Hjulramsdelar har vanligtvis höga tekniska krav såsom mått och geometriska toleranser. Det traditionella tvåstiftspositioneringssystemet på ena sidan använder frigångspassning, vilket leder till stora positioneringsfel och instabil detaljbearbetningsnoggrannhet. Överpositionering har två sidor. Å ena sidan bryter det mot sexpunktspositioneringsprincipen och påverkar fastspänning och positionering. Å andra sidan, om det hanteras på rätt sätt, kan det förbättra delens styvhet och bearbetningsnoggrannhet. Korrekt analys och bearbetning av överpositionering kan förbättra positioneringsnoggrannheten utan att påverka lastningen och lossningen av arbetsstycken. Detta är nyckeln till den rationella designen av överpositioneringsfixturer. Med monterings- och rörelsesimuleringsfunktionerna i UG NX-mjukvaran kan inverkan av passningsfrigång på positioneringsfelet för runda hål vid olika positioner visas intuitivt. Positioneringsnoggrannheten för dubbelexpansionsstrukturen med två stift med förbättrat positioneringsfel har förbättrats, men den har fortfarande sina begränsningar. För porösa hjulramsarbetsstycken kan en rimlig trestiftspositioneringsmetod på ena sidan uppnå högre och mer stabil positioneringsnoggrannhet än tvåstiftspositioneringsmetoden på ena sidan.
1 Förord
Överpositionering innebär att en viss frihetsgrad för arbetsstycket begränsas två gånger eller mer. Överpositioneringsfenomenet kan lätt leda till att det styva arbetsstycket inte kan installeras korrekt och bör undvikas så mycket som möjligt [1]. Positioneringsstiften som används vid fastspännings- och positioneringsprocessen med två stift på en sida är grovt indelade i två kategorier: styva stift och flexibla stift. Både stela och flexibla stift har sina begränsningar. Passningen av den styva tvåstiftsformen på ena sidan begränsar bearbetningsnoggrannheten. Den flexibla tvåstiften på ena sidan är besvärlig och kostsam att tillverka. Dessutom har tvåstiftet på ena sidan ett begränsat användningsområde och kan inte uppfylla kraven för bearbetning av porösa delar såsom hjulramar. Hur man säkerställer positioneringsnoggrannheten för porösa delar på vertikala bearbetningscentra är en fråga värd att studera.
2 Begränsningar av två stift på ena sidan
2.1 Spalttyp med två stift på ena sidan
Den traditionella tvåstiftsstrukturen av spalttyp på ena sidan använder styva positioneringsstift. För att undvika överpositionering används en cylindrisk stift och en skäreggsstift. Dess positioneringsprincip är cylindrisk stiftpositionering och diamantstiftsorientering. Det cylindriska positioneringsstiftet begränsar arbetsstyckets rörelsefrihet i X- och Y-riktningarna och spelar huvudpositioneringsrollen; diamantpositioneringsstiftet (syftet med kantskärning är att öka stifthålsavståndet och kompensera för hålavståndsfelet för arbetsstycket och stiftavståndsfelet för fixturen. Vid installation bör det säkerställas att det är en okantad cylinder i riktning mot den vertikala linjen som förbinder mitten av de två hålen) begränsar bara arbetsstyckets rotationsfrihet runt Z-axeln och spelar vanligtvis rollen som vinkelpositionering. Dataförskjutningsfelet för processdimensioner i horisontell riktning bestäms vanligtvis av det cylindriska stifthålets positioneringspar, vilket huvudsakligen beror på den slumpmässiga vandring och flytning av huvudpositioneringshålet på arbetsstycket i förhållande till den cylindriska positioneringsstiftet. Datumförskjutningsfelet i vertikal riktning är relaterat till mitten av de två hålen. Anslutningslinjen är relaterad till X-axelns vinkel, som bestäms av vinkelfelet för arbetsstycket som orsakas av gapet mellan fixturpositioneringsstiftet och arbetsstyckets positioneringshål.
Även om den traditionella tvåstiftsstrukturen av spalttyp på ena sidan undviker överpositionering, ökar den positioneringsfelet vid positioneringshålet på kantskärpinnen. Såsom visas i figur 1, när referenshålet för den maximala gränsstorleken möter positioneringsstiftet för den minsta gränsstorleken, är stifthålets kontaktledningar placerade på båda sidor av linjen som förbinder de två hålen, och när gränsvinkelavböjningen inträffar mellan linjen som förbinder de två hålen och linjen som förbinder de två stiften, De mest ogynnsamma positioneringsförhållandena kommer att inträffa, vilket lätt kan göra att hålets position ligger utanför tolerans [2].
bild
Figur 1: Rotationsfel för två stift på ena sidan
För att minska referensförskjutningsfelet och rotationsvinkelfelet orsakat av slumpmässig flytning, måste matchningsgapet i stifthålen elimineras, det vill säga storleksavvikelsen för positioneringshålen och stiften måste minskas. Emellertid begränsas i vilken utsträckning noggrannheten hos arbetsstycken och verktyg kan förbättras av verktygsmaskinernas bearbetningsnoggrannhet. Ju mindre hålstigningstoleransen och håldiametertoleransen är, desto svårare och högre blir kostnaden vid bearbetning, och om passningsgapet är för litet kommer det att orsaka stora problem vid lastning och lossning av arbetsstycken. Det kan ses från figur 1 att under villkoret av ett visst hål-stiftspel, ju längre avståndet L är mellan de två hålen, desto mindre är rotationsvinkelfelet Δφ, och positioneringsfelet som orsakas av rotationsvinkeln är relativt reducerat.
2.2 Expanderbar typ med två stift på ena sidan
I faktisk produktion, för att förbättra positioneringsnoggrannheten och underlätta lastning och lossning av arbetsstycken, används ofta den expanderbara tvåstiftsstrukturen på ena sidan. Den expanderbara tvåstiftsstrukturen på ena sidan använder först stifthålsgapet för flexibel fastspänning och använder sedan stiftets expansionsmekanism för att expandera positioneringsstiftet för att eliminera stifthålsmatchningen och minska hörnfelet. Samtidigt, på grund av skillnaden mellan avståndet mellan positioneringshålen och avståndet mellan positioneringsstiften, kommer arbetsstycket att röra sig något på grund av expansionen av positioneringshålen, och avståndsskillnaden utjämnas effektivt, vilket förbättrar positionsnoggrannhet för de behandlade hålen. Tillämpningen av en expanderbar tvåstiftsstruktur på ena sidan kan också minska bearbetningsnoggrannheten för arbetsstyckets positioneringshål samtidigt som designkraven uppfylls, vilket sparar produktionskostnader [3].
Positioneringsstiftets expansionsstruktur är uppdelad i två typer: helcirkelexpansion och flerpunktsexpansion, som respektive motsvarar den cylindriska positioneringsstiften som spelar huvudpositioneringsrollen och kantskärpinnen som begränsar arbetsstyckets vinkelfel. Den expanderbara tvåstiftsstrukturen på ena sidan kan delas in i enkel expansionstyp och dubbel expansionstyp.
I tvåstiftsstrukturen av enkelexpansionstyp på ena sidan är den cylindriska positioneringsstiftet som spelar huvudpositioneringsrollen vanligtvis utformad som en extern expansionstyp, som används när diametern på arbetsstyckets mittpositionshål är större och diametern på vinkelpositionshålet är mindre.
Tvåstiftsstrukturen av dubbelexpansionstyp på ena sidan används mest i situationer där diametrarna för det centrala positioneringshålet och det vinkelformade positioneringshålet på arbetsstycket båda är stora. Den vanliga dubbelexpansionsstrukturen med två stift på ena sidan antar oftast en kuggad flikexpansionsstruktur, och båda positioneringsstiften är gjorda av högkvalitativt fjäderstål. Den nya tvåstiftsstrukturen med dubbelexpansion på ena sidan använder mestadels tunnväggiga positioneringsstift med flytande media installerat i den inre kaviteten. Flytande media inkluderar fasta sfärer, pastor och vätskor. Med tunnväggiga positioneringsstift i flytande plast som ett exempel, när tryckskruven trycksätter den flytande plasten i den tunnväggiga expansionshylsan genom glidpelaren, kommer den flytande plasten i positioneringsstiftets inre hålighet att jämnt överföra trycket den bär. , så att den tunnväggiga positioneringsstiftet genomgår plastisk deformation och expanderar radiellt, och positioneringsstiftets axel och det centrala hålet sammanfaller, vilket uppnår syftet att reducera positioneringsfel. Efter att arbetsstycket bearbetats reduceras trycket i den tunnväggiga expansionshylsan och positioneringsstiftet separeras från arbetsstycket.
2.3 Begränsningar av tvåstiftsstrukturen på ena sidan
Positioneringsprocessen för två stift på ena sidan kan också betraktas som monteringsprocessen av stift- och hålarbetsstycket. Därför kan UG NX-programvaran användas för att montera stiften och hålen för att simulera överpositioneringsmetoden för två stift på ena sidan. Med en roterande skiva av rostfritt stål som ett exempel, är N (udda tal) koaxialhål av φD1 jämnt fördelade på båda ändytorna, och mitten är ett stort genomgående hål med φD2. Programvaran UG NX används för montering av stift och hål. Det finns tre kontaktbegränsningar mellan verktyget och arbetsstycket, nämligen ändytans kontakt mellan basplattan och arbetsstycket, och kontakten mellan de två uppsättningarna av stifthål. För att mer intuitivt presentera fenomenet med positioneringsfelförstärkning av en tvåstifts positioneringsstruktur i ett poröst arbetsstycke, är det matchande gapet mellan de två paren av cylindriska stift och hål satt till 3 mm.
Som visas i figur 2, om det centrala stora hålet Q1 och ett litet hål Q2 på fördelningscirkeln används som riktmärke, eftersom det finns ett matchande gap, även om det är överplacerat, när stiftet och hålcylindern är vid partiell kontakt kan arbetsstycket fortfarande vara inom ett litet område. inre flottör. Förutom de två positioneringshålen varierar positioneringsfelen för de återstående två hålen K3 och K4 på den roterande skivans fördelningscirkel på grund av deras relativa lägen till de två positioneringsstifthålen Q1 och Q2. Från figur 2 kan man intuitivt se att positioneringsfelet för de små hålen K3 och K4 på fördelningscirkeln vida överstiger stifthålets passande gap med 3 mm, det vill säga att positioneringsfelet förstärks i förhållande till passningsgapet . Användning av mitthålet och de små hålen på fördelningscirkeln Tvåstiftspositioneringsmetoden på ena sidan av hålet kan inte uppfylla bearbetningskraven.
bild
Figur 2: Felförstärkningsfenomen vid placeringen av centrala hål och periferiska hål
Såsom visas i figur 3, om de två små hålen Q2 och K4 på den roterande skivans fördelningscirkel används som riktmärke, är det uppenbart att stiftavståndet för denna metod är större än det för den tidigare metoden. Även om stiftavståndet ökas, vilket resulterar i en relativ minskning av rotationsvinkelfelet, överskrider positioneringsfelet för de återstående två hålen Q1 och K3 fortfarande matchningsgapet med 3 mm, och det finns också ett fenomen med olika hålpositioner och olika positioneringsfel. Denna typ av tvåstiftspositionering på ena sidan kan fortfarande inte uppfylla de tekniska kraven.
bild
Figur 3: Felförstärkningsfenomen vid placering av dubbla perifera hål
Även om en dubbelexpansionsstruktur med två stift på ena sidan används, introduceras oundvikligen systematiska fel som mätning, tillverkning och montering under tillverkningsprocessen av fixturpositioneringskomponenterna. På grund av tillverkningsfelet för själva fixturen kan axeln för stiftet och axeln inte helt sammanfalla. Samtidigt, även om i den vertikala riktningen av anslutningen mellan de två stiften, minskas vinkelfelet på grund av elimineringen av passningsgapet; i riktningen för anslutningen av de två stiften, stiftet, Skillnaden i hålavståndsreferensen kommer att homogeniseras på grund av den lätta förskjutningen av arbetsstycket, men positioneringsfelet reduceras endast i förhållande till den styva cylindriska stiftet och kan inte elimineras . Dess storlek beror på formen, positionen och dimensionsnoggrannheten hos själva fixturen när den tillverkas. och förutom de två positioneringshålen kommer positioneringsfelen för de andra hålen fortfarande att variera beroende på deras relativa positioner till positioneringsstifthålen. Det finns fortfarande en tendens att positioneringsfelet förstärks i förhållande till de två stiften på ena sidan, och det finns fenomen utanför toleransen.
3 Dubbel naturanalys av överpositionering
Fenomenet med överpositionering kan lätt leda till att stela arbetsstycken inte kan installeras normalt. Men under vissa förutsättningar kan rimlig användning av överpositionering ge goda resultat och uppenbara fördelar.
För arbetsstycken med svag styvhet och höga precisionskrav, såsom tunnväggiga arbetsstycken, smala stänger eller arbetsstycken med en stor plan yta som positioneringsreferens, stora delar etc., är överpositionerande klämning mer fördelaktigt. För arbetsstycken med dålig styvhet bör alla platser som lätt deformeras hållas fast så mycket som möjligt. Syftet är att förhindra deformation orsakad av skärkrafter under bearbetningen, öka styvheten vid positionering och fastspänning, säkerställa bearbetningsprocessens stabilitet och förbättra bearbetningsnoggrannheten.
Vid vridning av ett långaxligt arbetsstycke spänns ena änden av arbetsstycket fast med tre klor och den andra änden stöds av en stjärtspets. Arbetsstyckets rörelsefrihet i Y- och Z-riktningarna begränsas två gånger, vilket resulterar i överpositionering. Jämfört med spetslöst stöd ökar kontaktytan och fastspänningssäkerheten, arbetsstyckets styvhet stärks, bearbetningen fortskrider smidigt och arbetsstyckets bearbetningskvalitet och effektivitet förbättras avsevärt.
Vid fräsning definierar de tre stödpunkterna ett plan, och den fjärde stödpunkten kan inte vara helt i samma plan som ABC. Den fasta fyrapunktsytan är överplacerad. Men i den faktiska produktionen används ofta flera ytor med bättre ömsesidig positionsnoggrannhet som positioneringsriktmärken samtidigt, vilket bildar en överpositioneringsmetod. Denna överpositioneringsmetod förbättrar inte bara klämtillförlitligheten och systemets styvhet, utan förbättrar också spänningsdeformationen hos tunnväggiga arbetsstycken, och säkerställer därmed bättre produktbearbetningskvalitet. Att ta bort den fjärde stödpunkten och eliminera överpositioneringsmetoder har motsatt effekt.
Med andra ord, vissa positioneringsmetoder är överpositionerade ur en formell synvinkel, men det finns ingen väsentlig ömsesidig interferens eller konflikt mellan positioneringsstödpunkterna med upprepade begränsade frihetsgrader, eller även om det finns interferens överstiger det inte det tillåtna arbetsstyckets gräns. krav är denna typ av överpositionering tillåten. Med andra ord, med användning av ett precisionsdatum med hög bearbetningsnoggrannhet som positioneringsreferens, är felet i positioneringsreferens litet, och arbetsstyckets position kan fortfarande flyta inom ett litet område. Denna typ av överpositionering är endast formell överpositionering och tillåts förekomma [4].
När du använder positionering måste du vara uppmärksam på följande tre punkter.
1) Felet i positioneringsreferensen bestämmer graden av oönskad effekt av överpositioneringsstörningsresultatet. Ju större fel av positioneringsreferens, desto allvarligare är interferensdeformationen och desto större negativa konsekvenser. Därför måste högre krav ställas på storleken och geometrisk noggrannhet hos positioneringsreferenshålet som används som arbetsstycke för att reducera felet i själva positioneringsreferensen.
2) Kraften som används för att lasta och lossa arbetsstycket måste vara lämplig, och dess lokala deformation och kontaktspänning måste kontrolleras inom det område som tillåts av de tekniska kraven.
3) I ett fixtursystem för överpositionering påverkar antalet positioneringsdelar den omfattande avvikelsen för hela fixtursystemet.
4 Appliceringsfall med trestifts överpositionering på ena sidan
Den tidigare nämnda roterande plattan i rostfritt stål har en total höjd på 210 mm och ett I-format tvärsnitt. Det finns N (udda tal) koaxiala och jämnt fördelade små hål av φD1 på båda ändytorna, och ett stort genomgående hål av φD2 i mitten. Detta arbetsstycke är en svetsad konstruktionsdel, och det finns höga krav mellan de små hålens övre och nedre axlar, mellan den enhetliga cirkulära axeln och axeln för de stora hålen, och de små hålens läge i förhållande till de stora hålen. Vid bearbetning på ett vertikalt bearbetningscenter ligger svårigheten i de höga koaxialitetskraven för de små hålen mellan de övre och undre skikten. Användning av utökad verktygsbearbetning och borrning från ena änden kan säkerställa de tekniska kraven, men det förlängda borrverktyget kräver många specifikationer, verktygskostnaden är hög och vibrationer är benägna att uppstå under bearbetningen och effektiviteten är inte hög. Därför är en mer genomförbar bearbetningslösning att använda speciell fixtur, U-sväng bearbetning, så endast ett litet antal korta knivar behövs. Nyckeln till framgången för bearbetningsplanen för U-sväng är att fastspännings- och positioneringsnoggrannheten under svarvningsbearbetningen måste uppfylla de tekniska kraven.
Som nämnts tidigare, när det fina datumet används som positioneringsdatum, tillåts överpositionering för att förbättra positioneringsnoggrannheten. När du använder ett vertikalt bearbetningscenter för att bearbeta hålen på den andra ytan av det roterande bordet, kan en trestifts positioneringsstruktur på ena sidan användas för fastspänning. Verktygets bottenyta och de tre cylindriska stiftaxlarna på den används som positioneringsdatum och arbetsstycket är baserat på håltappsspelet. Monteras på verktygets basplatta på ett matchande sätt. XY-förskjutningen av arbetsstycket och rotationen runt Z-axeln begränsas samtidigt av tre par stifthålspositioneringspar. Enligt ovanstående tre villkor för användning av överpositionering, bör ett vertikalt bearbetningscenter med hög precision användas för att göra verktygets basplatta och bearbeta de små hålen på den första ytan av det roterande bordet för att minska skillnaden i stiftavstånd och hålavstånd. Bearbetningscentret har hög positioneringsnoggrannhet (positioneringsfel Mindre än eller lika med 0.01 mm). Därför kan storleksskillnaden mellan stiftavstånd och hålavstånd och formfelet ignoreras. Den enda faktorn som påverkar positioneringsnoggrannheten är det matchande spelet mellan stift och hål [5].
Fortsätt att använda UG NX-mjukvaran för att simulera processen att placera och klämma fast tre stift på ena sidan, och lägg till kontaktbegränsningar för det tredje paret stifthål. Såsom kan ses från monteringsnavigatorn i figur 4 är positionsstatusen för det porösa arbetsstycket 2 en "halv svart och hälften vit" liten cirkel, vilket indikerar att arbetsstycket 2 är i ett delvis begränsat tillstånd. Klicka på begränsningsknappen på monteringsverktygsfältet, flytta markören till arbetsstycket, tryck och håll nere och rotera musen. De tre små hålen på arbetsstycket kommer var och en att rotera runt den kontaktande cylindriska tappen samtidigt. Arbetsstycket är verkligen i ett icke-fullständigt begränsat tillstånd. Uppenbarligen, med hjälp av UG NX-mjukvaran, kan det intuitivt ses att när arbetsstycket i den trestiftiga strukturen flyter, kommer diametern på ringen som bildas av mitten av det lilla hålet inte att överstiga passningsgapet, och den kombinerade Effekten av de tre begränsningarna gör mitten av arbetsstycket större. Hålet kan bara flyta inom ett litet område. Så, vad är positioneringsfelet för det stora hålet i mitten av arbetsstycket?
