毕业设计——Jamaica磁盘驱动臂的分析与加工.doc

JamaicaJamaica 磁盘驱动臂的分析与加工磁盘驱动臂的分析与加工 声声 明明 本人所呈交的本人所呈交的 Jamaica 磁磁盘驱动盘驱动臂的分析与加工臂的分析与加工，是我在指，是我在指导导教教师师的指的指导导和和查阅查阅相相 关著作下独立关著作下独立进进行分析研究所取得的成果。除文中已行分析研究所取得的成果。除文中已经经注明引用的内容外，本注明引用的内容外，本论论文不包文不包 含其他个人已含其他个人已经发经发表或撰写表或撰写过过的研究成果。的研究成果。对对本文的研究做出重要本文的研究做出重要贡贡献的个人和集体，献的个人和集体， 均已在文中作了明确均已在文中作了明确说说明并表示明并表示谢谢意。意。 作者作者签签名：名： 日日 期：期： 目录目录 摘要 1 引言 1 一、工件的整体分析 1 （一）工件的外形分析 1 （二）工件的尺寸分析 3 （三）工件的工艺分析 4 二、选择毛坯、安装夹具 5 （一）选择毛坯 5 （二）安装夹具 6 三、刀具及切削液的选择 8 （一）选择刀具 8 （二）选择切削液 .10 四、程序编辑 .10 （一）主程序编辑 .10 （二）子程序编辑 .14 （三）程序编辑时需要解决的问题 .15 五、生产加工 .15 （一）选择机床 .15 （二）实际生产加工中遇到的问题 .16 （三）解决方法 .16 总 结 17 参考文献 .18 谢 辞 19 1 摘要摘要 本文主要介绍了 Jamaica 磁盘驱动臂的生产全过程，主要包括：工件的整体分析、 选择毛坯装定夹具、刀具及切削液、程序编辑、生产加工等环节。 文中分析了 Jamaica 磁盘驱动臂的加工难点在于它的复杂工艺和尺寸要求，以及 处理这些问题的方法和经常在加工生产中出现的一些问题。 关键词关键词：磁盘驱动臂、加工工艺、夹具的安装 1 引言引言 随着现代制造业的发展，数控技术已经广泛的应用于工业控制的各个领域，远不 局限于我们以前所熟知的机械方面，它的领域早以涉及到电子、医疗、工艺等个个方 面，而中国作为一个制造业的大国，掌握先进的数控加工工艺和好的编程技术也是相 当重要的。 本文主要介绍了 Jamaica 磁盘驱动臂的生产，它也正是数控加工涉及电子行业的 一个实例。随着计算机数量的快速增长，硬盘驱动头的需求也在不断提升，而硬盘驱 动头中最重要的一个部件就是硬盘驱动臂，这种硬盘驱动臂外形尺寸比较复杂，精度 要求比较高，生产的难度比较大，因此正确的产品分析和精准的加工路径是解决这项 问题的唯一方法，本篇将着重讲述产品的工艺分析、加工过程及程序的编写。 因为磁盘驱动臂的形状不大，结构复杂，很多尺寸对加工精度要求很高，所以在 实际生产中会遇到很多问题，不仅如此，磁盘驱动臂在批量生产中，对机床稳定性要 求更为苛刻，只要是因为机床稳定性出了问题，整批的零件都是废品，所以也就要求 我们必须要及时做好监测，防止批量化的废品出现。 而在我们看似很陌生的一个个磁盘驱动臂，其实一直都在我们的生活中默默的为 我们工作，只是我们没有注意到它的存在，如图1所示正是我们电脑里的磁盘内部结构。 图1 磁盘驱动器的内部结构 2 一、工件的整体分析一、工件的整体分析 （一）工件的外形分析 Jamaica 磁盘驱动臂的尺寸要求比较多，主要包括孔径、孔深、高度、长度、圆弧、 倒角、位置度、垂直度等，总共需要检测 82 项尺寸，如图 2、图 4 所示工件的上表面 就包含孔径、长度、圆弧、位置度等尺寸要求，垂直度和高度主要表现在侧面如图 3， 里面不仅包含了高度，还有两个小孔的位置度和工件的垂直度，其中位置度和垂直度 对机床设定和机床本身稳定性能的要求比较高，高度和孔深要求机床震动小，孔径、 长度和圆弧由于刀具磨损，常常会导致尺寸不准确，而且工件正反两面和侧面都有需 要加工的部位和倒角。零件中各部位的英文名称如图 5 所示。 因为工件的体积比较小，考虑到成本因素，在加工时加工速度必须要快。由于工 件总厚度是 6.49mm，考虑到夹具在不晃动的情况下所能伸出的最长距离，尽量每次加 工可以更多的产品，在保证质量的情况下提高产量。 图2 工件正面的外形及尺寸 图3 工件横截面外形及尺寸 3 图4 工件反面外形及尺寸 图5 工件各部位的英文名称 （二）工件的尺寸分析 工件四周的尺寸要求很多也很复杂，如图 6 所示，方框里的数字为尺寸序号，方 便于快速查找尺寸，箭头所指的数字为该工件的零件尺寸值，看是复杂的尺寸标注， 4 只要稍微分解一下就很清楚了，其中带 R 的均为圆弧尺寸，除 4 号标识 1.18 为该面相 对于水平面倾斜度数，4.4 为 12 标识尺寸处的宽度，33.082 为 61、62、64 标识尺寸 处的圆弧外，其余尺寸都是以大孔圆心为中心，到该尺寸面的距离。 图6 工件的相关尺寸 （三）工件的工艺分析 依据工件外形及尺寸要求，制定工件工艺步骤如表 1 所示 表1 工件工艺步骤 序号加工部位刀具号 1 防夹高 T5 2 割 A 基准面余量，粗加工 Camel 高度 T52 3 粗加工 Arm .Pad T8 4 粗加工大孔，外轮廓，粗铣 7.56 高度 T26 5 精加工外轮廓 控制 CAMEL HT 3.58 及 7.56 T2 6 加工外轮廓倒角及点 2.8 3.2 孔 T15 7 粗加工 2.8 孔 T5 8 半精加工 2.8 孔 T30 9 精加工 2.8 孔 T11 10 精加工 3.2 孔 T6 11 粗加工 PAD T8 12 精割 pad 控制 PAD 大小 T9 13 去 2.8 毛刺 T11 5 14 加工 2.8 倒角 T36 15 精加工 Tear hole 及 R2.0，Fantail R1.8 R2.3 T2 16 割槽 T13 17 加工 pad 倒角 T10 18 割 Fantail，控制 Fantail 高度 5.18 及 7.38 T51 19 割 ARM,控制 ARM 大小 T14 20 加工 DATUM A基准面 T52 21 加工 Camel 台阶 控制 CMM: 1.04Height T51 22 去 FANTAIL 内毛刺 arm 外轮廓毛刺 T14 23 加工 Fantail 倒角 T15 24 加工 CAMEL R12.3 倒角 T52 25 加工 Tear hole, Tubing slot, Arm，3.2 倒 角 T19 26 精加工大孔 T17 27 加工大孔倒角及台阶孔 T3 28 割断工件 T20 二、选择毛坯、安装夹具二、选择毛坯、安装夹具 （一）选择毛坯 为了更大程度的节约成本，加工方法选择仿形加工，在保证能被切到的情况下， 尽量减少毛坯用量，考虑到加工次数和夹具的最大伸出长度，最终确定，毛坯总长 179.4mm，可加工 5 次，每次加工四片工件，每片工件总厚度 6.49mm，毛坯在被加工完 成后会有 25mm 的余量被作为废料处理。如图 7、图 8 为毛坯的实体图。 图7 毛坯的形状图一 6 图8 毛坯的形状图二 （二）安装夹具 安装夹具是指机床从夹具的装配到加工调试结束投入生产前的一个过程，在工作 台上装夹具前首先先将夹具配好，夹具由底座、夹具面、凸形块、夹具芯、子弹头、 垫片、挡板、插销和各种相配套型号的螺丝等组成。 安装夹具的基本步骤：定位拉线拉水平面定圆心定 Z 值。 1、定位 定位的目的是固定夹具的位置，防止工件与工件之间距离过近而影响到刀具切割。 机床有两个工作台，每个工作台有六个夹具，1 号工作台分为 1-1、1-2、1-3、1- 4、1-5、1-6，2 号工作台分为 2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6，每个夹具都有相对应 的坐标。如表 2、图 9 所示。 表 2 夹具坐标 夹具号夹具坐标夹具号夹具坐标 1-1、2-1（X-53.0 Y-55.7）1-2、2-2（X-174.5 Y-55.7） 1-3、2-3（X-292,9 Y-55.7）1-4、2-4（X-53.0 Y-189.6） 1-5、2-5（X-174.4 Y-189.6）1-6、2-6（X-292.9 Y-189.6） 7 图 9 夹具定位 2、拉线 拉线如图 10、11 所示，将百分表指针靠在夹具面侧边，当百分表上有一定数值时， 用手轮移动 Y 轴，观察百分表指针摆动的幅度。若摆动的幅度大于 10 格，就用铁锤敲 击夹具底座，敲数值小的相对位置，直到再次拉线时，指针的摆动幅度小于 10 格，拉 线完成。 图 10 X 方向拉水平线 图 11 Y 方向拉水平线 3、拉水平面 拉水平面可用拉线的百分表也可以用定圆心的百分表。拉水平面的目的是保证夹 具面的平行，要求的精度很高，在同一个 Z 值下拉夹具面上的四边，要求四边的指针 摆动幅度不得超过 0.02。若超过要求值，就要将夹具面换下并重新换夹具面重复上述 步骤。 4、定圆心 定圆心如图 12、13 用定圆心的百分表，圆心表的精度比拉线表的精度相对要高。 定圆心时先要将一个已经将大孔精加工结束的半成品夹在需要定圆心的夹具上，将圆 心表伸入大孔中，当表头要靠近大孔内壁以低倍率的进给移动 Y 轴，直到表针有一定 的数值是，用手慢慢的旋转圆心表，若圆心表的摆动幅度较大时，这时可以相对应的 移动 X 轴和 Y 轴。直到表针的摆动幅度控制在一定范围内。此时观察坐标界面下的机 床坐标就是此夹具的圆心坐标，若这时实际坐标与夹具定位时的坐标相差太多时就要 将夹具拆下来重新装夹。 8 图 12 调表头的倾斜角 图 13 定工件圆心 5、定 Z 值 定 Z 值相对比较简单，用一把铣刀装在主轴上并慢慢靠近工件上表面，当但移动 到接近工件表面时，此时用一张纸不断的在工件表面来回移动移动 Z 轴直到纸移动不 了，在这过程中 Z 轴的下降速度一定要放的很慢。此时观察界面上机床坐标的 Z 值， 用此 Z 值减去定 Z 值的这把铣刀的刀补就是此夹具实际的 Z 值。在定 Z 之前的工件一 定要是一个完整的毛坯工件，且长度控制在一定的范围内，并将毛坯工件插入到挡板 的插销上。 图 14 设定好的夹具 在设定夹具时，需要注意百分表的用法，和敲击夹具的力度，为了不使工件在拉 线合格后，圆心偏离太远，一般我们选择紧死一个螺丝，松开一个螺丝的方法敲击， 这样的好处是，敲击工件时，工件移动的距离小，这样对后来的定圆心有很大的好处。 每台机床有两个工作台，每个工作台最多可以放六个夹具，每台机床放十二个夹 具，为了不使在加工中超程，每个夹具都有固定的位置，如图 9 所示。为了保证精度， 每个夹具都必须经过严格的百分表拉线定圆心，最后还要经过整体检验，才算合格。 实际装夹工件如图 14 所示。 由于毛坯定做好后需要在公司截断，所以经常会出现毛坯长短不齐，这样对刀具 的安全，和第一片工件的质量造成很大的影响，为防止这种事情的出现，我们做了个 量块，在夹好工件后，简单方便的对工件测量，这样既能防夹高，又能防夹低。减少 了换刀次数，为公司节省了很多成本。 9 三、刀具及切削液的选择三、刀具及切削液的选择 （一）选择刀具 由于工件类型复杂，很多尺寸精度要求比较高，所以在选择刀具时，我们尽可能 的统一定做，以保证工件加工的尺寸。根据加工工件的具体情况，选用的刀具，如表 3 所示。图 15 为实际加工中使用的刀具。 表 3 刀具的规格及加工内容 刀 号 工序刀具名称和规格更换刀具或调试所需检测的尺寸 T2P1 3.6X70CL 钻头IPQC 测 3.6 孔径及粗糙；QA 测 3.6 位置度 T3P1 8.0 倒角刀IPQC 目测 Bearing hole 倒角: T4P1 3X10X30x6CL 铣刀 IPQC 目测外轮廓，槽表面粗糙，4.4 大小；QA 测外轮 廓 CMM T5P1 2.6532X70XSD4 钻头IPQC 测 2.8 孔径及粗糙；QA 测 2.8 位置度 T6P1 1.7932X70CL 钻头IPQC 测 Ship comb hole 孔径、粗糙,QA 测位置度 T7P1 1.5x16 CL 钻头IPQC 测 Ship comb hole 孔径、粗糙,QA 测位置度 T8P1 30x1.0 盘刀IPQC 目测 Arm ，Pad 是否有台阶 P1 32x1.5 盘刀 T9 P1 32x2.04 盘刀 IPQC 测 Pad 大小，目测 2.8 倒角，Pad 倒角是否偏移 有毛刺，Pad 表面是否粗糙，台阶线是否有毛刺；QA 测 5.42 大小 T10P1 4.0x27.2 倒角刀IPQC 测 Pad 倒角是否偏移有毛刺 T11P1 2.784XR0.3X32X6XSD4 钻头IQPC 测 2.8 孔径及粗糙；QA 测 2.8 位置度 T13P1 12.50.39 盘刀IPQC 测槽宽、槽深、槽偏移 T14P1 631.86/1.0 盘刀 IPQC 目测 Arm 粗糙，2.8、1.8、窗口、槽、Arm 倒 角是否偏移有毛刺，是否有台阶线，Pad，Arm 大小； QA 测 Arm 高度 T15P1 3.329.5CL 倒角刀 IPQC 目测 Window、Arm、Tubing Slot 倒角是否偏移有 毛刺 T17P1 9.3 镗刀 IPQC 目测 Bearing hole rough、Fishing mark；QA 测 大孔孔径 T19P1 3.0x27.6CL 倒角刀IPQC 目测 Fantail 倒角是否偏移有毛刺 T20 P1 631.0 盘刀 IPQC 测 A 基准面，A 基准面背面是否粗糙过切，6.49 大小，所有高度；QA 测 Arm 高度 T22P1 1.5X30CL 倒角刀IPQC 目测 1.8 孔倒角是否偏移有毛刺，台阶 T26P1 6.030CL 铣刀 IPQC 目测外轮廓粗糙、毛刺；4.4 大小，大孔大小； QA 测外轮廓 CMM T30P1 2.74x32x70xSD4 钻头IPQC 测 2.8 孔径及粗糙；QA 测 2.8 位置度 10 T36P1 2.61.9x29.5CL 钻头IPQC 目测 2.8 倒角 P1 .63X3.0 盘刀 T51 P1 63X2.5 盘刀 IPQC 目测 Fantail 倒角，测 1.2 大小，Fantail 处所 有高度（2.315,3.515,5.32） T52P1 63X3.0 盘刀 IPQC 目测 ARM 表面是否有台阶,Camel2.315，5.32 高 度 T2P2 2.55CL 钻头目测 A 基准面背面,外轮廓及 Camel 倒角 T40P2 4.0x90x15CL 倒角刀IPQC 目测 R8.3 处毛刺，大孔倒角 T2P3 2.55CL 倒角刀目测 A 基准面及外轮廓及 Camel 倒角，1.0 倒角 T3P3 0.965x4CL 钻头 IPQC 目测 0.5 的倒角，ID Dot 大小及 1.0 孔径；QA 测 1.0 位置度 T4P3 0.495x5.5CL 钻头 IPQC 测 0.5 孔径及孔深（通孔，盲孔）QA 测 0.5 位 置度 T21P3 1.5x6 倒角刀IPQC 目测 Camel 处是否有毛刺，台阶 T40P3 4.0x90x15CL 倒角刀IPQC 目测 R8.3 处毛刺，大孔倒角 T50P3 1.7x10 钻头IPQC 测 Tooling Hole 孔径;QA 测位置度 T60P3 1.8xR0.3x6x20x60xSD4 铰空刀IPQC 测 Tooling Hole 孔径;QA 测位置度 T70P3 1.65 BACK 倒角刀IPQC 测 Tooling Hole 倒角 图 15 加工中使用的刀具 （二）选择切削液 因为加工的工件材料是铝合金，所以选用 SM-3L 铝合金铝合金切削液来进行加工。 SM-3L 铝合金铝合金切削液用途及特性:与水调成乳化液并且乳化性能稳定，不易 滋生细菌，不刺激皮肤，对人体没有危害，使用寿命长久，不含亚硝酸盐,不含酚醛磷 硫氯化合物，属新一代环保产品专为铝和金加工而研制，润滑及清洁性良好。有良好 11 的防锈性能和置换性。不必另外进行工序间防锈处理，并具有良好的冷却、润滑、清 洗性能。 切削液的使用方法： 1、调配浓度根据加工工艺及工件要求而定,对防锈及润滑性能要求高,可调配浓度 高一些,对清洗及冷却性能要求高,可调配浓度低一些。一般使用浓度为 4%6。 2、更换不同牌号乳化液时，应将原使用之废液放净，以免影响使用效果。一直使 用本品之乳化液，如发现乳化液量不足，可再补入一部分，不必全部更换。 四、程序编辑四、程序编辑 （一）主程序编辑 由于加工时使用刀具比较多，修改起来比较麻烦，所以我们把每把刀的走刀路径 全部放入子程序中，这样可以在修改刀具补偿的时候，既能方便的找到该问题是哪把 刀加工的，还能及时掉出该刀的子程序，而且每个子程序不会太长，这样方便于查找 相关尺寸和刀补，调试起来比较方便，如表 4 所示为主程序。 表 4 主程序 (JAMAICA REV-04P 4PCS TABLE-1) (1ST PROCESS) (NO ADJUST) /M211 机床自动计算产量 G100T5(DIA 2.65 GUN DRILL) T52M1 M98P1 M98P4105 防止工件夹高 G100T52(DIA 63X3.0 RGH DTM-A-) T8M1 M98P1 M98P4252 割 A 基准面余量 G100T8(DIA30X1.0 ROUGH SAW FOR SWAGE HOLE) T3M1 M98P1 M98P4008 粗加工外轮廓 G100T3(D8MM B/HOLE CHFR TOOL) T7M1 M98P1 M98P4003 加工大孔倒角，点 1.8，2.8，3.6 孔 G100T7(DIA 1.7 PRE-DRILL) T26M1 M98P1 粗加工 2.8，1.8 12 M98P4007 G100T26(DIA 6 ENDMILL*FINISHING) T5M1 M98P1 M98P4026 粗加工大孔，精加工外轮廓 G100T5(DIA 2.65 GUN DRILL) T30M1 M98P1 M98P4005 粗加工 2.8 G100T30(DIA 2.74 CORE DRILL) T11M1 M98P1 M98P4030 半精加工 2.8 G100T11(DIA 2.784 FINISH * REAMMER) T2M1 M98P1 M98P4011 精加工 2.8 G100T2(DIA 3.6 GUN DRILL) T8M1 M98P1 M98P4002 精加工 3.6 G100T8(DIA30X1.0 ROUGH SAW FOR COMB HOLE) T6M1 M98P1 M98P4108 粗割 PAD G100T6(DIA 1.79 GUN DRILL COMB/TOOLING HOLE) T17M1 M98P1 M98P4006 精加工 1.8 G100T17(DIA 9.3 BORING BAR) T3M1 M98P1 M98P4017 精加工大孔 G100T3(D8MM B/HOLE CHFR TOOL) T4M1 M98P1 M98P4103 加工大孔倒角 13 G100T4(DIA 3.0X10CL ARC-R1.5 W-SLOT) T13M1 M98P1 M98P4004 加工大孔倒角 G100T13(DIA 12.5 -CCW SAW*WIRE SLOT) T9M1 M98P1 M98P4013 加工 CD 4.4 槽表面 G100T9(D32*GANG SAW) T11M1 M98P1 M98P4009 割槽 G100T11(DIA 2.784 RE-FINISH * REAMMER) T36M1 M98P1 M98P4111 精加工 PAD,控制 PAD 大小 G100T36(DIA 2.6 S/HOLE CHF) T10M1 M98P1 M98P4036 去 2.8 毛刺 G100T10(DIA 4 S/PAD CHMR) T52M1 M98P1 M98P4010 加工 PAD 倒角 G100T52(DIA 63X3.00 SAW*CUT CAMEL BACK) T14M1 M98P1 M98P4052 粗割 Fantail 短角，割 Camel 控制 5.32 高度 G100T14(DIA 63X1.86 SAW-CCW*GANG BODY ARM ) T51M1 M98P1 M98P4014 割 ARM G100T51(DIA 63X3.00 SAW*CUT FANTAIL) T52M1 M98P1 M98P4051 割 Fantail，控制 1.2 厚度； G100T52(DIA 63X3.00 SAW*CUT 2ND CAMEL BACK) T4M1 M98P1 M98P4152 割 Fantail,Camel,ARM 中间余量 14 G100T4(DIA 3.0X10CL ARC-R1.6/R2.0 ) T26M1 M98P1 M98P4104 精加工 Fantail,R2.0 G100T26(DIA 6 ENDMILL*FINISHING) T22M1 M98P1 M98P4126 去外轮廓毛刺，精加工 5.102 G100T22(DIA 1.5 S/COMB CMFR) T15M1 M98P1 M98P4022 加工 1.8 倒角 G100T15(DIA 2.8 C/FER TOOL) T19M1 M98P1 M98P4015 加工 Tear hole ,Tubing slot,Arm cfer G100T19(DIA 3.0 FANTAIL C/FER TOOL) T20M1 M98P1 M98P4019 加工 Fantail 倒角 G100T20(DIA 63X1.0 SAW*PARTING OFF) T5M1 M98P1 M98P4120 割断工件，控制 6.49 M9 关切削液 M30 程序结束 由于每个工作台需要加工 6 个夹具，所以每把刀需要被调出六次，为了方便技术 员能快速找到子程序，我们把每个子程序编为 41+刀具号，如果使用两次或三次的刀具， 子程序为 40/42+刀具号。 （二）子程序编辑 在加工中，子程序没有编入主程序是为了方便程序员快速查找程序，修改涉及不 合格尺寸或表面的相关程序，例如 Arm 加工完成后表面粗糙，因为在加工割 Arm 面的 刀具为 14 号盘刀，这时就可以打开 14 号盘刀的子程序 4011 如表 5 所示，调整里面的 进给和速度。 表 5 子程序 (JAMAICA/D63X1.84 S/SAW GANG BODY ARM) 15 (ALL CAN ADJUST) M400打开切削液 G90G10L12P32R31.490调用工件坐标系和刀补 G0G90G54G40G0X-36.000Y-17.785X、Y 方向快速定位 G43Z20.0M4S5000H14Z 方向到安全距离 Z-28.5Z 方向快速定位 G1Z-29.340F1200Z 方向精确定位 G1G42X-5.349Y-2.718D32F170X、Y 方向切削加工 G3X-2.330Y-5.529R6.0加工圆弧 G1X4.787Y-8.528直线加工 M5主轴停止 G1G40X25.52Y-51.45F1500刀具离开工件 G0Z20.0Z 方向到安全平面 M401关切削液 M99子程序结束 （三）程序编辑时需要解决的问题 在编辑程序时我们往往会遇到加工先后顺序不合理的情况，那是我们必须得反复 就该尝试，知道该程序能稳定的进行加工生产。记得我遇到的第一个问题时，打孔的 转速和进给配合不好，使得工件在精加工完孔后，孔里面依然很粗糙，可能分析的原 因如下： 1、刀具问题 2、切削液没有对好 3、机床震动 4、程序中的转