В случае очкового стекла с фокусным расстоянием 500 мм отверстие в картонном кружочке, который мы установим прямо перед объективом, должно иметь диаметр около 10 мм. Для объектива с фокусным расстоянием 1000 мм это отверстие можно увеличить до 45--20 мм. Можно также вести наблюдение через цветной светофильтр -- это помогает значительно уменьшить влияние хроматической аберрации.
Ну, а если наш объектив идеален с точки зрения аберраций? Тогда предельное увеличение телескопа равно диаметру объектива в миллиметрах, умноженному на 1,4. Объектив диаметром 40 мм может датъ увеличение около 60 раз, но не больше, так как при дальнейшем повышение увеличения телескопа становится заметной волновая природа света. В результате даже идеальный объектив покажет вместо звезды кружок, окруженный одним или двумя радужными колечками (рис. 7).
Рис. 7. Микрофотографии двух отверстий в фольге, сделанных иглой и освещенных сзади (а). Изображения этих отверстий, построенные идеальным объективом с довольно большого расстояния (б). Применение еще большего увеличения не покажет реальной формы отверстий.
Повышая увеличение телескопа, мы заметим, что при больших увеличениях поле зрения телескопа становится маленьким, а яркость изображения падает. Потому в тех случаях, когда требуется большое поле зрения или большая яркость, применяют маленькие увеличения. Минимальное увеличение телескопа определяется делением диаметра объектива на 6 (см. 34). Для того же 40-миллиметрового объектива минимальное увеличение равно примерно 7.
Телескоп с очковым стеклом вместо объектива позволит получить увеличение около 25--30 раз. С таким увеличением можно видеть пятна на Солнце *), горы на Луне, спутники Юпитера, кольцо Сатурна и т. д.
*) Смотреть в телескоп на Солнце можно только через темный светофильтр, вроде тех, что применяются при электросварке. Подробнее об этом см. 62.
Хотя телескоп из очкового стекла вместо объектива инструмент маломощный, все-таки хорошо его построить, чтобы на практике уяснить многие детали, которые непрерывно будут встречаться и в работе над телескопом-рефлектором. Для этого очковую линзу (объектив) и окуляр нужно вставить в две трубки подходящего диаметра. Трубки с трением должны входить одна в другую. Чтобы линзы не вываливались, их нужно поместить между вклеенными в трубки картонными кольцами. Расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний. Направляя телескоп на далекий предмет, слегка вдвигаем или выдвигаем окулярную трубку, добиваясь резкого изображения.
Чему равно поле зрения телескопа? Оно зависит от так называемого субъективного поля зрения окуляра и увеличения телескопа и равно
где W -- поле зрения телескопа в угловой мере, w -- субъективное поле зрения окуляра, Г -- увеличение телескопа.
Поле зрения окуляра можно грубо определить следующим образом. Направим окуляр на светлое небо, глядя одним глазом в окуляр, а вторым прямо на небо, совместим нижнюю границу поля зрения с горизонтом и грубо оценим, на сколько градусов поднимается над горизонтом верхняя граница.
6. ЧТО НУЖНО ПРИГОТОВИТЬ ДЛЯ ШЛИФОВКИ ЗЕРКАЛА?
Прежде всего потребуется стеклянная заготовка. Перечислим главные требования, которым она должна отвечать.
Стекло заготовки не должно иметь внутренних напряжений и должно быть хорошо отожжено. Поэтому совершенно не годятся закаленные стекла, которые довольно часто встречаются в виде круглых дисков. На этих дисках есть пометка "закалено" или "сталинит".
Второе условие заключается в том, чтобы заготовка имела достаточную толщину. Это нужно потому, что тонкая заготовка под действием собственного веса будет прогибатъся. Хотя величина прогиба и невелика, но если она превышает 0.00007 мм, это может сказаться на качестве изображения. В табл. 1 приводится минимальная толщина заготовок для зеркал различных диаметров.
Т а б л и ц а 1
Диаметр заготовки, мм
80
110
140
160
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
5
7
12
16
20
24
36
50
Толщина указана с учетом того, что в ходе шлифовки центр заготовки станет тоньше на 1-2 мм для зеркал диаметром до 180 мм и примерно на 3 мм для зеркал большего диаметра. Кроме того, числа табл. 1 справедливы только для случая, когда зеркало опирается на три равноудаленные точки, лежащие на окружности, радиус которой на 10% меньше радиуса заготовки.
В тех случаях, когда заготовка опирается (разгружается) на 6 или 9 точек, толщина заготовки может быть значительно меньше (табл. 2 -- разгрузка на 6 точек и табл. 3 -- разгрузка на 9 точек). Значения толщины здесь также несколько преувеличены.
Т а б л и ц а 2
Диаметр заготовки, мм
140
160
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
8
9
11
14
20
27
Т а б л и ц а 3
Диаметр заготовки, мм
100
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
8
10
11
17
23
Насколько точно нужно соблюдать приведенные величины толщин? Толщину можно уменьшить на 5-- 10%, а увеличить в 1,5--2 раза. Слишком толстые заготовки не стоит брать потому, что стекло имеет малую теплопроводность и при перепадах температуры воздуха температура внутренних и внешних частей зеркала выравнивается очень медленно. Это приводит к тому, что заготовка коробится и зеркало дает плохое изображение до тех пор, пока температуры не выровняются. Лучше всего выбрать специальную оптическую заготовку, иллюминатор судна, толстостенное окно вакуумной камеры или что-нибудь и этом роде.
Отличное зеркало можно сделать, использовав в качестве заготовки конденсорную линзу от фотоувеличителя или другого проекционного прибора. В этом случае углубление нужно будет вышлифовать на плоской стороне плоско-выпуклой линзы.
Можно вырезать круглую заготовку из куска витринного или другого достаточно толстого стекла. Делается это так. На ровную доску кладется лист стекла, который прижимается тремя деревянными планками. Эти планки устанавливаются в виде треугольника, концы которого свисают со стекла и могут быть прибиты к доске. В этот треугольник должно входить трубчатое сверло. Сверлом может служить консервная банка, кастрюля с незавальцованным краем и т. п. Сверло вставляется между планками так, чтобы оно могло легко вращаться в треугольнике, нo нe болтаться. (рис. 8). К дну банки прибивается палка ручка, с помощью которой мы будем вращать сверло то в одну сторону, то в другую. Вырезание ведется с помощью грубого абразива (наждачного порошка). Он насьшается на стекло и обильно смачивается водой. Чтобы по мере углубления сверла в стекло, абразив мог
Рис. 8- Приспособление для вырезания круглой заготовки из толстого листа стекла.
1 -- cвеpло, 2 -- стекло.
проваливаться в канавку, в рабочей части сверла вырезаются треугольные прорези. Глубина прорезей должна немного превышать толщину стекла. Вокруг сверла на стекле надо сделать пластилиновый бортик, который будет удерживать воду и остатки раздробленного абразива.
Насыпав на стекло наждачный порошок и обильно смочив стекло водой, вставляем в треугольник сверло, сильно его прижимаем к стеклу и начинаем вращать. В начале вырезания будет слышен громкий хруст абразива, который постепенно стихнет. Это не означает, что нужно подсыпать нового абразива. На стекле возле сверла лежит еще много абразива, поэтому подольем воды, которая частично смоет абразив в канавку под сверло. Лишь после того, как подливание воды не будет приводить к возобновлению хруста, добавляем еще абразив. Через час-два заготовка толщиной 8--10 мм и диаметром около 120 мм будет вырезана.
Если толщина витринного стекла недостаточна, можно склеить канцелярским (силикатным) клеем (жидким стеклом) два диска одинакового диаметра. Оба диска обязательно должны быть вырезанными из одного куска стекла, чтобы можно было быть уверенным, что температурный коэффициент обоих кусков в точности одинаков. В противном случае при перепаде температур зеркало будет коробиться. Край такого клееного зеркала должен быть замазан тонким слоем
Т a б л и ц a 4
Средний размер
зерен (в мм)
Обозначениe в системе ГОСТа
Обозначение в английской системе
0,35-0,25
No 25
No 70
0.25--0.20
No 20
No 80
0,20--0,12
No 12
No 120
0. 12--0,08
No 8
No 180,
или трехминутник
0,08--0,06
No 6
No 280,
или пятиминутник
0,04
М40
10-минутник
0,028
М28
No 325,
или 15-минутник
0,02
М20
No 400,
или 30-минутник
0,014
M14
No 600,
или 60-минутник
0,01
М10
120-минутик
0,007
М7
240-мииутник
нерастворимого в воде клея (например, эпоксидного), так как жидкое стекло "боится воды. После вырезания диска на его краях надо сделать фаски -- сточить наждачным камнем с водой эти края под углом 450. Ширина фаски должна быть 1,5--2 мм.
Теперь приготовим кольцевой шлифовальник для грубой обдирки зеркала. Его диаметр должен быть paвeн примерно половине диаметра заготовки или немного меньше. Один из торцов кольца, отрезанного от подходящей толстостенной металлической трубы, должен быть хорошо обработан, лучше на токарном станке. Это будет рабочий торец шлифовальника.
Для грубой и тонкой шлифовки потребуются шлифпopошки (абразивы). В табл. 4 приведены размеры зерен различных номеров абразивов. Так как на протяжении многих лет действовала английская система обозначения абразивов, и их названия фигурируют в книге М. С. Навашина н других авторов, в нашей таблице приведены размеры абразивов по новой системе обозначений ГОСТа и по старой английской системе.
Порошки можно попытаться приобрести в оптических, зеркальных мастерских или в металлообрабатывающих цехах заводов, где они применяются для доводки металлических деталей. Если же достать не удалось, то их можно получить прокаливая на плитке абразивные круги. Связка, которой склеены зерна абразива, разрушается, и круг рассыпается. Можно замачивать наждачную шкурку в кипятке и собирать абразив на дне банки. Полученные таким образом зерна надо рассортировать. Для грубых порошков применим обычные сита, просеивая через них порошок. Номер шлифпорошка по ГОСТу означает средний размер зерна данной фракции в сотых долях миллиметра. Как определить размер отверстий в сите? Положите сетку сита на миллиметровую линейку и посмотрите в лупу. Размер ячейки нетрудно оценить на глаз. Слишком высокая точность не нужна. Как пронумеровать абразив? Возьмем три сита с ячейками 0,35; 0,25; 0,20 мм. Просеем порошок сквозь первое сито с ячейками в 0,35 мм. Оставшийся на сетке порошок выбросим. Провалившийся порошок просеем сквозь сито с ячейками 0,25 мм. Все, что останется на сите с ячейками 0,25 мм, назовем номером 25. Провалившийся порошок просеем через сито с ячейками 0,20 мм. Остаток на сите назовем No 20. Таким образом, номер порошка присваивается по ситу, на котором он остается.
Самые частые сита могут быть сделаны из металлических сеток для масляных фильтров. Однако порошки размером 0,06--0,04 мм просеиваются с трудом. Поэтому меньшие по крупности абразивы разделим иным способом -- отмучиванием. Сначала опишем процесс в том виде, в котором он применялся прежде в профессиональном производстве.
В банку высотой 100 см наливают чистую прокипяченную воду. Насыпают в нее порошок, представляющий собой смесь зерен различных размеров (номеров). Взбалтывают порошок, чтобы он оказался взвешенным в воде. Дают воде успокоиться, а порошку осесть на дно. Через 3 минуты осторожно сливают воду в другую банку той же высоты, в нее доливают чистой воды до верху и дают взвеси отстояться 10 минут. То, что останется во второй банке, называют 3-минутником. То, что не успело осесть, сливают в первую банку, предварительно вымыв ее. Этой порции дают отстояться 30 минут. Порошок, оставшийся после отстаивания называют 10-минутником и т. д.
Любителю сложно найти банку высотой 100 см. Поэтому возьмем банку высотой примерно 30 см (но не ниже!) и пропорционально сократим время отстаивания. В этом случае 10-минутник, например, получится после отстаивания в течение 10 минут вместо 30, 60-минутник -- после отстаивания 60 минут и т. д.
Для того чтобы во время слива воды не взбалтывать воду и не поднимать осадок со дна, воду лучше сливать с помощью резиновой трубки -- сифона, как это делают шоферы, сливая бензин из бака.
Фракции, собранные со дна, взболтаем еще раз, дав осесть на дно случайным крупным частицам. Если отмучивать один порошок, можно получить всего один-два номера, так как других номеров в нем может просто не оказаться. Поэтому надо приготовить сначала несколько абразивов различных номеров, но обязательно одного материала, а уже потом заняться отмучиванием. Нельзя смешивать, скажем, наждак и карбид бора.
Любитель может применить более крутую "лестницу" номеров абразивов, чем указано в табл. 4. Достаточно иметь No 20, No 8, М40, М20 и М10. Можно использовать и другие номера, но важно, чтобы при переходе к новому номеру размер его зерен уменьшался примерно вдвое.
Для тонкой шлифовки нужно приготовить металлический или пластмассовый диск того же диаметра, что и зеркало. Пластмасса должна хорошо "держать" форму, это может быть плексиглас или текстолит. Толщина этих дисков должна быть, та же, что и для зеркала при разгрузке на три точки.
Кроме этих дисков, потребуется немного эпоксидной смолы, которую можно купить, в хозяйственных магазинах как эпоксидный клей. Кстати говоря, эпоксидная смола нам пригодится и при постройке трубы телескопа, поэтому надо запасти ее 2--3 набора общим весом около 500 г.
Для полировки потребуется приготовить из битума и канифоли полировочную смолу. Того и другого потребуется примерно по 0,5 кг. О способе приготовления полировочной смолы будет рассказано ниже.
Полировка ведется крокусом или полиритом, причем полирит полирует примерно вдвое быстрее крокуса. И то и другое можно попытаться достать в зеркальных или оптических мастерских. Крокус можно приготовить самостоятельно. Горидж Селби [15] предлагает несколько способов получения крокуса. Вот два простых.
1. Железный купорос прокаливается на плитке с выделением окиси железа:
4FеSO4 +O2--> 2Fе2O3 + 4SO3.
Продукт полирует медленно.
2. Гидрокснд железа Fе(ОН)2 может быть получен из профильтрованных растворов железного купороса и
гидроксида аммония NН4ОН. Выпадающий в осадок, гидроксид железа фильтруется, промывается, высушивается и прокаливается, как в первом случае. Продукт полирует хорошо. В обоих случаях получается красный крокус. Реактивы можно попытаться достать в химических лабораториях школ и других учреждений.
Рис. 9 Простой станок для шлифовки и полировки зеркала
Рассмотрим устройство простейшего шлифовального станка (рис. 9). К рабочему столу (лучше к квадратной доске-основанию) прибита одним гвоздем в центре квадратная, восьмиугольная или круглая доска, которая может с трением поворачиваться вокруг оси -- гвоздя. Начертим на ней окружность с центром на оси и диаметром несколько больше зеркала. Прибьем три деревянные пробки, высота которых на 2--3 мм меньше высоты заготовки. Эти пробки-упоры должны удерживать зеркало во время шлифовки на доске. Зеркало должно вкладываться между ними с небольшим зазором. В один зазор вставляется деревянный клин, который прижимает зеркало к двум другим упорам, и теперь зеркало совершенно неподвижно. Если же нам нужно его снять, достаточно вынуть клин. Зеркало лучше уложить на три картонные, фетровые или кожаные прокладки *).
*) Для обработки зеркала можно воспользоваться также специальным станочком, предложенным Л[. М. Шемякиным. Описание станочка можно найти в дополнениях к книге М. С. Навашина "Телескоп астронома-любителя" (3-е изд., перераб. и доп,-- М.: Наука, 1975) либо в статье А. Н. Подъяпольского, М. М. Шемякина и Г. В. Шуваева "Изготовление самодельного телескопа-рефлектора", помещенной в "Астрономическом календаре" на 1980 год. (Прим. ред.)
7. ОБДИРКА ЗЕРКАЛА
Установив заготовку на шлифовальном станке, насыплем на нее примерно с половину чайной ложки
Рис. 10. Обдирка 110- миллиметрового зеркала кольцом на поворотном станке.
грубого абразива No 25--No 20 и смочим его водой. Взяв в правую руку кольцевой шлифовальник и придерживая левой рукой доску, проведем первый штрих кольцом (рис. 10). Начинаем штрих с края заготовки и ведем кольцо до другого ее края, следя за тем, чтобы шлифовальник выходил за край заготовки не более чем на 5 мм. Сделав два-три штриха, повернем доску с заготовкой примерно на 15--300, после чего снова сделаем 2--3 штриха (рис. 11). Обдирку ведем с большим давлением на шлифовальник. Полный штрих -- движение от одного края до другого займет примерно полсекунды. Для зеркала диаметром около 150 мм скорость обдирки составит примерно 120 штрихов в минуту, Поворачивая столик с закрепленной на нем заготовкой зеркала на 300 после каждых двух штрихов, мы повернем его полностью на 3600 за 12 секунд. Это вполне подходящая скорость вращения заготовки при ручной обработке.
Рис. 11. Движение кольца относительно зеркала.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Ну, а если наш объектив идеален с точки зрения аберраций? Тогда предельное увеличение телескопа равно диаметру объектива в миллиметрах, умноженному на 1,4. Объектив диаметром 40 мм может датъ увеличение около 60 раз, но не больше, так как при дальнейшем повышение увеличения телескопа становится заметной волновая природа света. В результате даже идеальный объектив покажет вместо звезды кружок, окруженный одним или двумя радужными колечками (рис. 7).
Рис. 7. Микрофотографии двух отверстий в фольге, сделанных иглой и освещенных сзади (а). Изображения этих отверстий, построенные идеальным объективом с довольно большого расстояния (б). Применение еще большего увеличения не покажет реальной формы отверстий.
Повышая увеличение телескопа, мы заметим, что при больших увеличениях поле зрения телескопа становится маленьким, а яркость изображения падает. Потому в тех случаях, когда требуется большое поле зрения или большая яркость, применяют маленькие увеличения. Минимальное увеличение телескопа определяется делением диаметра объектива на 6 (см. 34). Для того же 40-миллиметрового объектива минимальное увеличение равно примерно 7.
Телескоп с очковым стеклом вместо объектива позволит получить увеличение около 25--30 раз. С таким увеличением можно видеть пятна на Солнце *), горы на Луне, спутники Юпитера, кольцо Сатурна и т. д.
*) Смотреть в телескоп на Солнце можно только через темный светофильтр, вроде тех, что применяются при электросварке. Подробнее об этом см. 62.
Хотя телескоп из очкового стекла вместо объектива инструмент маломощный, все-таки хорошо его построить, чтобы на практике уяснить многие детали, которые непрерывно будут встречаться и в работе над телескопом-рефлектором. Для этого очковую линзу (объектив) и окуляр нужно вставить в две трубки подходящего диаметра. Трубки с трением должны входить одна в другую. Чтобы линзы не вываливались, их нужно поместить между вклеенными в трубки картонными кольцами. Расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний. Направляя телескоп на далекий предмет, слегка вдвигаем или выдвигаем окулярную трубку, добиваясь резкого изображения.
Чему равно поле зрения телескопа? Оно зависит от так называемого субъективного поля зрения окуляра и увеличения телескопа и равно
где W -- поле зрения телескопа в угловой мере, w -- субъективное поле зрения окуляра, Г -- увеличение телескопа.
Поле зрения окуляра можно грубо определить следующим образом. Направим окуляр на светлое небо, глядя одним глазом в окуляр, а вторым прямо на небо, совместим нижнюю границу поля зрения с горизонтом и грубо оценим, на сколько градусов поднимается над горизонтом верхняя граница.
6. ЧТО НУЖНО ПРИГОТОВИТЬ ДЛЯ ШЛИФОВКИ ЗЕРКАЛА?
Прежде всего потребуется стеклянная заготовка. Перечислим главные требования, которым она должна отвечать.
Стекло заготовки не должно иметь внутренних напряжений и должно быть хорошо отожжено. Поэтому совершенно не годятся закаленные стекла, которые довольно часто встречаются в виде круглых дисков. На этих дисках есть пометка "закалено" или "сталинит".
Второе условие заключается в том, чтобы заготовка имела достаточную толщину. Это нужно потому, что тонкая заготовка под действием собственного веса будет прогибатъся. Хотя величина прогиба и невелика, но если она превышает 0.00007 мм, это может сказаться на качестве изображения. В табл. 1 приводится минимальная толщина заготовок для зеркал различных диаметров.
Т а б л и ц а 1
Диаметр заготовки, мм
80
110
140
160
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
5
7
12
16
20
24
36
50
Толщина указана с учетом того, что в ходе шлифовки центр заготовки станет тоньше на 1-2 мм для зеркал диаметром до 180 мм и примерно на 3 мм для зеркал большего диаметра. Кроме того, числа табл. 1 справедливы только для случая, когда зеркало опирается на три равноудаленные точки, лежащие на окружности, радиус которой на 10% меньше радиуса заготовки.
В тех случаях, когда заготовка опирается (разгружается) на 6 или 9 точек, толщина заготовки может быть значительно меньше (табл. 2 -- разгрузка на 6 точек и табл. 3 -- разгрузка на 9 точек). Значения толщины здесь также несколько преувеличены.
Т а б л и ц а 2
Диаметр заготовки, мм
140
160
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
8
9
11
14
20
27
Т а б л и ц а 3
Диаметр заготовки, мм
100
180
200
250
300
Толщина заготовки, мм
8
10
11
17
23
Насколько точно нужно соблюдать приведенные величины толщин? Толщину можно уменьшить на 5-- 10%, а увеличить в 1,5--2 раза. Слишком толстые заготовки не стоит брать потому, что стекло имеет малую теплопроводность и при перепадах температуры воздуха температура внутренних и внешних частей зеркала выравнивается очень медленно. Это приводит к тому, что заготовка коробится и зеркало дает плохое изображение до тех пор, пока температуры не выровняются. Лучше всего выбрать специальную оптическую заготовку, иллюминатор судна, толстостенное окно вакуумной камеры или что-нибудь и этом роде.
Отличное зеркало можно сделать, использовав в качестве заготовки конденсорную линзу от фотоувеличителя или другого проекционного прибора. В этом случае углубление нужно будет вышлифовать на плоской стороне плоско-выпуклой линзы.
Можно вырезать круглую заготовку из куска витринного или другого достаточно толстого стекла. Делается это так. На ровную доску кладется лист стекла, который прижимается тремя деревянными планками. Эти планки устанавливаются в виде треугольника, концы которого свисают со стекла и могут быть прибиты к доске. В этот треугольник должно входить трубчатое сверло. Сверлом может служить консервная банка, кастрюля с незавальцованным краем и т. п. Сверло вставляется между планками так, чтобы оно могло легко вращаться в треугольнике, нo нe болтаться. (рис. 8). К дну банки прибивается палка ручка, с помощью которой мы будем вращать сверло то в одну сторону, то в другую. Вырезание ведется с помощью грубого абразива (наждачного порошка). Он насьшается на стекло и обильно смачивается водой. Чтобы по мере углубления сверла в стекло, абразив мог
Рис. 8- Приспособление для вырезания круглой заготовки из толстого листа стекла.
1 -- cвеpло, 2 -- стекло.
проваливаться в канавку, в рабочей части сверла вырезаются треугольные прорези. Глубина прорезей должна немного превышать толщину стекла. Вокруг сверла на стекле надо сделать пластилиновый бортик, который будет удерживать воду и остатки раздробленного абразива.
Насыпав на стекло наждачный порошок и обильно смочив стекло водой, вставляем в треугольник сверло, сильно его прижимаем к стеклу и начинаем вращать. В начале вырезания будет слышен громкий хруст абразива, который постепенно стихнет. Это не означает, что нужно подсыпать нового абразива. На стекле возле сверла лежит еще много абразива, поэтому подольем воды, которая частично смоет абразив в канавку под сверло. Лишь после того, как подливание воды не будет приводить к возобновлению хруста, добавляем еще абразив. Через час-два заготовка толщиной 8--10 мм и диаметром около 120 мм будет вырезана.
Если толщина витринного стекла недостаточна, можно склеить канцелярским (силикатным) клеем (жидким стеклом) два диска одинакового диаметра. Оба диска обязательно должны быть вырезанными из одного куска стекла, чтобы можно было быть уверенным, что температурный коэффициент обоих кусков в точности одинаков. В противном случае при перепаде температур зеркало будет коробиться. Край такого клееного зеркала должен быть замазан тонким слоем
Т a б л и ц a 4
Средний размер
зерен (в мм)
Обозначениe в системе ГОСТа
Обозначение в английской системе
0,35-0,25
No 25
No 70
0.25--0.20
No 20
No 80
0,20--0,12
No 12
No 120
0. 12--0,08
No 8
No 180,
или трехминутник
0,08--0,06
No 6
No 280,
или пятиминутник
0,04
М40
10-минутник
0,028
М28
No 325,
или 15-минутник
0,02
М20
No 400,
или 30-минутник
0,014
M14
No 600,
или 60-минутник
0,01
М10
120-минутик
0,007
М7
240-мииутник
нерастворимого в воде клея (например, эпоксидного), так как жидкое стекло "боится воды. После вырезания диска на его краях надо сделать фаски -- сточить наждачным камнем с водой эти края под углом 450. Ширина фаски должна быть 1,5--2 мм.
Теперь приготовим кольцевой шлифовальник для грубой обдирки зеркала. Его диаметр должен быть paвeн примерно половине диаметра заготовки или немного меньше. Один из торцов кольца, отрезанного от подходящей толстостенной металлической трубы, должен быть хорошо обработан, лучше на токарном станке. Это будет рабочий торец шлифовальника.
Для грубой и тонкой шлифовки потребуются шлифпopошки (абразивы). В табл. 4 приведены размеры зерен различных номеров абразивов. Так как на протяжении многих лет действовала английская система обозначения абразивов, и их названия фигурируют в книге М. С. Навашина н других авторов, в нашей таблице приведены размеры абразивов по новой системе обозначений ГОСТа и по старой английской системе.
Порошки можно попытаться приобрести в оптических, зеркальных мастерских или в металлообрабатывающих цехах заводов, где они применяются для доводки металлических деталей. Если же достать не удалось, то их можно получить прокаливая на плитке абразивные круги. Связка, которой склеены зерна абразива, разрушается, и круг рассыпается. Можно замачивать наждачную шкурку в кипятке и собирать абразив на дне банки. Полученные таким образом зерна надо рассортировать. Для грубых порошков применим обычные сита, просеивая через них порошок. Номер шлифпорошка по ГОСТу означает средний размер зерна данной фракции в сотых долях миллиметра. Как определить размер отверстий в сите? Положите сетку сита на миллиметровую линейку и посмотрите в лупу. Размер ячейки нетрудно оценить на глаз. Слишком высокая точность не нужна. Как пронумеровать абразив? Возьмем три сита с ячейками 0,35; 0,25; 0,20 мм. Просеем порошок сквозь первое сито с ячейками в 0,35 мм. Оставшийся на сетке порошок выбросим. Провалившийся порошок просеем сквозь сито с ячейками 0,25 мм. Все, что останется на сите с ячейками 0,25 мм, назовем номером 25. Провалившийся порошок просеем через сито с ячейками 0,20 мм. Остаток на сите назовем No 20. Таким образом, номер порошка присваивается по ситу, на котором он остается.
Самые частые сита могут быть сделаны из металлических сеток для масляных фильтров. Однако порошки размером 0,06--0,04 мм просеиваются с трудом. Поэтому меньшие по крупности абразивы разделим иным способом -- отмучиванием. Сначала опишем процесс в том виде, в котором он применялся прежде в профессиональном производстве.
В банку высотой 100 см наливают чистую прокипяченную воду. Насыпают в нее порошок, представляющий собой смесь зерен различных размеров (номеров). Взбалтывают порошок, чтобы он оказался взвешенным в воде. Дают воде успокоиться, а порошку осесть на дно. Через 3 минуты осторожно сливают воду в другую банку той же высоты, в нее доливают чистой воды до верху и дают взвеси отстояться 10 минут. То, что останется во второй банке, называют 3-минутником. То, что не успело осесть, сливают в первую банку, предварительно вымыв ее. Этой порции дают отстояться 30 минут. Порошок, оставшийся после отстаивания называют 10-минутником и т. д.
Любителю сложно найти банку высотой 100 см. Поэтому возьмем банку высотой примерно 30 см (но не ниже!) и пропорционально сократим время отстаивания. В этом случае 10-минутник, например, получится после отстаивания в течение 10 минут вместо 30, 60-минутник -- после отстаивания 60 минут и т. д.
Для того чтобы во время слива воды не взбалтывать воду и не поднимать осадок со дна, воду лучше сливать с помощью резиновой трубки -- сифона, как это делают шоферы, сливая бензин из бака.
Фракции, собранные со дна, взболтаем еще раз, дав осесть на дно случайным крупным частицам. Если отмучивать один порошок, можно получить всего один-два номера, так как других номеров в нем может просто не оказаться. Поэтому надо приготовить сначала несколько абразивов различных номеров, но обязательно одного материала, а уже потом заняться отмучиванием. Нельзя смешивать, скажем, наждак и карбид бора.
Любитель может применить более крутую "лестницу" номеров абразивов, чем указано в табл. 4. Достаточно иметь No 20, No 8, М40, М20 и М10. Можно использовать и другие номера, но важно, чтобы при переходе к новому номеру размер его зерен уменьшался примерно вдвое.
Для тонкой шлифовки нужно приготовить металлический или пластмассовый диск того же диаметра, что и зеркало. Пластмасса должна хорошо "держать" форму, это может быть плексиглас или текстолит. Толщина этих дисков должна быть, та же, что и для зеркала при разгрузке на три точки.
Кроме этих дисков, потребуется немного эпоксидной смолы, которую можно купить, в хозяйственных магазинах как эпоксидный клей. Кстати говоря, эпоксидная смола нам пригодится и при постройке трубы телескопа, поэтому надо запасти ее 2--3 набора общим весом около 500 г.
Для полировки потребуется приготовить из битума и канифоли полировочную смолу. Того и другого потребуется примерно по 0,5 кг. О способе приготовления полировочной смолы будет рассказано ниже.
Полировка ведется крокусом или полиритом, причем полирит полирует примерно вдвое быстрее крокуса. И то и другое можно попытаться достать в зеркальных или оптических мастерских. Крокус можно приготовить самостоятельно. Горидж Селби [15] предлагает несколько способов получения крокуса. Вот два простых.
1. Железный купорос прокаливается на плитке с выделением окиси железа:
4FеSO4 +O2--> 2Fе2O3 + 4SO3.
Продукт полирует медленно.
2. Гидрокснд железа Fе(ОН)2 может быть получен из профильтрованных растворов железного купороса и
гидроксида аммония NН4ОН. Выпадающий в осадок, гидроксид железа фильтруется, промывается, высушивается и прокаливается, как в первом случае. Продукт полирует хорошо. В обоих случаях получается красный крокус. Реактивы можно попытаться достать в химических лабораториях школ и других учреждений.
Рис. 9 Простой станок для шлифовки и полировки зеркала
Рассмотрим устройство простейшего шлифовального станка (рис. 9). К рабочему столу (лучше к квадратной доске-основанию) прибита одним гвоздем в центре квадратная, восьмиугольная или круглая доска, которая может с трением поворачиваться вокруг оси -- гвоздя. Начертим на ней окружность с центром на оси и диаметром несколько больше зеркала. Прибьем три деревянные пробки, высота которых на 2--3 мм меньше высоты заготовки. Эти пробки-упоры должны удерживать зеркало во время шлифовки на доске. Зеркало должно вкладываться между ними с небольшим зазором. В один зазор вставляется деревянный клин, который прижимает зеркало к двум другим упорам, и теперь зеркало совершенно неподвижно. Если же нам нужно его снять, достаточно вынуть клин. Зеркало лучше уложить на три картонные, фетровые или кожаные прокладки *).
*) Для обработки зеркала можно воспользоваться также специальным станочком, предложенным Л[. М. Шемякиным. Описание станочка можно найти в дополнениях к книге М. С. Навашина "Телескоп астронома-любителя" (3-е изд., перераб. и доп,-- М.: Наука, 1975) либо в статье А. Н. Подъяпольского, М. М. Шемякина и Г. В. Шуваева "Изготовление самодельного телескопа-рефлектора", помещенной в "Астрономическом календаре" на 1980 год. (Прим. ред.)
7. ОБДИРКА ЗЕРКАЛА
Установив заготовку на шлифовальном станке, насыплем на нее примерно с половину чайной ложки
Рис. 10. Обдирка 110- миллиметрового зеркала кольцом на поворотном станке.
грубого абразива No 25--No 20 и смочим его водой. Взяв в правую руку кольцевой шлифовальник и придерживая левой рукой доску, проведем первый штрих кольцом (рис. 10). Начинаем штрих с края заготовки и ведем кольцо до другого ее края, следя за тем, чтобы шлифовальник выходил за край заготовки не более чем на 5 мм. Сделав два-три штриха, повернем доску с заготовкой примерно на 15--300, после чего снова сделаем 2--3 штриха (рис. 11). Обдирку ведем с большим давлением на шлифовальник. Полный штрих -- движение от одного края до другого займет примерно полсекунды. Для зеркала диаметром около 150 мм скорость обдирки составит примерно 120 штрихов в минуту, Поворачивая столик с закрепленной на нем заготовкой зеркала на 300 после каждых двух штрихов, мы повернем его полностью на 3600 за 12 секунд. Это вполне подходящая скорость вращения заготовки при ручной обработке.
Рис. 11. Движение кольца относительно зеркала.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23