As peças da estrutura da roda geralmente apresentam elevados requisitos técnicos, como dimensões e tolerâncias geométricas. O sistema tradicional de posicionamento de dois pinos em um lado usa ajuste de folga, o que leva a grandes erros de posicionamento e precisão instável no processamento de peças. O sobreposicionamento tem dois lados. Por um lado, viola o princípio de posicionamento de seis pontos e afeta a fixação e o posicionamento. Por outro lado, se manuseado adequadamente, pode melhorar a rigidez e a precisão do processamento da peça. Analisar e processar corretamente o sobreposicionamento pode melhorar a precisão do posicionamento sem afetar o carregamento e descarregamento das peças de trabalho. Esta é a chave para o design racional de luminárias de sobreposicionamento. Com as funções de montagem e simulação de movimento do software UG NX, o impacto da folga de ajuste no erro de posicionamento de furos redondos em diferentes posições pode ser exibido intuitivamente. A precisão de posicionamento da estrutura de dois pinos de expansão dupla com erro de posicionamento aprimorado foi melhorada, mas ainda tem suas limitações. Para peças de estrutura de roda porosas, um método de posicionamento razoável de três pinos em um lado pode alcançar uma precisão de posicionamento maior e mais estável do que o método de posicionamento de dois pinos em um lado.
1 Prefácio
O sobreposicionamento significa que um certo grau de liberdade da peça é restringido duas ou mais vezes. O fenômeno de sobreposicionamento pode facilmente levar à falha da instalação correta da peça rígida e deve ser evitado tanto quanto possível [1]. Os pinos de posicionamento usados no processo de fixação e posicionamento de dois pinos de um lado são divididos aproximadamente em duas categorias: pinos rígidos e pinos flexíveis. Tanto os pinos rígidos quanto os flexíveis têm suas limitações. O ajuste do tipo folga da estrutura rígida de dois pinos em um lado limita a precisão da usinagem. O flexível de dois pinos de um lado é problemático e caro de produzir. Além disso, os dois pinos de um lado têm um escopo de aplicação limitado e não podem atender aos requisitos de processamento de peças porosas, como estruturas de rodas. Como garantir a precisão do posicionamento de peças porosas em centros de usinagem verticais é uma questão que vale a pena estudar.
2 Limitações de dois pinos de um lado
2.1 Tipo Gap com dois pinos de um lado
A estrutura tradicional de dois pinos do tipo lacuna em um lado usa pinos de posicionamento rígidos. Para evitar o sobreposicionamento, são utilizados um pino cilíndrico e um pino de ponta. Seu princípio de posicionamento é o posicionamento do pino cilíndrico e a orientação do pino diamantado. O pino de posicionamento cilíndrico limita a liberdade de movimento da peça nas direções X e Y e desempenha a função principal de posicionamento; o pino de posicionamento do diamante (o objetivo do corte da borda é aumentar a folga do furo do pino e compensar o erro de espaçamento do furo da peça de trabalho e o erro de espaçamento do pino do acessório. Ao instalar, deve-se garantir que não seja afiado cilindro na direção da linha vertical que conecta os centros dos dois furos) apenas limita a liberdade de rotação da peça em torno do eixo Z e geralmente desempenha o papel de posicionamento angular. O erro de deslocamento de referência das dimensões do processo na direção horizontal é geralmente determinado pelo par de posicionamento do furo do pino cilíndrico, que se deve principalmente ao desvio aleatório e à flutuação do furo de posicionamento principal na peça de trabalho em relação ao pino de posicionamento cilíndrico. O erro de deslocamento do ponto de referência na direção vertical está relacionado ao centro dos dois furos. A linha de conexão está relacionada ao ângulo do eixo X, que é determinado pelo erro angular da peça causado pela folga entre o pino de posicionamento do acessório e o furo de posicionamento da peça.
Embora a estrutura tradicional de dois pinos do tipo lacuna em um lado evite o posicionamento excessivo, ela aumenta o erro de posicionamento no orifício de posicionamento do pino de corte de borda. Conforme mostrado na Figura 1, quando o furo de referência do tamanho limite máximo encontra o pino de posicionamento do tamanho limite mínimo, as linhas de contato do furo do pino estão localizadas em ambos os lados da linha que conecta os dois furos, e quando ocorre a deflexão do ângulo limite entre a linha que conecta os dois furos e a linha que conecta os dois pinos, ocorrerão as condições de posicionamento mais desfavoráveis, o que pode facilmente fazer com que a posição do furo fique fora da tolerância [2].
foto
Figura 1: Erro de rotação de dois pinos de um lado
Para reduzir o erro de deslocamento de referência e o erro de ângulo de rotação causado pela flutuação aleatória, a folga correspondente dos furos dos pinos deve ser eliminada, ou seja, o desvio de tamanho dos furos de posicionamento e dos pinos deve ser reduzido. No entanto, até que ponto a precisão das peças e ferramentas pode ser melhorada é limitada pela precisão da usinagem das máquinas-ferramentas. Quanto menor a tolerância do passo do furo e a tolerância do diâmetro do furo, mais difícil e maior será o custo no processamento, e se a folga de ajuste for muito pequena, causará grandes problemas no carregamento e descarregamento das peças de trabalho. Pode-se observar na Figura 1 que, sob a condição de uma certa folga furo-pino, quanto maior a distância L entre os dois furos, menor será o erro do ângulo de rotação Δφ, e o erro de posicionamento causado pelo ângulo de rotação é relativamente reduzido.
2.2 Tipo expansível com dois pinos de um lado
Na produção real, a fim de melhorar a precisão do posicionamento e facilitar o carregamento e descarregamento de peças de trabalho, a estrutura expansível de dois pinos em um lado é frequentemente usada. A estrutura expansível de dois pinos em um lado primeiro usa a lacuna do orifício do pino para fixação flexível e, em seguida, usa o mecanismo de expansão do pino para expandir o pino de posicionamento para eliminar a lacuna de correspondência do orifício do pino e reduzir o erro de canto. Ao mesmo tempo, devido à diferença entre o espaçamento entre os furos de posicionamento e o espaçamento entre os pinos de posicionamento, a peça de trabalho se moverá ligeiramente devido à expansão dos furos de posicionamento, e a diferença de espaçamento será efetivamente nivelada, melhorando assim o precisão posicional dos furos processados. A aplicação de uma estrutura expansível de dois pinos em um lado também pode reduzir a precisão da usinagem do furo de posicionamento da peça, ao mesmo tempo que atende aos requisitos do projeto, economizando assim custos de produção [3].
A estrutura de expansão do pino de posicionamento é dividida em dois tipos: expansão de círculo completo e expansão de vários pontos, que correspondem respectivamente ao pino de posicionamento cilíndrico que desempenha a função principal de posicionamento e ao pino de corte de borda que limita o erro de ângulo da peça. A estrutura expansível de dois pinos em um lado pode ser dividida em tipo de expansão única e tipo de expansão dupla.
Na estrutura de dois pinos do tipo expansão única em um lado, o pino de posicionamento cilíndrico que desempenha a função de posicionamento principal é geralmente projetado como um tipo de expansão externa, que é usado quando o diâmetro do furo de posicionamento central da peça de trabalho é maior e o diâmetro do furo de posicionamento angular é menor.
A estrutura de dois pinos do tipo expansão dupla em um lado é usada principalmente em situações onde os diâmetros do furo de posicionamento central e do furo de posicionamento angular da peça de trabalho são grandes. A estrutura comum de expansão dupla com dois pinos em um lado adota principalmente uma estrutura de expansão de aba dentada e ambos os pinos de posicionamento são feitos de aço de mola de alta qualidade. A nova estrutura de dois pinos do tipo expansão dupla em um lado usa principalmente pinos de posicionamento de paredes finas com mídia flutuante instalada na cavidade interna. Os meios flutuantes incluem esferas sólidas, pastas e líquidos. Tomando como exemplo os pinos de posicionamento de parede fina de plástico líquido, quando o parafuso de pressão pressuriza o plástico líquido na luva de expansão de parede fina através da coluna deslizante, o plástico líquido na cavidade interna do pino de posicionamento transmitirá uniformemente a pressão que suporta , de modo que o pino de posicionamento de parede fina sofra deformação plástica e se expanda radialmente, e o eixo do pino de posicionamento e o furo central sejam coincidentes, atingindo assim o objetivo de reduzir o erro de posicionamento. Após o processamento da peça de trabalho, a pressão na luva de expansão de parede fina é reduzida e o pino de posicionamento é separado da peça de trabalho.
2.3 Limitações da estrutura de dois pinos de um lado
O processo de posicionamento de dois pinos em um lado também pode ser considerado como o processo de montagem da peça de pino e furo. Portanto, o software UG NX pode ser usado para montar os pinos e furos para simular o método de sobreposicionamento de dois pinos em um lado. Tomando um disco rotativo de aço inoxidável como exemplo, N (número ímpar) furos coaxiais de φD1 são distribuídos uniformemente em ambas as superfícies finais, e o centro é um grande furo passante de φD2. O software UG NX é usado para montagem de pinos e furos. Existem três restrições de contato entre a ferramenta e a peça de trabalho, nomeadamente o contato da superfície final entre a placa de base e a peça de trabalho e o contato entre os dois conjuntos de furos de pino. A fim de apresentar de forma mais intuitiva o fenômeno de amplificação do erro de posicionamento de uma estrutura de posicionamento de dois pinos em uma peça porosa, a folga correspondente entre os dois pares de pinos cilíndricos e furos é definida como 3 mm.
Conforme mostrado na Figura 2, se o grande furo central Q1 e um pequeno furo Q2 no círculo de distribuição forem usados como referência, porque há uma folga correspondente, mesmo que esteja sobreposicionada, quando o pino e o cilindro do furo são em contato parcial, a peça ainda pode estar em uma pequena faixa. flutuação interna. Além dos dois furos de posicionamento, os erros de posicionamento dos dois furos restantes K3 e K4 no círculo de distribuição do disco rotativo variam em tamanho devido às suas posições relativas aos dois furos de pino de posicionamento Q1 e Q2. Na Figura 2, pode-se observar intuitivamente que o erro de posicionamento dos pequenos furos K3 e K4 no círculo de distribuição excede em muito a folga correspondente do furo do pino em 3 mm, ou seja, o erro de posicionamento é amplificado em relação à folga correspondente . Usando o furo central e os pequenos furos no círculo de distribuição O método de posicionamento de dois pinos em um lado do furo não pode atender aos requisitos de processamento.
foto
Figura 2: Fenômeno de amplificação de erros no posicionamento de furos centrais e furos circunferenciais
Conforme mostrado na Figura 3, se os dois pequenos orifícios Q2 e K4 no círculo de distribuição do disco rotativo forem usados como referência, é óbvio que o espaçamento dos pinos deste método é maior do que o do método anterior. Embora o espaçamento dos pinos seja aumentado, resultando em uma redução relativa do erro do ângulo de rotação, o erro de posicionamento dos dois furos restantes Q1 e K3 ainda excede a folga correspondente em 3 mm, e há também um fenômeno de diferentes posições dos furos e diferentes erros de posicionamento. Este tipo de posicionamento de dois pinos de um lado ainda não atende aos requisitos técnicos.
foto
Figura 3: Fenômeno de amplificação de erros no posicionamento de furo circunferencial duplo
Mesmo que seja utilizada uma estrutura de dupla expansão com dois pinos de um lado, erros sistemáticos como medição, fabricação e montagem são inevitavelmente introduzidos durante o processo de produção dos componentes de posicionamento do acessório. Devido ao erro de fabricação do próprio acessório, os eixos do pino e do eixo não podem coincidir completamente. Ao mesmo tempo, embora na direção vertical da conexão entre os dois pinos, o erro angular é reduzido devido à eliminação da folga de ajuste; na direção da conexão dos dois pinos, o pino, A diferença na referência de espaçamento dos furos será homogeneizada devido ao leve deslocamento da peça, mas o erro de posicionamento só é reduzido em relação ao pino cilíndrico rígido e não pode ser eliminado . Seu tamanho depende da forma, posição e precisão dimensional do próprio acessório quando é fabricado. , e exceto para os dois furos de posicionamento, os erros de posicionamento dos outros furos ainda variarão devido às suas posições relativas aos furos dos pinos de posicionamento. Ainda existe uma tendência de o erro de posicionamento ser amplificado em relação aos dois pinos de um lado, e há fenômeno de fora de tolerância.
3 Análise de dupla natureza do sobreposicionamento
O fenômeno do sobreposicionamento pode facilmente levar à falha da instalação normal de peças rígidas. No entanto, sob certas condições, o uso razoável do sobreposicionamento pode alcançar bons resultados e benefícios óbvios.
Para peças de trabalho com rigidez fraca e requisitos de alta precisão, como peças de paredes finas, hastes delgadas ou peças de trabalho com uma grande superfície plana como referência de posicionamento, peças grandes, etc., a fixação por sobreposicionamento é mais benéfica. Para peças com pouca rigidez, quaisquer locais que sejam facilmente deformados devem ser restringidos tanto quanto possível. O objetivo é evitar deformações causadas por forças de corte durante o processamento, aumentar a rigidez de posicionamento e fixação, garantir a estabilidade do processo de processamento e melhorar a precisão do processamento.
Ao girar uma peça de eixo longo, uma extremidade da peça é fixada com três garras e a outra extremidade é apoiada por uma ponta traseira. A liberdade de movimento da peça nas direções Y e Z é limitada duas vezes, resultando em sobreposicionamento. Em comparação com o suporte sem ponta, a área de contato e a confiabilidade de fixação são aumentadas, a rigidez da peça de trabalho é reforçada, o processamento prossegue suavemente e a qualidade de processamento e a eficiência da peça de trabalho são bastante melhoradas.
No processamento de fresamento, os três pontos de apoio definem um plano e o quarto ponto de apoio não pode ser absolutamente coplanar com ABC. A superfície fixa de quatro pontos está sobreposicionada. No entanto, na produção real, múltiplas superfícies com melhor precisão de posicionamento mútuo são frequentemente utilizadas como referências de posicionamento ao mesmo tempo, formando um método de sobreposicionamento. Este método de sobreposicionamento não apenas aumenta a confiabilidade da fixação e a rigidez do sistema, mas também melhora a deformação por tensão de peças de paredes finas, garantindo assim melhor a qualidade do processamento do produto. A remoção do quarto ponto de apoio e a eliminação dos métodos de sobreposicionamento têm o efeito oposto.
Em outras palavras, alguns métodos de posicionamento são sobreposicionados do ponto de vista formal, mas não há interferência mútua substancial ou conflito entre os fulcros de posicionamento com graus de liberdade repetidamente restritos, ou embora haja interferência, não excede o permitido. limite da peça. requisitos, este tipo de sobreposicionamento é permitido. Em outras palavras, usando um ponto de referência de precisão com alta precisão de usinagem como ponto de referência de posicionamento, o erro do ponto de referência de posicionamento é pequeno e a posição da peça ainda pode flutuar dentro de uma pequena faixa. Este tipo de sobreposicionamento é apenas sobreposicionamento formal e pode ocorrer [4].
Ao usar o posicionamento, você deve prestar atenção aos três pontos a seguir.
1) O erro da referência de posicionamento determina o grau de indesejável do resultado da interferência de sobreposicionamento. Quanto maior for o erro do dado de posicionamento, mais grave será a deformação por interferência e maiores serão as consequências adversas. Portanto, requisitos mais elevados devem ser apresentados para o tamanho e a precisão geométrica do furo de referência de posicionamento usado como peça de trabalho para reduzir o erro do próprio dado de posicionamento.
2) A força utilizada para carga e descarga da peça deve ser adequada, e sua deformação local e tensão de contato devem ser controladas dentro da faixa permitida pelos requisitos técnicos.
3) Em um sistema de fixação com sobreposicionamento, o número de peças de posicionamento afeta o desvio abrangente de todo o sistema de fixação.
4 Casos de aplicação de sobreposicionamento de três pinos em um lado
A placa rotativa de aço inoxidável mencionada anteriormente tem uma altura total de 210 mm e uma seção transversal em forma de I. Existem N (número ímpar) pequenos orifícios coaxiais e uniformemente distribuídos de φD1 em ambas as superfícies finais, e um grande orifício passante de φD2 no centro. Esta peça é uma peça estrutural soldada e existem altos requisitos entre os eixos superior e inferior dos pequenos furos, entre o eixo circular uniforme e o eixo dos furos grandes e a posição dos pequenos furos em relação aos furos grandes. Ao processar em um centro de usinagem vertical, a dificuldade reside nos altos requisitos de coaxialidade para os pequenos furos entre as camadas superior e inferior. O uso de processamento estendido de ferramenta e mandrilamento de uma extremidade pode garantir os requisitos técnicos, mas a ferramenta de mandrilamento alongada requer muitas especificações, o custo da ferramenta é alto e a vibração é propensa a ocorrer durante o processamento e a eficiência não é alta. Portanto, uma solução de processamento mais viável é usar um acessório especial, processamento em U, de forma que apenas um pequeno número de facas curtas seja necessário. A chave para o sucesso do plano de processamento de inversão de marcha é que a precisão de fixação e posicionamento durante o processamento de torneamento deve atender aos requisitos técnicos.
Como mencionado anteriormente, quando o ponto de referência fino é usado como ponto de referência de posicionamento, o sobreposicionamento é permitido para melhorar a precisão do posicionamento. Ao usar um centro de usinagem vertical para processar os furos na segunda superfície da mesa rotativa, uma estrutura de posicionamento de três pinos em um lado pode ser usada para fixação. A superfície inferior da ferramenta e os três eixos do pino cilíndrico nela são usados como referência de posicionamento, e a peça de trabalho é baseada na folga do furo-pino. Instalado na placa base da ferramenta de maneira correspondente. O deslocamento XY da peça de trabalho e a rotação em torno do eixo Z são simultaneamente restringidos por três pares de pares de posicionamento de furos de pino. De acordo com as três condições de uso de sobreposicionamento acima, um centro de usinagem vertical de alta precisão deve ser usado para fazer a placa de base da ferramenta e processar os pequenos furos na primeira superfície da mesa rotativa para reduzir a diferença no espaçamento dos pinos e espaçamento entre furos. O centro de usinagem possui alta precisão de posicionamento (erro de posicionamento menor ou igual a 0,01mm). Portanto, a diferença de tamanho entre o espaçamento dos pinos e o espaçamento dos furos e o erro de forma podem ser ignorados. O único fator que afeta a precisão do posicionamento é a folga correspondente entre pinos e furos [5].
Continue a usar o software UG NX para simular o processo de posicionamento e fixação de três pinos em um lado e adicione restrições de contato para o terceiro par de furos de pino. Como pode ser visto no navegador de montagem na Figura 4, o status de posição da peça de trabalho porosa 2 é um pequeno círculo "metade preto e metade branco", indicando que a peça de trabalho 2 está em um estado parcialmente restringido. Clique no botão de restrição na barra de ferramentas da montagem, mova o cursor até a peça de trabalho, pressione e segure e gire o mouse. Os três pequenos orifícios na peça de trabalho girarão em torno do pino cilíndrico de contato ao mesmo tempo. A peça de trabalho está de fato em um estado não totalmente restringido. Obviamente, com a ajuda do software UG NX, pode-se ver intuitivamente que quando a peça na estrutura de três pinos flutua, o diâmetro do anel formado pelo centro do pequeno furo não excederá a folga de encaixe, e o combinado O efeito das três restrições torna o centro da peça maior. O buraco só pode flutuar dentro de uma pequena faixa. Então, qual é o erro de posicionamento do furo grande no centro da peça?
