Las piezas del marco de la rueda suelen tener requisitos técnicos elevados, como dimensiones y tolerancias geométricas. El sistema de posicionamiento tradicional de dos pasadores en un lado utiliza un ajuste con holgura, lo que provoca grandes errores de posicionamiento y una precisión de procesamiento de piezas inestable. El sobreposicionamiento tiene dos caras. Por un lado, viola el principio de posicionamiento de seis puntos y afecta la sujeción y el posicionamiento. Por otro lado, si se maneja adecuadamente, puede mejorar la rigidez y la precisión del procesamiento de la pieza. Analizar y procesar correctamente el sobreposicionamiento puede mejorar la precisión del posicionamiento sin afectar la carga y descarga de piezas de trabajo. Esta es la clave para el diseño racional de accesorios de sobreposición. Con las funciones de simulación de movimiento y ensamblaje del software UG NX, se puede mostrar intuitivamente el impacto del espacio de ajuste en el error de posicionamiento de orificios redondos en diferentes posiciones. Se ha mejorado la precisión de posicionamiento de la estructura de dos pines de doble expansión con error de posicionamiento mejorado, pero aún tiene sus limitaciones. Para piezas de trabajo porosas del marco de la rueda, un método de posicionamiento razonable de tres pasadores en un lado puede lograr una precisión de posicionamiento mayor y más estable que el método de posicionamiento de dos pasadores en un lado.
1 Prefacio
El sobreposicionamiento significa que un cierto grado de libertad de la pieza de trabajo se limita dos o más veces. El fenómeno de sobreposicionamiento puede provocar fácilmente que la pieza rígida no se instale correctamente y debe evitarse en la medida de lo posible [1]. Los pasadores de posicionamiento utilizados en el proceso de sujeción y posicionamiento de dos pasadores en un lado se dividen aproximadamente en dos categorías: pasadores rígidos y pasadores flexibles. Tanto los pasadores rígidos como los flexibles tienen sus limitaciones. El ajuste tipo hueco de la estructura rígida de dos pasadores en un lado limita la precisión del mecanizado. Los dos pines flexibles en un lado son problemáticos y costosos de producir. Además, los dos pasadores de un lado tienen un ámbito de aplicación limitado y no pueden cumplir los requisitos para procesar piezas porosas como, por ejemplo, marcos de ruedas. Cómo garantizar la precisión del posicionamiento de piezas porosas en centros de mecanizado verticales es una cuestión que vale la pena estudiar.
2 Limitaciones de dos pines en un lado
2.1 Tipo de espacio con dos pasadores en un lado
La estructura tradicional de dos pasadores tipo espacio en un lado utiliza pasadores de posicionamiento rígidos. Para evitar un posicionamiento excesivo, se utiliza un pasador cilíndrico y un pasador de corte. Su principio de posicionamiento es el posicionamiento del pasador cilíndrico y la orientación del pasador de diamante. El pasador de posicionamiento cilíndrico limita la libertad de movimiento de la pieza de trabajo en las direcciones X e Y y desempeña el papel principal de posicionamiento; el pasador de posicionamiento de diamante (el propósito del corte de bordes es aumentar el espacio entre los orificios del pasador y compensar el error de espaciado de los orificios de la pieza de trabajo y el error de espaciado de los pasadores del accesorio. Al instalar, se debe garantizar que no tenga bordes cilindro en la dirección de la línea vertical que conecta los centros de los dos orificios) solo limita la libertad de rotación de la pieza de trabajo alrededor del eje Z y generalmente desempeña el papel de posicionamiento angular. El error de desplazamiento de referencia de las dimensiones del proceso en la dirección horizontal generalmente está determinado por el par de posicionamiento del orificio del pasador cilíndrico, que se debe principalmente al desplazamiento aleatorio y la flotación del orificio de posicionamiento principal en la pieza de trabajo en relación con el pasador de posicionamiento cilíndrico. El error de desplazamiento del datum en la dirección vertical está relacionado con el centro de los dos agujeros. La línea de conexión está relacionada con el ángulo del eje X, que está determinado por el error de ángulo de la pieza de trabajo causado por el espacio entre el pasador de posicionamiento del accesorio y el orificio de posicionamiento de la pieza de trabajo.
Aunque la estructura tradicional de dos pasadores con espacio en un lado evita el posicionamiento excesivo, aumenta el error de posicionamiento en el orificio de posicionamiento del pasador de corte de bordes. Como se muestra en la Figura 1, cuando el orificio de referencia del tamaño límite máximo se encuentra con el pasador de posicionamiento del tamaño límite mínimo, las líneas de contacto del orificio del pasador se ubican a ambos lados de la línea que conecta los dos orificios, y cuando se produce la desviación del ángulo límite entre la línea que conecta los dos orificios y la línea que conecta los dos pasadores, se producirán las condiciones de posicionamiento más desfavorables, lo que fácilmente puede causar que la posición del orificio esté fuera de tolerancia [2].
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Figura 1: Error de rotación de dos pines en un lado
Para reducir el error de desplazamiento de referencia y el error del ángulo de rotación causado por la flotación aleatoria, se debe eliminar el espacio coincidente de los orificios de los pasadores, es decir, se debe reducir la desviación de tamaño de los orificios de posicionamiento y los pasadores. Sin embargo, el grado en que se puede mejorar la precisión de las piezas de trabajo y las herramientas está limitado por la precisión del mecanizado de las máquinas herramienta. Cuanto menor sea la tolerancia del paso del orificio y la tolerancia del diámetro del orificio, más difícil y mayor será el costo del procesamiento, y si el espacio de ajuste es demasiado pequeño, causará grandes problemas en la carga y descarga de las piezas de trabajo. Se puede ver en la Figura 1 que, bajo la condición de una cierta holgura entre el orificio y el pasador, cuanto mayor sea la distancia L entre los dos orificios, menor será el error del ángulo de rotación Δφ y el error de posicionamiento causado por el ángulo de rotación se reducirá relativamente.
2.2 Tipo expandible con dos pasadores en un lado
En la producción real, para mejorar la precisión del posicionamiento y facilitar la carga y descarga de piezas de trabajo, a menudo se utiliza la estructura expandible de dos pasadores en un lado. La estructura expandible de dos pasadores en un lado primero utiliza el espacio del orificio del pasador para una sujeción flexible y luego usa el mecanismo de expansión del pasador para expandir el pasador de posicionamiento para eliminar el espacio de coincidencia del orificio del pasador y reducir el error de esquina. Al mismo tiempo, debido a la diferencia entre el espacio entre los orificios de posicionamiento y el espacio entre los pasadores de posicionamiento, la pieza de trabajo se moverá ligeramente debido a la expansión de los orificios de posicionamiento y la diferencia de espacio se nivela efectivamente, mejorando así la Precisión posicional de los agujeros procesados. La aplicación de una estructura expandible de dos pasadores en un lado también puede reducir la precisión del mecanizado del orificio de posicionamiento de la pieza de trabajo y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de diseño, ahorrando así costos de producción [3].
La estructura de expansión del pasador de posicionamiento se divide en dos tipos: expansión de círculo completo y expansión de varios puntos, que corresponden respectivamente al pasador de posicionamiento cilíndrico que desempeña el papel principal de posicionamiento y al pasador de corte de bordes que limita el error del ángulo de la pieza de trabajo. La estructura expandible de dos pines en un lado se puede dividir en tipo de expansión simple y tipo de expansión doble.
En la estructura de dos pasadores de tipo de expansión simple en un lado, el pasador de posicionamiento cilíndrico que desempeña el papel de posicionamiento principal generalmente está diseñado como un tipo de expansión externa, que se usa cuando el diámetro del orificio de posicionamiento central de la pieza de trabajo es mayor y el diámetro del orificio de posicionamiento angular es menor.
La estructura de dos pasadores del tipo de doble expansión en un lado se utiliza principalmente en situaciones donde los diámetros del orificio de posicionamiento central y del orificio de posicionamiento angular de la pieza de trabajo son ambos grandes. La estructura común de doble expansión con dos pasadores en un lado adopta principalmente una estructura de expansión de aleta dentada, y ambos pasadores de posicionamiento están hechos de acero para resortes de alta calidad. La nueva estructura de dos pasadores de doble expansión en un lado utiliza principalmente pasadores de posicionamiento de paredes delgadas con medios flotantes instalados en la cavidad interior. Los medios flotantes incluyen esferas sólidas, pastas y líquidos. Tomando como ejemplo los pasadores de posicionamiento de paredes delgadas de plástico líquido, cuando el tornillo de presión presuriza el plástico líquido en el manguito de expansión de paredes delgadas a través de la columna deslizante, el plástico líquido en la cavidad interna del pasador de posicionamiento transmitirá uniformemente la presión que soporta. , de modo que el pasador de posicionamiento de pared delgada sufre deformación plástica y se expande radialmente, y el eje del pasador de posicionamiento y el orificio central coinciden, logrando así el propósito de reducir el error de posicionamiento. Después de procesar la pieza de trabajo, se reduce la presión en el manguito de expansión de paredes delgadas y el pasador de posicionamiento se separa de la pieza de trabajo.
2.3 Limitaciones de la estructura de dos pines en un lado
El proceso de posicionamiento de dos pasadores en un lado también puede considerarse como el proceso de ensamblaje de la pieza de trabajo del pasador y el orificio. Por lo tanto, se puede utilizar el software UG NX para ensamblar los pasadores y los orificios para simular el método de sobreposición de dos pasadores en un lado. Tomando como ejemplo un disco giratorio de acero inoxidable, N (número impar) orificios coaxiales de φD1 están distribuidos uniformemente en ambas superficies extremas, y el centro es un orificio pasante grande de φD2. El software UG NX se utiliza para el ensamblaje de pasadores y orificios. Hay tres restricciones de contacto entre el herramental y la pieza de trabajo, a saber, el contacto de la superficie extrema entre la placa base y la pieza de trabajo, y el contacto entre los dos conjuntos de orificios para pasadores. Para presentar de manera más intuitiva el fenómeno de amplificación del error de posicionamiento de una estructura de posicionamiento de dos pasadores en una pieza de trabajo porosa, el espacio coincidente entre los dos pares de pasadores cilíndricos y orificios se establece en 3 mm.
Como se muestra en la Figura 2, si el orificio central grande Q1 y un orificio pequeño Q2 en el círculo de distribución se utilizan como punto de referencia, debido a que existe un espacio coincidente, incluso si está sobreposicionado, cuando el pasador y el cilindro del orificio están En contacto parcial, la pieza de trabajo todavía puede estar en un rango pequeño. flotador interno. Además de los dos orificios de posicionamiento, los errores de posicionamiento de los dos orificios K3 y K4 restantes en el círculo de distribución del disco giratorio varían en tamaño debido a sus posiciones relativas con respecto a los dos orificios del pasador de posicionamiento Q1 y Q2. En la Figura 2, se puede ver intuitivamente que el error de posicionamiento de los pequeños orificios K3 y K4 en el círculo de distribución excede con creces el espacio de acoplamiento del orificio del pasador en 3 mm, es decir, el error de posicionamiento se amplifica en relación con el espacio de acoplamiento. . Uso del orificio central y los orificios pequeños en el círculo de distribución. El método de posicionamiento de dos pines en un lado del orificio no puede cumplir con los requisitos de procesamiento.
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Figura 2: Fenómeno de amplificación de errores en el posicionamiento de agujeros centrales y agujeros circunferenciales
Como se muestra en la Figura 3, si se utilizan como punto de referencia los dos pequeños orificios Q2 y K4 en el círculo de distribución del disco giratorio, es obvio que la separación entre pasadores de este método es mayor que la del método anterior. Aunque se aumenta el espaciado de los pasadores, lo que resulta en una reducción relativa del error del ángulo de rotación, el error de posicionamiento de los dos orificios restantes Q1 y K3 aún excede el espacio correspondiente en 3 mm, y también existe un fenómeno de diferentes posiciones de los orificios y diferentes errores de posicionamiento. Este tipo de posicionamiento de dos pines en un lado aún no cumple con los requisitos técnicos.
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Figura 3: Fenómeno de amplificación de errores en el posicionamiento de doble orificio circunferencial
Incluso si se utiliza una estructura de doble expansión con dos pasadores en un lado, inevitablemente se introducen errores sistemáticos tales como medición, fabricación y montaje durante el proceso de producción de los componentes de posicionamiento del dispositivo. Debido a un error de fabricación del propio dispositivo, los ejes del pasador y del eje no pueden coincidir completamente. Al mismo tiempo, aunque en la dirección vertical de la conexión entre los dos pasadores, el error de ángulo se reduce debido a la eliminación del espacio de ajuste; en la dirección de la conexión de los dos pasadores, el pasador, la diferencia en la referencia de espaciado de orificios se homogeneizará debido al ligero desplazamiento de la pieza de trabajo, pero el error de posicionamiento solo se reduce en relación con el pasador cilíndrico rígido y no se puede eliminar. . Su tamaño depende de la forma, posición y precisión dimensional del propio dispositivo cuando se fabrica. , y a excepción de los dos orificios de posicionamiento, los errores de posicionamiento de los otros orificios aún variarán debido a sus posiciones relativas a los orificios del pasador de posicionamiento. Todavía existe una tendencia a que el error de posicionamiento se amplifique en relación con los dos pines de un lado, y se producen fenómenos fuera de tolerancia.
3 Análisis de doble naturaleza del sobreposicionamiento
El fenómeno de sobreposicionamiento puede provocar fácilmente que las piezas de trabajo rígidas no se instalen normalmente. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, el uso razonable de la sobreposición puede lograr buenos resultados y beneficios obvios.
Para piezas de trabajo con poca rigidez y requisitos de alta precisión, como piezas de paredes delgadas, varillas delgadas o piezas de trabajo con una gran superficie plana como referencia de posicionamiento, piezas grandes, etc., la sujeción por sobreposicionamiento es más beneficiosa. Para piezas de trabajo con poca rigidez, cualquier lugar que se deforme fácilmente debe restringirse tanto como sea posible. El propósito es evitar la deformación causada por las fuerzas de corte durante el procesamiento, aumentar la rigidez del posicionamiento y la sujeción, garantizar la estabilidad del proceso de procesamiento y mejorar la precisión del procesamiento.
Al girar una pieza de trabajo de eje largo, un extremo de la pieza de trabajo se sujeta con tres garras y el otro extremo se sostiene con una punta de cola. La libertad de movimiento de la pieza en las direcciones Y y Z se limita dos veces, lo que provoca un posicionamiento excesivo. En comparación con el soporte sin punta, el área de contacto y la confiabilidad de la sujeción aumentan, se fortalece la rigidez de la pieza de trabajo, el procesamiento se realiza sin problemas y la calidad y eficiencia del procesamiento de la pieza de trabajo mejoran enormemente.
En el procesamiento de fresado, los tres puntos de apoyo definen un plano y el cuarto punto de apoyo no puede ser absolutamente coplanar con ABC. La superficie fija de cuatro puntos está sobreposicionada. Sin embargo, en la producción real, a menudo se utilizan múltiples superficies con mejor precisión de posición mutua como puntos de referencia de posicionamiento al mismo tiempo, formando un método de sobreposicionamiento. Este método de sobreposicionamiento no solo mejora la confiabilidad de la sujeción y la rigidez del sistema, sino que también mejora la deformación por tensión de las piezas de trabajo de paredes delgadas, garantizando así mejor la calidad del procesamiento del producto. Quitar el cuarto punto de apoyo y eliminar los métodos de posicionamiento excesivo tiene el efecto contrario.
En otras palabras, algunos métodos de posicionamiento están sobreposicionados desde un punto de vista formal, pero no hay interferencia mutua sustancial o conflicto entre los fulcros de posicionamiento con grados de libertad repetidamente restringidos, o aunque hay interferencia, no excede el permitido. límite de la pieza de trabajo. requisitos, se permite este tipo de sobreposicionamiento. En otras palabras, al utilizar una referencia de precisión con alta precisión de mecanizado como referencia de posicionamiento, el error de la referencia de posicionamiento es pequeño y la posición de la pieza de trabajo aún puede flotar dentro de un rango pequeño. Este tipo de sobreposicionamiento es sólo un sobreposicionamiento formal y se permite que ocurra [4].
Al utilizar el posicionamiento, debe prestar atención a los siguientes tres puntos.
1) El error de la referencia de posicionamiento determina el grado de indeseabilidad del resultado de la interferencia de posicionamiento excesivo. Cuanto mayor sea el error del dato de posicionamiento, más grave será la deformación por interferencia y mayores serán las consecuencias adversas. Por lo tanto, se deben plantear requisitos más altos para el tamaño y la precisión geométrica del orificio de referencia de posicionamiento utilizado como pieza de trabajo para reducir el error del propio datum de posicionamiento.
2) La fuerza utilizada para cargar y descargar la pieza de trabajo debe ser adecuada, y su deformación local y tensión de contacto deben controlarse dentro del rango permitido por los requisitos técnicos.
3) En un sistema de fijación sobreposicionado, el número de piezas de posicionamiento afecta la desviación integral de todo el sistema de fijación.
4 Casos de aplicación de sobreposicionamiento de tres pines en un lado
La placa giratoria de acero inoxidable mencionada anteriormente tiene una altura total de 210 mm y una sección transversal en forma de I. Hay N (número impar) orificios pequeños coaxiales y distribuidos uniformemente de φD1 en ambas superficies extremas, y un orificio pasante grande de φD2 en el centro. Esta pieza de trabajo es una pieza estructural soldada y existen altos requisitos entre los ejes superior e inferior de los orificios pequeños, entre el eje circular uniforme y el eje de los orificios grandes, y la posición de los orificios pequeños con respecto a los orificios grandes. Al mecanizar en un centro de mecanizado vertical, la dificultad reside en los altos requisitos de coaxialidad para los pequeños agujeros entre las capas superior e inferior. El uso de procesamiento de herramientas extendidas y mandrinado desde un extremo puede garantizar los requisitos técnicos, pero la herramienta de mandrinado alargada requiere muchas especificaciones, el costo de la herramienta es alto, es probable que se produzcan vibraciones durante el procesamiento y la eficiencia no es alta. Por lo tanto, una solución de procesamiento más factible es utilizar un dispositivo especial, procesamiento con giro en U, de modo que solo se necesita una pequeña cantidad de cuchillas cortas. La clave del éxito del plan de procesamiento de giro en U es que la precisión de sujeción y posicionamiento durante el procesamiento de torneado debe cumplir con los requisitos técnicos.
Como se mencionó anteriormente, cuando se utiliza el dato fino como dato de posicionamiento, se permite el sobreposicionamiento para mejorar la precisión del posicionamiento. Cuando se utiliza un centro de mecanizado vertical para procesar los orificios en la segunda superficie de la mesa giratoria, se puede usar una estructura de posicionamiento de tres pasadores en un lado para sujetar. La superficie inferior de la herramienta y los tres ejes del pasador cilíndrico se utilizan como referencia de posicionamiento, y la pieza de trabajo se basa en la holgura entre el orificio y el pasador. Instalado en la placa base de herramientas de manera coincidente. El desplazamiento XY de la pieza de trabajo y la rotación alrededor del eje Z están restringidos simultáneamente por tres pares de pares de posicionamiento de orificios. De acuerdo con las tres condiciones anteriores de uso de sobreposicionamiento, se debe usar un centro de mecanizado vertical de alta precisión para hacer la placa base de herramientas y procesar los pequeños orificios en la primera superficie de la mesa giratoria para reducir la diferencia en el espaciado de pasadores y espaciado de agujeros. El centro de mecanizado tiene una alta precisión de posicionamiento (error de posicionamiento menor o igual a 0.01 mm). Por lo tanto, se pueden ignorar la diferencia de tamaño entre el espaciado de pasadores y el espaciado de orificios, así como el error de forma. El único factor que afecta la precisión del posicionamiento es la holgura coincidente entre los pasadores y los agujeros [5].
Continúe utilizando el software UG NX para simular el proceso de posicionamiento y sujeción de tres pasadores en un lado y agregue restricciones de contacto para el tercer par de orificios para pasadores. Como puede verse en el navegador de ensamblaje en la Figura 4, el estado de posición de la pieza de trabajo porosa 2 es un pequeño círculo "mitad negro y mitad blanco", lo que indica que la pieza de trabajo 2 está en un estado parcialmente restringido. Haga clic en el botón de restricción en la barra de herramientas de ensamblaje, mueva el cursor a la pieza de trabajo, presione y mantenga presionado y gire el mouse. Los tres pequeños orificios de la pieza de trabajo girarán cada uno alrededor del pasador cilíndrico de contacto al mismo tiempo. De hecho, la pieza de trabajo no se encuentra en un estado totalmente restringido. Obviamente, con la ayuda del software UG NX, se puede ver intuitivamente que cuando la pieza de trabajo en la estructura de tres pasadores flota, el diámetro del anillo formado por el centro del pequeño orificio no excederá el espacio de ajuste, y la combinación El efecto de las tres restricciones hace que el centro de la pieza de trabajo sea más grande. El agujero sólo puede flotar dentro de un rango pequeño. Entonces, ¿cuál es el error de posicionamiento del agujero grande en el centro de la pieza de trabajo?
