К деталям колесной рамы обычно предъявляются высокие технические требования, такие как размеры и геометрические допуски. Традиционная двухконтактная система позиционирования с одной стороны использует посадку с зазором, что приводит к большим ошибкам позиционирования и нестабильной точности обработки детали. Чрезмерное позиционирование имеет две стороны. С одной стороны, это нарушает принцип шеститочечного позиционирования и влияет на зажим и позиционирование. С другой стороны, при правильном обращении это может улучшить жесткость и точность обработки детали. Правильный анализ и обработка чрезмерного позиционирования может повысить точность позиционирования, не влияя на загрузку и разгрузку заготовок. Это ключ к рациональному проектированию перепозиционированных светильников. Благодаря функциям сборки и моделирования движения программного обеспечения UG NX можно интуитивно отобразить влияние посадочного зазора на ошибку позиционирования круглых отверстий в различных положениях. Точность позиционирования двухконтактной конструкции двойного расширения с улучшенной ошибкой позиционирования была улучшена, но все еще имеет свои ограничения. Для пористых заготовок колесной рамы разумный метод позиционирования с тремя контактами на одной стороне может обеспечить более высокую и стабильную точность позиционирования, чем метод позиционирования с двумя контактами на одной стороне.
1 Предисловие
Перепозиционирование означает, что определенная степень свободы заготовки ограничивается дважды или более. Явление чрезмерного позиционирования может легко привести к невозможности правильной установки жесткой детали, и его следует избегать, насколько это возможно [1]. Позиционирующие штифты, используемые в процессе зажима и позиционирования «два штифта на одной стороне», условно делятся на две категории: жесткие штифты и гибкие штифты. Как жесткие, так и гибкие штифты имеют свои ограничения. Посадка с зазором жесткой двухштифтовой конструкции с одной стороны ограничивает точность обработки. Гибкий двухконтактный с одной стороны производить хлопотно и дорого. Более того, двухштифт с одной стороны имеет ограниченную сферу применения и не может удовлетворить требованиям обработки пористых деталей, таких как рамы колес. Как обеспечить точность позиционирования пористых деталей на вертикальных обрабатывающих центрах – вопрос, заслуживающий изучения.
2 Ограничения двух контактов на одной стороне
2.1 Тип зазора с двумя штифтами на одной стороне
Традиционная двухконтактная конструкция с зазором на одной стороне использует жесткие позиционирующие штифты. Чтобы избежать чрезмерного позиционирования, используются цилиндрический штифт и штифт с режущей кромкой. Принцип позиционирования заключается в расположении цилиндрического штифта и ориентации алмазного штифта. Цилиндрический позиционирующий штифт ограничивает свободу перемещения заготовки в направлениях X и Y и играет основную позиционирующую роль; алмазный позиционирующий штифт (цель обрезки кромки — увеличить зазор между отверстиями для штифта и компенсировать ошибку расстояния между отверстиями заготовки и ошибку расстояния между штифтами приспособления. При установке следует убедиться, что это необрезной штифт). цилиндра в направлении вертикальной линии, соединяющей центры двух отверстий) лишь ограничивает свободу вращения заготовки вокруг оси Z и обычно играет роль углового позиционирования. Ошибка смещения базовой точки технологических размеров в горизонтальном направлении обычно определяется парой позиционирования цилиндрического отверстия для штифта, что в основном связано со случайным блужданием и плаванием основного позиционирующего отверстия на заготовке относительно цилиндрического позиционирующего штифта. Ошибка смещения базовой точки в вертикальном направлении связана с центром двух отверстий. Линия соединения связана с углом оси X, который определяется угловой погрешностью заготовки, вызванной зазором между позиционирующим штифтом приспособления и отверстием для позиционирования заготовки.
Хотя традиционная конструкция с двумя штифтами с зазором на одной стороне позволяет избежать чрезмерного позиционирования, она увеличивает ошибку позиционирования в позиционирующем отверстии штифта для обрезки кромки. Как показано на рисунке 1, когда контрольное отверстие максимального предельного размера встречается с позиционирующим штифтом минимального предельного размера, линии контакта отверстия для штифта располагаются по обе стороны от линии, соединяющей два отверстия, и когда происходит отклонение предельного угла. Между линией, соединяющей два отверстия, и линией, соединяющей два штифта, возникнут наиболее неблагоприятные условия позиционирования, которые могут легко привести к выходу положения отверстия за пределы допуска [2].
картина
Рисунок 1. Ошибка вращения двух штифтов с одной стороны.
Чтобы уменьшить ошибку опорного смещения и ошибку угла поворота, вызванную случайным плаванием, необходимо устранить совпадающий зазор отверстий для штифтов, то есть необходимо уменьшить отклонение размера позиционирующих отверстий и штифтов. Однако степень повышения точности заготовок и инструментов ограничена точностью обработки станков. Чем меньше допуск на шаг отверстия и допуск на диаметр отверстия, тем сложнее и дороже будет обработка, а если зазор слишком мал, это вызовет большие проблемы при загрузке и разгрузке заготовок. На рисунке 1 видно, что при условии определенного зазора между отверстием и штифтом, чем больше расстояние L между двумя отверстиями, тем меньше ошибка угла поворота Δφ, и ошибка позиционирования, вызванная углом поворота, относительно уменьшается.
2.2 Расширяемый тип с двумя контактами на одной стороне
В реальном производстве для повышения точности позиционирования и облегчения загрузки и выгрузки заготовок часто используется раздвижная двухштифтовая конструкция с одной стороны. Расширяемая двухконтактная конструкция с одной стороны сначала использует зазор отверстия для штифта для гибкого зажима, а затем использует механизм расширения штифта для расширения позиционирующего штифта, чтобы устранить зазор совмещения отверстий для штифта и уменьшить угловую ошибку. В то же время из-за разницы между расстоянием между позиционирующими отверстиями и расстоянием между позиционирующими штифтами заготовка будет слегка перемещаться из-за расширения позиционирующих отверстий, и разница в расстояниях эффективно выравнивается, тем самым улучшая точность позиционирования обрабатываемых отверстий. Применение расширяемой двухштифтовой конструкции с одной стороны также позволяет снизить точность обработки отверстия для позиционирования заготовки при соблюдении проектных требований, тем самым снижая производственные затраты [3].
Структура расширения позиционирующего штифта разделена на два типа: расширение полного круга и расширение нескольких точек, которые соответственно соответствуют цилиндрическому позиционирующему штифту, который играет основную роль позиционирования, и режущему штифту, который ограничивает погрешность угла заготовки. Расширяемую двухконтактную структуру с одной стороны можно разделить на тип одинарного расширения и тип двойного расширения.
В конструкции с двумя штифтами с одним расширением на одной стороне цилиндрический позиционирующий штифт, который играет основную роль позиционирования, обычно проектируется как тип внешнего расширения, который используется, когда диаметр центрального позиционирующего отверстия заготовки больше и диаметр отверстия углового позиционирования меньше.
Двухштифтовая конструкция двойного расширения с одной стороны в основном используется в ситуациях, когда диаметры центрального позиционирующего отверстия и углового позиционирующего отверстия заготовки большие. Обычная конструкция двойного расширения с двумя штифтами на одной стороне в основном использует конструкцию расширения зубчатой заслонки, а оба позиционирующих штифта изготовлены из высококачественной пружинной стали. В новой двухконтактной конструкции двойного расширения с одной стороны в основном используются тонкостенные позиционирующие штифты с плавающей средой, установленной во внутренней полости. К плавающим средам относятся твердые сферы, пасты и жидкости. Если взять в качестве примера тонкостенные позиционирующие штифты из жидкого пластика, то когда нажимной винт подает давление на жидкий пластик в тонкостенной компенсационной втулке через скользящую колонну, жидкий пластик во внутренней полости позиционирующего штифта будет равномерно передавать давление, которое он испытывает. , так что тонкостенный позиционирующий штифт подвергается пластической деформации и расширяется в радиальном направлении, а ось позиционирующего штифта и центрального отверстия совпадают, тем самым достигается цель уменьшения ошибки позиционирования. После обработки заготовки давление в тонкостенной компенсационной втулке снижается и позиционирующий штифт отделяется от заготовки.
2.3 Ограничения двухконтактной конструкции с одной стороны
Процесс позиционирования двух штифтов на одной стороне также можно рассматривать как процесс сборки штифта и заготовки отверстия. Таким образом, программное обеспечение UG NX можно использовать для сборки штифтов и отверстий, чтобы имитировать метод перестановки двух штифтов на одной стороне. Если взять в качестве примера поворотный диск из нержавеющей стали, N (нечетное число) коаксиальных отверстий φD1 равномерно распределены по обеим торцевым поверхностям, а в центре находится большое сквозное отверстие φD2. Программное обеспечение UG NX используется для сборки штифтов и отверстий. Между инструментом и заготовкой существует три контактных ограничения, а именно контакт торцевой поверхности между опорной пластиной и заготовкой и контакт между двумя наборами отверстий для штифтов. Чтобы более интуитивно представить явление усиления ошибки позиционирования двухштыревой структуры позиционирования в пористой заготовке, согласующий зазор между двумя парами цилиндрических штифтов и отверстий установлен равным 3 мм.
Как показано на рисунке 2, если центральное большое отверстие Q1 и маленькое отверстие Q2 на распределительном круге используются в качестве эталона, поскольку существует соответствующий зазор, даже если он расположен слишком высоко, когда штифт и цилиндр отверстия находятся при частичном контакте заготовка все еще может находиться в небольшом диапазоне. внутренний поплавок. В дополнение к двум позиционирующим отверстиям ошибки позиционирования остальных двух отверстий K3 и K4 на распределительном круге вращающегося диска различаются по размеру из-за их относительного положения по отношению к двум отверстиям Q1 и Q2 для позиционирующих штифтов. Из рисунка 2 интуитивно видно, что ошибка позиционирования малых отверстий К3 и К4 на распределительном круге намного превышает сопрягаемый зазор отверстия под штифт на 3 мм, то есть ошибка позиционирования усиливается относительно сопрягаемого зазора. . Использование центрального отверстия и небольших отверстий на распределительном круге. Метод двухконтактного позиционирования на одной стороне отверстия не может удовлетворить требования обработки.
картина
Рисунок 2. Явление усиления ошибок при расположении центральных и периферийных отверстий.
Как показано на рисунке 3, если два маленьких отверстия Q2 и K4 на распределительном круге вращающегося диска используются в качестве эталона, очевидно, что расстояние между штифтами этого метода больше, чем у предыдущего метода. Хотя расстояние между штифтами увеличено, что приводит к относительному уменьшению ошибки угла поворота, ошибка позиционирования оставшихся двух отверстий Q1 и K3 по-прежнему превышает соответствующий зазор на 3 мм, а также существует явление разных положений отверстий и разных ошибки позиционирования. Такое расположение двух контактов на одной стороне по-прежнему не соответствует техническим требованиям.
картина
Рисунок 3. Явление усиления ошибки при позиционировании двойного периферийного отверстия.
Даже если используется конструкция двойного расширения с двумя штифтами на одной стороне, в процессе производства компонентов позиционирования приспособления неизбежно возникают систематические ошибки, такие как измерения, изготовление и сборка. Из-за погрешности изготовления самого приспособления оси штифта и вала не могут полностью совпадать. В то же время, хотя и в вертикальном направлении соединения двух штифтов, угловая погрешность снижается за счет устранения посадочного зазора; в направлении соединения двух штифтов - штифт. Разница в расстоянии между отверстиями будет гомогенизирована из-за небольшого смещения заготовки, но ошибка позиционирования уменьшается только относительно жесткого цилиндрического штифта и не может быть устранена. . Его размер зависит от формы, положения и точности размеров самого приспособления при его изготовлении. и, за исключением двух позиционирующих отверстий, ошибки позиционирования других отверстий все равно будут различаться из-за их относительного положения относительно отверстий для позиционирующих штифтов. По-прежнему существует тенденция к увеличению ошибки позиционирования относительно двух штифтов на одной стороне, и возникают явления выхода за пределы допуска.
3 Анализ двойственной природы чрезмерного позиционирования
Явление чрезмерного позиционирования может легко привести к невозможности нормальной установки жестких заготовок. Однако при определенных условиях разумное использование чрезмерного позиционирования может привести к хорошим результатам и очевидным преимуществам.
Для заготовок со слабой жесткостью и высокими требованиями к точности, таких как тонкостенные заготовки, тонкие стержни или заготовки с большой плоской поверхностью в качестве ориентира для позиционирования, крупных деталей и т. д., зажим с перепозиционированием более выгоден. Для заготовок с плохой жесткостью следует максимально закрепить любые легко деформируемые места. Цель состоит в том, чтобы предотвратить деформацию, вызванную силами резания во время обработки, повысить жесткость позиционирования и зажима, обеспечить стабильность процесса обработки и повысить точность обработки.
При токарной обработке длинноосной заготовки один конец заготовки зажимается тремя захватами, а другой конец опирается на хвостовик. Свобода перемещения заготовки в направлениях Y и Z ограничивается дважды, что приводит к перепозиционированию. По сравнению с бесконтактной опорой площадь контакта и надежность зажима увеличиваются, жесткость заготовки повышается, обработка протекает плавно, а качество и эффективность обработки заготовки значительно улучшаются.
При фрезеровании три опорные точки определяют плоскость, а четвертая опорная точка не может быть абсолютно копланарной с ABC. Четырехточечная фиксированная поверхность смещена. Однако в реальном производстве несколько поверхностей с более высокой точностью взаимного расположения часто используются в качестве эталонов позиционирования одновременно, образуя метод чрезмерного позиционирования. Этот метод перепозиционирования не только повышает надежность зажима и жесткость системы, но также улучшает деформацию напряжения тонкостенных заготовок, тем самым лучше обеспечивая качество обработки продукции. Удаление четвертой точки опоры и устранение методов чрезмерного позиционирования имеет противоположный эффект.
Другими словами, некоторые методы позиционирования являются перепозиционированными с формальной точки зрения, но существенного взаимного вмешательства или конфликта между точками опоры позиционирования с неоднократно ограниченными степенями свободы нет, или хотя вмешательство и есть, но оно не превышает допустимого. предел заготовки. требованиям, такое чрезмерное позиционирование допускается. Другими словами, при использовании прецизионной точки отсчета с высокой точностью обработки в качестве точки отсчета позиционирования погрешность точки отсчета позиционирования невелика, и положение заготовки все еще может плавать в небольшом диапазоне. Этот вид чрезмерного позиционирования является лишь формальным и может иметь место [4].
При использовании позиционирования необходимо обратить внимание на следующие три момента.
1) Ошибка опорного позиционирования определяет степень нежелательности результата перепозиционирования. Чем больше ошибка исходной точки позиционирования, тем серьезнее интерференционная деформация и тем серьезнее неблагоприятные последствия. Следовательно, к размеру и геометрической точности отверстия опорной точки позиционирования, используемого в качестве заготовки, должны быть выдвинуты более высокие требования, чтобы уменьшить погрешность самой опорной точки позиционирования.
2) Усилие, применяемое для загрузки и разгрузки заготовки, должно быть соответствующим, а ее местная деформация и контактное напряжение должны контролироваться в пределах, допускаемых техническими требованиями.
3) В системе крепления с перепозиционированием количество позиционирующих частей влияет на общее отклонение всей системы крепления.
4 Варианты применения трехконтактного расположения с одной стороны
Упомянутая ранее поворотная пластина из нержавеющей стали имеет общую высоту 210 мм и I-образное поперечное сечение. Имеются N (нечетное число) соосных и равномерно распределенных малых отверстий φD1 на обеих торцевых поверхностях и большое сквозное отверстие φD2 в центре. Эта заготовка представляет собой сварную деталь конструкции, и существуют высокие требования между верхней и нижней осями маленьких отверстий, между однородной круговой осью и осью больших отверстий, а также положением маленьких отверстий относительно больших отверстий. При обработке на вертикальном обрабатывающем центре сложность заключается в высоких требованиях к соосности небольших отверстий между верхним и нижним слоями. Использование расширенной обработки инструмента и растачивания с одного конца может обеспечить соответствие техническим требованиям, но удлиненный расточный инструмент требует множества спецификаций, стоимость инструмента высока, во время обработки может возникать вибрация, а эффективность невысока. Поэтому более целесообразным решением для обработки является использование специального приспособления для разворотной обработки, поэтому требуется лишь небольшое количество коротких ножей. Залогом успеха плана обработки разворота является то, что точность зажима и позиционирования при токарной обработке должна соответствовать техническим требованиям.
Как упоминалось ранее, когда в качестве опорной точки позиционирования используется точная точка отсчета, допускается перепозиционирование для повышения точности позиционирования. При использовании вертикального обрабатывающего центра для обработки отверстий на второй поверхности поворотного стола для зажима можно использовать трехштыревую позиционирующую конструкцию с одной стороны. Нижняя поверхность инструмента и три оси цилиндрических штифтов на нем используются в качестве базы позиционирования, а заготовка основывается на зазоре между отверстием и штифтом. Устанавливается на опорную плиту инструмента соответствующим образом. Смещение заготовки по XY и вращение вокруг оси Z одновременно ограничиваются тремя парами позиционирующих отверстий для штифтов. В соответствии с тремя вышеуказанными условиями использования чрезмерного позиционирования следует использовать высокоточный вертикальный обрабатывающий центр для изготовления базовой пластины инструмента и обработки небольших отверстий на первой поверхности поворотного стола, чтобы уменьшить разницу в расстоянии между штифтами и расстояние между отверстиями. Обрабатывающий центр имеет высокую точность позиционирования (погрешность позиционирования меньше или равна 0,01 мм). Следовательно, разницу в размерах между расстоянием между штифтами и расстоянием между отверстиями, а также ошибку формы можно игнорировать. Единственным фактором, влияющим на точность позиционирования, является соответствие зазора между штифтами и отверстиями [5].
Продолжайте использовать программное обеспечение UG NX для моделирования процесса позиционирования и зажима трех штифтов с одной стороны и добавьте ограничения контакта для третьей пары отверстий для штифтов. Как видно из навигатора сборки на рисунке 4, состояние положения пористой детали 2 представляет собой небольшой кружок «половина черного и половина белого», указывающий на то, что заготовка 2 находится в частично ограниченном состоянии. Нажмите кнопку ограничения на панели инструментов сборки, переместите курсор на заготовку, нажмите и удерживайте, а затем вращайте мышь. Каждое из трех маленьких отверстий на заготовке будет одновременно вращаться вокруг контактирующего цилиндрического штифта. Заготовка действительно находится в не полностью закрепленном состоянии. Очевидно, что с помощью программного обеспечения UG NX интуитивно видно, что при плавании заготовки в трехштифтовой конструкции диаметр кольца, образуемого центром небольшого отверстия, не будет превышать посадочного зазора, а комбинированный Эффект трех ограничений увеличивает центр заготовки. Дыра может плавать только на небольшом расстоянии. Итак, какова ошибка позиционирования большого отверстия в центре заготовки?
