Wielframeonderdelen stellen doorgaans hoge technische eisen zoals afmetingen en geometrische toleranties. Het traditionele positioneringssysteem met twee pinnen aan één kant maakt gebruik van speling, wat leidt tot grote positioneringsfouten en een onstabiele nauwkeurigheid bij de verwerking van onderdelen. Overpositionering heeft twee kanten. Enerzijds schendt het het zespuntspositioneringsprincipe en beïnvloedt het de klemming en positionering. Aan de andere kant kan het, als het op de juiste manier wordt behandeld, de stijfheid en verwerkingsnauwkeurigheid van het onderdeel verbeteren. Het correct analyseren en verwerken van overpositionering kan de positioneringsnauwkeurigheid verbeteren zonder het laden en lossen van werkstukken te beïnvloeden. Dit is de sleutel tot het rationele ontwerp van overpositionerende armaturen. Met de assemblage- en bewegingssimulatiefuncties van de UG NX-software kan de impact van de passingsspeling op de positioneringsfout van ronde gaten op verschillende posities intuïtief worden weergegeven. De positioneringsnauwkeurigheid van de twee-pins structuur met dubbele expansie en verbeterde positioneringsfout is verbeterd, maar heeft nog steeds zijn beperkingen. Voor poreuze werkstukken met wielframes kan een redelijke positioneringsmethode met drie pinnen aan één kant een hogere en stabielere positioneringsnauwkeurigheid bereiken dan de positioneringsmethode met twee pinnen aan één kant.
1 Voorwoord
Overpositionering betekent dat een bepaalde vrijheidsgraad van het werkstuk tweemaal of meer wordt beperkt. Het fenomeen van overpositionering kan er gemakkelijk toe leiden dat het stijve werkstuk niet correct kan worden geïnstalleerd en moet zoveel mogelijk worden vermeden [1]. De positioneringspinnen die worden gebruikt bij het klem- en positioneringsproces met twee pinnen aan een kant, zijn grofweg verdeeld in twee categorieën: stijve pinnen en flexibele pinnen. Zowel stijve als flexibele pinnen hebben hun beperkingen. De spleetvormige pasvorm van de stijve structuur met twee pinnen aan één zijde beperkt de bewerkingsnauwkeurigheid. De flexibele twee-pins aan één kant is lastig en duur om te produceren. Bovendien heeft de tweepolige aan één zijde een beperkt toepassingsgebied en kan niet voldoen aan de eisen voor het bewerken van poreuze delen zoals wielframes. Hoe de positioneringsnauwkeurigheid van poreuze onderdelen op verticale bewerkingscentra kan worden gegarandeerd, is een onderwerp dat de moeite van het bestuderen waard is.
2 Beperkingen van twee pinnen aan één kant
2.1 Gattype met twee pinnen aan één kant
De traditionele structuur met twee pinnen aan één kant maakt gebruik van stijve positioneringspinnen. Om overpositionering te voorkomen, worden een cilindrische pen en een snijkantpen gebruikt. Het positioneringsprincipe is cilindrische pinpositionering en diamantpinoriëntatie. De cilindrische positioneringspen beperkt de bewegingsvrijheid van het werkstuk in de X- en Y-richting en speelt de belangrijkste positioneringsrol; de diamantpositioneringspen (het doel van het snijden van de randen is om de opening van de pengaten te vergroten en de fout in de gatafstand van het werkstuk en de fout in de penafstand van het armatuur te compenseren. Bij de installatie moet ervoor worden gezorgd dat het een niet-gescherpte cilinder in de richting van de verticale lijn die de middelpunten van de twee gaten verbindt) beperkt alleen de rotatievrijheid van het werkstuk rond de Z-as en speelt meestal de rol van hoekpositionering. De referentieverplaatsingsfout van procesafmetingen in horizontale richting wordt meestal bepaald door het cilindrische pingatpositioneringspaar, wat voornamelijk te wijten is aan het willekeurig rondlopen en zweven van het hoofdpositioneringsgat op het werkstuk ten opzichte van de cilindrische positioneringspin. De nulpuntverplaatsingsfout in verticale richting houdt verband met het midden van de twee gaten. De verbindingslijn houdt verband met de hoek van de X-as, die wordt bepaald door de hoekfout van het werkstuk, veroorzaakt door de opening tussen de positioneringspen van de armatuur en het positioneringsgat van het werkstuk.
Hoewel de traditionele structuur met twee pennen aan één kant overpositionering vermijdt, vergroot dit de positioneringsfout bij het positioneringsgat van de randsnijpen. Zoals weergegeven in Figuur 1, wanneer het referentiegat met de maximale limietmaat de positioneringspen van de minimale limietmaat ontmoet, bevinden de contactlijnen van het pingat zich aan beide zijden van de lijn die de twee gaten verbindt, en wanneer de limiethoekafbuiging optreedt tussen de lijn die de twee gaten verbindt en de lijn die de twee pinnen verbindt, zullen de meest ongunstige positioneringsomstandigheden optreden, waardoor de positie van het gat gemakkelijk buiten de tolerantie kan vallen [2].
afbeelding
Figuur 1: Rotatiefout van twee pinnen aan één kant
Om de referentieverplaatsingsfout en rotatiehoekfout veroorzaakt door willekeurig zweven te verminderen, moet de passende opening van de pengaten worden geëlimineerd, dat wil zeggen dat de maatafwijking van de positioneringsgaten en pennen moet worden verkleind. De mate waarin de nauwkeurigheid van werkstukken en gereedschappen kan worden verbeterd, wordt echter beperkt door de bewerkingsnauwkeurigheid van werktuigmachines. Hoe kleiner de tolerantie van de gatsteek en de gatdiameter, hoe moeilijker en hoger de kosten zullen zijn bij de verwerking, en als de passpleet te klein is, zal dit grote problemen veroorzaken bij het laden en lossen van werkstukken. Uit Figuur 1 blijkt dat, onder de voorwaarde van een bepaalde gat-penspeling, hoe langer de afstand L tussen de twee gaten is, hoe kleiner de rotatiehoekfout Δφ is, en dat de door de rotatiehoek veroorzaakte positioneringsfout relatief wordt verkleind.
2.2 Uitbreidbaar type met twee pinnen aan één kant
Om de positioneringsnauwkeurigheid te verbeteren en het laden en lossen van werkstukken te vergemakkelijken, wordt bij de daadwerkelijke productie vaak de uitzetbare structuur met twee pinnen aan één kant gebruikt. De uitbreidbare structuur met twee pinnen aan één kant maakt eerst gebruik van de pingatopening voor flexibele klemming en gebruikt vervolgens het expansiemechanisme van de pin om de positioneringspin uit te zetten om de pingat-aanpassingsopening te elimineren en de hoekfout te verminderen. Tegelijkertijd zal het werkstuk, als gevolg van het verschil tussen de afstand tussen de positioneringsgaten en de afstand tussen de positioneringspennen, enigszins bewegen als gevolg van de uitzetting van de positioneringsgaten, en wordt het afstandsverschil effectief geëgaliseerd, waardoor de positionele nauwkeurigheid van de verwerkte gaten. De toepassing van een expandeerbare structuur met twee pinnen aan één zijde kan ook de bewerkingsnauwkeurigheid van het positioneringsgat van het werkstuk verminderen en tegelijkertijd voldoen aan de ontwerpvereisten, waardoor productiekosten worden bespaard [3].
De uitzettingsstructuur van de positioneringspen is verdeeld in twee typen: volledige cirkeluitbreiding en uitzetting op meerdere punten, die respectievelijk overeenkomen met de cilindrische positioneringspen die de belangrijkste positioneringsrol speelt en de randsnijpen die de hoekfout van het werkstuk beperkt. De uitbreidbare structuur met twee pinnen aan één kant kan worden onderverdeeld in een enkelvoudig expansietype en een dubbel expansietype.
In de twee-pins structuur met enkele expansie aan één kant, is de cilindrische positioneringspen die de belangrijkste positioneringsrol speelt meestal ontworpen als een extern expansietype, dat wordt gebruikt wanneer de diameter van het middelste positioneringsgat van het werkstuk groter is en de diameter van het hoekige positioneringsgat is kleiner.
De twee-pins structuur met dubbele expansie aan één kant wordt meestal gebruikt in situaties waarin de diameters van het centrale positioneringsgat en het hoekige positioneringsgat van het werkstuk beide groot zijn. De gebruikelijke dubbele expansiestructuur met twee pinnen aan één kant maakt meestal gebruik van een getande flap-expansiestructuur, en beide positioneringspinnen zijn gemaakt van hoogwaardig verenstaal. De nieuwe twee-pins structuur met dubbele expansie aan één kant maakt meestal gebruik van dunwandige positioneringspinnen met zwevende media geïnstalleerd in de binnenholte. Drijvende media omvatten vaste bollen, pasta's en vloeistoffen. Als we bijvoorbeeld dunwandige positioneringspennen van vloeibaar plastic nemen, zal wanneer de drukschroef het vloeibare plastic in de dunwandige expansiehuls door de schuifkolom onder druk zet, het vloeibare plastic in de binnenholte van de positioneringspen de druk die het draagt gelijkmatig overbrengen , zodat de dunwandige positioneringspin plastische vervorming ondergaat en radiaal uitzet, en de as van de positioneringspin en het centrale gat samenvallen, waardoor het doel van het verminderen van positioneringsfouten wordt bereikt. Nadat het werkstuk is bewerkt, wordt de druk in de dunwandige spreidhuls verminderd en wordt de positioneringspen van het werkstuk gescheiden.
2.3 Beperkingen van de twee-pins structuur aan één zijde
Het positioneringsproces van twee pennen aan één kant kan ook worden beschouwd als het montageproces van het pen- en gatwerkstuk. Daarom kan UG NX-software worden gebruikt om de pinnen en gaten te assembleren om de overpositioneringsmethode van twee pinnen aan één kant te simuleren. Als we een roestvrijstalen roterende schijf als voorbeeld nemen, zijn N (oneven aantal) coaxiale gaten van φD1 gelijkmatig verdeeld over beide eindoppervlakken, en het midden is een groot doorgaand gat van φD2. UG NX-software wordt gebruikt voor pen- en gatmontage. Er zijn drie contactbeperkingen tussen het gereedschap en het werkstuk, namelijk het eindoppervlakcontact tussen de basisplaat en het werkstuk, en het contact tussen de twee sets pengaten. Om het fenomeen van versterking van de positioneringsfout van een positioneringsstructuur met twee pinnen in een poreus werkstuk intuïtiever weer te geven, wordt de passende opening tussen de twee paren cilindrische pinnen en gaten ingesteld op 3 mm.
Zoals weergegeven in figuur 2, als het centrale grote gat Q1 en een klein gat Q2 op de verdeelcirkel als maatstaf worden gebruikt, omdat er een passende opening is, zelfs als deze overgepositioneerd is, wanneer de pen en de gatcilinder zijn bij gedeeltelijk contact kan het werkstuk zich nog steeds binnen een klein bereik bevinden. interne vlotter. Naast de twee positioneringsgaten variëren de positioneringsfouten van de overige twee gaten K3 en K4 op de verdeelcirkel van de roterende schijf in grootte als gevolg van hun relatieve posities ten opzichte van de twee positioneringspengaten Q1 en Q2. Uit figuur 2 blijkt intuïtief dat de positioneringsfout van de kleine gaten K3 en K4 op de verdeelcirkel de pasopening van het pingat ruimschoots met 3 mm overschrijdt, dat wil zeggen dat de positioneringsfout wordt vergroot ten opzichte van de pasopening. . Gebruik van het middengat en de kleine gaten op de verdeelcirkel. De positioneringsmethode met twee pinnen aan één kant van het gat kan niet voldoen aan de verwerkingsvereisten.
afbeelding
Figuur 2: Verschijnsel van foutversterking bij de positionering van centrale gaten en omtreksgaten
Zoals weergegeven in figuur 3, als de twee kleine gaten Q2 en K4 op de verdeelcirkel van de roterende schijf als maatstaf worden gebruikt, is het duidelijk dat de penafstand van deze methode groter is dan die van de vorige methode. Hoewel de pinafstand is vergroot, wat resulteert in een relatieve verkleining van de rotatiehoekfout, overschrijdt de positioneringsfout van de resterende twee gaten Q1 en K3 nog steeds de bijpassende opening met 3 mm, en er is ook een fenomeen van verschillende gatposities en verschillende positioneringsfouten. Dit soort tweepolige positionering aan één kant voldoet nog steeds niet aan de technische eisen.
afbeelding
Figuur 3: Het fenomeen van foutversterking bij het positioneren van dubbele omtrekgaten
Zelfs als een dubbele expansiestructuur met twee pinnen aan één kant wordt gebruikt, worden onvermijdelijk systematische fouten zoals meting, fabricage en montage geïntroduceerd tijdens het productieproces van de positioneringscomponenten van de armatuur. Door de fabricagefout van het armatuur zelf kunnen de assen van de pen en de as niet volledig samenvallen. Tegelijkertijd wordt, hoewel in de verticale richting van de verbinding tussen de twee pinnen, de hoekfout verminderd als gevolg van het elimineren van de pasopening; in de richting van de verbinding van de twee pennen, de pen. Het verschil in de referentie van de gatafstand zal worden gehomogeniseerd als gevolg van de kleine verplaatsing van het werkstuk, maar de positioneringsfout wordt alleen verminderd ten opzichte van de stijve cilindrische pen en kan niet worden geëlimineerd . De grootte hangt af van de vorm, positie en maatnauwkeurigheid van het armatuur zelf wanneer het wordt vervaardigd. en met uitzondering van de twee positioneringsgaten zullen de positioneringsfouten van de andere gaten nog steeds variëren als gevolg van hun relatieve posities ten opzichte van de positioneringspingaten. Er is nog steeds de neiging dat de positioneringsfout groter wordt ten opzichte van de twee pinnen aan één kant, en er zijn fenomenen die buiten de tolerantie vallen.
3 Dubbele aardanalyse van overpositionering
Het fenomeen van overpositionering kan er gemakkelijk toe leiden dat stijve werkstukken niet normaal kunnen worden geïnstalleerd. Onder bepaalde omstandigheden kan een redelijk gebruik van overpositionering echter goede resultaten en duidelijke voordelen opleveren.
Voor werkstukken met een zwakke stijfheid en hoge nauwkeurigheidseisen, zoals dunwandige werkstukken, slanke staven of werkstukken met een groot vlak oppervlak als positioneringsreferentie, grote onderdelen, enz., is overpositionerend klemmen voordeliger. Bij werkstukken met een slechte stijfheid moeten plaatsen die gemakkelijk vervormd worden zoveel mogelijk worden tegengehouden. Het doel is om vervorming veroorzaakt door snijkrachten tijdens de verwerking te voorkomen, de stijfheid van positionering en klemming te vergroten, de stabiliteit van het verwerkingsproces te garanderen en de verwerkingsnauwkeurigheid te verbeteren.
Bij het draaien van een werkstuk met een lange as wordt het ene uiteinde van het werkstuk vastgeklemd met drie klauwen en het andere uiteinde wordt ondersteund door een staartpunt. De bewegingsvrijheid van het werkstuk in de Y- en Z-richting is tweemaal beperkt, wat leidt tot overpositionering. Vergeleken met puntloze ondersteuning worden het contactoppervlak en de klembetrouwbaarheid vergroot, wordt de stijfheid van het werkstuk versterkt, verloopt de verwerking soepel en worden de verwerkingskwaliteit en efficiëntie van het werkstuk aanzienlijk verbeterd.
Bij freesbewerkingen definiëren de drie steunpunten een vlak, en het vierde steunpunt kan niet absoluut in één vlak liggen met ABC. Het vierpuntsvaste oppervlak is overgepositioneerd. Bij de daadwerkelijke productie worden echter vaak meerdere oppervlakken met een betere onderlinge positienauwkeurigheid tegelijkertijd gebruikt als positioneringsbenchmarks, waardoor een overpositioneringsmethode ontstaat. Deze overpositioneringsmethode verbetert niet alleen de klembetrouwbaarheid en systeemstijfheid, maar verbetert ook de spanningsvervorming van dunwandige werkstukken, waardoor de kwaliteit van de productverwerking beter wordt gegarandeerd. Het verwijderen van het vierde steunpunt en het elimineren van overpositioneringsmethoden heeft het tegenovergestelde effect.
Met andere woorden: sommige positioneringsmethoden zijn formeel gezien overgepositioneerd, maar er is geen substantiële wederzijdse interferentie of conflict tussen de positioneringssteunpunten met herhaaldelijk beperkte vrijheidsgraden, of hoewel er sprake is van interferentie, overschrijdt deze de toegestane grenzen niet. grens van het werkstuk. vereisten is dit soort overpositionering toegestaan. Met andere woorden: bij gebruik van een precisiereferentiepunt met hoge bewerkingsnauwkeurigheid als positioneringsreferentiepunt is de fout van het positioneringsreferentiepunt klein en kan de werkstukpositie nog steeds binnen een klein bereik zweven. Dit soort overpositionering is slechts een formele overpositionering en mag voorkomen [4].
Bij het gebruik van positionering moet u op de volgende drie punten letten.
1) De fout van de positioneringsreferentie bepaalt de mate van onwenselijkheid van het overpositioneringsinterferentieresultaat. Hoe groter de fout van het positioneringsgegeven, hoe ernstiger de interferentievervorming en hoe groter de nadelige gevolgen. Daarom moeten hogere eisen worden gesteld aan de grootte en geometrische nauwkeurigheid van het positioneringsreferentiegat dat als werkstuk wordt gebruikt om de fout van het positioneringsreferentiepunt zelf te verminderen.
2) De kracht die wordt gebruikt voor het laden en lossen van het werkstuk moet geschikt zijn en de lokale vervorming en contactspanning moeten worden beheerst binnen het bereik dat is toegestaan door de technische vereisten.
3) Bij een overpositionerend opspansysteem beïnvloedt het aantal positioneringsonderdelen de uitgebreide afwijking van het gehele opspansysteem.
4 Toepassingsgevallen van driepolige overpositionering aan één zijde
De eerder genoemde roestvrijstalen draaiplaat heeft een totale hoogte van 210 mm en een I-vormige doorsnede. Er zijn N (oneven aantal) coaxiale en gelijkmatig verdeelde kleine gaten van φD1 op beide eindoppervlakken, en een groot doorgaand gat van φD2 in het midden. Dit werkstuk is een gelast structureel onderdeel en er zijn hoge eisen tussen de bovenste en onderste assen van de kleine gaten, tussen de uniforme cirkelas en de as van de grote gaten, en de positie van de kleine gaten ten opzichte van de grote gaten. Bij bewerking op een verticaal bewerkingscentrum ligt de moeilijkheid in de hoge eisen aan de coaxialiteit van de kleine gaten tussen de bovenste en onderste lagen. Het gebruik van uitgebreide gereedschapsverwerking en kotteren vanaf één uiteinde kan aan de technische vereisten voldoen, maar het verlengde kottergereedschap vereist veel specificaties, de gereedschapskosten zijn hoog en trillingen kunnen tijdens de verwerking optreden en de efficiëntie is niet hoog. Daarom is een meer haalbare verwerkingsoplossing het gebruik van een speciale opspaninrichting, U-turn-verwerking, zodat er slechts een klein aantal korte messen nodig is. De sleutel tot het succes van het U-turn-bewerkingsplan is dat de klem- en positioneringsnauwkeurigheid tijdens de draaibewerking aan de technische eisen moet voldoen.
Zoals eerder vermeld, is overpositionering toegestaan als het fijne referentiepunt als positioneringsreferentie wordt gebruikt om de positioneringsnauwkeurigheid te verbeteren. Wanneer een verticaal bewerkingscentrum wordt gebruikt om de gaten op het tweede oppervlak van de draaitafel te bewerken, kan aan één kant een positioneringsstructuur met drie pinnen worden gebruikt voor het klemmen. Het onderoppervlak van het gereedschap en de drie cilindrische penassen daarop worden gebruikt als positioneringsreferentiepunt, en het werkstuk is gebaseerd op de speling tussen de gaten en pennen. Op passende wijze op de gereedschapsbasisplaat geïnstalleerd. De XY-verplaatsing van het werkstuk en de rotatie rond de Z-as worden tegelijkertijd beperkt door drie paar pinhole-positioneringsparen. Volgens de bovengenoemde drie gebruiksvoorwaarden van overpositionering moet een uiterst nauwkeurig verticaal bewerkingscentrum worden gebruikt om de basisplaat van het gereedschap te maken en de kleine gaten op het eerste oppervlak van de draaitafel te verwerken om het verschil in penafstand te verkleinen en gat afstand. Het bewerkingscentrum heeft een hoge positioneringsnauwkeurigheid (positioneringsfout kleiner dan of gelijk aan 0.01 mm). Daarom kunnen het verschil in grootte tussen de penafstand en de gatafstand, en de vormfout, worden genegeerd. De enige factor die de positioneringsnauwkeurigheid beïnvloedt, is de passende speling tussen pennen en gaten [5].
Blijf de UG NX-software gebruiken om het proces van het positioneren en vastklemmen van drie pinnen aan één kant te simuleren, en voeg contactbeperkingen toe voor het derde paar gaatjes. Zoals te zien is in de assemblage-navigator in figuur 4, is de positiestatus van het poreuze werkstuk 2 een "half zwart en half wit" kleine cirkel, wat aangeeft dat het werkstuk 2 zich in een gedeeltelijk ingeklemde toestand bevindt. Klik op de beperkingsknop op de merkwerkbalk, verplaats de cursor naar het werkstuk, houd ingedrukt en draai met de muis. De drie kleine gaten op het werkstuk draaien elk tegelijkertijd rond de contacterende cilindrische pen. Het werkstuk bevindt zich inderdaad in een niet-volledig ingeklemde toestand. Met behulp van de UG NX-software is het duidelijk intuïtief te zien dat wanneer het werkstuk in de drie-pins structuur zweeft, de diameter van de ring gevormd door het midden van het kleine gat de pasopening niet zal overschrijden, en de gecombineerde Het effect van de drie beperkingen maakt het midden van het werkstuk groter. Het gat kan slechts binnen een klein bereik drijven. Dus, wat is de positioneringsfout van het grote gat in het midden van het werkstuk?
