CN109571163A - 一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置及方法,主要包括内圆加工夹具和外圆夹具,先进行圆管端面平行度加工,圆管端面平行度加工后,利用内圆加工夹具对陶瓷圆管端面施加进行水平方向的力进行夹持,通过水平方向的内圆加工砂轮纵向进给,达到陶瓷圆管加工后的内圆与端面垂直的目的,然后通过外圆夹具加工外圆,完成高精度陶瓷圆管的加工。本发明制造的压电陶瓷圆管与传统相比结构精度提高约50%,产品的一致性提高约33%,生产效率提高约40%,产品合格率提高约20%,具有明显的技术优势。

Description

一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置及方法
技术领域
本发明涉及电子元器件制造的领域,具体涉及一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置及方法。
背景技术
06B和3X1、JTC项目的接收换能器,采用的均是圆管换能器。压电陶瓷圆管作为换能器的有源元件,进行串联装配时,其结构精度控制对于圆管换能器的装配质量及性能发挥具有重要的影响。
由于(压电陶瓷圆管)传统加工装置的精度较低,生产的压电陶瓷圆管存在产品一致性差、产品合格率低等问题,进而影响换能器的装配精度和声纳的使用性能。
随着现代水声换能器设计思想与技术的进步,在换能器设计中,对换能器各组成单元,特别是有源部件的尺寸控制指标,提出了越来越高的要求。
作为接收换能器设计中的压电陶瓷圆管,传统的加工工艺步骤如下:
无心磨床外圆加工->内圆加工->端面A加工与垂直度修整->端面B加工->外圆加工->下道工序。其中无心磨床对圆管的外圆进行粗加工到一定尺寸,利用夹具夹持圆管外圆。加工砂轮为树脂粘合剂金刚石砂轮,直径略小于坯件圆管直径,尺寸差值约0.5mm~1.5mm。夹具深度略小于加陶瓷圆管高度,尺寸差值约0.1mm~1.5mm。夹具内壁的光洁度无特殊要求,直线度要求≤0.06mm。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足,而提供一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置及方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的:这种压电陶瓷圆管的高精度加工装置,主要包括内圆加工夹具、陶瓷圆管、端面紧固装置、内圆加工砂轮、端面限位装置开孔、夹具端面限位、夹具内径、内圆加工去除部分、端面紧固装置开孔、外圆加工后陶瓷圆管、外圆加工夹具限位端、外圆加工去除部分、外圆夹具,内圆加工夹具通过内部中间的夹具端面限位将内径分为端面限位装置开孔与夹具内径两部分,夹具内径内安装陶瓷圆管,陶瓷圆管一端顶住夹具端面限位另一端顶住连接在内圆加工夹具上的端面紧固装置,端面紧固装置中心设有端面紧固装置开孔,端面紧固装置开孔中通过内圆加工砂轮,内圆加工砂轮切削掉内圆加工去除部分,外圆夹具的外圆加工夹具限位端的台阶前套装陶瓷圆管,陶瓷圆管切削掉外圆加工去除部分后留下外圆加工后陶瓷圆管。
所述夹具内径大于陶瓷圆管的外径,其表面直线度要求≤0.06mm。。
所述端面限位装置开孔和端面紧固装置开孔直径均大于陶瓷圆管的内圆加工目标尺寸,但小于陶瓷圆管的外径尺寸。
所述内圆加工夹具的有效深度略小于陶瓷圆管高度。
所述夹具端面限位及端面紧固装置与陶瓷圆管端面的接触部分的平面度、垂直度≤0.02mm。
所述内圆加工砂轮直径略小于陶瓷圆管内径。
所述外圆加工夹具限位端直径大于陶瓷圆管加工后的内径,但小于陶瓷圆管加工后的外径,外圆夹具磨削端直径小于陶瓷圆管内径。
这种压电陶瓷圆管的高精度加工方法,主要包括依次先后进行的圆管端面平行度加工、圆管内圆加工、圆管外圆加工,圆管端面平行度加工后,利用内圆加工夹具对陶瓷圆管端面施加进行水平方向的力进行夹持,通过水平方向的内圆加工砂轮纵向进给,达到陶瓷圆管加工后的内圆与端面垂直的目的,然后通过外圆夹具加工外圆,完成高精度陶瓷圆管的加工。
所述圆管端面平行度加工采用双平面磨,加工时压力参数以陶瓷端面承受压强3000pa~6000pa进行设置。
所述内圆加工夹具采用端面夹持的方式对陶瓷圆管进行固定,端面紧固装置对陶瓷圆管的作用力F与内圆加工砂轮均呈水平方向。
所述圆管端面平行度加工满足端面平行度≤0.02mm。
所述内圆加工砂轮选用树脂粘合剂金刚石砂轮,磨削速度控制在0.05~0.30mm/min。
所述圆管外圆加工的外圆加工砂轮选用陶瓷结合剂的绿色炭化硅砂轮。
所述外圆加工砂轮磨削速度控制在0.20~0.80mm/min。
本发明的有益效果为:本发明制造的压电陶瓷圆管与传统相比结构精度提高约50%,产品的一致性提高约33%,生产效率提高约40%,产品合格率提高约20%,具有明显的技术优势。
附图说明
图1为本发明的加工工艺流程示意图。
图2为本发明的内圆加工夹具结构示意图。
图3为本发明的外圆夹具结构示意图。
附图标记说明:内圆加工夹具1、陶瓷圆管2、端面紧固装置3、内圆加工砂轮4、端面限位装置开孔5、夹具端面限位6、夹具内径7、内圆加工去除部分8、加工垂直度示意9、端面紧固装置开孔10、外圆加工后陶瓷圆管11、外圆加工夹具限位端12、外圆加工去除部分13、外圆夹具14。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍:
实施例:如附图所示,这种压电陶瓷圆管的高精度加工装置,主要包括内圆加工夹具1、陶瓷圆管2、端面紧固装置3、内圆加工砂轮4、端面限位装置开孔5、夹具端面限位6、夹具内径7、内圆加工去除部分8、端面紧固装置开孔10、外圆加工后陶瓷圆管11、外圆加工夹具限位端12、外圆加工去除部分13、外圆夹具14,内圆加工夹具1通过内部中间的夹具端面限位6将内径分为端面限位装置开孔5与夹具内径7两部分,夹具内径7内安装陶瓷圆管2,陶瓷圆管2一端顶住夹具端面限位6另一端顶住连接在内圆加工夹具1上的端面紧固装置3,端面紧固装置3中心设有端面紧固装置开孔10,端面紧固装置开孔10中通过内圆加工砂轮4,内圆加工砂轮4切削掉内圆加工去除部分8,外圆夹具14的外圆加工夹具限位端12的台阶前套装陶瓷圆管2,陶瓷圆管2切削掉外圆加工去除部分13后留下外圆加工后陶瓷圆管11。夹具内径7大于陶瓷圆管2的外径约0.5mm~2mm,其表面直线度要求≤0.06mm。端面限位装置开孔5和端面紧固装置开孔10直径均大于陶瓷圆管2的内圆加工目标尺寸0.05mm~1.0mm,但小于陶瓷圆管8的外径尺寸。内圆加工夹具1的有效深度略小于陶瓷圆管2高度,尺寸差值约0.1mm~1.5mm。夹具端面限位6及端面紧固装置3与陶瓷圆管2端面的接触部分的平面度、垂直度≤0.02mm。内圆加工砂轮4直径略小于陶瓷圆管2内径约0.5mm~1.5mm。外圆加工夹具限位端12直径大于陶瓷圆管2加工后的内径0.1mm~1.5mm,但小于陶瓷圆管2加工后的外径,外圆夹具14磨削端直径小于陶瓷圆管2内径0.02mm~0.10mm。
这种压电陶瓷圆管的高精度加工方法,主要包括依次先后进行的圆管端面平行度加工、圆管内圆加工、圆管外圆加工,圆管端面平行度加工后,利用内圆加工夹具1对陶瓷圆管2端面施加进行水平方向的力进行夹持,通过水平方向的内圆加工砂轮4纵向进给,达到陶瓷圆管2加工后的内圆与端面垂直的目的,然后通过外圆夹具14加工外圆,完成高精度陶瓷圆管2的加工。圆管端面平行度加工采用双平面磨,加工时压力参数以陶瓷端面承受压强3000pa~6000pa进行设置。内圆加工夹具1采用端面夹持的方式对陶瓷圆管2进行固定,端面紧固装置3对陶瓷圆管2的作用力F与内圆加工砂轮4均呈水平方向,从而保证内圆加工的垂直。圆管端面平行度加工满足端面平行度≤0.02mm。内圆加工砂轮4选用树脂粘合剂金刚石砂轮,磨削速度控制在0.05~0.30mm/min。圆管外圆加工的外圆加工砂轮选用陶瓷结合剂的绿色炭化硅砂轮,砂轮磨料粒度号≥70#,硬度K。外圆加工砂轮磨削速度控制在0.20~0.80mm/min。
本发明生产某压电陶瓷圆管加工目标尺寸为φ(6.4±0.02)×φ(5.61±0.02)×(5.85±0.03)。以陶瓷端面承受压强4000Pa进行双平面加工压力设置,进行平行度加工后,坯件尺寸为φ(8.5±0.2)×φ(5.0±0.2)×5.85,端面平行度测量≤0.01mm。端面紧固采用螺纹的方式,螺纹宽0.8mm,内圆加工砂轮4尺寸φ4.2mm,为树脂结合剂金刚石砂轮。内圆加工夹具1的夹具内径7φ9.5mm,端面限位装置开孔5及端面紧固装置开孔10尺寸φ6mm,圆加工夹具1有效深度5.5mm。内圆加工磨削(进刀)速度0.15mm/min,外圆加工磨削(进刀)速度0.35mm/min。加工后成品圆管垂直度测量情况见表1。
表1 某圆管端面与高度方向垂直度测量情况
如表1,加工某圆管,垂直度≤0.02mm的比例达到98.5%,长度方向直线度≤0.04mm的比例达到100%。对比国标和企业标准,某圆管加工长度方向平面度(直线度)标准如下
表2 某圆管直径/高度方向垂直度标准要求
对比表1、表2,加工某压电陶瓷圆管长度方向的直线度公差明显优于国标,并达到企业标准要求的最高精度。
加工某圆管内径尺寸测量情况见表3
如表3,加工某圆管后,内径尺寸分布在(5.61±0.02)mm内。
表4 加工圆管外径测量分布
加工圆管高度测量分布见表5。
表5 某圆管高度分布情况
表3~表5统计表明,陶瓷圆管尺寸完全符合公差控制要求,具有良好的一致性。
该加工装置制造的压电陶瓷圆管与传统的加工装置制造的压电陶瓷圆管相比,其结构精度、产品的一致性、产品的合格率对比如表6。
表6 加工装置选择对某圆管加工品质的影响
注1:表6中产品合格率以成品垂直度≤0.04mm且剔除崩边的数量统计。
注2:表6中传统装置统计集数为136件;本装置统计数量同表1,数量基数为334件。
如表6,在结构精度(圆管垂直度)、一致性(内外圆尺寸分布范围)和产品合格率进行了统计,与传统加工装置相比,本装置陶瓷圆管结构精度提高约50%,产品的一致性提高约33%,产品合格率提高约20%;相对于老工艺,从5个工艺流程减少到3个工艺流程,生产效率提高了约40%,与传统的圆管加工工艺相比,该加工装置具有明显的技术优势。本发明对加工φ50mm内的各类压电陶瓷圆管,具有加工精度高、一致性好、绷瓷少、成品率高且操作简便的优点。
可以理解的是,对本领域技术人员来说,对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种压电陶瓷圆管的高精度加工装置,其特征在于:主要包括内圆加工夹具(1)、陶瓷圆管(2)、端面紧固装置(3)、内圆加工砂轮(4)、端面限位装置开孔(5)、夹具端面限位(6)、夹具内径(7)、内圆加工去除部分(8)、端面紧固装置开孔(10)、外圆加工后陶瓷圆管(11)、外圆加工夹具限位端(12)、外圆加工去除部分(13)、外圆夹具(14),内圆加工夹具(1)通过内部中间的夹具端面限位(6)将内径分为端面限位装置开孔(5)与夹具内径(7)两部分,夹具内径(7)内安装陶瓷圆管(2),陶瓷圆管(2)一端顶住夹具端面限位(6)另一端顶住连接在内圆加工夹具(1)上的端面紧固装置(3),端面紧固装置(3)中心设有端面紧固装置开孔(10),端面紧固装置开孔(10)中通过内圆加工砂轮(4),内圆加工砂轮(4)切削掉内圆加工去除部分(8),外圆夹具(14)的外圆加工夹具限位端(12)的台阶前套装陶瓷圆管(2),陶瓷圆管(2)切削掉外圆加工去除部分(13)后留下外圆加工后陶瓷圆管(11)。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷圆管的高精度加工装置,其特征在于:所述夹具内径(7)大于陶瓷圆管(2)的外径,其表面直线度要求≤0.06mm;所述端面限位装置开孔(5)和端面紧固装置开孔(10)直径均大于陶瓷圆管(2)的内圆加工目标尺寸,但小于陶瓷圆管(2)的外径尺寸;所述内圆加工夹具(1)的有效深度略小于陶瓷圆管(2)高度。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷圆管的高精度加工装置,其特征在于:所述夹具端面限位(6)及端面紧固装置(3)与陶瓷圆管(2)端面的接触部分的平面度、垂直度≤0.02mm;所述内圆加工砂轮(4)直径略小于陶瓷圆管(2)内径。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷圆管的高精度加工装置,其特征在于:所述外圆加工夹具限位端(12)直径大于陶瓷圆管(2)加工后的内径,但小于陶瓷圆管(2)加工后的外径,外圆夹具(14)磨削端直径小于陶瓷圆管(2)内径。
5.一种压电陶瓷圆管的高精度加工方法,其特征在于:主要包括依次先后进行的圆管端面平行度加工、圆管内圆加工、圆管外圆加工,圆管端面平行度加工后,利用内圆加工夹具(1)对陶瓷圆管(2)端面施加进行水平方向的力进行夹持,通过水平方向的内圆加工砂轮(4)纵向进给,达到陶瓷圆管(2)加工后的内圆与端面垂直的目的,然后通过外圆夹具(14)加工外圆,完成高精度陶瓷圆管(2)的加工。
6.根据权利要求5所述的压电陶瓷圆管的高精度加工方法,其特征在于:所述圆管端面平行度加工采用双平面磨,加工时压力参数以陶瓷端面承受压强3000pa~6000pa进行设置;所述内圆加工夹具(1)采用端面夹持的方式对陶瓷圆管(2)进行固定,端面紧固装置(3)对陶瓷圆管(2)的作用力F与内圆加工砂轮(4)均呈水平方向。
7.根据权利要求5所述的压电陶瓷圆管的高精度加工方法,其特征在于:所述圆管端面平行度加工满足端面平行度≤0.02mm。
8.根据权利要求5所述的压电陶瓷圆管的高精度加工方法,其特征在于:所述内圆加工砂轮(4)选用树脂粘合剂金刚石砂轮,磨削速度控制在0.05~0.30mm/min。
9.根据权利要求5所述的压电陶瓷圆管的高精度加工方法,其特征在于:所述圆管外圆加工的外圆加工砂轮选用陶瓷结合剂的绿色炭化硅砂轮;所述外圆加工砂轮磨削速度控制在0.20~0.80mm/min。
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