От сферического зеркала к параболоидальному

  Пока я работал над своим 115-мм сферическим зеркалом, у меня появились хорошие знакомые среди курских любителей астрономии. Благодаря им: Владимиру Бирюлину и его тезке Владимиру Шумееву, я стал счастливым обладателем добротной оптической заготовки из стекла ЛК5 диаметром 158 мм. Заготовка имеет толщину 34 мм, что позволяет применить разгрузку на 3 опоры, тем самым облегчая обработку зеркала и упрощая конструкцию оправы. Несмотря на великий соблазн немедленно приступить к изготовлению зеркала большего диаметра, я решил довести начатое дело до конца, помня первую заповедь телескопостроителей "не делать больших скачков". Думаю, что это было правильное решение. Приобретенный опыт позволил более уверенно приступить к новой работе, поставив перед собой более сложную задачу изготовления параболического зеркала. Этим сборником статей я открываю новый проект, в котором буду делиться опытом, рассказывать о возникающих трудностях и путях их преодоления в процессе работы над зеркалом. Постараюсь, чтобы каждая статья несла практическую информацию по какому-то конкретному этапу изготовления оптики.

Первоначальная обработка заготовки. Обдирка.

  Моя 158-мм заготовка имела правильную цилиндрическую форму, вполне удовлетворительно отшлифованную боковую поверхность и грубо обработанные плоские поверхности.Фаски также были выполнены довольно грубо. Поэтому ее нужно было "окультурить". Как правило, эта работа совмещается с обдиркой и грубой шлифовкой. Затем, при тонкой шлифовке, окончательно "доводится" задняя поверхность и подправляются фаски. Таким образом, я начал с вышлифовывания первоначального, грубого углубления рабочей поверхности зеркала, "обдирки". В качестве основного инструмента применил кольцо, отрезанное от стальной трубы диаметром 76 мм, в качестве дополнительного - 52-мм абразивный круг, которым обдирал 115-мм заготовку. Абразив - электрокорунд белый 0,4...0,7 мм, изготовленный из куска сработанного шлифовального круга. Надо сказать, что указанный размер зерна не означает, что в полученном абразиве имелась смесь фракций от 0,4 до 0,7 мм. Средний размер зерен соответствует номеру абразива, из которого изготовлен шлифовальный круг, т.е. марке круга. Конечно, при изготовлении шлифпорошка образуется и некоторое количество более мелких фракций, которые потом отсеиваются. Порошок, которым я проводил обдирку был мной обозначен как 0,7...0,4 мм по размерам ячеек сит, которыми я последовательно его просеивал. По моей оценке средний размер зерен изготовленного порошка составил немного более 0,4 мм. Электрокорунд - это не самый твердый абразив (см. таблицу, заимствованную из книги Д.А.Наумова "Изготовление оптики для любительских телескопов-рефлекторов и ее контроль", М. "Наука" 1988, стр.64):

Тем не менее обдирка шла довольно быстро, со средней скоростью около 0,5 мм в час, стрелка кривизны 1,5 мм была достигнута за три часа работы.

Для работы я использовал свой старый поворотный столик, в котором верхнюю дощечку заменил на отрезок хорошей дубовой доски "тридцатки", хорошо ее проолифив и прикрутив пробки побольше.

Стальным кольцом работал штрихом "через центр", периодически применяя штрих по хорде и эллиптический, с небольшим выносом в одну сторону. При приближении стрелки кривизны к расчетной, я перешел на инструмент меньшего диаметра, хорошо обработав среднюю и крайнюю зоны "по хорде", стараясь, чтобы прикладываемая к заготовке линейка касалась края в двух точках. При обдирке по хорде нужно стараться, чтобы инструмент не выходил за край заготовки.

Если на первом этапе обдирки можно применять довольно грубые методы контроля, то затем лучше перейти к более совершенным.

Хорошую службу здесь может сослужить несложный сферометр, описанный в обоих изданиях книги Л.Л. Сикорука "Телескопы для любителей астрономии". Сферометр состоит из трех деталей: дискового индикатора, который можно приобрести в инструментальных магазинах, основания и зажимного винта. База сферометра, то есть диаметр его основания равен 80 мм.

Принцип работы такого прибора прост: снабженный дисковым индикатором, он измеряет стрелку кривизны по диаметру своей базы, а затем по простой формуле делается пересчет ко всей поверхности. Для сферометра с базой 80 мм эта формула:

Сначала сферометр нужно установить на заведомо плоскую поверхность. Обратную сторону зеркала, если она обработана, для этой цели использовать рискованно, т.к. она может иметь слабую кривизну. Лучше, если это будет кусок толстого зеркального стекла. Затем шкала прибора устанавливается на "О", и сферометр переносится на лицевую поверхность нашего зеркала. Берется отсчет и вычисляется радиус кривизны, а через него и фокус. Этот сферометр удобен тем, что кривизну зеркала можно определять не только в центре, но и на средней зоне зеркала и даже на краю. На краю, конечно, погрешность возрастает, но, все же, можно судить в целом о форме зеркала, сравнивая радиусы кривизны на разных зонах.

После завершения обдирки моя заготовка имела следующие значения кривизны рабочей поверхности на разных зонах:

Область измерения	Показания сферометра	Радиус кривизны	Фокусное расстояние
Центр зеркала	0,43	1860	930
Средняя зона	0,41	1950	975
Край зеркала	0,4	2000	1000

Стрелка кривизны, измеренная старым испытанным способом, при помощи стопки полосок тонкой бумаги, составляла 1,54 мм. Это немного меньше расчетной (1,62), но, учитывая, что при шлифовке она может увеличиться (при обработке в положении"зеркало на шлифовальнике"), я решил остановить обдирку. Еще раз хочу обратить внимание на то, что этот способ контроля хорош на первых этапах обработки. При шлифовке необходимо, на мой взгляд, пользоваться сферометром, тем более, что изготовить такой прибор совсем не трудно, а он позволяет и определять фокусное расстояние зеркала, и судить о форме его поверхности. Причем, на последних стадиях шлифовки делает это с достаточно высокой точностью. Это показала практика работы над 115-мм зеркалом.

Нам осталось обработать заднюю поверхность нашего будущего зеркала и фаски. На данном этапе я ограничился шлифовкой задней поверхности. Сделал это стальным 115-мм диском, оставшемся в моем арсенале от прежней работы. Чередовал прямолинейный штрих с минимальным выносом и эллиптический. Абразив - карбид бора №10 (0,1 мм). Вот где я почувствовал, что такое твердость абразива! Несмотря на грубые неровности поверхности, превышающие размер зерна в несколько раз, шлифование шло с высокой скоростью, и через 0,5 часа интенсивной работы поверхность преобразилась. От грубых "борозд", покрывающих заготовку, не осталось и следа.

Окончательную "доводку" задней стороны зеркала и фасок можно отложить до тонкой шлифовки.

• Первоначальная обработка заготовки. Обдирка.
• Изготовление шлифовальника.
• Шлифовка зеркала.
• Полировка зеркала.
• Теневое испытание.
• Придание зеркалу оптически точной формы.
• Заключение.