毕业设计Jamaica磁盘驱动臂的分析与加工.docx
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毕业设计Jamaica磁盘驱动臂的分析与加工
Jamaica磁盘驱动臂的分析与加工
声明
本人所呈交的Jamaica磁盘驱动臂的分析与加工，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
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：
磁盘驱动臂、加工工艺、夹具的安装
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
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
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，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CAMELHT3.58及7.56
T2
6
加工外轮廓倒角及点2.83.2孔
T15
7
粗加工ø2.8孔
T5
8
半精加工ø2.8孔
T30
9
精加工ø2.8孔
T11
10
精加工ø3.2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
14
加工ø2.8倒角
T36
15
精加工Tearhole及R2.0，FantailR1.8R2.3
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CAMELR12.3倒角
T52
25
加工Tearhole,Tubingslot,Arm，ø3.2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
（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
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-53.0Y-55.7）
1-2、2-2
（X-174.5Y-55.7）
1-3、2-3
（X-292,9Y-55.7）
1-4、2-4
（X-53.0Y-189.6）
1-5、2-5
（X-174.4Y-189.6）
1-6、2-6
（X-292.9Y-189.6）
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10X方向拉水平线图11Y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。
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。
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
T2
P1
Φ3.6X70CL钻头
IPQC测ø3.6孔径及粗糙；QA测ø3.6位置度
T3
P1
Φ8.0倒角刀
IPQC目测Bearinghole倒角:
T4
P1
Φ3X10X30x6CL铣刀
IPQC目测外轮廓，槽表面粗糙，4.4大小；QA测外轮廓CMM
T5
P1
Φ2.65×32X70XSD4钻头
IPQC测ø2.8孔径及粗糙；QA测ø2.8位置度
T6
P1
Φ1.79×32X70CL钻头
IPQC测Shipcombhole孔径、粗糙,QA测位置度
T7
P1
Φ1.5x16CL钻头
IPQC测Shipcombhole孔径、粗糙,QA测位置度
T8
P1
Φ30x1.0盘刀
IPQC目测Arm，Pad是否有台阶
T9
P1
Φ32x1.5盘刀
IPQC测Pad大小，目测ø2.8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
P1
Φ32x2.04盘刀
T10
P1
Φ4.0x27.2倒角刀
IPQC测Pad倒角是否偏移有毛刺
T11
P1
Φ2.784XR0.3X32X6XSD4钻头
IQPC测ø2.8孔径及粗糙；QA测ø2.8位置度
T13
P1
Φ12.5×0.39盘刀
IPQC测槽宽、槽深、槽偏移
T14
P1
Φ63×1.86/1.0盘刀
IPQC目测Arm粗糙，ø2.8、ø1.8、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
T15
P1
Φ3.3×29.5CL倒角刀
IPQC目测Window、Arm、TubingSlot倒角是否偏移有毛刺
T17
P1
Φ9.3镗刀
IPQC目测Bearingholerough、Fishingmark；QA测大孔孔径
T19
P1
Φ3.0x27.6CL倒角刀
IPQC目测Fantail倒角是否偏移有毛刺
T20
P1
Φ63×1.0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
T22
P1
Φ1.5X30CL倒角刀
IPQC目测ø1.8孔倒角是否偏移有毛刺，台阶
T26
P1
Φ6.0×30CL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
T30
P1
Φ2.74x32x70xSD4钻头
IPQC测ø2.8孔径及粗糙；QA测ø2.8位置度
T36
P1
Φ2.6×1.9x29.5CL钻头
IPQC目测ø2.8倒角
T51
P1
Φ.63X3.0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）
P1
Φ63X2.5盘刀
T52
P1
Φ63X3.0盘刀
IPQC目测ARM表面是否有台阶,Camel2.315，5.32高度
T2
P2
Φ2.5×5CL钻头
目测A基准面背面,外轮廓及Camel倒角
T40
P2
Φ4.0x90x15CL倒角刀
IPQC目测R8.3处毛刺，大孔倒角
T2
P3
Φ2.5×5CL倒角刀
目测A基准面及外轮廓及Camel倒角，ø1.0倒角
T3
P3
Φ0.965x4CL钻头
IPQC目测ø0.5的倒角，IDDot大小及ø1.0孔径；QA测ø1.0位置度
T4
P3
Φ0.495x5.5CL钻头
IPQC测ø0.5孔径及孔深（通孔，盲孔）QA测ø0.5位置度
T21
P3
Φ1.5x6倒角刀
IPQC目测Camel处是否有毛刺，台阶
T40
P3
Φ4.0x90x15CL倒角刀
IPQC目测R8.3处毛刺，大孔倒角
T50
P3
Φ1.7x10钻头
IPQC测ToolingHole孔径;QA测位置度
T60
P3
Φ1.8xR0.3x6x20x60xSD4铰空刀
IPQC测ToolingHole孔径;QA测位置度
T70
P3
Φ1.65BACK倒角刀
IPQC测ToolingHole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
（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
（JAMAICAREV-04P4PCSTABLE-1）
（1STPROCESS）
（NOADJUST）
/M211
机床自动计算产量
G100T5（DIA2.65GUNDRILL）
防止工件夹高
T52M1
M98P1
M98P4105
G100T52（DIA63X3.0RGHDTM-A-）
割A基准面余量
T8M1
M98P1
M98P4252
G100T8（DIA30X1.0ROUGHSAWFORSWAGEHOLE）
粗加工外轮廓
T3M1
M98P1
M98P4008
G100T3（D8MMB/HOLECHFRTOOL）
加工大孔倒角，点ø1.8，ø2.8，ø3.6孔
T7M1
M98P1
M98P4003
G100T7（DIA1.7PRE-DRILL）
粗加工ø2.8，ø1.8
T26M1
M98P1
M98P4007
G100T26（DIA6ENDMILL*FINISHING）
粗加工大孔，精加工外轮廓
T5M1
M98P1
M98P4026
G100T5（DIA2.65GUNDRILL）
粗加工ø2.8
T30M1
M98P1
M98P4005
G100T30（DIA2.74COREDRILL）
半精加工ø2.8
T11M1
M98P1
M98P4030
G100T11（DIA2.784FINISH*REAMMER）
精加工ø2.8
T2M1
M98P1
M98P4011
G100T2（DIA3.6GUNDRILL）
精加工ø3.6
T8M1
M98P1
M98P4002
G100T8（DIA30X1.0ROUGHSAWFORCOMBHOLE）
粗割PAD
T6M1
M98P1
M98P4108
G100T6（DIA1.79GUNDRILLCOMB/TOOLINGHOLE）
精加工ø1.8
T17M1
M98P1
M98P4006
G100T17（DIA9.3BORINGBAR）
精加工大孔
T3M1
M98P1
M98P4017
G100T3（D8MMB/HOLECHFRTOOL）
加工大孔倒角
T4M1
M98P1
M98P4103
G100T4（DIA3.0X10CLARC-R1.5W-SLOT）
加工大孔倒角
T13M1
M98P1
M98P4004
G100T13（DIA12.5-CCWSAW*WIRESLOT）
加工CD4.4槽表面
T9M1
M98P1
M98P4013
G100T9（D32*GANGSAW）
割槽
T11M1
M98P1
M98P4009
G100T11（DIA2.784RE-FINISH*REAMMER）
精加工PAD,控制PAD大小
T36M1
M98P1
M98P4111
G100T36（DIA2.6S/HOLECHF）
去ø2.8毛刺
T10M1
M98P1
M98P4036
G100T10（DIA4S/PADCHMR）
加工PAD倒角
T52M1
M98P1
M98P4010
G100T52（DIA63X3.00SAW*CUTCAMELBACK）
粗割Fantail短角，割Camel控制5.32高度
T14M1
M98P1
M98P4052
G100T14（DIA63X1.86SAW-CCW*GANGBODYARM）
割ARM
T51M1
M98P1
M98P4014
G100T51（DIA63X3.00SAW*CUTFANTAIL）
割Fantail，控制1.2厚度；
T52M1
M98P1
M98P4051
G100T52（DIA63X3.00SAW*CUT2NDCAMELBACK）
割Fantail,Camel,ARM中间余量
T4M1
M98P1
M98P4152
G100T4（DIA3.0X10CLARC-R1.6/R2.0）
精加工Fantail,R2.0
T26M1
M98P1
M98P4104
G100T26（DIA6ENDMILL*FINISHING）
去外轮廓毛刺，精加工5.102
T22M1
M98P1
M98P4126
G100T22（DIA1.5S/COMBCMFR）
加工ø1.8倒角
T15M1
M98P1
M98P4022
G100T15（DIA2.8C/FERTOOL）
加工Tearhole,Tubingslot,Armc'fer
T19M1
M98P1
M98P4015
G100T19（DIA3.0FANTAILC/FERTOOL）
加工Fantail倒角
T20M1
M98P1
M98P4019
G100T20（DIA63X1.0SAW*PARTINGOFF）
割断工件，控制6.49
T5M1
M98P1
M98P4120
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/D63X1.84S/SAWGANGBODYARM）
（ALLCANADJUST）
M400
打开切削液
G90G10L12P32R31.490
调用工件坐标系和刀补
G0G90G54G40G0X-36.000Y-17.785
X、Y方向快速定位
G43Z20.0M4S5000H14
Z方向到安全距离
Z-28.5
Z方向快速定位
G1Z-29.340F1200
Z方向精确定位
G1G42X-5.349Y-2.718D32F170
X、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
G0Z20.0
Z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、程序中的转速和进给配比
5、工件没有夹好
6、毛坯问题
分析完问题后，我们需要逐个排除，直至使那台机床能够正常运行。
像这样的问题，我们几乎每周都能遇到，当然最好的应对方法就是，分析找原因。
时间长了，偶尔还可以当场判断出具体的原因，省去了很多分析和实验。
五、生产加工
（一）选择机床
由于工件尺寸和形状的特殊性，对机床的要求比较苛刻，很多机床都无法达到其要求，经过认真地筛选核实，公司最终决定使用brotherTC-31A型机床，如图16所示。
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