Введение к работе
Актуальность темы. Одним из перспективных направлений создания и развития в Республике Беларусь новых и высоких технологий, перспективных производств, основанных на таких технологиях,!! 1997 - 2010 годах является совершенствование технологических процессов и оборудования для производства прецизионных оптических элемеиюи, определяющих тактико-технические, эксплуатационные и функциональные характеристики авиационно-космических, медицинских прибороз, изделий лазерной, бытовой техники и устройств спепнхчмюго назначения. Наиболее широкое распространение в конструкциях данных устройств получили линзы со сферическими исполнительными поверхностями, технологический процесс изготовления которых является объектом исследования данной работы. Прецизионные технологии притирки и доводки, составляющие основу оптического производства, отличаются нестабильностью, высокой трудоемкостью и необходимостью применения высококвалифицированного ручного труда.
Актуальность исследований, выполненных в диссертационной работе, подтверждается: возрастающими требованиями к массогабаритным характеристикам и качеству оптических линз; недостаточной изученностью физических явлений, сопровождающих процесс производства линз и влияющих на трудоемкость изготовления и качество готовых изделий; необходимостью снижения объемов применения высококвалифицированного ручного труда на основных технологических операциях; необходимостью разработки методологических основ расчета и проектирования технологического процесса, оснастки и оборудования для комплексной механизации и автоматизации оптического производства.
Связь с крупными научными программами и темами. Результаты данной диссертационной работы используются при выполнении Совместной Программы, утвержденной 02.12.1997г. постановлением №5 Исполнительного Комитета Союза Беларуси и России "Разработка опережающих технологий "двойного" применения и гаммы современного оптического оборудования на принципах управляемого формообразования" (п. 18. Создание гаммы специатытых станков-автоматов для тонкого алмазного шлифования и полирования серийных сферических ОД диаметром до 70 мм ).
Более ранние работы выполнялись по общегосударственным целевым программам МОП СССР "Перспегсгива" и "Автоматизация"'.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка теоретиче
ских и технологических основ обработки высокоточных сферических поверхностей
оптических линз, комплекса технологических мероприятий, специальной оснастки и
оборудования, позволяющих повысить производительность, стабильность и качество
обработки при одновременном снижении затрат высококвалифицированного ручного
труда.
В соответствии с поставленной целью п работе необходимо было решить следующие задачи:
- разработать методику расчета нзпряженно-деформировашюго состояния
линзы, комплекс мероприятии для снижение погрешностей формы и взаимного рас
положения поверхностей оптической детали, возникающих при установке ее на при
способление;
разработать методику и критерии оптимизации кинематических и наладочных параметров режимов обработки на притирочных и доводочных операциях;
установить взаимосвязь силовых параметров процесса формообразования с качеством и производительностью обработки и определить закон изменения давления в зоне контакта "инструмент-деталь",
выявить влияние гидродинамических процессов в зоне взаимодействия инструмента її заготовки на точность и производительность доводки;
установить взаимосвязь теплофшических явления при доводке с точностью п производительностью обработки оптических поверхностей;
-.разработать методику управления процессом окончательной обработки высокоточных поверхностей;.
- предложить методику проектирования технологической оснастки для обра-
, ботки высокоточных поверхностей оптических деталей.
Методы исследования. Теоретическая часть работы выполнена с использованием фундаментальных положений высшей математики, теории упругости, теоретической механики, теории механизмов и машин, гидродинамик», теплофизики, оптики, технологии машино- и приборостроения.-
Численные исследования проводились с использованием современных программных продуктов и вычислительной техники.
В процессе экспериментальных исследований использовались существующие в промышленности и опытные образны технологического оборудования.
В качестве измерительных устройств использовались промышленные интерферометры, индукционные, оптические, механические и электронные приборы для определения линейных и угловых размеров, характеристик движения, силовых и тепловых параметров.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что:
разработана математическая модель напряженно-деформированного состояние лиш, установленных на наклеечном приспособлении, с учётом влияния воздействия тепловых потоков и силового нагружения, позволяющая установить зависимости деформаций линз от условий их закрепления и режима обработки;
установлена взаимосвязь между физико-механическими характеристиками материала наклеечного приспособления, его конструкцией, условиями нагрева (охлаждения) и погрешностями закрепления линз, что позволило оптимизировать конструкцию приспособления и разработать рекомендации но снижению деформациіі'линз в процессе их блокировки;
исследована возможпосіь использования лазерного излучения на операциях блокировки и раіблокировкп лині, усктовлеиы диапазоны изменения плотности
з мощности при различных режимах генерации лазерного излучения для изменения агрегатного состояния клеевой прослойки;
установлены критерии, позволяющие рассчитать оптимальные режимы обработки на притирочных и доводочных операциях при использовании различных моделей технологического оборудования;
разработана модель износа инструмента и съема припуска с заготовки с учётом закономерностей изменения величины площади контакта заготовки и инструмента и их взаимного расположения на различных этапах обработки, позволяющая разработать методику проектирования доводочного инструмента повышенной размерной стойкости;
установлена взаимосвязь гидродинамических явлений при доводке оптических деталей с точностью и производительностью обработки, что позволило разработать методику проектирования доводочного инструмента, способного обеспечивать задашгую точность при высокой производительность обработки, и расширить диапазон технологических возможностей доводочного оборудования;
установлена функциональная взаимосвязь температуры технологической среды и формы корпуса инструмента с точностью и производительностью доводки, что позволило разработать методику управления точностью формы обрабатываемой поверхности и приемы компенсации износа пенополиуретанового доводочного инструмент а.
Практическая значимость полученных результатов заключается в:
созданных методах лазерной блокировки и разблокировки (степень готовности: отработаны режимы, изготовлена и апробирована в производственных условиях установка для лазерной блокировки и разблокировки);
разработанных конструкциях наклеенных приспособлений (степень готовности: изготовлены и апробированы образцы соответствующих устройств);
разработанном технологическом оборудовании и оснастке для обработки высокоточных сферических и плоских поверхностей оптических деталей (степень готовности: изготовлены и апробированы опытные образцы соответствующих устройств и станков);
разработанной методике определения оптимальных режимов обработки на притирочных и доводочных операциях (степень готовности: разработаны и отлажены соответствующие программы для расчета на ЭВМ);
приемах обработки высокоточных сферических поверхностей оптических деталей (степень готовности: разработана последовательность действий для изменения характера эволюции формы детали в процессе обработки);
разработанном инструменте для обработки оптических поверхностей (степень готовности: разработан, изготовлен и апробирован в производственных условиях инструмент и определены оптимальные условия его жеплуатлнии).
Экономическая значимость полученных результатов. Эффективность внедрения результатов работы на предприятии п/я Г--1250 составила 72000 (семьдесят две тысячи) рублей в ценах 1988г.
Фактический экономический эффект в результате внедрения результатов работы в Минском филиале совместного советско-американского предприятия "Диалог" в 1991г. составил 58000 (пятьдесят восемь тысяч) рублей.
Использование методик, программ управления и оптимального выбора режимов обработки, проектнрозания инструмента в конструкторских и технолопіческих разработках научно-производственного государственного предприятия "Оптическое станкостроение и вакуумная техника'' г. Минск (ІІПШ ОСиВТ) позволило получить экономический эффект от внедрения управляемой технологии и оборудования на Новосибирском приборостроительном заводе в размере 350001) (триста пятьдесят тысяч) рублей в ценах 1991г.. из которых на долю разработок соискателя приходится 15%, что составляет 52500 (пятьдесят две тысячи пятьсот) рублей.
Использование предложенных термоуправляемых притиров со специальной формой маски полировальной подложки, спроектированных с учетом гидродиншиче-, скігх явлений прн доводке, позволило НПГП ОСнВТ при внедрении на Белорусском етгшко-мехаинчееком объединении (БелОМО) только одной линии "'Синхроспид" с разработанной технологией получить в 1991г. экономический эффект в сумме 500000 (пятьсот тысяч) рублей. Заявленная потребность предприятий оптико-механической промышленности в подобных линиях составляла 132 штуки.
Рекомендации п разработки по созданию управляемой технологии, специальной оснастки, инструмента и оборудования, представленные в данной диссертации, используются прн выполнении Совместной Проіраммьі, утвержденной 02.12.1997г. постановлением Кз5 Исполнительного Комитета Союза Беларуси и России "Разработка опережающих технологий "двойного" применения и гаммы современного оптического оборудования на принципах управляемого формообразования" (и.18. "Создание гаммы специальных станков-авгоматов для тонкого алмазного шлифования и полирования серийных сферических ОД диаметром до 70 мм"), путем включения в технические задания для проектирования оборудования и технологии. Ожидаемый экономический эффект от данных разработок составляет 5000000000 (пять миллиардом) рублен в цепах 1998г.
Использование на предприятии "'Плзнар ТМ'" (г.Минск) результатов диссертационной работы позволило в период с 19У6 г. по 1998 і. только за счет экономии материалов, получить экономический эффект свыше 40000000 (сорока миллионов) рублей в ценах декабри 1998 г.
Обший экономический эффект от внедрения результатов данной работы ил производственно-коммерческом предприятии "БйлОфтоОптика" АО ''Бел мед" (г.Ммнск) в период с 1996 г. по 1998 і. составил 3532000000 (три миллиарда пяіьсоз тридцать два миллиона) рублей по курсу Национального Банка Республики Беларусь на 15.12 1998г
Разработанные в диссертации способи базирования, приемы обработки, инструменты, приспособления, оборудование, методы управления и выбора режимов формообразования могут быть использованы в качестве коммерческого продукта.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту. Автор защищает разработку теоретических и технологических основ обработки высокоточных сферических оптических поверхностей,.включающих:
математические модели возникновения погрешностей размеров, формы и взаимного расположения Поверхностей оптических деталей, возникающих при установке заготовок на приспособлениях;
критерии оптимизации режимов обработки прецизионных поверхностей в условиях пріпирки и доводки, обеспечивающих повышение производительности, точности обработки и способствующих снижению брака при изготовлении;
методику управления формообразованием на окоігчательньїх механических операциях, учитывающую конструктивные особенности применяемого технологического оборудования, гидродинамические и термоупругне эффекты, сопровождающие процесс истирания поверхностей заготовки и инструмента, позволяющую интенсифицировать процесс обработки;
методику проектирования управляемого обрабатывающего инструмента повышенной размерной стойкое, обеспечивающую стабилизацию формообразования;
конструкции технологического оборудования, инструмента и оснастки, обеспечивающих повышение качества обработанных поверхностей и производительности окончательных операций обработки высокоточных поверхностей.
Личный вклад исполнителя. При выполнении работы лично исполнителем:
осуществлено математическое моделирование образования погрешностей формы и взаимного расположения поверхностей при установке заготовок на приспособления различного типа; ...
разработана технология лазерной блокировки к разблокировки оптических деталей;
осуществлено математическое моделирование закономерностей формообразования оптических поверхностей с учетом конструктивных особенностей применяемого оборудования и динамических параметров пары трения;
проведены численные и экспериментальные исследования закономерностей формообразования прецизионных поверхностей;
разработаны критерии оптимизации выбора режимов обработки на операциях притирки и доводки;
проведен комплекс исследований и разработана методика определения закона распределения давления в зоне обработки, закономерности съема припуска п величины прижимного усилия;
осуществлено математическое моделирование и установлено влияние формы рабочей части инструмента на величину гидродинамического зазора между притиром и деталью, производительностью и точностью формирования заданной ноиерхмости;
установлена зависимость между температурой технологической среды, формой корпуса пленочного полировальника и точносшо л производительностью довод-::п;
предложена методика проектирования формообраз}Ютцего инструмента с учетом геометрических, кинематических, динамических, гидродинамических и термических свойств процесса обработки;
выработана методика назначения оптимальных режимов обработки и проек-тнровшшя технологического процесса.
Участие соавторов в совместных работах: И.П.Филонов участвовал в разработке математических моделей процесса формообразования оптических поверхностей н технологического оборудования для поверхностной обработки оптических деталей, а также в обсуждении результатов-исследований; П.В.Алявдип участвовал в разработке модели напряженно-деформированного состояния; В.ШОршюк учаеівовал в разработке маїсматичсскнх моделей поверхностной обработки по методу свободной нршпрки и отдельных технических решении для формообразования криволинейных поверхностей; остальные соавторы принимали участие в написании программ для ПЭВМ, в проведении численных и экспериментальных исследованиях и в изготовлении устройств для выполнения экспериментов.
Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях: "Технологическое обеспечение профильной алмазно-абразивной обработки" - Пенза, 1984; "Обработка, контроль и покрытия оптических деталей" - Москва, 1985; "Интенсификация технологических процессов механической обработки" - Ленинград, 1986; "Внедрение прогрессивной технологии механосборочного производства в приборостроении" - Севастополь, 1986, 1988, 1989 гг.; "Пути повышения качества и надежности инструмента" -Рубцовск, 1987г.; "Прогрессивные методы создания оптических элементов" - Минск, 1988г.; "Прогрессивная техника и технология машиностроения, приборостроения и сварочного производства" - Киев, 1998г.; "Инженерное образование на рубеже тысячелетий: прошлое, настоящее и будущее" - Киев, 1998т.; "Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов" -Обнинск, 1998г.; "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" - Севастополь, 1998г. (диплом II степени), 1999г. (диплом I степени); 38...53 НТК Белорусской государственной политехнической академии. 1982 - 1999гг.
Опубликованное!ь результатов. По теме диссертации опубликована монография. 22. статьи в международной печати, 5 тезисов докладов на конференциях. 20 авторских свидетельств СССР на изобретения. Общее количество страниц опубликованных материалов 359 с.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение,'общую характеристику работы, семь глав, заключение, список использованных источников и приложения. Включает 178 страниц текста, 120 иллюстраций. 16 таблиц, библиотрафию из 245 наименований и приложение на 7 страницах.
