На прикладі обробки нової головки блоку циліндрів двигуна це дослідження досліджує виробничий процес щодо вимог до точності позиціонування отворів для кріплення/розташування шестерні та отворів подвійного розподільного вала. Шляхом порівняння різних методів контролю запропоновано новий підхід до контролю позиційної точності; Макро-програмування NC використовується для обчислення координат обробки для установочних отворів, ефективно забезпечуючи необхідну точність-до-центрової відстані між монтажними/розташовуючими отворами шестерні та двома отворами розподільного вала.
ЧАСТИНА 1
вступ
Фабрика розробляє-новий двигун, який відповідає стандартам викидів «Китай VII», прагнучи досягти кращих показників викидів і передових технічних характеристик. Для досягнення точного контролю над потоком впускного та випускного повітря в камері згоряння в двигуні використовується подвійний-верхній-розподільний вал (DOHC). Новий продукт накладає суворі вимоги до встановлення шестерень, які взаємодіють із системою приводу подвійного-розподільного вала; отже, ефективне забезпечення точності позиціонування отворів для кріплення/розташування шестерні є критичною проблемою при пробному виробництві та обробці головки блоку циліндрів.
ЧАСТИНА 2
Вимоги до обробки деталей і аналіз процесу
2.1 Загальні процеси обробки отворів для розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні
Вимоги до позиційної точності отворів для розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні показано на рисунку 1. Допуск позиціонування подвійних-верхніх-отворів для розподільного вала вказано як φ0,2 мм, тоді як вимоги до точності для відстані між центром-до-центру між отворами для кріплення/розташування шестерні та отворів розподільного вала становить ±0,03 мм.
Малюнок 1: Вимоги до позиційної точності отворів для розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні
Обробка як подвійних отворів для розподільного вала, так і отворів для кріплення/розташування шестерні в одній установці (затискання) ефективно забезпечує їх відносну точність позиціонування. Зазвичай використовуються два усталені рішення обробки:
1) Використання спеціалізованого обладнання з кількома-шпиндельними-головками: за допомогою єдиного налаштування та спеціального розточувального пристосування [1] отвори для розподільного вала та отвори для кріплення/розташування шестерні обробляються одночасно з одного або протилежного боку заготовки. Однак це обладнання потребує великих капіталовкладень (понад 10 мільйонів юанів) і має низьку універсальність.
2) Використання великого горизонтального обробного центру: за допомогою однієї установки та спеціального розточувального пристосування шпиндель верстата автоматично зачепить лінійну-розточувальну планку [2]. Отвори для розподільного вала обробляються спочатку з одного боку заготовки; згодом заготовку та інструмент-розточування лінії повертають разом на 180 градусів, а свердлильний кондуктор використовують для обробки отворів для кріплення/розташування шестерні. Ця схема обробки вимагає, щоб обладнання мало великий безпечний радіус повороту в зоні обробки; крім того, відстань між подвійними отворами розподільного вала накладає особливі вимоги до зовнішніх розмірів шпиндельної коробки. Збільшений радіус повороту та особливі вимоги до шпиндельної коробки призводять до різкого зростання вартості закупівлі обладнання.
Обидві вищезгадані схеми спричиняють високі інвестиційні витрати на обладнання, а складність регулювання точності спеціалізованого інструменту та пристосувань зростає експоненціально. Поточні можливості обладнання не можуть задовольнити вимогу щодо одночасної обробки подвійних отворів розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні в одній установці.
2.2 Аналіз контролю точності між-от-отворами
Оскільки поточні технічні можливості не дозволяють виконувати одночасну обробку подвійних отворів розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні в одній установці, слід прийняти послідовність технологічних процесів, за якої спочатку обробляються отвори подвійного розподільного вала, а потім змінюється процес для обробки отворів для кріплення/розташування шестерні. Помилки позиціонування та зрушення у фактичному розташуванні отворів подвійного розподільного вала під час переходу процесу можуть призвести до того, що відстань між отворами для кріплення/розташування шестерні та отворами подвійного розподільного вала перевищить межі допуску.
Щоб відповідати вимогам щодо позиційного співвідношення між отворами для кріплення/розташування шестерні та подвійними отворами розподільного вала, аналізується доцільність застосування наступних поширених методів обробки.
(1) Метод фіксованих координат (метод розподілу допусків): метод фіксованих координат передбачає обробку отворів для кріплення/розташування шестерні на основі значень координат, зазначених у технічних кресленнях або технологічній документації після обробки отворів подвійного розподільного вала. Щоб забезпечити необхідну точність відстані між отворами--в ±0,03 мм між отворами для кріплення/розташування шестерні та отворами подвійного розподільного вала, точку обробки для отворів для кріплення/розташування шестерні потрібно вирівняти з опорою отворів для подвійного розподільного вала під час планування процесу, а остаточний допуск на відстань потрібно розподілити за допомогою позиційного розміру ланцюг [3]. Сума позиційних допусків для подвійних отворів розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні становить 0,06 мм; розподіл допуску показано на малюнку 2.
Малюнок 2: Схема розподілу позиційних допусків для подвійних отворів розподільного вала та отворів для кріплення/розташування шестерні
Позиційний допуск для отворів подвійного розподільного вала становить φ0,03 мм, а позиційний допуск для монтажних/розташувальних отворів шестерні становить φ0,03 мм. Виходячи з результатів розподілу ланцюга позиційних розмірів, подвійні отвори розподільного вала та отвори для кріплення шестерні вимагають високої точності позиціонування під час відповідних операцій обробки. Аналіз помилок позиціонування для кожної операції показує, що основною проблемою є помилка зсуву бази даних. Деталь позиціонується за допомогою методу «одна-грань, два-шпильки»; максимальний зазор між установочними штифтами та відповідними отворами на заготовці становить φ0,035 мм [4], а обробне обладнання має повторюваність φ0,01 мм. Якщо розглядати лише вплив помилки позиціонування заготовки та повторюваності машини, вимоги до точності позиціонування для окремих операцій-обробки отворів подвійного розподільного вала та отворів для кріплення шестерні-не можуть бути виконані; отже, точність між-до-центрової відстані між отворами для кріплення шестерні та отворами розподільного вала не відповідає специфікаціям конструкції.
(2) Метод компенсації опорної точки: цей метод передбачає використання фактичних координат центру отворів розподільного вала як базової точки обробки для отворів для кріплення шестерні-, що ефективно вирівнює базову точку обробки з проектною базовою. Цей підхід усуває помилки, спричинені зміщенням нульової точки та зміщенням нульової точки [5], і довів свою ефективність для застосувань з одним верхнім розподільним валом (SOHC). Для застосувань із подвійним верхнім розподільним валом (DOHC) необхідна позиційна компенсація обох отворів розподільного вала. Метод компенсації передбачає встановлення початку системи координат обробки для отворів для кріплення шестерні в середній точці координат X і Y двох отворів розподільного вала (X1, Y1 і X2, Y2); зокрема, початкові координати визначаються як X=(X1 + X2) / 2 і Y=(Y1 + Y2) / 2. Метод компенсації базової точки тягне за собою ризики якості. Наприклад, якщо фактичні центральні координати отвору 1 і 2 розподільного вала зсуваються назовні на 0,1 мм уздовж осі X-, залишаючись незмінними вздовж осі Y-, координати центру стають (X1 − 0,1, Y1) для отвору 1 та (X2 + 0.1, Y2) для отвору 2; позиційний допуск отворів подвійного розподільного вала залишається в межах специфікацій. У цьому сценарії, хоча розраховане походження системи координат обробки отвору для кріплення/розташування шестерні-і фактичне положення отвору для обробки-залишаються незмінними, фактичні положення отворів подвійного розподільного вала змістилися, таким чином змінюючи відстань між отвором для кріплення/розташування шестерні та двома отворами для розподільного вала. Таким чином, для конфігурації подвійного-розподільного вала-отвору використання методу компенсації базової точки для контролю точності позиціонування між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами розподільного вала створює ризик для якості.
ЧАСТИНА 3
Контроль позиційної точності для кріплення/розташування шестерні
3.1 Створення математичної-геометричної моделі
Положення отвору для кріплення/розташування шестерні визначається як перетин двох дуг: одна з центром на осі отвору 1 розподільного вала, а інша – на осі отвору 2 розподільного вала, радіуси яких відповідають заданим відстаням між отвором для кріплення/розташування шестерні та відповідними отворами розподільного вала. Фізичний аналіз підтверджує, що існує лише одна така точка перетину; фактичне координатне положення отвору для кріплення/розташування шестерні змінюється відповідно до змін у координатах центру двох отворів розподільного вала. На основі цього був розроблений новий метод обробки. Використовуючи в-технології вимірювання процесу, геометричні принципи та програмування з ЧПУ-і враховуючи фактичні координати центру подвійних отворів розподільного вала разом із необхідними відстанями до отвору для кріплення/локації шестерні-система автоматично розраховує та виконує координати обробки для отвору для кріплення/локації шестерні, таким чином задовольняючи вимоги щодо точності позиціонування до отворів подвійного розподільного вала.
На рисунку 3 зображено геометричну модель, яка показує позиційне співвідношення між подвійними отворами розподільного вала та отвором для кріплення/розташування шестерні. Тут CA і BA представляють розрахункові відстані (у мм) між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами розподільного вала (з CA=BA), а система координат обробки (система координат розрахунку) встановлена з центром отвору 2 розподільного вала в якості початку. Малюнок 3: Геометрична модель, що показує позиційне співвідношення між отворами подвійного розподільного вала та посадковим отвором для кріплення шестерні
3.2 Процес математичних розрахунків
Після того, як заготовку розміщено та змонтовано, -технологія перевірки процесу використовується для визначення координат центрів отвору розподільного вала 1 і отвору 2 розподільного вала в системі координат верстата-, позначених як (XB, YB) і (XC, YC), відповідно-і для розрахунку координат (XA, YA) для центру (точка A) кріплення шестерні локаційний отвір. Процес обчислення виглядає наступним чином: ∠2=∠1; CE=BC/2; ∠3=∠4 − ∠2. З цього можна отримати координати точки A (центр установочного отвору для кріплення шестерні) відносно початку системи координат обробки. 3.3 Перетворення програми ЧПУ
Під час фактичної обробки процес математичних розрахунків повинен бути перетворений у програму ЧПУ. Використовуючи систему ЧПК Siemens як приклад [6], координати (XB, YB) і (XC, YC) центрів отвору розподільного вала 1 і отвору 2-розподільного вала, отримані за допомогою-перевірки процесу або інших технічних засобів-зчитуються в машинні змінні R201, R202, R301 і R302; необхідні міжцентрові відстані BA (між установчим отвором для кріплення шестерні та отвором розподільного вала 1) і CA (між отвором для кріплення шестерні та отвором розподільного вала 2) зчитуються в змінних R401 і R402. Програма для розрахунку координат обробки центру опорного отвору кріплення шестерні виглядає наступним чином. R201=XB; Запишіть координату X-центру отвору розподільного вала 1 у змінну користувача машини R201. R202=YB; Запишіть координату Y-центру отвору розподільного вала 1 у змінну користувача машини R202. R301=XC; Запишіть координату X-центру отвору розподільного вала 2 у змінну користувача машини R301. R302=YC; Запишіть координату Y-центру отвору розподільного вала 2 у змінну користувача машини R302. R401=BA; Запишіть відстань між--центрами між установчим отвором для кріплення шестерні та отвором 1 розподільного вала до змінної користувача машини R401. R402=CA; Запишіть від-до-центрової відстані між установчим отвором для кріплення шестерні та отвором 2 розподільного вала до змінної користувача машини R402. R501=R301-R201; Обчисліть відстань між центрами отвору розподільного вала 1 і отвору розподільного вала 2 уздовж осі X-. R502=R202-R302; Обчисліть відстань між центрами отвору розподільного вала 1 і отвору розподільного вала 2 уздовж осі Y. R503=ATAN2(R502, R501); Обчисліть значення ∠1 (у градусах). R504=SQRT(R501* R501+ R502* R502); обчислити довжину відрізка BC (мм) R506=R504/2; обчислити довжину відрізка лінії CE (мм) R507=ACOS(R506/R402); обчислити значення ∠4 ( градус ) R508=R507-R503; обчислити значення ∠3 ( градус ) R509=SIN(R508)*R402; обчислити довжину відрізка AF (мм) R510=COS(R508)*R402; обчислити довжину відрізка CF (мм) R101=R301-R510; обчисліть координату осі Х центру посадкового отвору для кріплення шестерні відносно центру отвору 2 розподільного вала R102=R302-R509; обчисліть координату осі Y центру посадкового отвору для кріплення шестерні відносно центру отвору 2 розподільного вала.
Значення, що зберігаються в макрозмінних R101 і R102, представляють координати центральної точки отвору A для кріплення шестерні; у наступній програмі обробки обробка буде виконана на основі розрахованих координат центру A (R101, R102). Координати обробки для посадкового отвору для кріплення шестерні розраховуються з використанням фактичних механічних координат отвору 1 для розподільного вала та отвору 2 для розподільного вала як еталону під час конкретної операції обробки для цього отвору; це усуває помилки, спричинені зсувом або зміщенням базисних значень. Отже, весь допуск положення 0,06 мм для відстані між установчим отвором для кріплення шестерні та отворами 1 і 2 для розподільного вала враховується в рамках цієї однієї операції, без необхідності враховувати точність розташування отворів 1 і 2 для розподільного вала з попередніх операцій. При обробці різних заготовок координати фактичного положення (R101, R102) посадкового отвору для кріплення шестерні змінюватимуться відповідно до змін у фактичних координатах центру отворів 1 і 2 розподільного вала, а не залишатимуться фіксованими. Практична перевірка механічної обробки демонструє, що допуск від-до-центру між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами подвійного розподільного вала можна контролювати в межах ±0,01 мм, що повністю відповідає специфікаціям конструкції.
3.4 Інновації
Ключові інновації цього методу обробки:
1) Він забезпечує нову стратегію обробки, яка вирішує проблему контролю точності позиціонування між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами подвійного розподільного вала. При обробці отвору для кріплення/розташування шестерні координати обробки розраховуються на основі фактичних положень отворів для розподільного вала та необхідного співвідношення позицій між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами для розподільного вала; потім виконується механічна обробка з використанням цих розрахованих координат. Фактичні координати обробки для монтажного/розташувального отвору шестерні динамічно регулюються відповідно до фактичних положень отвору 1 для розподільного вала та отвору для розподільного вала 2, таким чином забезпечуючи необхідну точність відстані між отвором для кріплення/розташування шестерні та отворами для розподільного вала.
2) Він об’єднує геометричні принципи з макропрограмуванням ЧПУ, щоб забезпечити автоматичне обчислення координат обробки для монтажного/розташувального отвору шестерні. Було створено геометричну модель, що визначає позиційне співвідношення між отвором для кріплення/розташування шестерні та двома отворами для розподільного вала, а також було отримано процес розрахунку координат центру отвору для кріплення/розташування шестерні; Потім для автоматизації цього обчислення координат використовується макропрограмування ЧПУ.
3) Він використовує гнучку в-процесі вимірювальну технологію для вирівнювання базової точки обробки з базовою базою проекту, таким чином усуваючи помилки позиціонування. Під час обробки отвору для кріплення/розташування шестерні зонд автоматично вимірює координати отвору 1 та 2 для розподільного вала в системі координат верстата. Ці виміряні значення потім вводяться в процес розрахунку для визначення координат обробки для кріплення/розташування шестерні. Цей інтегрований процес одночасно вирівнює базову точку обробки з проектною базовою, ефективно усуваючи помилки позиціонування.
4) Це зменшує складність обробки, пов’язану з попередньою операцією виготовлення отвору для розподільного вала 1 і отвору для розподільного вала 2. Координати обробки для посадкового отвору для кріплення шестерні розраховуються на основі фактичних положень отвору для розподільного вала 1 і отвору для розподільного вала 2. Цей підхід не накладає особливих вимог щодо точності позиціонування або узгодженості отворів для розподільного вала. оброблені на попередньому етапі, тим самим зменшуючи труднощі регулювання та контролю точності обробки для цього етапу.
ЧАСТИНА 4
Висновок
У цьому документі досліджується виробничий процес стосовно вимог до позиційної точності для установочного отвору для кріплення шестерні та отворів подвійного розподільного вала. Завдяки інноваційній схемі обробки, створенню математичної-геометричної моделі та пропозиції нового методу контролю позиційної точності, координати обробки для позиційного отвору обчислюються за допомогою макропрограми NC на основі просторового співвідношення між позиційним отвором і двома отворами розподільного вала. Це ефективно вирішує проблему відповідності суворим-вимогам щодо точності відстані між отворами-, які в іншому випадку важко гарантувати-, і забезпечує рішення для обробки подібних конфігурацій отворів для зубчастої передачі.
