Le parti del telaio della ruota di solito hanno requisiti tecnici elevati come dimensioni e tolleranze geometriche. Il tradizionale sistema di posizionamento a due perni su un lato utilizza un adattamento con gioco, che porta a grandi errori di posizionamento e ad una precisione di lavorazione delle parti instabile. Il sovraposizionamento ha due facce. Da un lato viola il principio del posizionamento a sei punti e influisce sul bloccaggio e sul posizionamento. D'altro canto, se maneggiato correttamente, può migliorare la rigidità e la precisione di lavorazione del pezzo. L'analisi e l'elaborazione corrette del sovraposizionamento possono migliorare la precisione del posizionamento senza influire sul carico e scarico dei pezzi. Questa è la chiave per la progettazione razionale dei dispositivi di sovrapposizione. Con le funzioni di simulazione del movimento e dell'assemblaggio del software UG NX, è possibile visualizzare in modo intuitivo l'impatto del gioco di adattamento sull'errore di posizionamento dei fori rotondi in diverse posizioni. La precisione di posizionamento della struttura a due pin a doppia espansione con errore di posizionamento migliorato è stata migliorata, ma presenta ancora i suoi limiti. Per i pezzi porosi del telaio della ruota, un ragionevole metodo di posizionamento a tre perni su un lato può ottenere una precisione di posizionamento maggiore e più stabile rispetto al metodo di posizionamento a due perni su un lato.
1 Prefazione
Il sovraposizionamento significa che un certo grado di libertà del pezzo viene limitato due o più volte. Il fenomeno del sovraposizionamento può facilmente portare alla mancata installazione corretta del pezzo rigido e dovrebbe essere evitato il più possibile [1]. I perni di posizionamento utilizzati nel processo di bloccaggio e posizionamento a due perni su un lato sono grosso modo divisi in due categorie: perni rigidi e perni flessibili. Sia i perni rigidi che quelli flessibili hanno i loro limiti. L'adattamento a fessura della struttura rigida a due perni su un lato limita la precisione della lavorazione. Il connettore flessibile a due pin su un lato è problematico e costoso da produrre. Inoltre, il doppio perno su un lato ha un campo di applicazione limitato e non può soddisfare i requisiti per la lavorazione di parti porose come i telai delle ruote. Come garantire la precisione di posizionamento delle parti porose sui centri di lavoro verticali è una questione che vale la pena studiare.
2 Limitazioni di due pin su un lato
2.1 Tipo Gap con due perni su un lato
La tradizionale struttura a due pin di tipo gap su un lato utilizza perni di posizionamento rigidi. Per evitare il sovraposizionamento vengono utilizzati un perno cilindrico e un perno tagliente. Il suo principio di posizionamento è il posizionamento del perno cilindrico e l'orientamento del perno diamantato. Il perno di posizionamento cilindrico limita la libertà di movimento del pezzo nelle direzioni X e Y e svolge il ruolo principale di posizionamento; il perno di posizionamento del diamante (lo scopo del taglio del bordo è quello di aumentare la distanza tra i fori del perno e compensare l'errore di spaziatura dei fori del pezzo in lavorazione e l'errore di spaziatura dei perni dell'attrezzatura. Durante l'installazione, è necessario assicurarsi che si tratti di un perno senza bordi cilindro nella direzione della linea verticale che collega i centri dei due fori) limita solo la libertà di rotazione del pezzo attorno all'asse Z e solitamente svolge il ruolo di posizionamento angolare. L'errore di spostamento del riferimento delle dimensioni del processo nella direzione orizzontale è solitamente determinato dalla coppia di posizionamento del foro del perno cilindrico, che è principalmente dovuto allo spostamento casuale e alla fluttuazione del foro di posizionamento principale sul pezzo rispetto al perno di posizionamento cilindrico. L'errore di spostamento del dato nella direzione verticale è correlato al centro dei due fori. La linea di connessione è correlata all'angolo dell'asse X, che è determinato dall'errore angolare del pezzo causato dallo spazio tra il perno di posizionamento dell'attrezzatura e il foro di posizionamento del pezzo.
Sebbene la tradizionale struttura a due perni di tipo gap su un lato eviti il posizionamento eccessivo, aumenta l'errore di posizionamento nel foro di posizionamento del perno tagliabordi. Come mostrato nella Figura 1, quando il foro di riferimento della dimensione limite massima incontra il perno di posizionamento della dimensione limite minima, le linee di contatto del foro del perno si trovano su entrambi i lati della linea che collega i due fori e quando si verifica la deflessione dell'angolo limite tra la linea che collega i due fori e la linea che collega i due perni, si verificheranno le condizioni di posizionamento più sfavorevoli, che possono facilmente far sì che la posizione del foro sia fuori tolleranza [2].
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Figura 1: Errore di rotazione di due perni su un lato
Per ridurre l'errore di spostamento di riferimento e l'errore dell'angolo di rotazione causati dal galleggiamento casuale, è necessario eliminare lo spazio di corrispondenza dei fori dei perni, ovvero è necessario ridurre la deviazione dimensionale dei fori di posizionamento e dei perni. Tuttavia, la misura in cui è possibile migliorare la precisione dei pezzi e degli utensili è limitata dalla precisione di lavorazione delle macchine utensili. Quanto più piccola è la tolleranza del passo e del diametro del foro, tanto più difficile e elevato sarà il costo di lavorazione e, se lo spazio di adattamento è troppo piccolo, causerà grossi problemi nel carico e scarico dei pezzi. Dalla Figura 1 si può vedere che, a condizione di un certo gioco tra foro e perno, maggiore è la distanza L tra i due fori, minore è l'errore dell'angolo di rotazione Δφ e l'errore di posizionamento causato dall'angolo di rotazione è relativamente ridotto.
2.2 Tipo espandibile con due perni su un lato
Nella produzione vera e propria, al fine di migliorare la precisione di posizionamento e facilitare il carico e lo scarico dei pezzi, viene spesso utilizzata la struttura espandibile a due perni su un lato. La struttura espandibile a due perni su un lato utilizza prima lo spazio del foro del perno per un bloccaggio flessibile, quindi utilizza il meccanismo di espansione del perno per espandere il perno di posizionamento per eliminare lo spazio di corrispondenza del foro del perno e ridurre l'errore d'angolo. Allo stesso tempo, a causa della differenza tra la spaziatura tra i fori di posizionamento e la spaziatura tra i perni di posizionamento, il pezzo si sposterà leggermente a causa dell'espansione dei fori di posizionamento e la differenza di spaziatura verrà effettivamente livellata, migliorando così la precisione di posizionamento dei fori lavorati. L'applicazione di una struttura espandibile a due perni su un lato può anche ridurre la precisione di lavorazione del foro di posizionamento del pezzo rispettando i requisiti di progettazione, risparmiando così sui costi di produzione [3].
La struttura di espansione del perno di posizionamento è divisa in due tipi: espansione a cerchio completo ed espansione in più punti, che corrispondono rispettivamente al perno di posizionamento cilindrico che svolge il ruolo di posizionamento principale e al perno tagliente che limita l'errore dell'angolo del pezzo. La struttura espandibile a due pin su un lato può essere divisa in tipo a espansione singola e tipo a doppia espansione.
Nella struttura a due perni del tipo ad espansione singola su un lato, il perno di posizionamento cilindrico che svolge il ruolo di posizionamento principale è solitamente progettato come tipo ad espansione esterna, che viene utilizzato quando il diametro del foro di posizionamento centrale del pezzo è maggiore e il diametro del foro di posizionamento angolare è più piccolo.
La struttura a due perni del tipo a doppia espansione su un lato viene utilizzata principalmente in situazioni in cui i diametri del foro di posizionamento centrale e del foro di posizionamento angolare del pezzo sono entrambi grandi. La comune struttura a doppia espansione con due perni su un lato adotta principalmente una struttura di espansione ad aletta dentata ed entrambi i perni di posizionamento sono realizzati in acciaio per molle di alta qualità. La nuova struttura a due pin di tipo doppia espansione su un lato utilizza principalmente perni di posizionamento a pareti sottili con supporti flottanti installati nella cavità interna. I mezzi galleggianti includono sfere solide, paste e liquidi. Prendendo come esempio i perni di posizionamento a parete sottile in plastica liquida, quando la vite di pressione pressurizza la plastica liquida nel manicotto di espansione a parete sottile attraverso la colonna scorrevole, la plastica liquida nella cavità interna del perno di posizionamento trasmetterà uniformemente la pressione che sopporta , in modo che la parete sottile del perno di posizionamento subisca una deformazione plastica e si espanda radialmente, e l'asse del perno di posizionamento e il foro centrale siano coincidenti, raggiungendo così lo scopo di ridurre l'errore di posizionamento. Dopo la lavorazione del pezzo, la pressione nel manicotto di espansione a pareti sottili viene ridotta e il perno di posizionamento viene separato dal pezzo.
2.3 Limitazioni della struttura a due pin su un lato
Il processo di posizionamento di due perni su un lato può anche essere considerato come il processo di assemblaggio del perno e del pezzo forato. Pertanto, il software UG NX può essere utilizzato per assemblare perni e fori per simulare il metodo di sovrapposizione di due perni su un lato. Prendendo come esempio un disco rotante in acciaio inossidabile, N (numero dispari) fori coassiali di φD1 sono distribuiti uniformemente su entrambe le superfici terminali e il centro è un grande foro passante di φD2. Il software UG NX viene utilizzato per l'assemblaggio di perni e fori. Esistono tre vincoli di contatto tra l'utensileria e il pezzo, vale a dire il contatto della superficie terminale tra la piastra di base e il pezzo e il contatto tra i due set di fori. Per presentare in modo più intuitivo il fenomeno dell'amplificazione dell'errore di posizionamento di una struttura di posizionamento a due perni in un pezzo poroso, lo spazio di corrispondenza tra le due coppie di perni cilindrici e fori è impostato su 3 mm.
Come mostrato nella Figura 2, se si utilizzano come punto di riferimento il foro grande centrale Q1 e un foro piccolo Q2 sul cerchio di distribuzione, poiché c'è uno spazio corrispondente, anche se sovraposizionato, quando il perno e il cilindro del foro sono in caso di contatto parziale il pezzo può trovarsi ancora in una zona ristretta. galleggiante interno. Oltre ai due fori di posizionamento, gli errori di posizionamento dei restanti due fori K3 e K4 sul cerchio di distribuzione del disco rotante variano di dimensione a causa della loro posizione relativa ai due fori dei perni di posizionamento Q1 e Q2. Dalla Figura 2 si può vedere intuitivamente che l'errore di posizionamento dei piccoli fori K3 e K4 sul cerchio di distribuzione supera di gran lunga lo spazio di accoppiamento del foro del perno di 3 mm, cioè l'errore di posizionamento è amplificato rispetto allo spazio di accoppiamento . Utilizzo del foro centrale e dei fori piccoli sul cerchio di distribuzione Il metodo di posizionamento a due perni su un lato del foro non può soddisfare i requisiti di elaborazione.
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Figura 2: Fenomeno di amplificazione dell'errore nel posizionamento dei fori centrali e dei fori circonferenziali
Come mostrato nella Figura 3, se si utilizzano come punto di riferimento i due piccoli fori Q2 e K4 sul cerchio di distribuzione del disco rotante, è ovvio che la spaziatura dei pin di questo metodo è maggiore di quella del metodo precedente. Sebbene la spaziatura dei perni sia aumentata, con conseguente riduzione relativa dell'errore dell'angolo di rotazione, l'errore di posizionamento dei restanti due fori Q1 e K3 supera ancora lo spazio di corrispondenza di 3 mm, e c'è anche un fenomeno di diverse posizioni dei fori e diversi errori di posizionamento. Questo tipo di posizionamento a due pin su un lato non è ancora in grado di soddisfare i requisiti tecnici.
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Figura 3: Fenomeno di amplificazione dell'errore nel posizionamento del doppio foro circonferenziale
Anche se si utilizza una struttura a doppia espansione con due perni su un lato, durante il processo di produzione dei componenti di posizionamento delle attrezzature vengono inevitabilmente introdotti errori sistematici di misurazione, fabbricazione e assemblaggio. A causa di un errore di fabbricazione dell'attrezzatura stessa, gli assi del perno e dell'albero non possono coincidere completamente. Allo stesso tempo, pur nella direzione verticale del collegamento tra i due perni, l'errore angolare viene ridotto grazie all'eliminazione del gap di adattamento; nella direzione della connessione dei due perni, il perno, La differenza nel riferimento della spaziatura dei fori sarà omogenea a causa del leggero spostamento del pezzo, ma l'errore di posizionamento è ridotto solo rispetto al perno cilindrico rigido e non può essere eliminato . Le sue dimensioni dipendono dalla forma, dalla posizione e dall'accuratezza dimensionale dell'apparecchio stesso al momento della sua realizzazione. e, fatta eccezione per i due fori di posizionamento, gli errori di posizionamento degli altri fori varieranno comunque a causa delle loro posizioni relative ai fori dei perni di posizionamento. C'è ancora la tendenza ad amplificare l'errore di posizionamento rispetto ai due pin su un lato e si verificano fenomeni di fuori tolleranza.
3 Analisi della duplice natura del sovraposizionamento
Il fenomeno del sovraposizionamento può facilmente portare al fallimento di pezzi rigidi da installare normalmente. Tuttavia, in determinate condizioni, un uso ragionevole del sovraposizionamento può ottenere buoni risultati e evidenti benefici.
Per pezzi con rigidità debole e requisiti di alta precisione, come pezzi con pareti sottili, aste sottili o pezzi con un'ampia superficie piana come riferimento di posizionamento, pezzi di grandi dimensioni, ecc., il bloccaggio eccessivo è più vantaggioso. Per i pezzi con scarsa rigidità, eventuali punti facilmente deformabili dovrebbero essere contenuti il più possibile. Lo scopo è prevenire la deformazione causata dalle forze di taglio durante la lavorazione, aumentare la rigidità del posizionamento e del bloccaggio, garantire la stabilità del processo di lavorazione e migliorare la precisione della lavorazione.
Quando si gira un pezzo ad asse lungo, un'estremità del pezzo viene bloccata con tre artigli e l'altra estremità è supportata da una punta della coda. La libertà di movimento del pezzo nelle direzioni Y e Z è limitata due volte, con conseguente sovraposizionamento. Rispetto al supporto senza punta, l'area di contatto e l'affidabilità del bloccaggio aumentano, la rigidità del pezzo viene rafforzata, la lavorazione procede senza intoppi e la qualità della lavorazione e l'efficienza del pezzo vengono notevolmente migliorate.
Nella lavorazione di fresatura i tre punti di appoggio definiscono un piano, ed il quarto punto di appoggio non può essere assolutamente complanare con ABC. La superficie fissa a quattro punti è sovraposizionata. Tuttavia, nella produzione effettiva, più superfici con una migliore precisione di posizione reciproca vengono spesso utilizzate contemporaneamente come parametri di riferimento per il posizionamento, formando un metodo di sovraposizionamento. Questo metodo di posizionamento eccessivo non solo migliora l'affidabilità del bloccaggio e la rigidità del sistema, ma migliora anche la deformazione da stress dei pezzi a pareti sottili, garantendo così meglio la qualità della lavorazione del prodotto. Rimuovere il quarto punto di supporto ed eliminare i metodi di sovraposizionamento ha l'effetto opposto.
In altre parole, alcuni metodi di posizionamento sono sovraposizionati da un punto di vista formale, ma non vi è alcuna sostanziale interferenza reciproca o conflitto tra i fulcri di posizionamento con gradi di libertà ripetutamente limitati, o sebbene vi sia interferenza, non supera il limite consentito limite del pezzo. requisiti, questo tipo di sovraposizionamento è consentito. In altre parole, utilizzando un dato di precisione con elevata precisione di lavorazione come dato di posizionamento, l'errore del dato di posizionamento è piccolo e la posizione del pezzo può ancora fluttuare entro un intervallo ristretto. Questo tipo di sovraposizionamento è solo un sovraposizionamento formale ed è consentito che si verifichi [4].
Quando si utilizza il posizionamento, è necessario prestare attenzione ai seguenti tre punti.
1) L'errore del riferimento di posizionamento determina il grado di indesiderabilità del risultato dell'interferenza di sovraposizionamento. Maggiore è l'errore del dato di posizionamento, più grave sarà la deformazione da interferenza e maggiori le conseguenze negative. Pertanto, è necessario avanzare requisiti più elevati per le dimensioni e la precisione geometrica del foro del riferimento di posizionamento utilizzato come pezzo in lavorazione per ridurre l'errore del riferimento di posizionamento stesso.
2) La forza utilizzata per caricare e scaricare il pezzo deve essere appropriata e la sua deformazione locale e la sollecitazione di contatto devono essere controllate entro l'intervallo consentito dai requisiti tecnici.
3) In un sistema di attrezzatura con posizionamento eccessivo, il numero delle parti di posizionamento influisce sulla deviazione complessiva dell'intero sistema di attrezzatura.
4 Casi applicativi di sovrapposizione a tre pin su un lato
Il piatto rotante in acciaio inox menzionato prima ha un'altezza totale di 210 mm e una sezione trasversale a forma di I. Sono presenti N (numero dispari) piccoli fori coassiali e distribuiti uniformemente di φD1 su entrambe le superfici terminali e un grande foro passante di φD2 al centro. Questo pezzo è una parte strutturale saldata e vi sono requisiti elevati tra gli assi superiore e inferiore dei fori piccoli, tra l'asse circolare uniforme e l'asse dei fori grandi e la posizione dei fori piccoli rispetto ai fori grandi. Nella lavorazione su un centro di lavoro verticale, la difficoltà risiede negli elevati requisiti di coassialità per i piccoli fori tra lo strato superiore e quello inferiore. L'uso della lavorazione estesa dell'utensile e della noiatura da un'estremità può garantire i requisiti tecnici, ma l'utensile noioso allungato richiede molte specifiche, il costo dell'utensile è elevato, è probabile che si verifichino vibrazioni durante la lavorazione e l'efficienza non è elevata. Pertanto, una soluzione di lavorazione più fattibile consiste nell'utilizzare un dispositivo speciale, lavorazione con inversione di marcia, in modo che sia necessario solo un numero limitato di coltelli corti. La chiave del successo del piano di lavorazione con inversione a U è che la precisione di bloccaggio e posizionamento durante la lavorazione di tornitura deve soddisfare i requisiti tecnici.
Come accennato in precedenza, quando si utilizza il riferimento fine come riferimento di posizionamento, è consentito il sovraposizionamento per migliorare la precisione del posizionamento. Quando si utilizza un centro di lavoro verticale per elaborare i fori sulla seconda superficie della tavola rotante, per il bloccaggio è possibile utilizzare una struttura di posizionamento a tre perni su un lato. La superficie inferiore dell'utensile e i tre assi del perno cilindrico su di esso vengono utilizzati come riferimento di posizionamento e il pezzo in lavorazione si basa sulla distanza tra foro e perno. Installato sulla piastra base dell'utensile in modo corrispondente. Lo spostamento XY del pezzo e la rotazione attorno all'asse Z sono limitati contemporaneamente da tre coppie di coppie di posizionamento del foro stenopeico. In base alle tre condizioni di utilizzo del sovraposizionamento sopra indicate, è necessario utilizzare un centro di lavoro verticale ad alta precisione per realizzare la piastra di base dell'utensile ed elaborare i piccoli fori sulla prima superficie della tavola rotante per ridurre la differenza nella spaziatura dei perni e spaziatura dei fori. Il centro di lavoro ha un'elevata precisione di posizionamento (errore di posizionamento inferiore o uguale a 0,01 mm). Pertanto, la differenza dimensionale tra la spaziatura dei pin e la spaziatura dei fori e l'errore di forma possono essere ignorati. L'unico fattore che influenza la precisione del posizionamento è il gioco di corrispondenza tra perni e fori [5].
Continuare a utilizzare il software UG NX per simulare il processo di posizionamento e bloccaggio di tre perni su un lato e aggiungere vincoli di contatto per la terza coppia di fori dei perni. Come si può vedere dal navigatore di assieme nella Figura 4, lo stato della posizione del pezzo poroso 2 è un piccolo cerchio "metà nero e metà bianco", che indica che il pezzo 2 è in uno stato parzialmente vincolato. Fare clic sul pulsante del vincolo sulla barra degli strumenti dell'assieme, spostare il cursore sul pezzo, tenere premuto e ruotare il mouse. I tre piccoli fori sul pezzo ruoteranno contemporaneamente ciascuno attorno al perno cilindrico di contatto. Il pezzo si trova effettivamente in uno stato non completamente vincolato. Ovviamente, con l'aiuto del software UG NX, si può vedere intuitivamente che quando il pezzo nella struttura a tre perni galleggia, il diametro dell'anello formato dal centro del piccolo foro non supererà lo spazio di adattamento e la combinazione L'effetto delle tre restrizioni rende il centro del pezzo più grande. Il buco può fluttuare solo entro un raggio ristretto. Allora, qual è l'errore di posizionamento del foro grande al centro del pezzo?
