Частини рами коліс зазвичай мають високі технічні вимоги, такі як розміри та геометричні допуски. Традиційна двоконтактна система позиціонування з одного боку використовує посадку з зазором, що призводить до великих похибок позиціонування та нестабільної точності обробки деталей. Надпозиціювання має дві сторони. З одного боку, це порушує шеститочковий принцип позиціонування і впливає на затиск і позиціонування. З іншого боку, при правильному поводженні це може підвищити жорсткість і точність обробки деталі. Правильний аналіз і обробка надмірного позиціонування може підвищити точність позиціонування, не впливаючи на завантаження та вивантаження заготовок. Це запорука раціонального проектування світильників з перерозташуванням. Завдяки функціям складання та моделювання руху програмного забезпечення UG NX можна інтуїтивно відобразити вплив зазору підгонки на похибку позиціонування круглих отворів у різних положеннях. Точність позиціонування двоконтактної структури подвійного розширення з покращеною похибкою позиціонування була покращена, але вона все ще має свої обмеження. Для заготовок пористої рами колеса розумний метод позиціонування з трьома штифтами з одного боку може досягти вищої та стабільнішої точності позиціонування, ніж метод позиціонування з двома штифтами з одного боку.
1 Передмова
Перепозиціонування означає, що певний ступінь свободи заготовки обмежується двічі або більше. Явище надмірного позиціонування може легко призвести до відмови жорсткої заготовки при правильному встановленні, і його слід уникати, наскільки це можливо [1]. Позиціонуючі штифти, які використовуються в процесі затискання та позиціонування з двома штифтами на одній стороні, приблизно поділяються на дві категорії: жорсткі штифти та гнучкі штифти. І жорсткі, і гнучкі штифти мають свої обмеження. Розривна посадка жорсткої конструкції з двома штифтами з одного боку обмежує точність обробки. Гнучкий двоконтактний з одного боку складно і дорого виготовляти. Крім того, двоштифтовий з одного боку має обмежену сферу застосування і не може відповідати вимогам для обробки пористих деталей, таких як рами коліс. Як забезпечити точність позиціонування пористих деталей на вертикальних обробних центрах є питанням, яке варто вивчити.
2 Обмеження двох шпильок з одного боку
2.1 Тип розриву з двома штифтами з одного боку
Традиційна двоконтактна конструкція з розривом з одного боку використовує жорсткі позиціонуючі штирі. Щоб уникнути надмірного позиціонування, використовуються циліндричний штифт і штифт з ріжучою кромкою. Його принцип позиціонування полягає в позиціонуванні циліндричного штифта та орієнтації алмазного штифта. Циліндричний позиціонуючий штифт обмежує свободу руху заготовки в напрямках X і Y і відіграє основну роль позиціонування; алмазний позиціонуючий штифт (метою різання кромок є збільшення зазору між отворами для штифтів і компенсація похибки відстані між отворами заготовки та похибки відстані між штифтами пристосування. Під час встановлення слід переконатися, що це не кромка циліндр у напрямку вертикальної лінії, що з’єднує центри двох отворів) лише обмежує свободу обертання заготовки навколо осі Z і зазвичай відіграє роль кутового позиціонування. Похибка зсуву базових розмірів процесу в горизонтальному напрямку зазвичай визначається парою позиціонування циліндричного штифтового отвору, яка в основному пов’язана з випадковим блуканням і плаванням основного позиціонуючого отвору на заготовці відносно циліндричного позиціонуючого штифта. Похибка зміщення базової точки у вертикальному напрямку пов’язана з центром двох отворів. Лінія з’єднання пов’язана з кутом осі Х, який визначається кутовою похибкою заготовки, спричиненою зазором між штифтом позиціонування пристосування та отвором позиціонування заготовки.
Незважаючи на те, що традиційна структура з двома штифтами з зазором з одного боку дозволяє уникнути надмірного позиціонування, вона збільшує похибку позиціонування в позиціонуючому отворі штифта, що ріже край. Як показано на малюнку 1, коли контрольний отвір максимального граничного розміру стикається з позиціонуючим штифтом мінімального граничного розміру, контактні лінії контактних отворів розташовані по обидва боки лінії, що з’єднує два отвори, і коли відбувається відхилення граничного кута між лінією, що з’єднує два отвори, і лінією, що з’єднує два штифти, виникнуть найнесприятливіші умови позиціонування, які можуть легко призвести до того, що положення отвору буде поза допуском [2].
картина
Рисунок 1: Похибка обертання двох штифтів з одного боку
Щоб зменшити похибку опорного зміщення та похибку кута повороту, спричинену випадковим плаванням, слід усунути відповідний зазор між отворами для штифтів, тобто слід зменшити відхилення розміру отворів для позиціонування та штифтів. Проте ступінь, до якого можна підвищити точність заготовок і інструментів, обмежена точністю обробки верстатів. Чим менший допуск на крок отвору та допуск на діаметр отвору, тим складнішою та вищою буде обробка, і якщо зазор підгонки занадто малий, це спричинить великі проблеми під час завантаження та вивантаження заготовок. На малюнку 1 видно, що за умови певного зазору між отвором і штифтом, чим довша відстань L між двома отворами, тим менша похибка кута повороту Δφ, і помилка позиціонування, викликана кутом повороту, відносно зменшується.
2.2 Розширюваний тип з двома штифтами з одного боку
У реальному виробництві, щоб підвищити точність позиціонування та полегшити завантаження та вивантаження заготовок, часто використовується розширювана двоконтактна структура з одного боку. Двоконтактна конструкція, що розширюється, з одного боку спочатку використовує зазор для гнучкого затискання, а потім використовує механізм розширення штифта для розширення позиціонуючого штифта, щоб усунути зазор для збігу отвору для штифта та зменшити кутову помилку. У той же час, через різницю між відстанями між позиціонуючими отворами та відстанню між позиціонуючими штифтами, деталь буде трохи рухатися через розширення позиціонуючих отворів, і різниця у відстані ефективно вирівнюється, тим самим покращуючи позиційна точність оброблених отворів. Застосування розширюваної двоштирькової конструкції з одного боку також може знизити точність обробки отвору позиціонування заготовки, задовольнивши вимоги конструкції, тим самим заощадивши виробничі витрати [3].
Розширювальна структура позиціонуючого штифта поділяється на два типи: розширення по повному колу та кількаточкове розширення, які відповідно відповідають циліндричному позиціонуючому штифту, який відіграє основну позиціонувальну роль, і штифту для різання кромок, який обмежує похибку кута заготовки. Розширювану двоконтактну структуру з одного боку можна розділити на одинарний тип розширення та тип подвійного розширення.
У структурі з двома штифтами з одним розширенням з одного боку циліндричний позиціонуючий штифт, який відіграє основну роль позиціонування, зазвичай розроблений як тип зовнішнього розширення, який використовується, коли діаметр центрального позиціонуючого отвору деталі більший і діаметр отвору кутового позиціонування менший.
Двоконтактна конструкція типу подвійного розширення з одного боку в основному використовується в ситуаціях, коли діаметри центрального позиціонуючого отвору та кутового позиціонуючого отвору заготовки великі. Звичайна конструкція подвійного розширення з двома штифтами з одного боку переважно використовує структуру розширення клапана із зубцями, і обидва штифти позиціонування виготовлені з високоякісної пружинної сталі. Нова двоконтактна конструкція типу подвійного розширення з одного боку переважно використовує тонкостінні позиціонуючі штифти з плаваючим носієм, встановленим у внутрішній порожнині. Плаваючі середовища включають тверді сфери, пасти та рідини. Якщо взяти тонкостінні позиціонуючі штифти з рідкого пластику як приклад, коли натискний гвинт створює тиск на рідкий пластик у тонкостінній розширювальній втулці через ковзну колону, рідкий пластик у внутрішній порожнині позиціонуючого штифта буде рівномірно передавати тиск, який він витримує , так що тонкостінний позиціонуючий штифт зазнає пластичної деформації та радіально розширюється, а вісь позиціонуючого штифта та центрального отвору збігаються, таким чином досягаючи мети зменшення помилки позиціонування. Після обробки заготовки тиск у тонкостінній розширювальній втулці зменшується, і позиціонуючий штифт відокремлюється від заготовки.
2.3 Обмеження двоконтактної конструкції з одного боку
Процес позиціонування двох штифтів з одного боку також можна розглядати як процес складання штифта з отвором. Таким чином, програмне забезпечення UG NX можна використовувати для збирання штифтів і отворів, щоб імітувати метод переміщення двох штифтів з одного боку. Візьмемо як приклад обертовий диск з нержавіючої сталі, N (непарна кількість) коаксіальних отворів φD1 рівномірно розподілено на обох торцевих поверхнях, а центром є великий наскрізний отвір φD2. Програмне забезпечення UG NX використовується для складання штифтів і отворів. Існують три контактні обмеження між інструментом і заготівлею, а саме контакт торцевої поверхні між базовою пластиною та заготовкою та контакт між двома наборами отворів для штифтів. Щоб більш інтуїтивно представити явище посилення помилки позиціонування двоконтактної структури позиціонування в пористій заготовці, відповідний зазор між двома парами циліндричних штифтів і отворів встановлено на 3 мм.
Як показано на малюнку 2, якщо центральний великий отвір Q1 і малий отвір Q2 на розподільному колі використовуються як еталон, оскільки існує відповідний проміжок, навіть якщо він розташований надто, коли штифт і циліндр отвору знаходяться при частковому контакті заготовка все ще може бути в невеликому діапазоні. внутрішній поплавок. На додаток до двох позиціонуючих отворів, похибки позиціонування решти двох отворів K3 і K4 на розподільному колі обертового диска змінюються за розміром через їх відносне положення щодо двох позиціонуючих штифтових отворів Q1 і Q2. З рисунка 2 можна інтуїтивно побачити, що похибка позиціонування малих отворів K3 і K4 на колі розподілу значно перевищує сполучний зазор отвору для шпильки на 3 мм, тобто похибка позиціонування посилюється відносно сполучного зазору. . Використання центрального отвору та малих отворів на розподільному колі Метод позиціонування з двома штифтами з одного боку отвору не відповідає вимогам обробки.
картина
Малюнок 2: Явище посилення помилки в позиціонуванні центральних отворів і отворів по окружності
Як показано на малюнку 3, якщо два маленькі отвори Q2 і K4 на розподільному колі обертового диска використовуються як еталон, очевидно, що відстань між штифтами цього методу більша, ніж у попередньому методі. Хоча відстань між штифтами збільшується, що призводить до відносного зменшення похибки кута повороту, похибка позиціонування решти двох отворів Q1 і K3 все ще перевищує зазор узгодження на 3 мм, а також існує явище різних положень отворів і різних помилки позиціонування. Таке двоконтактне позиціонування з одного боку все ще не відповідає технічним вимогам.
картина
Малюнок 3: Явище посилення помилки при подвійному позиціонуванні отвору по окружності
Навіть якщо використовується структура подвійного розширення з двома штифтами з одного боку, систематичні помилки, такі як вимірювання, виготовлення та складання, неминуче виникають під час процесу виробництва компонентів позиціонування кріплення. Через похибку виготовлення самого кріплення осі штифта і вала не можуть повністю збігатися. У той же час, незважаючи на те, що у вертикальному напрямку з'єднання між двома штифтами, кутова похибка зменшується за рахунок усунення зазору підгонки; у напрямку з’єднання двох штифтів, штифт. Різниця в опорній відстані між отворами буде гомогенізована через невелике зміщення заготовки, але помилка позиціонування лише зменшується відносно жорсткого циліндричного штифта, і її неможливо усунути . Його розмір залежить від форми, положення та точності розмірів самого кріплення при його виготовленні. , і за винятком двох позиціонуючих отворів, похибки позиціонування інших отворів все ще відрізнятимуться через їхнє відносне положення щодо отворів для позиціонуючих штифтів. Все ще існує тенденція посилення помилки позиціонування відносно двох штифтів з одного боку, а також є явище поза межами допуску.
3 Подвійний аналіз природи надмірного позиціонування
Явище надмірного позиціонування може легко призвести до того, що тверді заготовки не будуть встановлені нормально. Однак за певних умов розумне використання надмірного позиціонування може досягти хороших результатів і очевидних переваг.
Для заготовок із слабкою жорсткістю та високими вимогами до точності, наприклад, тонкостінних заготовок, тонких стрижнів або заготовок із великою плоскою поверхнею як орієнтиром позиціонування, великих деталей тощо, більш вигідним є затиск із надмірним позиціонуванням. Для заготовок з низькою жорсткістю будь-які місця, які легко деформуються, повинні бути максимально обмежені. Мета полягає в тому, щоб запобігти деформації, спричиненій силами різання під час обробки, підвищити жорсткість позиціонування та затиску, забезпечити стабільність процесу обробки та підвищити точність обробки.
Під час точіння заготовки по довгій осі один кінець заготовки затискається трьома захватами, а інший кінець підтримується кінчиком хвоста. Свобода руху заготовки в напрямках Y і Z обмежена двічі, що призводить до надмірного позиціонування. Порівняно з опорою без наконечників, площа контакту та надійність затиску збільшуються, жорсткість заготовки посилюється, обробка проходить плавно, а якість обробки та ефективність заготовки значно покращуються.
При фрезерній обробці три опорні точки визначають площину, а четверта опорна точка не може бути абсолютно компланарною з ABC. Фіксована поверхня з чотирма точками переміщена. Однак у реальному виробництві кілька поверхонь із кращою точністю взаємного розташування часто використовуються як орієнтири позиціонування одночасно, утворюючи метод надмірного позиціонування. Цей метод перепозиціонування не тільки підвищує надійність затискання та жорсткість системи, але також покращує деформацію тонкостінних деталей під напругою, тим самим покращуючи якість обробки продукту. Видалення четвертої точки опори та усунення методів надмірного позиціонування має протилежний ефект.
Іншими словами, деякі методи позиціонування мають надмірне позиціонування з формальної точки зору, але немає суттєвих взаємних перешкод або конфлікту між точками опори позиціонування з неодноразово обмеженими ступенями свободи, або, хоча перешкоди є, вони не перевищують допустимі межа заготовки. вимогам, такий вид надмірного позиціонування допускається. Іншими словами, використовуючи прецизійну базу з високою точністю обробки як базу позиціонування, похибка бази позиціонування є невеликою, і положення заготовки все ще може плавати в межах невеликого діапазону. Цей вид надмірного позиціонування є лише формальним надмірним позиціонуванням і допускається [4].
При використанні позиціонування необхідно звернути увагу на наступні три моменти.
1) Помилка еталонного позиціонування визначає ступінь небажаності результату перешкод при надмірному позиціонуванні. Чим більша похибка позиціонування, тим серйозніша інтерференційна деформація та більші несприятливі наслідки. Тому до розміру та геометричної точності опорного отвору позиціонування, який використовується як заготовка, необхідно висунути вищі вимоги, щоб зменшити похибку самого базового позиціонування.
2) Зусилля, що використовується для завантаження та розвантаження заготовки, має бути відповідним, а її локальна деформація та контактна напруга повинні контролюватися в межах, дозволених технічними вимогами.
3) У системі кріплення з надмірним позиціонуванням кількість позиціонуючих частин впливає на загальне відхилення всієї системи кріплення.
4 Випадки застосування триконтактного перепозиціонування з одного боку
Поворотна пластина з нержавіючої сталі, згадана раніше, має загальну висоту 210 мм і I-подібний поперечний переріз. Є N (непарна кількість) коаксіальних і рівномірно розподілених малих отворів φD1 на обох торцевих поверхнях і великий наскрізний отвір φD2 у центрі. Ця заготовка є зварною структурною частиною, і існують високі вимоги між верхньою та нижньою осями малих отворів, між рівномірною круговою віссю та віссю великих отворів, а також положенням малих отворів відносно великих отворів. При обробці на вертикальному обробному центрі складність полягає в високих вимогах до співвісності малих отворів між верхнім і нижнім шарами. Використання розширеного інструменту для обробки та розточування з одного кінця може забезпечити технічні вимоги, але подовжений розточувальний інструмент вимагає багатьох специфікацій, вартість інструменту висока, під час обробки може виникати вібрація, а ефективність невисока. Тому більш доцільним рішенням для обробки є використання спеціального пристосування, розворотної обробки, тому потрібна лише невелика кількість коротких ножів. Запорукою успіху плану розворотної обробки є те, що точність затискання та позиціонування під час токарної обробки повинна відповідати технічним вимогам.
Як згадувалося раніше, коли точна точка відліку використовується як точка відліку позиціонування, допускається надмірне позиціонування для підвищення точності позиціонування. При використанні вертикального обробного центру для обробки отворів на другій поверхні поворотного столу для затискання можна використовувати структуру позиціонування з трьома штифтами з одного боку. Нижня поверхня інструменту та три осі циліндричних штифтів на ній використовуються як базова точка позиціонування, а заготовка базується на зазорі між отвором і штифтом. Встановлюється на основну плиту інструменту відповідним чином. Переміщення деталі XY і обертання навколо осі Z одночасно обмежуються трьома парами позиціонуючих отворів. Згідно з трьома вищезазначеними умовами використання надмірного позиціонування, високоточний вертикальний обробний центр повинен використовуватися для виготовлення базової пластини інструменту та обробки малих отворів на першій поверхні поворотного столу, щоб зменшити різницю між штифтами та відстань між отворами. Обробний центр має високу точність позиціонування (похибка позиціонування менше або дорівнює 0.01 мм). Таким чином, різницю в розмірі між шпильками та отворами, а також помилку форми можна ігнорувати. Єдиним фактором, який впливає на точність позиціонування, є відповідний зазор між штифтами та отворами [5].
Продовжуйте використовувати програмне забезпечення UG NX для моделювання процесу позиціонування та затискання трьох штирів з одного боку та додайте обмеження контакту для третьої пари отворів для штифтів. Як видно з навігатора складання на малюнку 4, статус позиції пористої заготовки 2 є маленьким колом «наполовину чорним, наполовину білим», що вказує на те, що заготовка 2 знаходиться в частково обмеженому стані. Натисніть кнопку обмеження на панелі інструментів складання, перемістіть курсор до заготовки, натисніть і утримуйте та обертайте мишу. Кожне з трьох маленьких отворів на заготовці обертатиметься навколо контактного циліндричного штифта одночасно. Заготовка справді перебуває в неповному обмеженому стані. Очевидно, що за допомогою програмного забезпечення UG NX можна інтуїтивно побачити, що коли заготовка в триконтактній конструкції плаває, діаметр кільця, утвореного центром маленького отвору, не перевищуватиме зазор для підгонки, а суміщений ефект трьох обмежень робить центр заготовки більшим. Діра може плавати лише в межах невеликого діапазону. Отже, яка помилка позиціонування великого отвору в центрі заготовки?
