CN111069858A - 一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，具体步骤为：S1粗加工：将坯料粗车成圆筒状工件，工件内径和外径均留有余量，将粗车之后的工件进行第一次热处理除内应力；S2半精加工：将工件的一端卡在机床上，并车削成每个薄环，每个薄环的厚度留有余量，相邻的两个薄环之间在内径根部相连接，再将工件进行第二次热处理除内应力；S3精加工：依次将圆筒状工件上的单个薄环厚度、内径加工至目标值，并切断成单个薄环，S4将单个薄环的端面完成线切割加工柔性图案。具有工艺简单、用料节约、成本降低和加工效率高的优点，并且成品率高。

Description

一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法

技术领域

本发明涉及光机结构件制造技术领域，具体涉及一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法。

背景技术

随着光学设计水平的提高，光学系统对镜片的面形精度要求越来越高，光机结构设计上为了避免由于机械结构件的形变对光学镜片引入的面形恶化，精密光机系统中一般会采用柔性隔离环的结构设计来达到隔离外界应力对镜面面形变化的作用。因此，柔性应力隔离环的加工精度指标直接关系着最终装配的光学系统成像质量。

柔性应力隔离类零件的轴向厚度一般在1-2mm左右，直径在100-300mm左右，在结构上属于径厚比在50:1到300:1的超薄环状零件。

常规加工过程中，薄环类零件传统工艺方法的流程为粗加工留量、半精加工成薄环状，精加工单件粘接逐一加工。上述加工方法主要存在如下两个问题：

一、装夹力对薄壁环状零件引入的装夹变形过大；

二、由于切削力和材料自身应力等原因极其容易引起薄壁环状零件自身发生扭曲等形变，导致零件在圆周方向刚度分配不均匀，所以加工完成的零件不仅不能起到隔离外界应力的作用，其自身的应力变形也会直接导致与之相连的镜片发生形变，从而导致废品率极高。

因此，如何获得厚度和刚度一致性好的柔性隔离类零件，并且降低生产用料成本、提高加工效率、优化产品质量，是本领域技术人员目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，具有工艺简单、用料节约、成本降低和加工效率高的优点，并且可以实现成品率100％。

本发明具体技术方案如下：

一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，具体步骤如下：

一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1粗加工：将坯料粗车成圆筒状工件，工件内径和外径均留有余量，将粗车之后的工件进行第一次热处理除内应力；

S2半精加工：将工件的一端卡在机床上，并车削成每个薄环，每个薄环的厚度留有余量，相邻的两个薄环之间在内径根部相连接，再将工件进行第二次热处理除内应力；

S3精加工：依次将圆筒状工件上的单个薄环厚度、内径加工至目标值，并切断成单个薄环。

S4线切割：将单个薄环的端面完成线切割加工柔性图案。

本发明所述的步骤S1中圆筒状工件的一端为径向厚度大于其余位置的用于卡接在机床上的卡头部分。

本发明所述的工件的卡头部分的长度为20mm。

本发明所述的步骤S1中圆筒状工件的轴向长度为多个薄环的轴向厚度目标值之和加工余量。

本发明所述的坯料为弹簧钢或碳合金。

本发明所述的步骤S2中还包括钻孔加工，将所述的相邻的两个薄环之间在内径根部相连接的工件完成后钻孔加工，再进行第二次热处理除内应力，所述的钻孔加工包括安装孔位和线切割孔位中的至少一种。

本发明所述的步骤S3，具体包括如下步骤：

S301：将所述的工件壁厚两端面余量第一次去除，两个端面各留有余量，

S302：将所述的工件内孔余量去除，仍保证各薄环根部相连接；

S303：将薄环两端面加工余量完全去除，并切断薄环根部至图样要求。

有益效果在于：

本发明的提供柔性应力隔离薄环加工方法为先粗车多个柔性应力隔离薄环，热处理内应力后再进行半精车削成多个相连接的薄环，再次热处理后依次去除端面、内径和另一个端面各部分余量后得到单个薄环，所述的加工方法实现一次装夹完成多件加工的目的，提高了加工效率，并且将加工成品率提高至100％，有效避免由于装夹、切削力等因素对零件本身造成的形变等问题，保证了最终零件的厚度和刚度的一致性。

附图说明

图1是本发明的实施例一的第一步的粗车后的工件的剖视图；

图2是本发明的实施例一的第二步的半精加工后的工件的剖视图；

图3是本发明的加工方法制备得到的一种柔性应力隔离薄环的主视图；

图4是本发明的柔性应力隔离薄环加工方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图4所示本发明提供一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，通过先粗车多个柔性应力隔离薄环，热处理内应力后再进行半精车削成多个相连接的薄环，再次热处理后分次去除各部分余量，最后切割成单个薄环。

实施例一

某型号产品的尺寸为壁厚为1mm，内径为200mm，外径为250mm。

下面以该型号产品加工为例，说明本发明的柔性应力隔离薄环具体加工工艺。

第一步：粗车外形及内径；

将坯料粗车成如图1所示的圆筒状工件，所述的坯料为弹簧钢，所述的工件的轴向长度为多个薄环的轴向厚度目标值之和余量，加工余量为3mm，工件内径和外径均留有余量，外径余量2mm，内径余量5mm。，并且工件的一端为径向厚度大于其余位置卡头部分，卡头部分的长度为20mm，将粗车之后的工件进行第一次热处理除内应力。

所述的工件外径为253mm，内径为197mm，厚度方向余量为2mm。

所述的热处理的为常规方式，升温200℃，保温6小时，炉内自然冷却。

所述的多个根据具体的设计图纸要求设置具体的数量，数量越多加工效率越高。

第一步所述的多个薄环的轴向厚度目标值之和加工余量根据材料的需求设置，具体的余量为0.5-5mm。

第二步：半精车削加工单个薄环；

将工件的卡头部分卡在机床上，并车削成每个薄环，每个薄环的端面留有余量，两个薄环之间的径向厚度方向上不切断，径向厚度留量是3mm；再将工件进行第二次热处理除内应力；车削主轴转速S300，进给量F10。

经过热处理以及长时间应力释放后，工件会变形，如果在工件厚度直接加工到位，再次加工时工件厚度就不够，相邻的两个薄环之间的径向方向如果切断形成如图2所示的工件，工件就变成一个个单个薄环，不容易装夹，很小的装夹力都会使得薄环产生很大的变形，所以本发明的加工方式通过不切断连接依然是整体的情况，去抵抗装夹变形。

所述的径向厚度留量与薄环的直径成正比，直径大的薄环径向厚度留量大，具体留量区间为2-5mm。

第三步、将工件进行安装孔位和线切割孔位等钻孔加工，再次进行热处理除内应力，孔位需要根据具体图纸要求和线切割工艺要求。孔有两部分组成，一部分是图纸上原本就需要加工的孔，这类孔用来在装配阶段安装固定该工件，另一类孔是后续线切割工艺需要的工艺孔，柔性隔离类零件需要大量的柔性环节，几乎所有的柔性环节都是依靠线切割工艺实现的。去应力热处理工序，可以消除钻孔过程中的应力给薄环工件引入的变形。

第四步：精车去除余量；

S301、将所述的工件壁厚两端面余量第一次去除，两个端面各余量，

S302、将所述的工件内孔余量去除，仍保证各薄环根部相连接；

S303、将薄环两端面加工余量完全去除，并切断薄环根部至图样要求。

目的是减小加工产生的应力变形和便于装夹，切削参数要求进给量要比半精车小。

第五步、按照图纸要求，线切割加工端面上的柔性图案的部分，得到如图3所示的薄环。

通过上述实施例，得到满足产品图纸要求的柔性应力隔离薄环。

由上述可知，本发明提供的加工方法降低零件用料成本、加工效率高、优化产品质量。本发明提供的加工方式可以一次加工出多个符合要求的零件，完整的工序流程完成只需要一个星期：粗车，热处理，半精车，热处理，精车，线切割，并且是同时完成多个零件的加工，合格率极高，在材料本身不存在缺陷的情况下，合格率可以达到100％。

现有技术中的柔性应力隔离薄环常规加工方式主要有两种：一种是直接从棒料上切出符合厚度要求的薄环，然后进行线切割，直接切出来的薄环会发生扭曲变形，导致零件报废，合格率几乎是零。为了防止薄环发生变形导致的零件报废，另一种是从棒料上切下有足够厚度余量的薄环，然后通过研磨等方式最终研磨到所需厚度值，这样的零件不容易产生扭曲变形，但是研磨效率太低，仅研磨一个工序至少需要一个星期左右的时间，从开始粗车到最后研磨合格、线切割合格，至少需要半个月的时间，加工效率非常低。

Claims (7)

1.一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1粗加工：将坯料粗车成圆筒状工件，工件内径和外径均留有余量，将粗车之后的工件进行第一次热处理除内应力；

S2半精加工：将工件的一端卡在机床上，并车削成每个薄环，每个薄环的厚度留有余量，相邻的两个薄环之间在内径根部相连接，再将工件进行第二次热处理除内应力；

S3精加工：依次将圆筒状工件上的单个薄环厚度、内径加工至目标值，并切断成单个薄环；

S4线切割：将单个薄环的端面完成线切割加工柔性图案。

2.如权利要求1所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的圆筒状工件的一端为径向厚度大于其余位置的用于卡接在机床上的卡头部分。

3.如权利要求2所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的工件的卡头部分的长度为20mm。

4.如权利要求1所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的圆筒状工件的轴向长度为多个薄环的轴向厚度目标值之和加工余量。

5.如权利要求1所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的坯料为弹簧钢或碳合金。

6.如权利要求1所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的步骤S2中还包括钻孔加工，将所述的相邻的两个薄环之间在内径根部相连接的工件完成后钻孔加工，再进行第二次热处理除内应力，所述的钻孔加工包括安装孔位和线切割孔位中的至少一种。

7.如权利要求1所述的一种用于精密光机系统的柔性应力隔离薄环加工方法，其特征在于，所述的步骤S3，具体包括如下步骤：

S301：将所述的工件壁厚两端面余量第一次去除，两个端面各留有余量，

S30：将所述的工件内孔余量去除，仍保证各薄环根部相连接；

S303：将薄环两端面加工余量完全去除，并切断薄环根部至图样要求。

Images