62 изображены конструкции полироваль-
ников разного назначения.
Так называемый шашечный полировальник (рис.
62, г) применяют для полирования плоскостей и сфер
большого диаметра. Канавки, ограничивающие квад-
ратики, облегчают распределение и смывание суспен-
зии. Кроме того, разбивка площади полировальника
на отдельные квадратные участки уменьшает разогрев
детали и полировальника. Квадратики располагают
несимметрично по отношению к центру инструмента.
141
Для уменьшения площади соприкосновения блоки-
руемых пластинок с наклеенным инструментом в целях
уменьшения их деформации применяют планшайбы с
различно расположенными друг относительно друга
канавками (спирально, концентрично и т. п.).
Для экономии металла и уменьшения массы ин-
струментов и приспособлений отливки для обработки
или крепления деталей (особенно для плоскостей)
часто изготовляют со сравнительно тонким краем, но
с так называемыми ребрами жесткости на нерабочей
поверхности. В целях экономии латуни для шлифо-
вальников применяют составные планшайбы из тол-
стого (8—10 мм) латунного листа, приклепанного
заклепками из красной меди к чугунной или силуми-
новой планшайбе. После износа латунный лист заме-
няется новым.
Размеры и радиусы кривизны инструмента и при-
способлений рассчитываются графически или матема-
тически с учетом диаметра блока, размеров, формы и
количества деталей, припусков на обработку, расстоя-
ний между деталями, толщины наклеечкой смолы и
смоляной или суконной подложки [I, 7—9].
Наиболее сложный расчет (тригонометрическим
путем) производится для сферических наклеенных
приспособлений, применяемых для жесткого метода
блокировки: требуется повышенная точность изготов-
ления этих приспособлений. При расчете чашек и
грибов для полировальников учитывают толщину под-
ложки (смола, фетр).
Как видно на рис. 62, б, в, радиус кривизны поли-
ровальника-гриба должен быть меньше, а чашки —
больше на толщину подложки. Для смоляного поли-
ровальника рекомендуются следующие значения тол-
щины полировочной смолы в зависимости от диамет-
ра полировальника:
Диаметр полировальни- ка, мм До 10 10-20 20-40 40-60 60-100 100-200 200-300
Толщина смоляной под- ложки, мм 0,6 1,0 1,5 2,5 2,5 3,0 3,5
142
На операционных чертежах, эскизах и в картах
технологического процесса указывается шифр инстру-
мента (ИМ — инструмент для мелкого шлифования;
ИП — инструмент для полирования) или приспособ-
ления (ПН — приспособление наклеенное). Индексом
1 и 2 у шифра указывается, при обработке какой сто-
роны применяется данный инструмент или приспособ-
ление. Например, ИМ1 — шлифовальник для обработ-
ки первой стороны; ПН2 — приспособление наклеенное
для крепления при обработке второй стороны.
Диаметр или высота инструмента и радиус его кри-
визны с соответствующим знаком тоже указываются на
чертеже: знаком плюс обозначается выпуклая поверх-
ность, знаком минус — вогнутая поверхность, знаком
оо — плоская поверхность. Например, —
чашка для мелкого шлифования первой стороны
с высотой вогнутой поверхности 8 мм и радиусом кри-
р — 43
визны, равным 13,521 мм; ПН2 278------гриб накле-
енный для крепления при обработке второй стороны,
диаметр гриба 43 мм, радиус кривизны 27,8 мм; ПНоо,
0 = 300 — планшайба наклеенная диаметром 300 мм.
Количество деталей, одновременно обрабатывае-
мых с первой и второй стороны, указывается дробным
числом в поле чертежа. Например, 6/7 означает, что
первая сторона детали обрабатывается блоком по
6 шт., а вторая сторона — блоком по 7 шт.
Если на чертеже (см. рис. 15, в), после шифра ин-
струмента или приспособления стоят знак плюс или
минус и цифра, то это означает, что при подборе сле-
дует руководствоваться таблицей «Нормальные раз-
меры полировочных и наклеенных грибов и чашек».
Цифра означает номер инструмента и приспособле-
ния. В таблице указываются радиус, диаметр или вы-
сота инструмента или приспособления. Согласно при-
своенному номеру и знаку кладовая выдает нужные
грибы и чашки в соответствии с данными таблицы.
Таблица рассчитана так, что подбор грибов и ча-
шек может быть сделан без ухудшения качества про-
цесса; возможно использование грибов и чашек для
обработки деталей с радиусами, близкими к номи-
нальному радиусу кривизны. Таким образом, в ряде
143
случаев специальный инструмент или приспособление
не заказывается, а пользуются подбором его по таб-
лице.
32. СТАНКИ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ
И ПОЛИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ
Общие сведения. Отечественное
оптическое станкостроение непрерывно развивается.
Станки для шлифования и полирования оптического
стекла модернизируются или конструируются заново
с целью получения необходимой точности обработки
и наивысшей производительности при выпуске опреде-
ленного объема продукции.
Шлифовально-полировальные станки могут при-
меняться и для шлифования, и для полирования оп-
тических деталей. Характер обработки определяет
скорость: полировальные станки более тихоходные.
Крупные предприятия и объединения постоянно
обновляют свой парк оборудования, внедряют новей-
шее высокопроизводительное оборудование. В настоя-
щее время многие устаревшие типы станков (напри-
мер, станки с ременной и фрикционной передачей) не
выпускаются нашей промышленностью.
Однако нельзя упускать из виду, что существует
много мелких, иногда полукустарных мастерских, то-
же выполняющих государственные заказы. В силу
специфики и объема своей номенклатуры они не мо-
гут использовать самое современное и дорогое обору-
дование, зато с успехом используют устаревшее, спи-
санное с крупных предприятий оборудование. За все
годы существования оптико-механической промыш-
ленности такие взаимовыгодные отношения существо-
вали и существуют между крупными и мелкими пред-
приятиями. В технической литературе [7—9] описаны
станки как устаревших, так и современных типов.
Обозначения станков. Станки в зависимости от на-
значения, диаметра обрабатываемых блоков, количе-
ства шпинделей обозначаются специальными шифрами.
Станки старых выпусков, станки специализированные
и изготовляемые по заказу, не всегда обозначаются
таким образом. Некоторый разнобой в обозначениях
существует и на заводах.
144
Шифр наиболее распространенного обозначения
состоит из буквенного индекса, указывающего на тех-
нологическое назначение станка (ШП — шлифоваль-
но-полировальный, ШПС — шлифовально-полироваль-
ный скоростной, ПТ —для точного полирования, ПД —
полировально-доводочный), и цифрового индекса.
Цифровой индекс включает в себя указание на ко-
личество шпинделей и наибольший диаметр плоского
блока, который может обрабатываться на станке дан-
ного типа без перегрузки станка. У станков типа ПТ
диаметр дается в сантиметрах, типа ШП — в милли-
метрах. Например, ПТ-35 — станок для точного поли-
рования блоков диаметром до 35 см; 8ШП-20 — вось-
мишпиндельный шлифовально-полировальный станок
для блоков диаметром до 20 мм.
Станки типа ШП предназначены для обработки
сферических и плоских поверхностей высокой и
низкой точности при массовом и серийном произ-
водстве.
Основные типовые узлы этих станков в основном
остаются неизменными, но конструктивно непрерывно
совершенствуются. К типовым узлам шлифовально-
полировальных станков относятся: 1) шаровой шар-
нир, соединяющий верхнее звено с поводком на ка-
ретке; 2) кривошипно-шатунный механизм для пере-
мещения верхнего звена; 3) вращающийся шпиндель
(нижнее звено); 4) вращающееся верхнее звено (ин-
струмент или блок).
Рабочему необходимо иметь элементарные сведе-
ния о деталях машин, чтобы легче разобраться в уст-
ройстве станка, на котором он работает.
Детали машин. Отдельные части, из которых со-
стоят механизмы станков, называются деталями ма-
шин. Деталью считают часть, состоящую из целого
куска материала. Соединение нескольких деталей на-
зывают узлом. Соединения могут быть разъемными
(резьбовые, шпоночные и др.) и неразъемными (за-
клепочные, сварные и др.).
Общими для большинства машин, станков являют-
ся детали, служащие для поддержания и крепления
других деталей или для передачи вращательного дви-
жения: оси, валы, подшипники, подпятники, муфты,
шкивы, зубчатые колеса и др.
1/86 Зак. 346
145
Вал — тело вращения чаще всего цилиндрической
формы, опирающееся на две или несколько опор. На
нем могут закрепляться шкивы, фрикционы, зубча-
тые колеса, маховики.
Рабочий шпиндель — вращающийся, вертикально
расположенный вал, на верхней части которого, обыч-
но на резьбе, крепится нижнее звено (блок или инст-
румент). На шпинделе в зависимости от типа станка
может быть закреплен шкив, фрикцион, зубчатое
колесо.
Цапфа — часть вала, которая находится на опоре,
например в подшипнике. Подшипник и подпятник —
опоры, на которые опирается вал. Подшипником
скольжения называется узел с таким сопряжением
цапфы вала и опоры, в котором цапфа скользит по
поверхности опоры (рис. 63). Подшипником качения
называется такой подшипник, в котором цапфа вра-
щается вместе с частью подшипника (рис. 64).
Ременная передача. Ременная передача служит для
передачи вращательного движения между валами, на-
ходящимися на расстоянии друг от друга, посредст-
вом ремня, надетого на шкивы. При прямой передаче
оба вала вращаются в одну сторону (рис. 65, а), при
перекрестной — в разные стороны (рис. 65,6). Часто-
та вращения вала со шкивом измеряется числом обо-
ротов п, которое делает вал в единицу времени (обыч-
но в минуту).
Обозначим диаметр ведомого шкива через О, ча-
стоту его вращения через п2, диаметр ведущего шкива
через d, а частоту его вращения через п\. Отношение
П\/п<2, = Did называется передаточным числом; оно
означает, что частоты вращения шкивов обратно про-
порциональны их диаметрам.
Ступенчатые шкивы изменяют частоту вращения
ведомого вала при постоянной частоте вращения ве-
дущего. Постоянство длины ремня обеспечивается ра-
венством суммы диаметров ступеней шкивов, распо-
ложенных друг против друга (рис. 66).
Ощее передаточное число для всех последователь’
но соединенных ременной передачей валов равно про-
изведению диаметров всех ведомых шкивов, делен-
ному на произведение диаметров всех ведущих
шкивов.
146
Рис. 63. Подшипники скольжения: а — глухой: б — разъем-
ный (/ — корпус; 2— крышка; 3—разъемный вкладыш;
4 — болт)
Рис. 64. Подшипники качения: а — роликовый кони-
ческий; б — шариковый двухрядный; в — роликовый
цилиндрический; г — шариковый однорядный
Рис. 65. Ременная передача: а — прямая; б — пере-
крестная
72б*
147
Ремни бывают текстильные, кожаные или из про-
резиненной ткани. Форма их также может быть раз-
Рис. 67. Формы ремней: а — пло-
ский; б — круглый; в — клиновид-
ный;
1— ремень; 2— шкив
Рис. 66. Ступенчатая пере-
дача
Рис. 68. Схема раздельной фрикционной передачи:
1 — главный вал; 2, <8 —ведущие диски; 3, 7—ведомые ди-
ски; 4 —рабочий шпиндель; 5—шайба кривошипа; 6—вал
кривошипа
личной: плоской, круглой и клиновидной; соответст-
вующую форму имеют и канавки шкивов (рис. 67).
Фрикционная передача. Передача посредством тре-
ния называется фрикционной. Во фрикционных пере-
148
Рис. 69. Схема комбини-
рованной ременной и
фрикционной передачи:
1 — главный вал; 2—ведущий
диск; 3—ведомый диск;
4— вал кривошипа; 5—шки-
вы; 6—шайба кривошипа;
7—рабочий шпиндель
дачах вращательное движение от ведущего вала к
ведомому передается плотно прижатыми гладкими
колесами (дисками) цилиндрической или конической
формы.
Для усиления трения между плоскими дисками со-
прикасающуюся поверхность одного из дисков покры-
вают фиброй, прессшпаном, кожей и т. п. Это обеспе-
чивает хорошее сцепление за-
счет трения о чугунную поверх-
ность другого фрикционного
диска.
На рис. 68 приведен пример
применения фрикционной пе-
редачи широко распространен-
ного ранее типа станка. Изме-
нение частоты вращения рабо-
чего шпинделя и вала криво-
шипно-шатунного механизма
производится независимо.
Изменение положения ве-
дущего диска 2 относительно
ведомого диска 3, закреплен-
ного на рабочем шпинделе 4,
меняет частоту вращения ра-
бочего шпинделя. Диск 2 для
этого перемещают вдоль глав-
ного вала /. Выключение рабо-
чего шпинделя (как видно из
рис. 68) произойдет, если вы-
вести диск 3 из соприкоснове-
ния с диском 2, т. е. припод-
нять диск 3.
На рис. 69 приведен пример применения комбини-
рованной ременной и фрикционной передачи другого
широко распространенного ранее типа станка.
Вращение рабочему шпинделю 7 передается ведо-
мым диском 3 от ведущего фрикциона 2, закреплен-
ного на главном валу 1. На рабочем шпинделе имеет-
ся трехступенчатый шкив, соединенный ременной пе-
редачей со шкивом на валу кривошипа.
Как видно из схемы, регулирование частоты вра-
щения рабочего шпинделя и вала кривошипа, а также
включение и выключение их зависимы. Изменение
149
частоты вращения вала кривошипа вызывает измене-
ние частоты вращения рабочего шпинделя. Возмож-
ности для регулирования скоростей у этого типа стан-
ков ограничены.
Выключение рабочего шпинделя производится от-
клонением вала кривошипа на небольшой угол отно-
сительно вертикальной оси. При этом фрикционный
диск, закрепленный на валу кривошипа, выйдет из
соприкосновения с диском, закрепленным на об-
щем валу.
Рис. 70. Зубчатые колеса: а — цилиндрические;
б — конические
Зубчатая передача. В зубчатых передачах враща-
тельное движение передается с помощью зубчатых
колес. Меньшее из спаренных колес называется шес-
теренкой. Цилиндрические колеса передают движе-
ние параллельно осям, конические — под углом к оси
одного из зубчатых колес (рис. 70). Соответствующий
подбор зубчатых колес дает нужную частоту враще-
ния рабочему шпинделю. Передаточное число зубча-
той передачи равно отношению числа зубьев ведомо-
го колеса к числу зубьев ведущего.
Механизм преобразования движения. В некоторых
случаях требуется один вид движения, например вра-
щательное, преобразовать в другой вид, например
возвратно-поступательное, или наоборот. Одним из
механизмов преобразования движения является кри-
вошипно-шатунный механизм (рис. 71). Ползун 2
шарнирно соединен с шатуном 3. Если кривошип /
является ведущим звеном, то механизм преобразует
150
Рис. 71. Кривошипно-шатунный механизм
Рис. 72. Схема механизма каретки (верхнее звено):
1 — шайба кривошипа; 2— кулачок шайбы; <3—поводковый-па-
лец; 4—поводок; 5—треугольник каретки; 6—каретка
151
его вращательное движение в возвратно-поступатель-
ное движение ползуна.
Механизм верхнего звена служит для передачи
движения каретке (один из видов каретки дан на
рис. 72) и поводку, удерживающему верхнее звено
от падения, но не препятствующему ему вращаться и
совершать перемещения по нижнему звену.
Некоторые типы станков со скоростными режима-
ми работы для обработки деталей средней точности
не имеют качательного движения поводка. Поводок
неподвижно закреплен. Изменение давления осуще-
ствляется в зависимости от типа станка либо груза-
ми (круглая болванка с центральным отверстием),
надеваемыми на поводок, либо пружинными или
пневматическими механизмами.
Окружная скорость. Для установления наивыгод-
нейшего режима работы важен правильный подбор
окружной скорости v инструмента или блока (выра-
женной в м/с), т. е. скорости какой-либо точки, напри-
мер на краю шлифовальника.
Окружная скорость определяется по формуле
jiDn
V ~ 60- 1000 ’
где л — отношение длины окружности к ее диаметру
(постоянное число, равное 3,14); D — диаметр, мм;
п — частота вращения, об/мин.
Если, например, диаметр шлифовальника D =
= 120 мм, частота вращения шпинделя станка п =
= 500 об/мин, то окружная скорость на краю шлифо-
вальника •
3,14.120-500 ,
V ~ 60- 1000 3,14 м/с.
Для увеличения производительности труда при об-
работке деталей средней точности на некоторых ти-
пах станков достигнута частота вращения шпинделя
до 4000 об/мин (например, на станке типа 2П40).
Пути модернизации оборудования. Конструкторы
в творческом сотрудничестве с рационализаторами в
целях достижения наибольшей эффективности и повы-
шения качества выпускаемой продукции модернизи-
руют и совершенствуют имеющееся оборудование.
152
Для этого имеются большие возможности, особенно
применительно к станкам устаревших типов. Напри-
мер, для увеличения количества шпинделей переделы-
вают валы кривошипов на шпиндели. При этом добав-
ляют второй ряд смещенных поводков. Есть конструк-
ции, где на шпиндель устанавливают приспособление
с тремя вращающимися шпинделями для обработки
мелких блоков. Эти шпиндели получают вращение че-
рез зубчатую передачу от основного шпинделя. Карет-
ки переделаны на трехповодковые.
Модернизация станков производится на различных
предприятиях по-разному в зависимости от техничес-
ких возможностей и производственных условий, но
так или иначе всякая модернизация или усовершен-
ствование движет конструкторскую мысль вперед, по-
вышает выпуск продукции и ее качество.
Типы станков. Наиболее просты по конструкции од-
ношпиндельные станки — ременно-педальные, с мо-
тором или комбинированные.
У станков этого типа движение верхнего звена —
инструмента или блока, закрепленного в резьбовом,
конусном или зажимном патроне державки,— осуще-
ствляется кистью руки рабочего. Ременно-педальные
станки допускают обработку с остановленным шпин-
делем. Шпинделю можно придать как правое, так и
левое вращение. Давление тоже создается и регули-
руется рукой рабочего. Благодаря этому на станках
такого типа можно обрабатывать нестандартные де-
тали, единичные партии мелких и точных деталей с
диаметром плоского блока или детали около 120 мм
при частоте вращения от 0 до 500 об/мин и выше.
Универсальность таких станков, возможность полу-
чения наивысшей точности и качества поверхности
делают их необходимыми в любой мастерской или
крупном цехе, хотя на них обрабатывается всего не-
сколько процентов продукции.
Одношпиндельный станок Ш-75 состоит из про-
стейших узлов: станины с крышкой, электродвигателя
(укрепленного на задней стойке с двух- или трехсту-
пенчатым шкивом для плоского или круглого ремня)
и рабочего шпинделя, вращающегося в подшипни-
ках, закрепленных в стойке. Стойка закреплена
7 Зак. 346
153
в передней части станка. На рабочем шпинделе
имеется шкив, соединенный ремнем со шкивом мото-
ра. Частота вращения шпинделя может быть от 700
до 5000 об/мин и выше.
Станки СД-2 имеют комбинированный привод от
электродвигателя и ножных педалей. Частота враще-
ния рабочего шпинделя 700 об/мин. Модернизирован-
ные модели имеют две-три скорости до 2000—3000
об/мин. У станков СД-3 (измененная модель станка
СД-2) скорость вращения шпинделя 1400 об/мин.
Станины шлифовально-полировальных станков
ПТ, ПД, ШПС и др. собираются из чугунных строек
различного профиля (швеллеры, углы, полосы). Стол
станка обычно покрывается линолеумом, листовой
пластмассой или оцинкованным железом. В столе
сделаны прорези по диаметру таза. Тазы имеют цент-
ральное отверстие и горловину для пропускания верх-
ней части шпинделя. Горловины чаще всего делают
конусными. Назначение их — предохранить шпиндель
от попадания суспензии и воды из таза во время ра-
боты. Станки снабжаются удобными кнопочными
включателями черного (пуск) и красного (стоп) цве-
тов. По правилам техники безопасности красная кноп-
ка должна немного выступать из гнезда, чтобы в слу-
чае какой-либо аварии можно было сразу найти ее и
выключить станок.
Вместо неудобных и требующих значительных фи-
зических усилий для изменения частоты вращения
шпинделя или вала кривошипа ручек-рычагов, кото-
рыми были снабжены старые станки, сконструирова-
ны удобные и легкие в обращении поворотные ру-
коятки или маховички, кнопки и т. д.
Во многих современных станках передача враще-
ния шпинделя, регулирование числа колебаний по-
водка, частоты вращения кривошипного механизма
производятся комбинациями различных передач—ре-
менной, червячной парой, блоком зубчатых колес и
т. д. У некоторых типов станков поводок связан с
корпусом механизма давления.
Ниже приведены основные технические характери-
стики современных станков, хорошо зарекомендовав-
ших себя в работе.
154
Станок, ЗШП320-1 предназначен для тонкого шли-
фования, полирования и доводки сферических и пло-
ских поверхностей одиночных заготовок или блоков
заготовок оптических деталей методом притира с
применением свободного абразива.
Диаметр обрабатываемых заготовок (бло-
ков), мм................................... 200—320
Частота вращения шпинделя (регулирова-
ние бесступенчатое), об/мин................ 2—40
Число двойных ходов поводка в минуту
(регулирование бесступенчатое)............. 2—40
Усилие нажатия поводка, кгс............. 1—50
Габаритные размеры, мм.................. 2280X1100X1650
Станки универсальные 5ШПУ-200 и ЗШПУ-350
применяются для шлифования и полирования свобод-
ным абразивом плоских и сферических поверхностей
заготовок оптических деталей или блоков в массо-
вом и серийном производстве.
5ШПУ-200 ЗШПУ-350
Диаметр обраба-
тываемой заготовки,
мм................ 100-200 200-350
Частота вращения
шпинделя, об/мин . . 20, 31, 40, 50, 62, 100 13, 20, 26, 32, 40, 64
Число двойных хо-
дов поводка в мину-
ту ............... 10-150 6,5—96
Максимальный
размах колебаний по-
водка, мм......... 180 240
Усилие нажатия
поводка, кгс .... 4—35 4—90
Габаритные разме-
ры, мм............ 2550Х985ХИ55 2340X1100X1155
Ш лифовально-полировальный станок 9ШП-50Л
предназначен для шлифования и полирования сво-
бодным абразивом плоских и сферических заготовок
оптических деталей или блоков. Крепление эластич-
ное и жесткое. Применяется в массовом, серийном
и мелкосерийном производстве.
Диаметр обрабатываемой заготовки, мм . . 15—50
Частота вращения шпинделя, об/мин . . . 250, 375, 500
Число двойных ходов поводка в минуту . . 40—60, 80
Максимальный размах колебаний поводка,
мм.................................... • 106
Усилие нажатия поводка, кгс.......... 1 — 15
Габаритные размеры, мм , . . ........ 2395X1100X1290
7*
155
Станки 6ШП-100М и 6ШП-200М предназначены
для шлифования и полирования свободным абрази-
вом плоских и сферических поверхностей заготовок
оптических деталей или блоков с применением интен-
сивных методов обработки. Крепление эластичное и
жесткое. Эти станки используют в массовом и серий-
ном производстве.
6ШП-100 М 6ШП-200 М
Диаметр обрабатываемой
заготовки, мм 50-100 10-200
Частота вращения шпинде-
ля, об/мин Число двойных ходов по- 90, 180, 360 40, 80, 100, 200
водка, в минуту Усилие нажатия поводка, 40, 63, 100 24-170
кгс 15-30 6-80
Максимальный размах коле- баний поводка, мм 130 180
Габаритные размеры, мм . . 2800X810X1200 2645X925X1125
Станки 2П40 и 2П100 применяются для полирова-
ния блоков оптических деталей вогнутой и выпуклой
формы на поточных линиях в серийном и массовом
производстве.
2П40 2П100
Радиус обрабатываемых по-
верхностей, мм.............
Частота вращения шпинде-
ля, об/мин ................
Число двойных ходов по-
водка в минуту ............
Усилие нажатия поводка,
кгс........................
Габаритные размеры, мм .
10-25 25-70
2500-4000 1000—2000
42, 67 24, 38
1—25 5—80
790X1450X1290 800X1490X1490
Повышение эффективности работы станков во мно-
гом зависит от конструкции системы, обеспечивающей
пневматическое давление, прилагаемое к верхнему
звену. Одна из конструкций осуществляется следую-
щим образом. Шланг подает сжатый воздух в ниж-
нее отделение пневматической камеры, разделенной
диафрагмой (перегородкой). Диафрагма прижата к
упорам вала механизма давления. Сжатый воздух от-
жимает камеру вниз. Специальная тяга поворачивает
при этом корпус механизма давления, соединенного с
156
поводком, вокруг горизонтальной оси, и поводок опу-
скается на верхний инструмент. Нажим на поводок
зависит от давления сжатого воздуха (измеряется
манометром) и особого устройства, меняющего плечо
силы тяги путем перемещения специальной гайки па-
рой конических зубчатых колес.
С зубчатой передачей связана шкала давления.
На таблице, прикрепленной к станку, указано давле-
ние поводка, соответствующее показанию шкалы дав-
ления.
При отключении сжатого воздуха корпус повора-
чивается под действием своей массы и пружинное ус-
тройство освобождает нижнее звено от давления, под-
нимая поводок вверх. При этом тяга поднимает пнев-
матическую камеру.
Автоматическая непрерывная подача полирующей
или шлифующей суспензии, так же как и пневмати-
ческое давление, обеспечивает высокую производи-
тельность труда. Устройства для автоматической под-
мазки все время совершенствуются и осуществляют-
ся специальными механизмами.
Существуют конструкции для подачи суспензии в
средние зоны блока. Через шланг, скрепленный с по-
водком верхнего звена, суспензия подается в кольце-
вой канал верхней части инструмента, а оттуда через
отверстия на блок.
На небольших станках с частотой вращения 200—
500 об/мин иногда применяют так называемую цен-
тробежную подачу суспензии в замкнутом цикле
(рис. 73). Одновременно вращаются блок 1 и глубо-
кий таз 3, в который налита суспензия 4, Суспензия
под действием центробежной силы растекается по
стенкам таза, попадает в трубку 2 и подается струей
на блок.
Наиболее распространен циркуляционный способ
подачи суспензии в замкнутом цикле. Суспензия за-
ливается в насос-питатель. Насос может быть зубча-
тым, мембранным или лопастным (рис. 74); При
включении насоса I суспензия подается по трубопро-
воду 2 и из него по трубке 3 на блок. Избыток сус-
пензии стекает в таз. 4 и по трубопроводу 5 снова
возвращается в питатель 1, чем и осуществляется
замкнутый цикл циркуляции,
157
Рис. 73. Схема центробежной подачи суспензии
Рис. 74. Схема циркуляционной подачи суспензия
158
Для полирования нужна одна система питания.
Для шлифования абразивами различной зернистос-
ти необходимо устанавливать несколько (три-четыре)
замкнутых систем питания.
Качество и эффективность обработки деталей во
многом зависят от того, в каком состоянии находится
оборудование и как оно содержится. В процессе ра-
боты необходимо самому рабочему следить за сох-
ранностью станка, своевременно указывать обслужи-
вающему персоналу, шорнику, слесарю, электрику и
мастеру на замеченные недостатки (слабое натяже-
ние ремней, утерю или неисправность отдельных час-
тей, течь в тазах и пр.). Для предохранения трущих-
ся частей шпинделя от попадания грязи и абразива
иногда применяют защитные резиновые прокладки и
колпачки, надеваемые на верхнюю часть шпинделя.
Смазочный материал должен быть чистым. По окон-
чании работы не только общий двигатель, но и
каждый шпиндель в отдельности должны быть вы-
ключены; стол станка, тазы необходимо тщательно
вытереть. Патроны должны иметь отверстия или пло-
щадки для захвата ключом при отвинчивании. Недо-
пустимо снимать патроны, расшатывая их тяжелым
предметом.
ПРИЛОЖЕНИЯ
I. Некоторые значения
тригонометрических функций
Название функции 30 ° у 45 0 60 0 90 0
Синус (sin) 4-0.5 д/2 -у- = 0,707 Уз -у- = 0,866 +1
Косинус (cos) д/з -^- = 0,866 V2 -у- = 0,707 4-0.0 0
Тангенс (tg) д/3 “V = 0,577 О 1 д/з" = 1,732 ± оо
II. Единицы круговой меры
углов
Отношение длины окружности к
ее диаметру (число «пи») л=3,1416.
Длина дуги для угла в 1°, вершиной которого яв-
ляется центр окружности, равна 0,0087265Д где d —
диаметр окружности.
Центральный угол для дуги, равный радиусу R
окружности, равен 57,29578° = 3437,75'— 206265" и
называется радианом. Такой угол является единицей
круговой меры углов. Отсюда 1°=0,0175 рад; Г=
=0,0003 рад; 1"=0,000005 рад.
160
Фигура
' Квадрат
Прямоугольник
III. Вычисление элементов
плоских фигур
Формула
d2 _
F = a2= —; a = 0,7071d= д/F;
d= 1,414a = 1,414
F = ab = a -y/d2 — a1 = b y/d2 — b2',
d — -у/a2 + b2:
a = y/d2 — b2 —
b
b = ^d2-a2= —
a
(a + b) h
2
161
Фигура
Формула
F — nR2 = 3,147?2 = 0,7854d2;
L = 2nR = 2 • 3,147? = 3,14d;
d=— :
Jt
= 1,13 Vf
d = 2 7л (2R — Л);
F = ±-[Rl-d(R-h)].t
d2 4- 4A2
R =-----= 0,01745/?a;
on
u D 1 /7Б2----------^2 57,2961
Л = /? —v V4/?2 —d2; a = ——
Примечание. Условные обозначения: F—площадь; n —число сто-
рон многоугольника; L—длина окружности; R—радиус описанной окруж-
ности; /—длина дуги: г—радиус вписанной окружности
IV. Вычисление поверхностей
и объемов тел
Тело
Полная поверхность F,
боковая
поверхность S
Объем V
S = 2nRh
V==nR2h
Ttd2 ,
=—h
Призма
F = (2a + 2b) h +
4" 2S0CH, где S0CH
— площадь основа-
ния
F г + ^осн,
где г — сумма
площадей боковых
граней
V = abh
V = ^осн
о
163
Тело
Полная поверхность F,
боковая
поверхность S
Объем V
Клин
S = nRs =
= Л7? V/?2 + А2
V = 4 л2п
О
S = 2Smn 4- 2Smp,
где ^Spin ~ площадь
составляющей трапе-
ции Smp — площадь
составляющего тре-
угольника
Г = (2а + а,)^
Рис. 75. Элементы шарового
сегмента АВ = г = d/2,
СВ = R
h
V. Шаровой сегмент и его
элементы. Расчет стрелки
Поверхности многих оптических
деталей (линз), инструмента и приспособлений (гри-
бы, чашки) представляют
собой шаровые сегменты.
В практике при расчете
заготовок деталей, ин-
струмента и приспособле-
ний пользуются форму-
лами, связывающими ме-
жду собой радиус шаро-
вого сегмента R и его диа-
метр d или радиус осно-
вания г = d/2 и высоту
(стрелку) h.
Из рис. 75 следует,
что
d = 2 V2/?/i - /г2; h = R- ^R- - г2.
164
Последнюю формулу иногда удобно представить в
другом виде:
/г = /?-V(/? + r)(fl-r), или /г = Я-Vfl2-(d/2)2.
Рис. 76. Расчет стрелки: а — плоско-вогнутая линза;
б — плоско-выпуклая линза
Если нам известен угол АСВ (обозначим его у),
то, пользуясь тригонометрическими формулами и со-
ответствующими таблицами, можно записать:
R = -^-4— , или R = ; d — 2R sin у;
2 sin у 1 — cos у 1 ’
h = R (1 — cos у).
Пример 1. Определить толщину по краю tK пло-
ско-вогнутой линзы, если известны ее радиус кривиз-
ны, диаметр и толщина по центру (рис. 76, а).
Решение: h = 27 — д/272 — (14,1/2)2 = 0,7 мм;
/к = 2 0,7 = 2,7 мм.
Пример 2. Определить толщину плоско-выпук-
лой линзы, если известны ее радиус кривизны, диа-
метр и толщина по краю (рис. 76,6).
165
Решение: h= 100 - V1002 - (146/2)2 = 31,65 мм;
= 31,65 + 2 = 33,65 мм.
VI. Фаски. Расчет
фасетировочной чашки
Снятие фасок на кромках линз,
т. е. притупление места пересечения сферических (или
плоских) поверхностей с цилиндрической поверхно-
стью линзы, применяют для предохранения краев от
Рис. 77. Изображение ширины и угла наклона
фаски на чертеже
выколок (фаски технологические), а также для огра-
ничения светового диаметра линзы или другой дета-
ли, т. е. для того, чтобы на рабочую поверхность по-
пал только тот пучок света, диаметр которого обуслов-
лен расчетом, и для закрепления детали тем или иным
способом в оправе.
В чертеже указываются ширина фаски, допускае-
мое отклонение и угол наклона ф по отношению к ци-
линдрической поверхности линзы (рис. 77). Радиус
чашки /?ф для нанесения фаски под заданным углом ф
находится по формуле
р ___
Ф 2 cos qp ’
где d/2 — половина диаметра линзы.
Если ф=45°, то находят по формуле /?ф=0,7й.
166
Пример 1. Дано: d=100 мм, <р=60°; требуется
определить 7?ф.
D 100 1 ПП
^*==2^оТ= 100 мм’
Пример 2. Дано: d=100 мм, <р=45°; требуется
определить /?ф.
100 • 0,7 = 70 мм.
VII. Плотность некоторых
материалов, г/см3
Материал Плотность Материал Плотность
Алебастр 2,3-2,88 Титан 4,5
Алюминиевая 7,7 Турмалин 3,15
бронза
Асбест 2,1—2,8 Фибра 1,28
Бакелитовый 1,4 Цезий 1,87
лак Цемент 2,6-3,2
Бор 2,33 Церий 6,8
Бронза Около 8,8 Цинк 7,15
Бумага 0,7-1,2 Чугун белый 7,6-7,8
Бура 1,75 Чугун серый 7,0-7,2
Вар (пек) 1,07—1,10 Шамот 1,8-2,2
Винипласт 1,38—1,40
Гипс 2,32
Дюралюминий 2,79
Железный ку- 1,88
порос
Латунь 8,1-8,6
Мел 1,8-2,6
Нашатырь 1,52
Полиакрилат 1,2
(органическое
стекло)
Свинец 11,35
Стекло зеркаль- 2,46
ное
167
VIII. Относительная твердость по сошлифовыванию для некоторых марок оптического стекла
Относительная твердость Марки стекла (по ГОСТ 3514—76)
1,7 1,6 1,3 1,2 1,0 ТБФ4 ЛК5 ТБФЗ ЛФ7 ЛК7, К2, КЗ, К5, К8, К14, К15, К17, К18, К20,
0,9 КФ6, КФ8, БФ1 ЛК1, ЛКЗ, ЛК4, KI, К19, БК6, БКП, БК12,
0,8 БК13, ТК1, ТК17, ТК23, СТК9, КФ1, ЛФ10, ОФ1 БК4, БК8, БК9, ТК2, ТК12, ТК13, ТК20, ТК21, СТКЗ, КФ4, КФ7. БФ4, БФ28, ЛФ5, ЛФ8, ТФ12, ОФЗ
0,7 ЛК6, БКЮ, ТК8, ТК9, ТК14, ТК16, ЛФ11, Ф6, Ф7, Ф8, Ф13
0,6 ТК4, БФ6, БФ7, БФ12, БФ13, Ф2, Ф4, ТФ2, ТФ4, ТФ8, ОФ2
0,5 ФК13, СТК7, СТК8, БФ8, БФ11, БФ16, Ф1, ТФ1, ТФЗ, ТФ5, ТФ7, ТФ10
0,4 0,3 0,2 ФК1, ТФ11, ОФ4 ОФ5 ФК14
IX. Марки оптического
бесцветного стекла
(ГОСТ 3614—76), исключении
из стандарта, и рекомендации
по их замене или указание об
изготовлении
>Ларки стекла
Рекомендации по замене или
указание об изготовлении
ФК1 ФКН (изготовляют по норма- тивно-технической документации)
К17 К8, К100
БК9 БКЮ
БК12 —
ТКЮ9 БФ111
КФ1 БФ1
КФ 106
КФ8
ОФ1
БФ18
БФ19
БФ6
БФ23
БФ4 (изготовляют по норма-
тивно-технической документации)
ОФ2
ЛФ11
ЛК1, ЛК5, ФК13, KI, К2,
КЮ2, КЗ, К5, К15, К18, К20
БКП, ТК1, ТКЮ8, ТКП2,
ТК123
СТК8, СТКЮ
КФЮ4, КФ5
БФ4, БФ106, БФ107, БФ108,
БФ26, БФ27
ТБФЗ
ЛФ1, ЛФ7, ЛФ11, ЛФ111,
ЛФ12
Ф2, Ф7, Ф108
ТФ102, ТФ11, ТФ12
ОФЗ, ОФ5
Изготовляют по нормативно-
технической документации
X. Допускаемые дефекты
чистоты оптических поверхно-
стей (ГОСТ-11141—76)
Таблица 1. Допускаемые дефекты
чистоты для классов от 0—10 до 0—40
(размеры в мм)
Класс чисто- ты Зона Царапины Точки
Ширина, не более Суммар- ная длина, не более Диаметр, не более Число, не более, при световом диаметре
от 5 до 20 св. 20 до 60 св. 60
л in Средняя 0,002 0,2ХДсв 0,004 1 3 5
Vе* 1V Краевая 0,004 0,ЗХДсв 0,006 3 6 10
О on Средняя 0,004 0,2ХДсв 0,010 1 3 5
Краевая 0,006 О.ЗХДсв 0,015 3 6 10
о до Средняя 0,006 0,2ХДсв 0,015 1 3 5
Краевая 0,008 0,ЗХДсв 0,025 3 6 10
В любой четверти поверхности детали не допус-
кается более трех точек при световом диаметре де-
тали до 60 мм включительно и более пяти точек при
световом диаметре детали свыше 60 мм.
Для деталей диаметром менее 5 мм ширина допу-
скаемых царапин и диаметр точек не должны превы-
шать значений, установленых в табл. 1 для средней
зоны поверхности.
Суммарная длина царапин и число точек, допус-
каемых на поверхности, должны устанавливаться в
технической документации, утвержденной в установ-
ленном порядке.
Для деталей со шкалами и другими делениями
разрешается устанавливать в случае необходимости
свои зоны, границы которых должны быть оговорены
в чертеже.
170
Таблица 2. Допускаемые дефекты
чистоты для классов I—1Ха
(размеры в мм)
Класс чисто- ты Царапины Точки Скопление дефектов
Ширина, не более Суммар- ная длина, не более Диаметр, не более Число, не более Диаметр ограничен- ного уча- стка Площадь царапин и точек, мм2, не более
I 0,004 0,020 1,0 0,004
II 0,006 0,050 1,2 0,006
III 0,010 0,100 2,0 0,020
IV 0,020 0,300 ОЛХДсв 5,0 0,100
V 0,040 2,0ХДсв 0,500 10,5 0,400
VI 0,060 0,700 25,0 3,000
VII 0,100 1,000 50,0 10,000
VIII 0,200 2,000 ОДХДсв — —
Villa 1,5ХДсв
0,300
IX 2,0ХДсв
IXa 0,400 1,5ХДсв 3,000 О.ЗХДсв
Для IV—VII классов чистоты допускается не нор-
мировать скопление дефектов на поверхности (части
поверхности) оптических деталей. Недопустимость
скопления дефектов должна быть оговорена в техни-
ческих требованиях.
Таблица 3. Предельные значения
дефектов чистоты для классов I—1Ха
Класс чистоты Ширина царапин Диаметр точек
I, П 0,001 0,002
III 0,002 0,004
IV 0,004 0,010
V 0,006 0,020
VI 0,008 0,040
VII 0,010 0,100
VIII, Villa 0,014 0,140
IX, IXa 0,020 0,200
171
Для деталей, рабочая (световая) часть поверхнос-
ти которых отличается от круга или имеет нерабо-
чие зоны, световой диаметр определяется полусуммой
наибольшей и наименьшей осей симметрии рабочей
части поверхности.
Если точка имеет удлиненную форму, то за диа-
метр точки принимают размер, полученный как сред-
нее арифметическое значение длин ее наибольшей и
наименьшей осей.
Необходимость нормирования царапин, точек и
выколок вне световой зоны устанавливается в техни-
ческих требованиях чертежа оптической детали.
Выколки размером более 0,8 мм должны быть ма-
тированы. Необходимость матирования выколок раз-
мером 0,8 мм и менее оговаривается в технических
требованиях. Размер выколки определяют от края
фаски к середине рабочей поверхности.
В необходимых случаях допускается установле-
ние различных классов чистоты для различных участ-
ков поверхности детали. Возможно также установле-
ние различных классов чистоты по царапинам и точ-
кам. Например, если по царапинам установлен класс
PV, а по точкам — класс PIV, то соответствующее
обозначение будет выглядеть так: PV/PIV.
ГОСТ 11141—76 дает также указания о способах
контроля чистоты (в зависимости от класса) и мето-
дике контроля чистоты поверхности деталей по скоп-
лениям учитываемых дефектов для I—III классов
чистоты (для чего введены специальные коэффици-
енты и формула).
В обязательном порядке с контролируемых по-
верхностей должны быть удалены жировые и другие
налеты и загрязнения.
Просмотр поверхностей деталей должен произво-
диться в косо направленном пучке проходящего или
отраженного света, т. е. под углом к оси детали на
фоне черного экрана. Источником света должна слу-
жить лампа накаливания мощностью от 50 до
100 Вт.
Контроль деталей 0—10; 0—20 и 0—40 классов
чистоты проводят при помощи измерительного при-
бора с увеличением, под которым деталь будет рас-
сматриваться в приборе, но не менее 6х. Увеличения,
172
отличающиеся от 6х, должны быть оговорены в
технических требованиях чертежа оптической де-
тали.
Царапины шириной 0,001 мм, точки диаметром
0,002 мм и менее в средней и краевой зонах не учи-
тываются, если нет особых указаний в технических
требованиях.
Контроль деталей I—III классов чистоты проводят
при помощи лупы с увеличением не менее 6х. Детали
IV—1Ха классов чистоты могут контролироваться не-
вооруженным глазом.
Размеры царапин и точек всех классов оценивают
сравнением с набором эталонных образцов царапин
и точек. В спорных случаях размеры измеряют ми-
кроскопом с окулярным микрометром.
XI. Допускаемые отклонения
радиусов и отклонения от
плоскостности сферических и
плоских основных пробных
стекол (ГОСТ 2786-76)
Основные пробные стекла (ОПС)
изготовляются трех классов точности: 1, 2 и 3.
Контрольным и рабочим стеклам присваивают
класс точности того основного или контрольного стек-
ла, с которым сличают их измерительную поверх-
ность.
ГОСТ 2786—76 устанавливает, что отклонения ра-
диусов измерительных поверхностей сферических ос-
новных стекол не должны превышать следующих зна-
чений: (стр. 174).
Предельные отклонения от плоскостности плоских
основных стекол (в числе интерференционных полос)1
должны быть не более: 0,05 — для 1-го класса точ-
ности; 0,07 — для 2-го класса точности; 0,10 — для;
3-го класса точности.
173
Номинальное значение радиуса измерительной по- верхности сферического основного стекла, мм Предельные отклонения радиуса в процен- тах от номинального значения
Класс точности стекла
1 2 3
От 0,5 до 1,0 ±0,05 ±0,15 ±0,30
Св. 1,0 до 2,0 ±0,08 ±0,20
Св. 2,0 до 5,0 ±0,30
Св. 5,0 до 10,0 ±0,04 ±0,06 ±0,15
Св. 10,0 до 12,0 ±0,01 ±0,05 ±0,10
Св. 12,0 до 15,0 ±0,08
Св. 15,0 до 22,0 ±0,04 ±0,06
Св. 22,0 до 32,0 ±0,05
Св. 32,0 до 37,5 ±0,03
Св. 37,5 до 250 ±0,03 ±0,10
Св. 250 до 1000 ±0,02 ±0,05 ±0,15
Св. 1000 ±0,02г 1000 ±0,05г 1000 ±0,15г 1000
XII. Характеристики некоторых
материалов по полирующей
способности [7,9]
Полирующий порошок Полирующая способность
мг относительная
Окись хрома 15—17 0,5—0,9
Крокус сульфатный 15-20 1,0
» углекислый 18—24 1,2
» щавелевокислый 25—30 1,5
Окись тория 30-35 1,8-2,2
Полирит 35-40 1,5-2,0
Примечание. Полирующая способность определяется массой (в
мг) сполированного за 30 мин образца стекла марки К8 ГОСТ 3514-76 диа-
метром 75 мм. Степень подготовки образца, его габариты, режимы обра-
ботки строго определены.
XIII. Твердость по Моосу
Десятичная шкала (в условных
единицах) имеет вид: тальк—1; гипс или каменная
соль — 2; кальцит (известковый шпат) — 3; флюорит
(плавиковый шпат) — 4; апатит — 5; ортоклаз (кали-
евый полевой шпат) — 6; кварц — 7; топаз — 8; ко-
рунд— 9; алмаз—10.
Шкала наглядна и удобна, однако она дает отно-
сительное представление о твердости и неравномерна
в своих ступенях. Например, алмаз тверже талька не
в 10 раз, а в несколько тысяч, кальцит тверже гипса
в 6,5 раз и т. д. Если же судить о твердости по ско-
рости истирания вещества, то алмаз тверже кварца
в 1000 раз, корунда — в 150 раз и т. д.
С достаточной точностью можно сказать, что ве-
щества с твердостью ниже 2 царапаются ногтем, ни-
же 5 — ножом, ниже 6 — оконным стеклом, ниже 7 —
напильником.
XIV. Шероховатость поверхност
Параметры шероховатости, мкм Базовая длина, мм
Ra Rz
2,50-1,25 320-160 25,0
320-100 25,0
160-80 25,0
80—40 25,0
40—20 25,0
20-10 8,0
8,0
176
ей оптических деталей (ОСТ 3—2439— 74)
Условное обо значение ше роховатости по ранее действовавшей документации Вид обработки поверхности
оо Литье, моллирование, прессование, прокатка
V 1 Обработка твердосплавным инструментом
V2
V3 Обработка алмазным инструментом зернистостью от 400/315 до 250/200, шлифовальными кругами зернистостью от № 40 до № 20, абразивными по- рошками зернистостью от № 25 до № 16 и твердо- сплавным инструментом на операциях распилива- ния, сверления, резания и шлифования
V4 Обработка алмазным инструментом зернистостью от 200/160 до 160/125, шлифовальными кругами зернистостью от № 20 до № 16, абразивными по- рошками зернистостью от № 16 до № 10 и твердо- сплавным инструментом на операциях распилива- вания, сверления, резания, кругления и шлифования
V5 Обработка алмазным инструментом зернистостью от 125/100 до 80/63, шлифовальными кругами зер- нистостью от № 12 до № 6 и абразивными порош- ками зернистостью от № 8 до № 14 на операциях распиливания, сверления, кругления, центрирования и шлифования
V6 Обработка алмазным инструментом зернистостью от 63/50 до 50/40, шлифовальными кругами зерни- •тостью от № 6 до № 5 и абразивными порошками .ернистостью от № 6 до М28 на операциях кругле- гшя, центрирования и шлифования
177
Параметры шероховатости, мкм Базовая длина, мм
Ra Rz
1,25—0,63 — 8,0
0,63-0,32 8,0
0,32-0,16 2,5
0,16-0,08 0,08-0,04 0,04-0,02 2,5 2,5 2,5
— 0,100-0,050 0,8
— 0,050-0,025 0,8
178
Условное обо- значение ше- роховатости по ранее действовавшей документации Вид обработки поверхности
V? Обработка алмазным инструментом зернистостью от 50/40 до 40/28, шлифовальными кругами зерни- стостью от № 5 до № 4 и абразивными порошками зернистостью от № 4 до М20 на операциях кругле- ния, центрирования и шлифования
V8 Обработка алмазным инструментом зернистостью от 28/20 до 20/14, шлифовальными кругами зерни- стостью от № 4 до № 3 и абразивными порошками зернистостью от М14 до М10 на операциях центри- рования и тонкого шлифования
V9 Обработка алм азным инструментом зернистостью от 14/10 до 10/7 на металлической связке или зер- нистостью от 63/50 до 20/14 на органической связ- ке и абразивными порошками зернистостью от М7 до М5 на операциях тонкого шлифования
v 10 V 11 v 12 Обработка алмазным .инструментом зернистостью от 20/14 до 10/7 на органической связке и абра- зивными порошками зернистостью от М5 до М3 на операциях доводки и тонкого шлифования
V 13 Обработка полировальными порошками на волок- нистом, синтетическом, смолянрм или металлическом полировальнике на операции полирования. На по- верхности допустимы незначительные следы недо- полировки
v 14 Обработка полировальными порошками на смоля- ном, синтетическом или металлическом полироваль- нике на операции полирования. Поверхности допол- нительно характеризуются требованиями к чистоте поверхности оптических деталей
179
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александров И. Е. Расчет инструмен-
та и приспособлений для обработки оптических деталей. М.» 1950.
2. Ардамацкий А. Л. Изготовление оптических деталей. М.»
1955.
3. Ардамацкий А. Л. Алмазная обработка оптических дета-
лей. Л., 1978.
4. Бардин А. Н. Технология оптического стекла. Учебник для
студентов высших учебных заведений. 3-е изд. М.» 1963.
5. Винокуров В. М. Исследование процесса полировки стекла.
М., 1967.
6. Смирнов В. А. Обработка оптического стекла. 2-е изд. Л.,
1969.
7. Сулим А. В. Производство оптических деталей. Учебник
для средних профессионально-технических училищ. 3-е изд. М.»
1975.
8. Технология обработки оптических деталей. Учебник для
техникумов/Под ред. М. Н. Семибратова. М.» 1975.
9. Технология оптических деталей. Учебник для вузов/Под
ред. М. Н. Семибратова. М., 1978.
10. Формообразование оптических поверхностей. Сб. статей/
Под ред. К. Г. Куманина. М.» 1962,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Общие сведения 5
1. Что такое оптика? —
2. Охрана труда рабочих и служа-
щих 7
3. Техника безопасности в оптиче-
ских цехах 8
4. Работа с горючими легковоспла-
меняющимися и взрывоопасны-
ми веществами 10
5. Элементарные сведения из оптики И
6. Оптические детали приборов 17
Глава вторая. Материалы 23
7. Оптическое стекло (неорганиче-
ское) —
8. Цветное оптическое стекло
(ГОСТ 9411—75) 26
9. Типы заготовок сырого стекла . 27
10. Пороки стекла (материальный
брак) . 28
11. Специальные материалы 30
12. Кристаллы 32
13. Абразивные материалы . 36
14. Вспомогательные материалы 44
15. Материалы для полирования 58
Г лава третья. Чтение чертежей. Допуски и посадки. Классы
точности 62
16. Чтение чертежей оптических де-
талей . . —
17. Обозначение вида обработки и
шероховатости поверхностей 68
18. Допуски и посадки. Классы точ-
ности. Припуски . . 71
19. Чистота поверхностей оптических
деталей . 78
20. Допуски на изготовление опти-
ческих деталей 80
181
ИВ № 2696
Всеволод Александрович Смирнов
ОБРАБОТКА
ОПТИЧЕСКОГО
СТЕКЛА
Редактор Т. С. Васильева
Художественный редактор С. С. Венедиктов
Технический редактор Т. Н. Витоишнская
Корректор И, Г Жукова
Обложка художника В. В. Белякова
Сдано в набор 14.09.79. Подписано в печать 30.09.80. М-33417. Формат 84Х108,/з?.
Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная Печать высокая.
Усл. печ. л. 5,75. Уч.-изд. л. 9,13. Тираж 7000 экз. Заказ 346. Цена 45 коп.
Ленинградское отделение издательства «Машиностроение» 191065, Ленин-
град, Д-65, ул. Дзержинского, Ю
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга»
им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 198052,
г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29,
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Должно быть
78 13-я снизу IV, VI IV, V, VI
84 Рис. 26 Теоретическая Торическая
109 2-я и 1-я снизу давление, при ко- тором зерно раздав- ливается (раздавле- ние, при котором зерно раздавлива- ется давлению, при ко- тором зерно раздав- ливается
138 2-я и 1-я снизу конденсатора конденсора
139 20, 19, 18-я снизу специального во- ска, иногда покры- вают тонким слоем устанавливают в оп- раву и устанавливают в оправу и покры- вают тонким слоем специального воска, иногда
142 Таб. ица 1,5 2,5 2,5 1,5 2,0 2,5
169 3-я сверху исключенны исключенные
Зак. 346.
45 коп.