通光口径2·16m天文望远镜凹双曲面主镜的磨制工艺

　　1　粗磨成型(主镜结构见图1)

　　原苏联20世纪50年代后期制造的主镜毛坯为Φ2 210~Φ2 220 mm,厚度为410~419 mm,重约360 0 kg。提出定货后,不到半年就运到中国,可见是库房内剩余的料,质量很差,是同时熔化了五埚,选其中三埚线膨胀系数α比较接近的浇铸而成,α分别为36·4, 36·4, 36·3 (×10-7/℃),内部充满折叠、条纹、气泡。粗磨成型均在专用2·5 m立式车床上进行。主要工序如下:

　　(1)减薄。玻璃最厚处为419mm,要减薄到330 mm,采用了Φ350 mm×25 mm金刚石砂轮60#进行铣磨。砂轮线速度为26 m/s,主轴转速为1·4 r/min。经试验认为,当进刀量为1 mm时,玻璃磨削量为10 mm3/s较安全,故以此为准计算,给出在不同直径处(线速不同)砂轮进刀的速度值,并按表1进行操作。

　　每磨一刀(即玻璃厚度去掉1 mm),需要3 h22 min,每班8 h,约可磨2刀,最后共磨了89刀,用了约60个工作日。所用冷却液代号为741,它可使玻璃磨削量得到提高。现在看来这种硬磨的办法不是好方案,它是把玻璃全部磨成了粉。以后遇到毛坯厚的情况可用锯将多余的一片锯下来。

　　(2)在背面画18个不通孔及中孔的初步位置。用划线法定出18个不通孔的位置,画出中孔范围。

　　(3)用中孔内的玻璃做挖不通孔的工艺试验。

　　(4)挖不通孔。不通孔直径为Φ170 mm。由于划线有误差,故先挖成Φ130 mm,留出余量进行修正。同样,深度要求为200 mm,也是挖到180 mm留有余量。平均每天可挖取一个不通孔。方法是先用大小不同的、车制的套钻在玻璃上加金刚砂套料,把不通孔部分分割成Φ70 mm的中心柱及Φ110 mm玻璃套管(见图2)。用200 r/min的转速,60#的金刚砂,用2·5 h的时间约可切深到190 mm。然后用工具敲打,取去中心柱及玻璃套管成Φ130 mm的不通孔,待进一步精确修磨。

　　(5)切中心孔。中孔直径要求为Φ550 mm,也是要留有余量。用套料工具以87 r/min,60#砂和主轴转速1·4 r/min,切成Φ530 mm,然后用特制的行星运动磨头精确扩孔至公差尺寸。Φ550 mm的公差为+0·34~+0·37 mm(配合面),这是因为行星运动磨头砂轮上下运动有限磨不到底,还留了一段(非配合面),等主镜翻身后再磨的缘故(见图3)。关于行星运动磨头参看文献[5],这是为磨不通孔专门设计制造的。

　　(6)用中孔定位。磨镜坯外圆柱面及凹槽。磨好后的示意图如图4所示。

　　首先用Φ350 mm×25 mm、60#金刚石砂轮磨柱面,用了11刀,磨凹槽用了29刀,然后换用Φ350 mm×20 mm、120#树脂金刚石砂轮均匀磨削。

　　(7)精磨18个不通孔。前面已提到Φ130 mm不通孔位置不准确,需要扩孔精磨。可分以下几步:

　　①用自制玻璃24面体定不通孔方位。将24面体固定在特制支架上,并固定在玻璃中孔内的主轴上,旋转24面体,使某面方向与任一不通孔方向重合。首先主轴外脱离立式车床,放置自准直望远镜进行监测,然后将24面体与主轴固定,与毛坯无相对移动及转动,用24面体监测磨制18个不通孔的方位,最后达到图纸所要求的角度公差±1′。