CN113843901B - 一种石英环类产品加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石英环类产品加工方法，通过在粗加工工序与精加工工序之间加入初次打孔工序，镗出盲孔，接着在精加工工序中将盲孔预留余量镗通以获得通孔，这种方式有效避免对硬脆石英材料直接打孔而可能产生的崩缺隐患，优化打孔效率与石英环成品质量。刀具磨削部分修磨成上小下大的喇叭口特征，刀具和产品接触部位由面接触变为线接触，有助于排屑，可以避免产品在加工过程中由于排屑不畅导致产品加工面出现刀痕、纹路的情况，而在蜡块支撑状态下进行打孔能够有效降低石英环产生崩缺破裂的几率。
Description
技术领域
本发明涉及石英产品加工技术领域，尤其是涉及一种石英环类产品加工方法。
背景技术
随着科技的发展人们对光学耗材的使用量逐年增加，作为石英制品的石英环市场发展迅速，产品产出持续扩张。面对市场的需求增加，目前常规的生产方式无法在激烈的市场竞争中取得优势，为了使石英环制造企业提升市场竞争力，降低生产成本，必须进行技术改进与创新。
对于石英环的加工，目前行业内主要使用的加工方法为以石英砣为原料，通过套钻套取内外圆制备石英筒，再通过车床单片切割下料、粗磨、细磨、单个滚内外圆、倒角、清洗等工序才能完成。不仅生产效率低，加工成本高，工件一致性不好，难以满足目前市场对石英环的大批量需求。尤其是对于石英环产品打孔的难点，良品率一直不够理想。另外，传统加工方式如图1、2所示，刀具自上而下进刀，这种加工方式在刀具长时间加工后，会因刀具磨损导致产品底部刀具厚度一半位置内外径出现“锥面”的问题，即产品上面直径大，下面直径小的问题。
例如一种在中国专利文献上公开的“石英玻璃管的深孔加工装置及其深孔加工方法”，其公告号“CN107571409A”，石英玻璃管贯穿钻具传动装置并通过夹头固定在钻具传动装置上，在钻具上设置有保证钻具与石英玻璃管同轴度的支撑架，所述的钻具呈长筒型且内部设置有轴向贯穿钻具的芯棒通孔，在钻具的一端与钻具固定座固定连接，另一端的端口处设置有呈环形的齿锯，所述的支撑架包括多个滚轴支撑机构，所述的滚轴支撑机构包括支撑滚轴和支撑气缸，支撑滚轴与支撑气缸之间通过气缸杆固定连接，支撑架上设置有能使支撑架在机架上行走的支撑架传动装置。
这种工艺通过特制长筒型状的钻具来实现对石英玻璃管进行深孔加工。但是这种方案在面对薄壁石英环的孔加工使用效果并不理想，在加工薄壁件的连通孔交接部位过程中容易产生崩缺，无法满足加工要求。
发明内容
针对现有技术中石英环类产品加工效率低，打孔工序中易产生崩缺的问题。本发明提供了一种石英环类产品加工方法，通过在粗加工工序与精加工工序之间加入初次打孔工序，镗出盲孔，接着在精加工工序中将盲孔预留余量镗通以获得通孔，这种方式有效避免对硬脆石英材料直接打孔而可能产生的崩缺隐患，优化打孔效率与石英环成品质量。
本发明的第二发明目的是解决传统工艺中加工石英环内外径时易出现因刀具磨损导致产品靠近下端面位置尺寸精确度不理想的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种石英环类产品加工方法，包括以下步骤：
S1：刀具处理：准备金属刀具和树脂刀具，对两类刀具分别进行底部平整处理；
S2：装夹：利用固定在工作台上的真空吸盘吸附固定产品毛坯；
S3：粗加工：采用金属刀具对产品毛坯外径和内径进行粗加工，加工时刀具自上而下螺旋切削；
S4：端面打孔：采用金属刀具于产品毛坯端面自上而下加工形成竖向孔；
S5：采用步骤S4中金属刀具于产品侧面对应竖向孔的位置自外而内加工形成相贯于竖向孔的横向孔；
S6：侧壁打孔：采用金属刀具于产品侧壁外部加工形成微孔；
S7：精加工：树脂刀具对产品毛坯内、外径进行精加工，加工时刀具自下而上螺旋切削，加工完成后，微孔连通产品毛坯内壁；
S8：清洗：清洗加工后的产品毛坯，得到石英环产品。
进一步的，步骤S1中，将两种刀具的磨削部分修磨形成上小下大的喇叭状，刀具和产品毛坯的接触方式由面接触变位线接触，刀具的磨削部分的底端外径较顶端外径大0.01mm-0.02mm。
刀具磨削部分修磨成喇叭口特征，磨削部分上部分比下半部分小0.01-0.02mm，磨削部分上小下大，刀具和产品接触部位由面接触变为线接触，有助于排屑，可以避免产品在加工过程中由于排屑不畅导致产品加工面出现刀痕、纹路的情况。另外，刀具底部应修理平整，内外径圆角要求R0.2，以免加工过程中划伤石英环产品毛坯表面。
进一步的，步骤S3中，在粗加工前，调整冷却液喷淋点对应刀具磨削切削轨迹。
在步骤S3中，对石英环产品毛坯的内外径进行粗加工用金属刀具的粒度为250-300#。在步骤S7中，产品毛坯内、外径精加工用树脂刀具的粒度为370-420#。
优选粒度为270#的金属刀具对产品的内、外径进行粗加工，单边余量留0.07-0.15mm；产品毛坯外径精加工用树脂刀具的粒度优选为400#，树脂刀具自下而上加工，可以避免刀具自上而下加工因刀具长时间加工，因刀具磨损导致产品底部刀具厚度一半位置内外径出现“锥面”的问题，即产品上面直径大，下面直径小，有利于产品精度的保证。
作为优选，在步骤S3中，自下而上的加工起点位于产品毛坯的下表面以上0.02mm-0.07mm位置。刀具加工起点位置优选为自产品下表面以上0.05mm，以避免磨削到吸盘表面，产品底部0.05mm手工去毛刺去除。
作为优选，在步骤S5中，在加工横向孔前，竖向孔灌满熔融蜡，待蜡冷却固化具备支撑作用后开始加工横向孔，在蜡块支撑状态下进行打孔能够有效降低石英环产生崩缺破裂的几率。
作为优选，亦可在在竖向孔里面填充一些熔融石英蜡，然后塞入尺寸和竖向孔相仿的石英棒，熔融蜡填满石英棒和竖向孔之间的间隙，待蜡冷却固化后亦可以起到支撑的作用。
作为优选，在步骤S6中，采用啄钻孔方式加工微孔，刀具从产品毛坯外径以外0.3mm位置外开始打孔，每次刀具快速打0.02mm深，然后刀具快速回退到产品外径以外0.3mm位置，如此重复加工，直到孔深度比预设尺寸深1mm，孔加工结束。对于微孔的加工，利用啄钻式加工效率更高，且排屑效果好。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）通过在粗加工工序与精加工工序之间加入初次打孔工序，镗出盲孔，接着在精加工工序中将盲孔预留余量镗通以获得通孔，这种方式有效避免对硬脆石英材料直接打孔而可能产生的崩缺隐患，优化打孔效率与石英环成品质量；（2）刀具磨削部分修磨成上小下大的喇叭口特征，刀具和产品接触部位由面接触变为线接触，有助于排屑，可以避免产品在加工过程中由于排屑不畅导致产品加工面出现刀痕、纹路的情况；（3）在蜡块支撑状态下进行打孔能够有效降低石英环产生崩缺破裂的几率；（4利用啄钻式加工微孔效率更高，且排屑效果好。
附图说明
图1为传统加工工艺的加工示意图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为本发明加工方法的加工示意图。
图4为图3中B处的放大图。
图5为金属刀具的结构示意图。
图6为图5中C处的放大图。
图7为本发明中产品毛坯的结构示意图。
图8为本发明中产品毛坯的剖面图。
图中：1、产品毛坯，2、竖向孔，3、横向孔，4、金属刀具，41、刀具磨损，5、微孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图3、4所示，一种石英环类产品加工方法，包括以下步骤：
如图5、6所示，首先进行刀具处理：准备金属刀具4和树脂刀具，对两类刀具分别进行底部平整处理；将两类刀具的磨削部分修磨形成上小下大的喇叭状，刀具和产品毛坯1的接触方式由面接触变位线接触，刀具的磨削部分的底端外径较顶端外径大h，h在0.01mm-0.02mm，磨削部分上小下大，刀具和产品接触部位由面接触变为线接触，有助于排屑，可以避免产品在加工过程中由于排屑不畅导致产品加工面出现刀痕、纹路的情况。另外，刀具底部应修理平整，内外径圆角要求R0.2，以免加工过程中划伤石英环产品毛坯1表面。
接着利用固定在工作台上的真空吸盘吸附固定产品毛坯1，吸盘固定产品毛坯1后平面度要求0.01mm以内。用气枪清扫吸盘与产品贴合面上的脏物、石英粉末等杂物。
接下来采用粒度为270#的金属刀具4对产品毛坯1外径和内径进行粗加工，在粗加工前，调整冷却液喷淋点对应刀具磨削切削轨迹；加工时刀具自上而下螺旋切削；单边余量留0.07-0.15mm；刀具加工起点位置优选为自产品下表面以上0.05mm，以避免磨削到吸盘表面，产品底部0.05mm手工去毛刺去除。
如图7、8所示，然后采用粒度为325#的金属刀具4对产品毛坯1端面进行盲孔加工，金属刀具4于产品毛坯1端面自上而下加工形成竖向孔2；接着采用粒度为325#的金属刀具4对竖向孔2的侧方进行连通横向孔3加工，同样采用自上而下中间进退刀加工方式。由于前道工序连通孔竖向孔2已经加工完成，石英材料为硬脆性材料，侧孔加工过程中，当加工到两个方向孔连通部位时，由于连通部位缺料，在刀具轴向力的作用下连通部位容易崩缺。因此，在加工横向孔3前，将竖向孔2灌满熔融蜡，待蜡冷却固化具备支撑作用后开始加工横向孔3，在蜡块支撑状态下进行打孔能够有效降低石英环产生崩缺破裂的几率。
再者，对于φ5mm以下的微孔，我们采用啄钻孔的方式，即刀具从产品外径以外0.3mm位置外开始打孔，每次刀具快速打0.02mm深，然后刀具快速回退到产品外径以外0.3mm位置（起始位置），如此重复加工，直到孔深度比图纸要求尺寸深1mm，孔加工结束。对于微孔的加工，利用啄钻式加工效率更高，且排屑效果好。打孔深度比图纸要求深1mm,主要是考虑到刀具加工过程中磨削部位会磨削，刀具圆角会变大，所以要多加工进去1mm，确保孔深尺寸加工到位。本实施例中，竖向孔与横向孔组成的L型通孔用于连通石英环内外，可进行走线或通气；相应的，本实施例中石英环侧壁设置有七个微孔，七个微孔组成连通石英环内外的通气孔。微孔与L型通孔均为产品功能孔。
下一步，采用400#树脂刀具对产品毛坯1内、外径进行精加工，加工时刀具自下而上螺旋切削，内径加工完成后，微孔连通产品毛坯1内壁；产品毛坯1外径精加工用树脂刀具的粒度优选为，树脂刀具自下而上加工，可以避免刀具自上而下加工因刀具长时间加工，因刀具磨损41导致产品底部刀具厚度一半位置内外径出现“锥面”的问题，即产品上面直径大，下面直径小，有利于产品精度的保证。
最后，将待洗净的产品放入冲洗槽，用海绵沾一下洗净剂把产品表面全部擦一遍，并用水冲干净；接着将擦洗后的产品放入加热槽中煮沸洗净，当槽内的水处于沸腾状态时，开始计时，要求煮沸洗净15分钟及以上；煮沸15分钟后，取出产品，在冲洗槽中用水冲洗，并用海绵轻轻刷洗产品的各个表面，然后用水冲洗干净；用气枪将产品吹干；得到石英环产品。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中，在进行横向孔3加工时，可在竖向孔2里面填充一些熔融蜡，然后塞入尺寸和竖向孔2相仿的石英棒，蜡填满石英棒和竖向孔2之间的间隙，待蜡冷却固化后同样可以起到支撑的作用。
除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种石英环类产品加工方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：刀具处理：准备金属刀具和树脂刀具，对两类刀具分别进行底部平整处理；
S2：装夹：利用固定在工作台上的真空吸盘吸附固定产品毛坯；
S3：粗加工：采用金属刀具对产品毛坯外径和内径进行粗加工，加工时刀具自上而下螺旋切削；
S4：端面打孔：采用金属刀具于产品毛坯端面自上而下加工形成竖向孔；
S5：采用步骤S4中金属刀具于产品侧面对应竖向孔的位置自外而内加工形成相贯于竖向孔的横向孔；
S6：侧壁打孔：采用金属刀具于产品侧壁外部加工形成微孔；
S7：精加工：采用树脂刀具对产品毛坯内、外径进行精加工，加工时刀具自下而上螺旋切削，加工完成后，微孔连通产品毛坯内壁；
S8：清洗：清洗加工后的产品毛坯，得到石英环产品。
2.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，步骤S1中，将两种刀具的磨削部分修磨形成上小下大的喇叭状，刀具和产品毛坯的接触方式由面接触变位线接触。
3.根据权利要求2所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，刀具的磨削部分的底端外径较顶端外径大0.01mm-0.02mm。
4.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，步骤S3中，在粗加工前，调整冷却液喷淋点对应刀具磨削切削轨迹。
5.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，在步骤S3中，粗加工用金属刀具的粒度为250-300#。
6.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，在步骤S3中，自上而下的加工起点位于产品毛坯的下表面以上0.02mm-0.07mm位置。
7.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，在步骤S5中，在加工横向孔前，竖向孔灌满熔融蜡，待蜡冷却固化具备支撑作用后开始加工横向孔。
8.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，在步骤S6中，采用啄钻孔方式加工微孔，刀具从产品毛坯外径以外0.3mm位置外开始打孔，每次刀具快速打0.02mm深，然后刀具快速回退到产品外径以外0.3mm位置，如此重复加工，直到孔深度比预设尺寸深1mm，孔加工结束。
9.根据权利要求1所述的一种石英环类产品加工方法，其特征是，在步骤S7中，产品毛坯内、外径精加工用树脂刀具的粒度为370-420#。
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