Części ram kół mają zazwyczaj wysokie wymagania techniczne, takie jak wymiary i tolerancje geometryczne. Tradycyjny dwubolcowy system pozycjonowania z jednej strony wykorzystuje pasowanie z luzem, co prowadzi do dużych błędów pozycjonowania i niestabilnej dokładności obróbki części. Nadmierne pozycjonowanie ma dwie strony. Z jednej strony narusza to zasadę sześciopunktowego pozycjonowania i wpływa na zaciskanie i pozycjonowanie. Z drugiej strony, jeśli jest właściwie obsługiwany, może poprawić sztywność i dokładność obróbki części. Prawidłowa analiza i przetwarzanie nadmiernego pozycjonowania może poprawić dokładność pozycjonowania bez wpływu na załadunek i rozładunek detali. To jest klucz do racjonalnego projektowania opraw z przesuniętym położeniem. Dzięki funkcjom symulacji montażu i ruchu oprogramowania UG NX można intuicyjnie wyświetlić wpływ luzu pasowania na błąd pozycjonowania okrągłych otworów w różnych pozycjach. Dokładność pozycjonowania dwupinowej konstrukcji z podwójnym rozprężaniem i poprawionym błędem pozycjonowania została poprawiona, ale nadal ma ona swoje ograniczenia. W przypadku porowatych elementów ramy kół rozsądna metoda pozycjonowania z trzema kołkami po jednej stronie może zapewnić wyższą i bardziej stabilną dokładność pozycjonowania niż metoda pozycjonowania z dwoma kołkami po jednej stronie.
1 Przedmowa
Przepozycjonowanie oznacza, że pewien stopień swobody przedmiotu obrabianego jest ograniczony dwukrotnie lub więcej. Zjawisko nadmiernego pozycjonowania może łatwo doprowadzić do nieprawidłowego montażu sztywnego przedmiotu obrabianego i należy go w miarę możliwości unikać [1]. Kołki pozycjonujące stosowane w procesie mocowania i pozycjonowania metodą „dwa sworznie na boku” można z grubsza podzielić na dwie kategorie: kołki sztywne i kołki elastyczne. Zarówno sztywne, jak i elastyczne kołki mają swoje ograniczenia. Szczelinowe dopasowanie sztywnej dwuczopowej konstrukcji po jednej stronie ogranicza dokładność obróbki. Elastyczny dwubolcowy styk po jednej stronie jest kłopotliwy i kosztowny w produkcji. Co więcej, dwubolcowy łącznik z jednej strony ma ograniczony zakres zastosowań i nie może spełniać wymagań przy obróbce części porowatych, takich jak ramy kół. Kwestią wartą przestudiowania jest zapewnienie dokładności pozycjonowania części porowatych na pionowych centrach obróbczych.
2 Ograniczenia dwóch pinów po jednej stronie
2.1 Typ szczelinowy z dwoma kołkami po jednej stronie
Tradycyjna konstrukcja z dwoma sworzniami typu szczelinowego po jednej stronie wykorzystuje sztywne kołki pozycjonujące. Aby uniknąć nadmiernego pozycjonowania, stosuje się kołek cylindryczny i kołek z krawędzią tnącą. Zasada pozycjonowania polega na pozycjonowaniu kołków cylindrycznych i orientacji kołków rombowych. Cylindryczny kołek pozycjonujący ogranicza swobodę ruchu przedmiotu obrabianego w kierunkach X i Y i pełni główną rolę pozycjonującą; diamentowy kołek pozycjonujący (celem cięcia krawędzi jest zwiększenie rozstawu otworów na kołki i kompensacja błędu rozstawu otworów w przedmiocie obrabianym oraz błędu rozstawu kołków uchwytu. Podczas montażu należy zwrócić uwagę, aby było to trzpień bez krawędzi cylindra w kierunku linii pionowej łączącej środki dwóch otworów) ogranicza jedynie swobodę obrotu przedmiotu obrabianego wokół osi Z i zwykle pełni rolę pozycjonowania kątowego. Błąd przemieszczenia punktu odniesienia wymiarów procesu w kierunku poziomym jest zwykle określany przez parę pozycjonującą cylindryczny otwór na kołek, co wynika głównie z przypadkowego przemieszczania się i pływania głównego otworu pozycjonującego na przedmiocie obrabianym względem cylindrycznego kołka pozycjonującego. Błąd przemieszczenia punktu odniesienia w kierunku pionowym jest powiązany ze środkiem dwóch otworów. Linia połączenia jest powiązana z kątem osi X, który jest określony przez błąd kątowy przedmiotu obrabianego, spowodowany szczeliną pomiędzy kołkiem pozycjonującym uchwyt, a otworem pozycjonującym przedmiot.
Chociaż tradycyjna konstrukcja z dwoma sworzniami typu szczelinowego po jednej stronie pozwala uniknąć nadmiernego pozycjonowania, zwiększa błąd pozycjonowania w otworze pozycjonującym sworznia do cięcia krawędzi. Jak pokazano na rysunku 1, gdy otwór referencyjny o maksymalnym rozmiarze granicznym styka się z kołkiem pozycjonującym o minimalnym rozmiarze granicznym, linie styku otworu kołkowego znajdują się po obu stronach linii łączącej oba otwory, a gdy następuje odchylenie kąta granicznego pomiędzy linią łączącą dwa otwory a linią łączącą dwa kołki, wystąpią najbardziej niekorzystne warunki pozycjonowania, które łatwo mogą spowodować, że położenie otworu będzie poza tolerancją [2].
zdjęcie
Rysunek 1: Błąd obrotu dwóch kołków po jednej stronie
Aby zmniejszyć błąd przemieszczenia odniesienia i błąd kąta obrotu spowodowany przypadkowym pływaniem, należy wyeliminować pasującą szczelinę otworów na kołki, to znaczy należy zmniejszyć odchylenie wielkości otworów pozycjonujących i kołków. Jednakże zakres, w jakim można poprawić dokładność przedmiotów obrabianych i oprzyrządowania, jest ograniczony przez dokładność obróbki obrabiarek. Im mniejsza tolerancja podziałki otworu i tolerancja średnicy otworu, tym trudniejsze i wyższe koszty będą w obróbce, a jeśli szczelina pasowania będzie zbyt mała, spowoduje to duże problemy przy załadunku i rozładunku przedmiotów obrabianych. Z rysunku 1 wynika, że pod warunkiem pewnego luzu-kołka, im większa jest odległość L między dwoma otworami, tym mniejszy jest błąd kąta obrotu Δφ, a błąd pozycjonowania spowodowany kątem obrotu jest stosunkowo mniejszy.
2.2 Typ rozszerzalny z dwoma pinami po jednej stronie
W rzeczywistej produkcji, w celu poprawy dokładności pozycjonowania oraz ułatwienia załadunku i rozładunku detali, często stosuje się rozsuwaną konstrukcję dwubolcową z jednej strony. Rozszerzalna konstrukcja z dwoma sworzniami z jednej strony wykorzystuje najpierw szczelinę z otworem na kołek w celu elastycznego mocowania, a następnie wykorzystuje mechanizm rozszerzający sworznia do rozszerzania sworznia pozycjonującego, aby wyeliminować szczelinę dopasowaną do otworu na kołek i zmniejszyć błąd narożnika. Jednocześnie, ze względu na różnicę odstępu między otworami pozycjonującymi a odstępem między kołkami pozycjonującymi, przedmiot obrabiany będzie się nieznacznie przesuwał na skutek rozszerzania się otworów pozycjonujących, a różnica odstępów zostanie skutecznie wyrównana, co poprawia dokładność pozycjonowania obrabianych otworów. Zastosowanie jednostronnie rozciągliwej konstrukcji dwubolcowej może również zmniejszyć dokładność obróbki otworu pozycjonującego detal przy jednoczesnym spełnieniu wymagań projektowych, oszczędzając w ten sposób koszty produkcji [3].
Struktura rozprężania trzpienia pozycjonującego dzieli się na dwa typy: rozszerzanie pełnoobrotowe i rozszerzanie kilkupunktowe, które odpowiednio odpowiadają cylindrycznemu kołkowi pozycjonującemu, który pełni główną rolę pozycjonującą, oraz kołkowi do cięcia krawędzi, który ogranicza błąd kąta przedmiotu obrabianego. Rozszerzalną strukturę dwupinową z jednej strony można podzielić na typ pojedynczego rozszerzenia i typ podwójnego rozszerzenia.
W konstrukcji z dwoma sworzniami typu pojedynczego rozprężania z jednej strony cylindryczny kołek pozycjonujący, który pełni główną rolę pozycjonującą, jest zwykle zaprojektowany jako typ rozprężania zewnętrznego, który jest stosowany, gdy średnica środkowego otworu pozycjonującego przedmiotu obrabianego jest większa i średnica kątowego otworu pozycjonującego jest mniejsza.
Konstrukcja z dwoma sworzniami typu podwójnego rozprężania z jednej strony jest najczęściej stosowana w sytuacjach, gdy średnica centralnego otworu pozycjonującego i kątowego otworu pozycjonującego przedmiotu obrabianego są duże. Powszechna konstrukcja z podwójnym rozprężaniem z dwoma sworzniami po jednej stronie wykorzystuje w większości konstrukcję z klapą zębatą, a oba sworznie pozycjonujące są wykonane z wysokiej jakości stali sprężynowej. Nowa, dwupinowa konstrukcja typu podwójnego rozprężania z jednej strony wykorzystuje głównie cienkościenne kołki pozycjonujące z pływającym medium zainstalowanym we wnęce wewnętrznej. Media pływające obejmują stałe kulki, pasty i ciecze. Biorąc za przykład cienkościenne kołki pozycjonujące z płynnego tworzywa sztucznego, gdy śruba dociskowa wywiera nacisk na płynne tworzywo sztuczne w cienkościennej tulejce rozporowej przez kolumnę przesuwną, płynne tworzywo sztuczne znajdujące się w wewnętrznej wnęce kołka pozycjonującego będzie równomiernie przenosić wywierany przez siebie nacisk , tak że cienkościenny kołek pozycjonujący ulega odkształceniu plastycznemu i rozszerza się promieniowo, a oś kołka pozycjonującego i centralnego otworu pokrywają się, osiągając w ten sposób cel zmniejszenia błędu pozycjonowania. Po obróbce przedmiotu nacisk w cienkościennej tulei rozprężnej zostaje zmniejszony, a kołek pozycjonujący zostaje oddzielony od przedmiotu obrabianego.
2.3 Ograniczenia konstrukcji dwupinowej z jednej strony
Proces pozycjonowania dwóch kołków po jednej stronie można również uznać za proces montażu przedmiotu obrabianego z kołkiem i otworem. Dlatego też oprogramowanie UG NX może służyć do montażu kołków i otworów w celu symulacji metody nadmiernego pozycjonowania dwóch kołków po jednej stronie. Biorąc za przykład tarczę obrotową ze stali nierdzewnej, N (liczba nieparzysta) współosiowych otworów φD1 jest równomiernie rozmieszczonych na obu powierzchniach końcowych, a środkiem jest duży otwór przelotowy φD2. Do montażu kołków i otworów służy oprogramowanie UG NX. Istnieją trzy wiązania styku pomiędzy oprzyrządowaniem a przedmiotem obrabianym, a mianowicie kontakt powierzchni końcowej pomiędzy płytą podstawy a przedmiotem obrabianym oraz kontakt pomiędzy dwoma zestawami otworów na kołki. Aby bardziej intuicyjnie przedstawić zjawisko wzmocnienia błędu pozycjonowania w dwubolcowej strukturze pozycjonującej w porowatym przedmiocie obrabianym, szczelinę dopasowującą pomiędzy dwiema parami cylindrycznych kołków i otworów ustalono na 3 mm.
Jak pokazano na rysunku 2, jeśli centralny duży otwór Q1 i mały otwór Q2 na okręgu rozdzielczym zostaną użyte jako punkt odniesienia, ponieważ istnieje pasująca szczelina, nawet jeśli jest ona przesunięta, gdy sworzeń i cylinder otworu są przy częściowym kontakcie przedmiot obrabiany może nadal znajdować się w niewielkim zakresie. pływak wewnętrzny. Oprócz dwóch otworów pozycjonujących, błędy pozycjonowania pozostałych dwóch otworów K3 i K4 na okręgu rozdzielczym tarczy obrotowej różnią się wielkością ze względu na ich względne położenie w stosunku do dwóch otworów kołków pozycjonujących Q1 i Q2. Z rysunku 2 widać intuicyjnie, że błąd pozycjonowania małych otworów K3 i K4 na okręgu rozdzielczym znacznie przekracza szczelinę współpracującą otworu kołka o 3 mm, co oznacza, że błąd pozycjonowania jest wzmacniany w stosunku do szczeliny współpracującej . Korzystanie z otworu centralnego i małych otworów w okręgu dystrybucyjnym Metoda pozycjonowania z dwoma kołkami po jednej stronie otworu nie spełnia wymagań przetwarzania.
zdjęcie
Rysunek 2: Zjawisko wzmocnienia błędu w pozycjonowaniu otworów centralnych i obwodowych
Jak pokazano na rysunku 3, jeśli jako punkt odniesienia zastosuje się dwa małe otwory Q2 i K4 na okręgu rozdzielczym tarczy obrotowej, oczywiste jest, że odstęp między pinami w tej metodzie jest większy niż w poprzedniej metodzie. Pomimo zwiększenia rozstawu kołków, co skutkuje względną redukcją błędu kąta obrotu, błąd pozycjonowania pozostałych dwóch otworów Q1 i K3 w dalszym ciągu przekracza szczelinę dopasowania o 3 mm, występuje także zjawisko odmiennego położenia otworów i różnej błędy pozycjonowania. Tego rodzaju dwupinowe umiejscowienie z jednej strony w dalszym ciągu nie spełnia wymagań technicznych.
zdjęcie
Rysunek 3: Zjawisko wzmocnienia błędu przy podwójnym pozycjonowaniu otworów obwodowych
Nawet w przypadku zastosowania konstrukcji o podwójnym rozszerzeniu z dwoma sworzniami po jednej stronie, w procesie produkcji elementów pozycjonujących uchwyty nieuchronnie pojawiają się błędy systematyczne, takie jak pomiary, produkcja i montaż. Ze względu na błąd produkcyjny samego mocowania, osie sworznia i wału nie mogą się całkowicie pokrywać. Jednocześnie, chociaż w kierunku pionowym połączenia między dwoma kołkami, błąd kątowy zmniejsza się dzięki eliminacji szczeliny pasowanej; w kierunku połączenia dwóch sworzni, sworznia. Różnica w odniesieniu do rozstawu otworów zostanie ujednolicona ze względu na niewielkie przemieszczenie przedmiotu obrabianego, ale błąd pozycjonowania zmniejsza się jedynie w stosunku do sztywnego kołka cylindrycznego i nie można go wyeliminować . Jego rozmiar zależy od kształtu, położenia i dokładności wymiarowej samego urządzenia w momencie jego produkcji. , i z wyjątkiem dwóch otworów pozycjonujących, błędy pozycjonowania pozostałych otworów będą nadal się różnić w zależności od ich względnego położenia względem otworów na kołki pozycjonujące. Nadal istnieje tendencja do zwiększania się błędu pozycjonowania w stosunku do dwóch kołków po jednej stronie i występuje zjawisko przekroczenia tolerancji.
3 Analiza podwójnego charakteru nadmiernego pozycjonowania
Zjawisko nadmiernego pozycjonowania może łatwo doprowadzić do nieprawidłowego montażu sztywnych elementów. Jednak w pewnych warunkach rozsądne wykorzystanie nadmiernego pozycjonowania może przynieść dobre rezultaty i oczywiste korzyści.
W przypadku przedmiotów o małej sztywności i wysokich wymaganiach dotyczących precyzji, takich jak cienkościenne przedmioty, smukłe pręty lub przedmioty o dużej płaskiej powierzchni jako odniesienie do pozycjonowania, duże części itp., bardziej korzystne jest mocowanie z nadmiernym pozycjonowaniem. W przypadku detali o słabej sztywności wszelkie miejsca łatwo odkształcające się należy w jak największym stopniu unieruchomić. Celem jest zapobieganie odkształceniom spowodowanym siłami skrawania podczas obróbki, zwiększenie sztywności pozycjonowania i mocowania, zapewnienie stabilności procesu obróbki i poprawa dokładności obróbki.
Podczas toczenia przedmiotu obrabianego o długiej osi jeden koniec przedmiotu obrabianego jest mocowany trzema pazurami, a drugi koniec jest podtrzymywany przez końcówkę ogonową. Swoboda ruchu przedmiotu obrabianego w kierunkach Y i Z jest dwukrotnie ograniczona, co skutkuje przepozycjonowaniem. W porównaniu z podporą bez końcówki zwiększa się powierzchnia styku i niezawodność mocowania, zwiększa się sztywność przedmiotu obrabianego, obróbka przebiega płynnie, a jakość obróbki i wydajność przedmiotu obrabianego znacznie się poprawia.
Podczas obróbki frezarskiej trzy punkty podparcia definiują płaszczyznę, a czwarty punkt podparcia nie może być całkowicie współpłaszczyznowy z ABC. Czteropunktowa powierzchnia stała jest przesunięta. Jednak w rzeczywistej produkcji wiele powierzchni o większej dokładności wzajemnego położenia jest często używanych jednocześnie jako punkty odniesienia dla pozycjonowania, tworząc metodę nadmiernego pozycjonowania. Ta metoda nadmiernego pozycjonowania nie tylko zwiększa niezawodność mocowania i sztywność systemu, ale także poprawia odkształcenie naprężeniowe cienkościennych detali, zapewniając w ten sposób lepszą jakość przetwarzania produktu. Usunięcie czwartego punktu podparcia i wyeliminowanie metod nadmiernego pozycjonowania daje odwrotny skutek.
Innymi słowy, niektóre metody pozycjonowania są z formalnego punktu widzenia nadmiernie pozycjonowane, ale nie ma istotnej wzajemnej interferencji lub konfliktu pomiędzy punktami pozycjonowania o wielokrotnie ograniczonych stopniach swobody lub chociaż występuje interferencja, to nie przekracza ona dopuszczalnego granica obrabianego przedmiotu. wymagań, tego rodzaju nadmierne pozycjonowanie jest dozwolone. Innymi słowy, jeśli jako punkt odniesienia pozycjonowania stosuje się precyzyjny punkt odniesienia o dużej dokładności obróbki, błąd punktu odniesienia pozycjonowania jest mały, a położenie przedmiotu obrabianego może nadal zmieniać się w niewielkim zakresie. Tego rodzaju przepozycjonowanie jest jedynie przemieszczeniem formalnym i może mieć miejsce [4].
Korzystając z pozycjonowania, należy zwrócić uwagę na trzy poniższe punkty.
1) Błąd odniesienia pozycjonowania określa stopień niepożądanego wyniku zakłócenia nadmiernego pozycjonowania. Im większy błąd punktu odniesienia, tym poważniejsze odkształcenie interferencyjne i tym większe niekorzystne konsekwencje. Dlatego należy postawić wyższe wymagania dotyczące wielkości i dokładności geometrycznej otworu odniesienia pozycjonowania używanego jako przedmiot obrabiany, aby zmniejszyć błąd samego punktu odniesienia pozycjonowania.
2) Siła zastosowana do załadunku i rozładunku przedmiotu obrabianego musi być odpowiednia, a jego lokalne odkształcenia i naprężenia kontaktowe muszą być kontrolowane w zakresie dopuszczalnym przez wymagania techniczne.
3) W systemie mocowania z nadmiernym pozycjonowaniem liczba części pozycjonujących wpływa na całkowite odchylenie całego systemu mocowania.
4 Przypadki zastosowania jednostronnego pozycjonowania trzech pinów
Wspomniana wcześniej płyta obrotowa ze stali nierdzewnej ma całkowitą wysokość 210 mm i przekrój w kształcie litery I. Istnieje N (liczba nieparzysta) współosiowych i równomiernie rozmieszczonych małych otworów φD1 na obu powierzchniach końcowych oraz duży otwór przelotowy φD2 w środku. Ten przedmiot obrabiany jest spawaną częścią konstrukcyjną i istnieją wysokie wymagania między górną i dolną osią małych otworów, między jednolitą osią kołową a osią dużych otworów oraz położeniem małych otworów w stosunku do dużych otworów. Podczas obróbki na pionowym centrum obróbczym trudność polega na wysokich wymaganiach dotyczących współosiowości małych otworów pomiędzy górną i dolną warstwą. Stosowanie rozszerzonej obróbki narzędzi i wytaczania z jednego końca może zapewnić spełnienie wymagań technicznych, ale wydłużone narzędzie wytaczarskie wymaga wielu specyfikacji, koszt narzędzia jest wysoki, podczas obróbki mogą występować wibracje, a wydajność nie jest wysoka. Dlatego bardziej wykonalnym rozwiązaniem w obróbce jest zastosowanie specjalnego uchwytu, obróbka z zaginaniem, dzięki czemu potrzebna jest tylko niewielka liczba krótkich noży. Kluczem do sukcesu planu obróbki za pomocą zawracania jest to, że dokładność mocowania i pozycjonowania podczas obróbki toczenia musi spełniać wymagania techniczne.
Jak wspomniano wcześniej, gdy jako punkt odniesienia pozycjonowania używany jest dokładny punkt odniesienia, dopuszczalne jest nadmierne pozycjonowanie w celu poprawy dokładności pozycjonowania. W przypadku wykorzystania pionowego centrum obróbczego do obróbki otworów na drugiej powierzchni stołu obrotowego, do mocowania można zastosować trójbolcową konstrukcję pozycjonującą z jednej strony. Dolna powierzchnia oprzyrządowania i znajdujące się na niej trzy cylindryczne osie sworznia służą jako punkt odniesienia pozycjonowania, a przedmiot obrabiany opiera się na luzie między otworem a kołkiem. Zainstalowany na płycie podstawy narzędzia w odpowiedni sposób. Przemieszczenie XY przedmiotu obrabianego i obrót wokół osi Z są jednocześnie ograniczone trzema parami par pozycjonujących otwór na kołek. Zgodnie z powyższymi trzema warunkami stosowania nadmiernego pozycjonowania, do wykonania płyty podstawowej narzędzia i obróbki małych otworów na pierwszej powierzchni stołu obrotowego należy zastosować wysoce precyzyjne pionowe centrum obróbcze, aby zmniejszyć różnicę w rozstawie sworzni i rozstaw otworów. Centrum obróbcze charakteryzuje się dużą dokładnością pozycjonowania (błąd pozycjonowania mniejszy lub równy 0,01 mm). Dlatego różnicę w wielkości pomiędzy rozstawem kołków i rozstawem otworów oraz błąd kształtu można zignorować. Jedynym czynnikiem wpływającym na dokładność pozycjonowania jest odpowiedni luz pomiędzy sworzniami i otworami [5].
Kontynuuj korzystanie z oprogramowania UG NX w celu symulacji procesu pozycjonowania i mocowania trzech kołków po jednej stronie oraz dodaj wiązania kontaktowe dla trzeciej pary otworów na kołki. Jak można zobaczyć w nawigatorze montażu na fig. 4, status położenia porowatego przedmiotu obrabianego 2 to małe kółko „w połowie czarne i w połowie białe”, co wskazuje, że przedmiot obrabiany 2 jest w stanie częściowo uwiązanym. Kliknij przycisk wiązania na pasku narzędzi złożenia, przesuń kursor na obrabiany przedmiot, naciśnij i przytrzymaj, a następnie obróć mysz. Każdy z trzech małych otworów w przedmiocie obrabianym będzie się jednocześnie obracać wokół stykającego się cylindrycznego kołka. Przedmiot obrabiany rzeczywiście znajduje się w stanie niecałkowicie związanym. Oczywiście za pomocą programu UG NX można intuicyjnie zauważyć, że gdy przedmiot obrabiany w konstrukcji trójbolcowej pływa, średnica pierścienia utworzonego przez środek małego otworu nie będzie przekraczać szczeliny pasowanej, a łączna efekt trzech ograniczeń powoduje, że środek przedmiotu obrabianego jest większy. Dziura może unosić się tylko w niewielkim zakresie. Jaki jest zatem błąd pozycjonowania dużego otworu w środku przedmiotu obrabianego?
