Разработка средств технологического оснащения для лазерного маркирования сферических деталей

Научная библиотека Комментариев к записи Разработка средств технологического оснащения для лазерного маркирования сферических деталей нет

Р.М. Мухаметов, О.С. Юльметова, Научный руководитель д.т.н., профессор А.Г. Щербак // НИУ ИТМО IX ВCEРОCCИЙСКАЯ МЕЖВУЗОВСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ, V сессия научной школы «Проблемы механики и точности в приборостроении» Сборник докладов, 2012, с: 86-92

Представлены конструкция и схема функционирования разработанной технологической оснастки, позволяющей наносить оптические элементы требуемой конфигурации на прецизионные сферические детали методом лазерного маркирования. Сферические детали диаметром 10 мм и 50 мм, выполненные из бериллия и покрытые методом катодно-ионной бомбардировки износостойким покрытием из нитрида титана, находят широкое применение в гироскопическом приборостроении.

Введение
Среди изделий точного приборостроения важное место занимают гироскопические приборы. В ряде случаев основным конструктивным элементом таких изделий являются сферические детали с нанесенным на их поверхности растровым рисунком. Технология создания рисунка играет важную роль, так как именно качество нанесенного рисунка определяет точность съема полезного сигнала в процессе работы изделия. При этом качество рисунка определяется рядом таких характеристик, как точность формы рисунка и четкость его границ.
Проведенные ранее исследования показали, что одним из наиболее перспективных методов создания рисунка является технология лазерного маркирования [1, 2], которая позволяет формировать рисунок требуемой контрастности за счет локального окисления материала покрытия детали, не вызывая ее деформаций [3]. Однако для того, чтобы получить четкий равномерный рисунок на поверхности детали требуется выполнение двух основных условий: постоянства фокусного расстояния и перпендикулярное падение лазерного излучения на маркируемую поверхность.
Целью работы являлось создание специальных средств оснащения для маркирования сферических поверхностей, позволяющих формировать рисунок требуемой конфигурации и точности, а также обеспечивающих постоянство фокусного расстояния и ориентацию лазерного излучения по нормали к обрабатываемой поверхности в процессе маркирования.
Разработка средств технологического оснащения для маркирования сферических поверхностей Основными объектами исследований являлись сферические детали
диаметром 10 мм и 50 мм, выполненные из бериллия марок ДГП или ТИП с нанесенным износостойким покрытием нитрида титана. Покрытие наносится методом катодно-ионной бомбардировки и его толщина составляет 0,6 мкм для сферы диаметром 50 мм и 3 мкм для детали диаметром 10 мм. На рис. 1 представлена конфигурация наносимого рисунка для сферической детали 10 мм. [4].
Как видно из рис. 1, растр, наносимый на деталь состоит из восьми винтообразных полос. Для нанесения полос рисунка было предложено техническое решение, основанное на совместном использовании вращателя ПВ60М (рис. 2) и разработанной оснастки (рис. 3), обеспечивающей возможность маркирования восьми полос на сферической детали диаметром 10 мм (Поворотное устройство ПВ60М, разработка ООО «Лазерный центр»).

Вращатель ПВ60М обеспечивает стабильность фокусного расстояния и перпендикулярное падение лазерного луча на маркируемую поверхность.

Он предназначен для нанесения маркировки на цилиндрические поверхности. В нашем случае маркируемая деталь имеет сферическую форму. И вследствие изменения кривизны поверхности сферы при маркировании полос наблюдается нечеткая прорисовка полосы по краям (рис. 3), что вызвано очевидным изменением фокусного расстояния.
Для того чтобы обеспечить стабильность фокусного расстояния при маркировании сферы было спроектировано устройство, для которого на рис. 4 представлены фрагмент сборочного чертежа и трехмерная модель.

Разработанное устройство состоит из пяти основных деталей: держателя 1, к которому винтом 5 крепится калибр 2. В держатель запрессовывается штифт 3, который служит направляющим элементом для каждого из 8-ми отверстий калибра 2 в соответствии с количеством полос рисунка. Держатель крепится в зажимной механизм вращателя (рис
2). К калибру 2 предварительно осуществляется приклеивание сферической детали. Выполнение держателя 1 в виде консоли с наклоном поверхности, на которой базируется калибр 2, относительно оси вращения поворотного устройства ПВ60М обеспечивает требуемую угловую ориентацию полос.
Конструкция устройства полностью определяется характером наносимого рисунка. При разработке приспособления был осуществлен расчет ряда посадок: с натягом — для запрессовки штифта 3 в деталь 1 и переходных — для свободного извлечения калибра 2 из держателя 1, а также допусков, обеспечивающих нанесения рисунка с требуемой точностью [5].
Важным аспектом проектирования оснастки было выполнение следующих требований: обеспечение расположения геометрического центра сферической детали на оси вращения приспособления; создание скоса, который позволяет получить угол наклона винтовых полос в 45º20′′ и обеспечение точности восьми отверстий калибра, определяющих требуемую точность нанесения восьми полос. Кроме этого, требовалось учесть максимальную нагрузку не более 0,5 кг (см. таблицу), которую может выдержать вращатель ПВ60М.

Из представленной на рис. 5 схемы видно, что вращение устройства 2, вставленного во вращатель 1, обеспечивает падение луча лазера перпендикулярно к поверхности сферической детали 3 и сохраняет постоянным фокусное расстояние в процессе обработки. При этом направление лазерного луча А перпендикулярно оси вращения устройства 90, 2. Осуществляется маркирование первой полосы, после чего калибр с приклеенной деталью вынимают, поворачивают на 45º, фиксируют следующую позицию креплением штифта в соответствующем отверстии калибра и осуществляют маркирование второй полосы и т.д. Однако для детали диаметром 50 мм необходимо нанесение принципиально иного рисунка. На рис.6 представлены оптические элементы, которые необходимо нанести для сферической детали диаметром 50 мм.

Рисунок, который требуется нанести на сферический узел 50 мм, представляет собой две полудисковые метки диаметром 2,8 мм, расположенные строго на полюсах сферы. Так как фокус постоянен при маркировании миниатюрной метки на сфере диаметром 50 мм, то основная задача – это точное позиционирование меток на полюсах. Задача прецизионного нанесения полудисковых оптических меток решалась разработкой приспособления, представленного на рис. 7. Представленное на рис. 7 приспособление для маркирования полудисковых меток с двух сторон по полюсам сферы состоит из восьми деталей. Схема маркирования с использованием разработанного приспособления может быть описана следующим образом. В стакан 1 помещается нижний вкладыш 2, который фиксируется на винтах 5. Далее
вставляется сферическая деталь с ориентацией ее оси вращения соосно стакану 1, опускается верхний вкладыш 3 и сферическая деталь фиксируется от проворота винтами 6. Накладывается верхняя маска 4.
Осуществляется маркировка одного полюса, после чего производится съем маски, поворот сборного приспособления на 180º и маркировка второй полюсной метки. Деталь-маска повторяет с внутренней стороны контур сферической детали, плотно прилегая к ней, и имеет отверстие, форма и точность которого соответствуют конфигурации оптической метки, которую следует нанести. Точность рисунка при этом обеспечивается точностью изготовления маски и приспособления.

Заключение
В результате проведенной работы были спроектированы приспособления, позволяющие наносить растровый рисунок требуемой точности и конфигурации на сферические узлы гироприборов. Перспективы дальнейших исследований связаны с варьированием формы и контрастности наносимого рисунка, что создает возможность управления точностными параметрами изделия.

Полное содержание статьи: http://window.edu.ru/resource/639/78639/files/itmo933.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top