Глава вторая. ГЛАВНОЕ ЗЕРКАЛО ТЕЛЕСКОПА-РЕФЛЕКТОРА

§ 8. ШЛИФОВАЛЬНИКИ

Придание грубой формы зеркалу можно сделать практически любым куском металла, стекла или пластмассы. Уже в начале нашего века широко применялась обдирка стеклянной заготовки стальным, чугунным или медным толстостенным кольцом, которое можно отрезать ножовкой и обработать торцы на токарном станке или напильником. Диаметр кольца должен быть немного меньше половины диаметра заготовки зеркала, а толщина стенок—5—10мм.

В качестве инструмента для обдирки можно использовать и алмазные круги с достаточно крупными зернами. В этом случае обдирку можно вести не добавляя абразивный порошок. Зерна алмаза, закрепленные в “коронке”, работают значительно быстрее, чем свободно перекатывающийся абразив. В этом случае достаточно только добавлять воды для еще большего ускорения шлифовки.

Кольцевые шлифовальники годятся главным образом для обдирки зеркала — придания ему самой приблизительной формы. Для тонкой шлифовки, когда поверхность зеркала приближается к точной сфере, нужно сделать выпуклый шлифовальник с кривизной, равной кривизне зеркала. В профессиональной практике применяются сферические металлические (чугунные, стальные, латунные) шлифовальники. Однако выточить сферический шлифовальник с необходимой точностью — дело трудное. Р. Кларк предложил [16], а А. С. Фомин существенно усовершенствовал [4, 8] метод изготовления ступенчатых шлифовальников, которые в первом приближении можно считать сферическими (рис. 29).

Рис. 29. Ступенчатый шлифовальник. Обратите внимание на монотонно уменьшающееся расстояние между ступеньками

В ходе шлифовки ступеньки довольно быстро сошлифовываются и шлифовальник быстро пришлифовывается к зеркалу.

Прежде всего надо рассчитать диаметры ступенек для заданной их высоты. Обычно высоту каждой ступеньки берут равной 0,05—0,1 мм, при этом пользуются формулой

,

где d_i-диаметр ступеньки, R — радиус кривизны, x — высота ступеньки, считая от вершины шлифовальника. Рассмотрим расчет диаметров ступенек на конкретном примере. Допустим, что нам необходимо изготовить шлифовальник для 150-миллиметрового зеркала с радиусом кривизны 2400 мм (фокусное расстояние 1200мм). Выберем высоту ступенек равной 0,1 мм. Прежде всего вычислим, чему равно 8R. В нашем случае 8ґ 2400=19 200 мм. Эта величина остается постоянной для всех значений диаметров. Далее умножаем 19 200 последовательно на 0,1, 0,2, 0,3 и т. д. и записываем результаты в третью колонку табл. 6 (8Rх). Из чисел третьей колонки извлекаем квадратный корень и результат записываем в четвертую колонку. Это и есть диаметры ступенек d_i. Но при вытачивании шлифовальника на токарном станке нам удобнее пользоваться не размером диаметра ступеньки, а величиной подачи резца, которая равна разности между полным диаметром шлифовальника и диаметром каждой ступеньки. Величину поперечной подачи резца внесем в пятую колонку (D₀-d_i).

В последней графе для высоты ступеньки 1,2 мм величина d_i получается равной 151,8 мм, т. е. больше диаметра шлифовальника, поэтому ограничимся 11-й ступенькой.

Таблица 6. Расчет диаметров ступенек шлифовальника

Как вытачивать выпуклый ступенчатый шлифовальник?

Устанавливаем в кулачках патрона станка плоскую алюминиевую, латунную, стальную или чугунную заготовку. Протачиваем край заготовки при продольной подаче резца. Закончив чистовую обработку, устанавливаем на лимбе барабана поперечной подачи “0” и надежно фиксируем барабан. В дальнейшем при вытачивании ступенек мы будем начинать движение резца от края заготовки или, иначе говоря, будем начинать вращать барабан поперечной подачи с нуля.

Закрепляем суппорт на продольных направляющих и с помощью верхней каретки подводим резец к плоской стороне заготовки. Обрабатываем, “торцуем” заготовку. После того как получится хорошая плоскость, устанавливаем на лимбе верхней каретки “0” и приступаем к вытачиванию канавок. Для этого, вращая барабан поперечной подачи против часовой стрелки, отводим резец за край заготовки, сделав лишние полоборота. Это нужно для того, чтобы во время движения резца к заготовке выбрать “мертвый” ход. Теперь подаем резец вдоль продольных направляющих с помощью барабана верхней каретки на 0,1 мм к передней бабке (влево) — это высота первой ступеньки. Начинаем вращать барабан поперечной подачи по часовой стрелке и резец начинает приближаться к заготовке. В тот момент когда он коснется края, на лимбе барабана должен быть нуль. Теперь наша задача — продвинуть резец настолько чтобы диаметр ступеньки стал равен расчетному. Для этого подадим резец на величину, указанную в первой строю пятой колонки. Надо помнить,— что действительное перемещение резца в два раза меньше того, что показывает лимб на барабане. Дело в том, что при перемещении резца, например, на 5 мм по радиусу заготовки ее диаметр уменьшается на 10 мм. На лимбе указаны изменения диаметра, а не радиуса, и так как в пятой колонке вычислено изменение диаметра, то мы можем отсчитывать на лимбе именно величины пятой колонки. Обычно один полный поворот барабана соответствует уменьшению диаметра па 10 мм. Поэтому, если в числах пятой колонки перенести запятую на один знак влево, целое число будет показывать число поворотов барабана по часовой стрелке, а дробь после запятой нужно отсчитывать по делениям барабана. Например, при вытачивании первой ступеньки надо сделать 10 полных оборотов барабана и, продолжая вращать барабан, отсчитать 62 деления на лимбе. При вытачивании шестой ступеньки надо сделать четыре полных оборота барабана и отсчитать на лимбе 27 и т. д.

Проточив первую ступеньку, возвращаем резец на место, отведя его несколько дальше края, как и в первый раз. Подаем резец еще на 0,1 мм к заготовке, вращая барабан верхней каретки, и опять подаем резец к центру заготовки по радиусу. На этот раз делаем по часовой стрелке восемь полных оборотов барабана и 80 делений отсчитываем на лимбе. Так, снимая по 0,1 мм и продвигая резец по радиусу с каждым разом все меньше и меньше, мы вытачиваем все 11 ступенек.

Нужно следить за тем, чтобы резец был хорошо заточенным, а образующийся нагар нужно убирать сразу, как только резец отведен за край заготовки в исходное положение. После окончания протачивания ступенек на краю шлифовальника надо сделать фаски. Ширина ступенек монотонно уменьшается к краям. Если в этой, легко обнаруживаемой закономерности окажутся один-два сбоя, то это не очень страшно, так как во время шлифовки образуется единая сферическая поверхность и одна из несошлифовавшихся канавок существенно не повлияет на форму зеркала.

Обдирать заготовку зеркала можно сразу на ступенчатом шлифовальнике. Но, для того чтобы не “срезать” вершину шлифовальника, шлифовку надо вести как через центр, так и по хорде, следя за тем, чтобы ступеньки шлифовальника сошлифовывались одинаково по всей его поверхности. Однако можно начать обдирку зеркала и с помощью трубчатого шлифовальника, а уже потом начать шлифовку на шлифовальнике.

В заключение заметим, что толщина металлического шлифовальника должна быть примерно такой же, как и толщина зеркала. Во-вторых, формула, приведенная в начале параграфа для вычисления диаметров ступенек, справедлива для параболоида. Так как наше зеркало очень мало отличается от параболоида, во время шлифовки этой разницей можно совершенно пренебречь. Однако в тех случаях, когда читатель захочет выточить ступенчатый шлифовальник для шлифовки линз большой кривизны, придется воспользоваться точной формулой для сферы, так как при значительных радиусах кривизны отступления параболоида от сферы значительны. В этом случае диаметр ступеньки вычисляется по формуле

При вытачивании вогнутых шлифовальников расточка ведется от просверленного в центре отверстия диаметром 6—8 мм для больших и 2—3 мм для малых шлифовальников. Величина подачи резца (к себе) берется из четвертой колонки таблицы. Пятая колонка в этом случае не нужна.

Можно сделать комбинированный шлифовальник из бетона или гипса, покрытый слоем стекла или эпоксидной смолы. Уложим зеркало рабочей (ободранной кольцом) поверхностью вверх (см. § 7 главы второй), обернем бортиком из плотной промасленной бумаги, чтобы он выступал на высоту, равную толщине будущего шлифовальника. Смажем поверхность зеркала слоем вазелина толщиной примерно 1,5 мм *). На его поверхность равномерно с промежутками в 5—6 мм мы разложим кусочки предварительно нарезанного стекла размером 2,5х2,5 см и толщиной 5 — 6 мм. Вместо стекла можно использовать кафельные плитки того же размера и нарезанные обычным стеклорезом. Вдавливаем эти кусочки в вазелин до самой поверхности зеркала.

Теперь протрем открытые стороны квадратиков ацетоном от следов жира. Зальем все это слоем эпоксидной смолы и уложим на нее проволочную арматуру из металлической сетки (рис. 30). Нижняя часть арматурной сетки должна быть полностью покрыта смолой. Разведем гипс до консистенции негустой сметаны и, тщательно его перемешав, не мешкая выльем на зеркало до высоты бумажного бортика.

Рис. 30. Изготовление бетонного шлифовальннка: а — зеркало, б — керамические или стеклянные плитки, в — эпоксидная смола, е — металлическая сетка, д — бортик из толстой бумаги

В течение суток дадим затвердеть и гипсу и эпоксидной смоле. Шлифовальник готов к работе.

Можно было бы обойтись без арматуры, но в этом случае в результате намокания во время работы слой клея и гипса отстают друг от друга. Сетка арматуры удерживает их.

Нужно позаботиться, чтобы песчинки со стенок шлифовальника не попадали на зеркало. Для этого шлифовальник со всех сторон нужно покрыть слоем эпоксидной смолы и во время работы время от времени его осматривать, чтобы вовремя заливать возникающие трещины.

Вместо гипса можно использовать цементно-песчаный раствор такого состава: 2 части песка и 1 часть цемента. Для больших шлифовальников можно приготовить бетонную смесь: 1 часть мелкого гравия (размер частиц 3—5 мм), 1 часть песка, 1 часть цемента. Смесь консистенции густой сметаны вываливаем на зеркало, накрытое слоем полиэтилена. Хорошо протрамбуем смесь, уложив на ее поверхность дощечку и постукивая по ней. Бетон и песчаный раствор твердеют при температуре 22—25 °С в течение трех-четырех дней и набирают проектную прочность только через три-четыре недели. Но шлифовку можно начинать через не сколько дней. На шлифовальники диаметром 300—500 мм можно наклеивать стеклянные квадратики размером 30 — 50 мм.

Для небольших зеркал диаметром до 200—250 мм можно воспользоваться металлической пластиной толщиной примерно в 1/10 ее диаметра, которая покрывается слоем эпоксидной смолы. Зеркало с готовым углублением намазывается вазелином или маслом, на его поверхность кладется лист полиэтилена. Фаски по краю зеркала, как и раньше, заделываются пластилином, чтобы они были на уровне поверхности зеркала. После этого по краю устанавливается промасленный бумажный бортик и на зеркало выливается эпоксидная смола толщиной 3-5 мм. Чтобы металлическое основание при укладывании на смолу не утонуло в ней, по краю зеркала проложим три маленькие деревянные прокладки, например, кусочки спичек. Поверхность такого шлифовальника после затвердевания смолы далека от сферы, но уже после короткого сеанса шлифовки она хорошо пришлифовывается и принимает сферическую форму. Для

Рис. 31. Канавки на поверхности эпоксидной смолы. Поверхность смолы уже пришлифована к зеркалу

того чтобы абразив легко распределялся по шлифовальнику, полезно на поверхности смолы ножовкой по металлу прорезать серию канавок на глубину слоя (рис. 31), кроме того, в них проваливаются случайные крупные зерна абразива, не успевая поцарапать поверхность зеркала. Рисунок канавок при шлифовке неважен. Достаточно, чтобы они были распределены по поверхности более или менее равномерно. Эпоксидная смола — менее твердый, чем стекло, материал, поэтому на последних стадиях шлифовки полезно покрывать ею и металлические шлифовальники — матовость от этого получается тоньше. Многие любители вместо слоя эпоксидной смолы наклеивают на шлифовальник квадратики из плексигласа или другой пластмассы.

ѕ

*) Предварительно очень важно заделать пластилином фаски зеркала до уровня (или выше) лицевой поверхности зеркала.