金刚石车床装卡镜片脱落加工事故原因分析

1、金刚石车床装卡镜片脱落加工事故原因分析摘要：介绍了金刚石车床加工的镜片及装卡结构，描述了金刚石车床使用过程中镜片与其装卡工装脱落分离而造成镜片损坏的加工事故过程，对造成事故的原因进行了分析，并提出了改进的方法。关键词：镜片加工事故分析金刚石车床加工镜片过程中发生了镜片从卡具上掉下造成镜片破碎的事故。事故发生后，对与事故有关的资料进行收集，经过分析对问题进行分析定位并提出了改进的方法。1加工情况1.1加工镜片加工镜片直径165mm边缘厚度21.7mm镜片材料为错单晶材料,镜片质量：2.33kg，密度：5.323x103kg/m3，断裂模量：75mpa扬氏模量：103gpa,泊松比：0.28，热膨

2、胀系数：6.1x10-6/C。1.2装卡方式金刚石车床加工的红外镜片等材料需要经过外圆磨削，外径尺寸要求达到公差范围要求。对直径尺寸合格的镜片采取卡罐方式进行装卡固定，并将镜片及装卡工装共同吸附在金刚石车床气浮主轴前端面进行定位加工等后续工作。装卡工装由大螺母和卡座组成。1.3加工事故情况概述镜片利用此工装顺利进行了粗加工及精加工凹面，在精加工凸面过程中，发现镜片与装卡工装之间发生窜动，刀具在工件表面切出沟槽。操作者先将刀具退出，并立即停止了机床所有动作，在此期间，零件从装卡工装中飞出后摔碎。破碎零件见图1。2检查情况2.1事故发生后，对加工程序软件进行了调查及分析，使用此加工程序已经经过了粗

3、车工序的验证，加工程序不存在问题。2.2查原始检验记录，质量检验结果显示外圆有明显的锥度。同时发现事故中破碎镜片的外径有明显的不均匀痕迹。利用轮廓仪对镜片外径轴向轮廓进行测试。在外圆轮廓的平行光轴截面上，四个取样位置形成的截面轮廓峰顶线和谷底线之间距离（pt值）分别是15.7、15.0、12.8、12.2微米。可见镜片外圆平行光轴截面的轮廓误差相对较大，属于不合格状态。3力学计算及分析3.1装卡工装对镜片的夹紧力分析估算拧紧装卡工装大螺母时，拧紧力矩t要克服螺纹副的摩擦力矩t1和大螺母与卡座支撑面（锥面）的摩擦力矩t2。t=t1+t2=kf0d（1）式中t两手的握紧转动力矩，等于两手的握紧转动

4、力乘以旋转半径（90mm,按人机工程学两手的握紧转动力约为100n,拧紧力矩约为：100*0.09=9nm。d螺纹公称直径，185mrpf0轴向预紧力（n）;k拧紧力矩系数，按照表面氧化无润滑条件取值：0.24（2）由公式（1）,计算：f0=t/（kd）=9/（0.24x0.185）=202.7n见图2装卡工装锥面受力分析图。工装锥面锥角15°，装卡工装卡座锥面部分受到大螺母施加给它的垂直于接触面的压力，此压力可以分解成轴向及径向两个分力。轴向分力即为螺纹轴向预紧力f0。径向分力f=f0/tg15=202.7/tg15=756n因为卡座锥面部分设计上采取的是沿圆周16等分卡爪的形式，

5、按照每个卡爪平均受力分析单个卡爪对镜片的卡紧力为：756/16=47n。3.2镜片装卡的有限元分析依据镜片外圆轮廓存在较大圆度误差的情况，对镜片装卡工装装卡镜片的工作状态进行了分析。镜片外圆轮廓测试数据中显示在镜片的工装夹紧段局部有明显的凸起，镜片与工装会有局部的硬点接触，接触点保守取0.5mm对接触面直径在0.5mm情况下可以承受的夹紧力进行了有限元分析。镜片受力分析见图7安全系数分析图,当每个接触点承受30n的压力时，材料的安全系数达到1。分析结果表明在镜片外圆轮廓质量比较差的情况下，镜片材料局部接触点最大可以承受的压力为30n。计算装卡工装的可以产生的装卡力47n无疑超过了镜片局部最大可

6、以承受的合力，在装卡过程中镜片会发生局部破坏。4分析结论在加工过程中，镜片受力除装卡工装对镜片的夹紧力外还包括镜片自身重力，安装偏心存在的离心力，刀具对镜片的切削力在镜片受到足够的装卡力情况下，镜片外圆形状公差的不合格状态（外圆轮廓平行光轴截面的轮廓误差）导致装卡工装卡爪接触点较少，接触面积较小，在接触压力作用下接触点局部会发生破坏。在经过一定时间的交变切削力及镜片偏心产生的离心力作用下，导致接触点局部破坏程度加重，夹紧力随之减小，最终使夹紧失效，导致镜片松动并脱落。5改进方法5.1保证镜片外圆加工质量，重点检验加工零件的外圆圆柱度及锥度等指标。5.2镜片装卡过程中注意保证工装牢固装卡镜片，在装卡镜片环节设置检验点。改进后，经过后期一年时间的实际加工工作，没有再次发生镜片松脱事故。参考文献：1