Tekerlek çerçevesi parçaları genellikle boyutlar ve geometrik toleranslar gibi yüksek teknik gereksinimlere sahiptir. Bir taraftaki geleneksel iki pimli konumlandırma sistemi, boşluklu geçmeyi kullanır, bu da büyük konumlandırma hatalarına ve dengesiz parça işleme doğruluğuna yol açar. Aşırı konumlandırmanın iki tarafı vardır. Bir yandan altı nokta konumlandırma prensibini ihlal ediyor ve kenetleme ve konumlandırmayı etkiliyor. Öte yandan, doğru şekilde kullanıldığında parçanın sertliğini ve işleme doğruluğunu artırabilir. Aşırı konumlandırmanın doğru şekilde analiz edilmesi ve işlenmesi, iş parçalarının yüklenmesini ve boşaltılmasını etkilemeden konumlandırma doğruluğunu artırabilir. Bu, aşırı konumlanan armatürlerin rasyonel tasarımının anahtarıdır. UG NX yazılımının montaj ve hareket simülasyonu işlevleriyle, geçme açıklığının yuvarlak deliklerin farklı konumlardaki konumlandırma hatası üzerindeki etkisi sezgisel olarak görüntülenebilir. Konumlandırma hatası iyileştirilmiş çift genişlemeli iki pimli yapının konumlandırma doğruluğu iyileştirildi, ancak yine de sınırlamaları var. Gözenekli tekerlek çerçevesi iş parçaları için, bir taraftaki makul üç pimli konumlandırma yöntemi, bir taraftaki iki pimli konumlandırma yönteminden daha yüksek ve daha kararlı konumlandırma doğruluğu sağlayabilir.
1 Önsöz
Aşırı konumlandırma, iş parçasının belirli bir serbestlik derecesinin iki veya daha fazla kez kısıtlanması anlamına gelir. Aşırı konumlandırma olgusu, sert iş parçasının doğru şekilde monte edilememesiyle kolayca sonuçlanabilir ve mümkün olduğunca bundan kaçınılmalıdır [1]. Bir tarafta iki pimli kelepçeleme ve konumlandırma işleminde kullanılan konumlandırma pimleri kabaca iki kategoriye ayrılır: sert pimler ve esnek pimler. Hem sert hem de esnek pimlerin sınırlamaları vardır. Sert iki pimli yapının bir taraftaki boşluk tipi uyumu, işleme doğruluğunu sınırlar. Bir taraftaki esnek iki pimin üretimi zahmetli ve maliyetlidir. Ayrıca, bir taraftaki iki pimin sınırlı bir uygulama kapsamı vardır ve tekerlek çerçeveleri gibi gözenekli parçaların işlenmesine yönelik gereksinimleri karşılayamaz. Gözenekli parçaların dikey işleme merkezlerinde konumlandırma doğruluğunun nasıl sağlanacağı, çalışmaya değer bir konudur.
2 Bir tarafta iki pimin sınırlamaları
2.1 Bir tarafta iki pinli boşluk tipi
Bir taraftaki geleneksel boşluk tipi iki pimli yapı, sert konumlandırma pimleri kullanır. Aşırı konumlandırmayı önlemek için silindirik bir pim ve kesici kenarlı bir pim kullanılır. Konumlandırma prensibi silindirik pim konumlandırması ve elmas pim yönlendirmesidir. Silindirik konumlandırma pimi, iş parçasının X ve Y yönlerinde hareket özgürlüğünü sınırlandırır ve ana konumlandırma rolünü oynar; Elmas konumlandırma pimi (kenar kesmenin amacı, pim deliği boşluğunu arttırmak ve iş parçasının delik aralığı hatasını ve fikstürün pim aralığı hatasını telafi etmektir. Takarken kenarsız olduğundan emin olunmalıdır. (iki deliğin merkezlerini birleştiren dikey çizgi yönünde silindir) yalnızca iş parçasının Z ekseni etrafında dönme özgürlüğünü sınırlar ve genellikle açısal konumlandırma rolünü oynar. İşlem boyutlarının yatay yönde veri yer değiştirme hatası genellikle silindirik pim deliği konumlandırma çifti tarafından belirlenir; bu, esas olarak ana konumlandırma deliğinin silindirik konumlandırma pimine göre iş parçası üzerindeki rastgele gezinmesi ve yüzmesinden kaynaklanır. Dikey yönde veri yer değiştirme hatası iki deliğin merkeziyle ilgilidir. Bağlantı hattı, fikstür konumlandırma pimi ile iş parçası konumlandırma deliği arasındaki boşluğun neden olduğu iş parçasının açı hatasıyla belirlenen X ekseni açısıyla ilgilidir.
Bir taraftaki geleneksel boşluk tipi iki pimli yapı, aşırı konumlandırmayı önlemesine rağmen, kenar kesme piminin konumlandırma deliğinde konumlandırma hatasını artırır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, maksimum limit boyutunda referans deliği minimum limit boyutunda konumlandırma pimiyle karşılaştığında, pim deliği temas çizgileri iki deliği birleştiren hattın her iki tarafında bulunur ve limit açısı sapması meydana geldiğinde iki deliği birleştiren çizgi ile iki pimi birleştiren çizgi arasında, delik konumunun kolayca tolerans dışı olmasına neden olabilecek en olumsuz konumlandırma koşulları meydana gelecektir [2].
resim
Şekil 1: Bir taraftaki iki pimin dönme hatası
Rastgele kaymanın neden olduğu referans yer değiştirme hatasını ve dönüş açısı hatasını azaltmak için, pim deliklerinin eşleşen boşluğu ortadan kaldırılmalıdır, yani konumlandırma deliklerinin ve pimlerin boyut sapması azaltılmalıdır. Bununla birlikte, iş parçalarının ve takımların doğruluğunun ne ölçüde geliştirilebileceği, takım tezgahlarının işleme doğruluğu ile sınırlıdır. Delik adımı toleransı ve delik çapı toleransı ne kadar küçük olursa işlemede o kadar zor ve maliyet yüksek olur, geçme aralığının çok küçük olması ise iş parçalarının yüklenmesi ve boşaltılmasında büyük sıkıntıya neden olur. Şekil 1'den, belirli bir delik pimi açıklığı koşulu altında, iki delik arasındaki L mesafesi ne kadar uzun olursa, dönme açısı hatası Δφ o kadar küçük olur ve dönme açısından kaynaklanan konumlandırma hatasının nispeten azaldığı görülebilir.
2.2 Bir tarafta iki pimli genişletilebilir tip
Gerçek üretimde, konumlandırma doğruluğunu geliştirmek ve iş parçalarının yüklenmesini ve boşaltılmasını kolaylaştırmak için genellikle bir taraftaki genişletilebilir iki pimli yapı kullanılır. Bir taraftaki genişletilebilir iki pimli yapı, önce esnek sıkıştırma için pim deliği boşluğunu kullanır ve ardından pim deliği eşleştirme boşluğunu ortadan kaldırmak ve köşe hatasını azaltmak için konumlandırma pimini genişletmek için pimin genişletme mekanizmasını kullanır. Aynı zamanda, konumlandırma delikleri arasındaki mesafe ile konumlandırma pimleri arasındaki mesafe arasındaki fark nedeniyle, konumlandırma deliklerinin genişlemesi nedeniyle iş parçası hafifçe hareket edecek ve aralık farkı etkili bir şekilde eşitlenecek, böylece işlenmiş deliklerin konumsal doğruluğu. Bir tarafta genişletilebilir iki pimli yapının uygulanması, tasarım gereksinimlerini karşılarken iş parçası konumlandırma deliğinin işleme doğruluğunu da azaltabilir, böylece üretim maliyetlerinden tasarruf sağlar [3].
Konumlandırma piminin genişleme yapısı iki türe ayrılmıştır: sırasıyla ana konumlandırma rolünü oynayan silindirik konumlandırma pimine ve iş parçası açı hatasını sınırlayan kenar kesme pimine karşılık gelen tam daire genişletme ve birkaç noktalı genişletme. Bir taraftaki genişletilebilir iki pimli yapı, tek genişletme tipine ve çift genişletme tipine ayrılabilir.
Bir tarafta tek genişlemeli tip iki pimli yapıda, ana konumlandırma rolünü oynayan silindirik konumlandırma pimi genellikle iş parçasının merkez konumlandırma deliğinin çapı daha büyük olduğunda kullanılan harici genişletme tipi olarak tasarlanmıştır ve açısal konumlandırma deliğinin çapı daha küçüktür.
Bir taraftaki çift genleşme tipi iki pimli yapı çoğunlukla merkezi konumlandırma deliğinin ve iş parçasının açısal konumlandırma deliğinin çaplarının büyük olduğu durumlarda kullanılır. Bir tarafta iki pimli ortak çift genleşme yapısı çoğunlukla dişli kanat genleşme yapısını benimser ve her iki konumlandırma pimi de yüksek kaliteli yay çeliğinden yapılmıştır. Bir taraftaki yeni çift genleşme tipi iki pimli yapı, çoğunlukla iç boşluğa monte edilmiş yüzer ortamlı ince duvarlı konumlandırma pimleri kullanır. Yüzen ortamlar arasında katı küreler, macunlar ve sıvılar bulunur. Sıvı plastik ince duvarlı konumlandırma pimlerini örnek olarak alırsak, basınç vidası ince duvarlı genleşme manşonundaki sıvı plastiğe kayan kolon aracılığıyla basınç uyguladığında, konumlandırma piminin iç boşluğundaki sıvı plastik, taşıdığı basıncı eşit şekilde iletecektir. böylece ince duvarlı Konumlandırma pimi plastik deformasyona uğrar ve radyal olarak genişler ve konumlandırma pimi ile merkezi deliğin ekseni çakışır, böylece konumlandırma hatasını azaltma amacına ulaşılır. İş parçası işlendikten sonra ince duvarlı genleşme manşonundaki basınç azaltılır ve konumlandırma pimi iş parçasından ayrılır.
2.3 Bir taraftaki iki pimli yapının sınırlamaları
İki pimin bir tarafa konumlandırılması işlemi aynı zamanda pim delikli iş parçasının montaj işlemi olarak da değerlendirilebilir. Bu nedenle, iki pimin bir tarafta aşırı konumlandırma yöntemini simüle etmek amacıyla pimleri ve delikleri birleştirmek için UG NX yazılımı kullanılabilir. Örnek olarak paslanmaz çelik bir döner disk ele alındığında, φD1'in N (tek sayı) eş eksenli delikleri her iki uç yüzeye eşit olarak dağıtılmıştır ve merkezde φD2'nin büyük bir açık deliği bulunur. Pim ve delik montajı için UG NX yazılımı kullanılır. Takım ile iş parçası arasında, taban plakası ile iş parçası arasındaki uç yüzey teması ve iki pim deliği seti arasındaki temas olmak üzere üç temas kısıtlaması vardır. Gözenekli bir iş parçasındaki iki pimli konumlandırma yapısının konumlandırma hatası büyütme olgusunu daha sezgisel olarak sunmak için, iki çift silindirik pim ve delik arasındaki eşleşen boşluk 3 mm'ye ayarlanmıştır.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, dağıtım dairesi üzerindeki merkezi büyük delik Q1 ve küçük delik Q2 referans noktası olarak kullanılırsa, pim ve delik silindiri birbirine yakın konumdayken aşırı konumlanmış olsa bile eşleşen bir boşluk vardır. kısmi temasta iş parçası hala küçük bir aralıkta olabilir. dahili şamandıra. İki konumlandırma deliğine ek olarak, döner diskin dağıtım dairesi üzerinde kalan iki delik K3 ve K4'ün konumlandırma hatalarının boyutu, iki konumlandırma pimi deliğine Q1 ve Q2 göreli konumlarından dolayı değişir. Şekil 2'den, dağıtım dairesi üzerindeki küçük K3 ve K4 deliklerinin konumlandırma hatasının, pim deliğinin birleşme boşluğunu 3 mm kadar aştığı, yani konumlandırma hatasının birleşme boşluğuna göre arttığı sezgisel olarak görülebilir. . Merkez deliği ve dağıtım dairesindeki küçük delikleri kullanma Deliğin bir tarafındaki iki pimli konumlandırma yöntemi, işleme gereksinimlerini karşılayamaz.
resim
Şekil 2: Merkezi deliklerin ve çevresel deliklerin konumlandırılmasında hata amplifikasyon olgusu
Şekil 3'te gösterildiği gibi, döner diskin dağıtım dairesi üzerindeki iki küçük delik Q2 ve K4 referans noktası olarak kullanılırsa, bu yöntemin pin aralığının önceki yönteme göre daha büyük olduğu açıktır. Her ne kadar pim aralığı artırılsa da, dönme açısı hatasında göreceli bir azalma sağlansa da, geri kalan iki Q1 ve K3 deliğinin konumlandırma hatası hala eşleşen boşluğu 3 mm aşıyor ve ayrıca farklı delik konumları ve farklı konumlandırma hataları. Bir tarafta bu tür iki pimli konumlandırma hala teknik gereksinimleri karşılayamıyor.
resim
Şekil 3: Çift çevresel delik konumlandırmasında hata amplifikasyon olgusu
Bir tarafta iki pimli çift genişlemeli yapı kullanılsa bile fikstür konumlandırma elemanlarının üretim sürecinde ölçüm, imalat ve montaj gibi sistematik hataların ortaya çıkması kaçınılmazdır. Fikstürün üretim hatasından dolayı pimin ve milin eksenleri tam olarak çakışamaz. Aynı zamanda iki pin arasındaki bağlantının dikey yönünde olmasına rağmen uyum boşluğunun ortadan kalkması nedeniyle açı hatası azalır; iki pimin bağlantı yönünde, pim, İş parçasının hafif yer değiştirmesi nedeniyle delik aralığı referansındaki fark homojenleştirilecektir, ancak konumlandırma hatası yalnızca sert silindirik pime göre azalır ve ortadan kaldırılamaz . Boyutu, fikstürün üretildiği andaki şekline, konumuna ve boyutsal doğruluğuna bağlıdır. ve iki konumlandırma deliği hariç, diğer deliklerin konumlandırma hataları, konumlandırma pimi deliklerine göre konumlarından dolayı yine de değişecektir. Konumlandırma hatasının hala bir taraftaki iki pime göre artma eğilimi vardır ve tolerans dışı bir olay vardır.
3 Aşırı konumlandırmanın ikili doğası analizi
Aşırı konumlandırma olgusu, sert iş parçalarının normal şekilde monte edilememesiyle kolayca sonuçlanabilir. Ancak belirli koşullar altında aşırı konumlandırmanın makul kullanımı iyi sonuçlar ve bariz faydalar sağlayabilir.
İnce duvarlı iş parçaları, ince çubuklar veya konumlandırma referansı olarak geniş düz yüzeye sahip iş parçaları, büyük parçalar vb. gibi zayıf sertlik ve yüksek hassasiyet gereksinimlerine sahip iş parçaları için aşırı konumlandırmalı kenetleme daha faydalıdır. Sertliği zayıf iş parçalarında kolayca deforme olabilecek yerler mümkün olduğunca sınırlandırılmalıdır. Amaç, işleme sırasında kesme kuvvetlerinin neden olduğu deformasyonu önlemek, konumlandırma ve sıkma sertliğini arttırmak, işleme sürecinin stabilitesini sağlamak ve işleme doğruluğunu arttırmaktır.
Uzun eksenli bir iş parçasını döndürürken, iş parçasının bir ucu üç tırnakla sıkıştırılır ve diğer ucu bir kuyruk ucuyla desteklenir. İş parçasının Y ve Z yönlerinde hareket serbestliği iki kez sınırlanır ve bu da aşırı konumlandırmaya neden olur. Uçsuz destekle karşılaştırıldığında temas alanı ve sıkma güvenilirliği artar, iş parçasının sağlamlığı güçlendirilir, işlem sorunsuz ilerler ve iş parçasının işleme kalitesi ve verimliliği büyük ölçüde artar.
Frezeleme işleminde üç destek noktası bir düzlemi tanımlar ve dördüncü destek noktası ABC ile tam olarak aynı düzlemde olamaz. Dört noktalı sabit yüzey aşırı konumlandırılmıştır. Bununla birlikte, gerçek üretimde, daha iyi karşılıklı konum doğruluğuna sahip birden fazla yüzey, genellikle aynı anda konumlandırma referansları olarak kullanılır ve bu da bir aşırı konumlandırma yöntemi oluşturur. Bu aşırı konumlandırma yöntemi yalnızca kelepçeleme güvenilirliğini ve sistem sağlamlığını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda ince duvarlı iş parçalarının stres deformasyonunu da iyileştirir, böylece ürün işleme kalitesinin daha iyi olmasını sağlar. Dördüncü destek noktasının kaldırılması ve aşırı konumlandırma yöntemlerinin ortadan kaldırılması ters etkiye sahiptir.
Başka bir deyişle, bazı konumlandırma yöntemleri biçimsel açıdan aşırı konumlandırılmıştır, ancak tekrar tekrar kısıtlanan serbestlik derecelerine sahip konumlandırma dayanak noktaları arasında önemli bir karşılıklı etkileşim veya çatışma yoktur veya müdahale olmasına rağmen izin verilen değeri aşmamaktadır. iş parçasının sınırı. gereksinimler nedeniyle bu tür aşırı konumlandırmaya izin verilir. Başka bir deyişle, konumlandırma verisi olarak yüksek işleme doğruluğuna sahip hassas bir veri kullanıldığında, konumlandırma verisindeki hata küçüktür ve iş parçası konumu hala küçük bir aralık içinde yüzebilir. Bu tür aşırı konumlandırma yalnızca biçimsel aşırı konumlandırmadır ve oluşmasına izin verilir [4].
Konumlandırmayı kullanırken aşağıdaki üç noktaya dikkat etmelisiniz.
1) Konumlandırma referansının hatası, aşırı konumlandırma girişim sonucunun istenmeyenlik derecesini belirler. Konumlandırma verisindeki hata ne kadar büyük olursa, girişim deformasyonu o kadar ciddi olur ve olumsuz sonuçlar da o kadar büyük olur. Bu nedenle, konumlandırma verisinin kendi hatasını azaltmak amacıyla iş parçası olarak kullanılan konumlandırma verisi deliğinin boyutu ve geometrik doğruluğu için daha yüksek gereksinimler ileri sürülmelidir.
2) İş parçasını yüklemek ve boşaltmak için kullanılan kuvvet uygun olmalı ve yerel deformasyonu ve temas gerilimi, teknik gereksinimlerin izin verdiği aralık dahilinde kontrol edilmelidir.
3) Aşırı konumlandırmalı bir fikstür sisteminde, konumlandırma parçalarının sayısı tüm fikstür sisteminin kapsamlı sapmasını etkiler.
4 Bir tarafta üç pimli aşırı konumlandırmanın uygulama durumları
Daha önce bahsedilen paslanmaz çelik döner plakanın toplam yüksekliği 210 mm'dir ve I şeklinde bir kesite sahiptir. Her iki uç yüzeyde N (tek sayı) eş eksenli ve eşit şekilde dağıtılmış küçük φD1 delikleri ve merkezde φD2 büyüklüğünde büyük bir açık delik vardır. Bu iş parçası kaynaklı bir yapısal parçadır ve küçük deliklerin üst ve alt eksenleri arasında, tekdüze dairesel eksen ile büyük deliklerin ekseni arasında ve küçük deliklerin büyük deliklere göre konumu arasında yüksek gereksinimler vardır. Dikey bir işleme merkezinde işlem yaparken zorluk, üst ve alt katmanlar arasındaki küçük delikler için yüksek eşeksenlilik gerekliliklerinde yatmaktadır. Uzatılmış takım işleme ve bir uçtan delik işlemenin kullanılması teknik gereklilikleri sağlayabilir, ancak uzatılmış delik işleme takımı birçok spesifikasyon gerektirir, takım maliyeti yüksektir ve işleme sırasında titreşim oluşmaya yatkındır ve verimlilik yüksek değildir. Bu nedenle, daha uygun bir işleme çözümü Özel fikstür, U dönüşü işleme kullanmaktır, dolayısıyla yalnızca az sayıda kısa bıçağa ihtiyaç duyulur. U dönüşü işleme planının başarısının anahtarı, tornalama işlemi sırasında bağlama ve konumlandırma doğruluğunun teknik gereksinimleri karşılamasıdır.
Daha önce bahsedildiği gibi, hassas veri konumlandırma verisi olarak kullanıldığında, konumlandırma doğruluğunu artırmak için aşırı konumlandırmaya izin verilir. Döner tablanın ikinci yüzeyindeki delikleri işlemek için dikey bir işleme merkezi kullanıldığında, kelepçeleme için bir taraftaki üç pimli konumlandırma yapısı kullanılabilir. Takımın alt yüzeyi ve üzerindeki üç silindirik pim ekseni, konumlandırma verisi olarak kullanılır ve iş parçası, delik pimi açıklığını temel alır. Takım taban plakasına uyumlu bir şekilde monte edilir. İş parçasının XY yer değiştirmesi ve Z ekseni etrafındaki dönüşü aynı anda üç çift pim deliği konumlandırma çifti tarafından sınırlanır. Aşırı konumlandırmanın yukarıdaki üç kullanım koşuluna göre, takım taban plakasını yapmak ve pim aralığındaki farkı azaltmak için döner tablanın ilk yüzeyindeki küçük delikleri işlemek için yüksek hassasiyetli bir dikey işleme merkezi kullanılmalıdır. delik aralığı. İşleme merkezi yüksek konumlandırma doğruluğuna sahiptir (konumlandırma hatası 0,01 mm'den az veya buna eşittir). Bu nedenle pim aralığı ve delik aralığı arasındaki boyut farkı ve şekil hatası göz ardı edilebilir. Konumlandırma doğruluğunu etkileyen tek faktör, pimler ve delikler arasındaki eşleşen açıklıktır [5].
Üç pimin bir tarafta konumlandırılması ve sıkıştırılması sürecini simüle etmek için UG NX yazılımını kullanmaya devam edin ve üçüncü pim deliği çifti için temas kısıtlamaları ekleyin. Şekil 4'teki montaj gezgininden görülebileceği gibi, gözenekli iş parçasının (2) konum durumu, iş parçasının (2) kısmen kısıtlı bir durumda olduğunu gösteren "yarı siyah ve yarı beyaz" küçük bir dairedir. Montaj araç çubuğundaki kısıtlama düğmesine tıklayın, imleci iş parçasına getirin, basılı tutun ve fareyi döndürün. İş parçası üzerindeki üç küçük deliğin her biri, temas eden silindirik pimin etrafında aynı anda dönecektir. İş parçası gerçekte tam olarak sınırlandırılmamış bir durumdadır. Açıkçası, UG NX yazılımının yardımıyla, üç pimli yapıdaki iş parçası yüzdüğünde, küçük deliğin merkezi tarafından oluşturulan halkanın çapının bağlantı boşluğunu aşmayacağı ve birleştirilmiş olduğu sezgisel olarak görülebilmektedir. Üç kısıtlamanın etkisi iş parçasının merkezini büyütür. Delik yalnızca küçük bir aralıkta yüzebilir. Peki iş parçasının ortasındaki büyük deliğin konumlandırma hatası nedir?
