Các bộ phận của khung bánh xe thường có yêu cầu kỹ thuật cao như kích thước và dung sai hình học. Hệ thống định vị hai chân truyền thống ở một bên sử dụng khe hở vừa vặn, dẫn đến sai số định vị lớn và độ chính xác xử lý bộ phận không ổn định. Định vị quá mức có hai mặt. Một mặt, nó vi phạm nguyên tắc định vị sáu điểm và ảnh hưởng đến việc kẹp và định vị. Mặt khác, nếu được xử lý đúng cách, nó có thể cải thiện độ cứng và độ chính xác xử lý của bộ phận. Việc phân tích và xử lý chính xác việc định vị quá mức có thể cải thiện độ chính xác của việc định vị mà không ảnh hưởng đến việc tải và dỡ phôi. Đây là chìa khóa cho việc thiết kế hợp lý các thiết bị định vị quá mức. Với chức năng mô phỏng chuyển động và lắp ráp của phần mềm UG NX, tác động của khoảng hở lắp lên lỗi định vị của các lỗ tròn ở các vị trí khác nhau có thể được hiển thị một cách trực quan. Độ chính xác định vị của cấu trúc hai chốt mở rộng kép với lỗi định vị được cải thiện đã được cải thiện nhưng vẫn còn những hạn chế. Đối với phôi khung bánh xe xốp, phương pháp định vị ba chốt hợp lý ở một bên có thể đạt được độ chính xác định vị cao hơn và ổn định hơn phương pháp định vị hai chốt ở một bên.
1 Lời nói đầu
Định vị quá mức có nghĩa là mức độ tự do nhất định của phôi bị hạn chế hai lần trở lên. Hiện tượng định vị quá mức có thể dễ dàng dẫn đến việc phôi cứng không được lắp đặt chính xác và cần tránh càng nhiều càng tốt [1]. Các chốt định vị được sử dụng trong quá trình kẹp và định vị hai chốt một bên được chia đại khái thành hai loại: chốt cứng và chốt linh hoạt. Cả chân cứng và chân mềm đều có những hạn chế. Kiểu khớp khe hở của cấu trúc hai chốt cứng ở một bên sẽ hạn chế độ chính xác gia công. Việc sản xuất hai chốt linh hoạt ở một bên rất rắc rối và tốn kém. Hơn nữa, hai chốt ở một bên có phạm vi ứng dụng hạn chế và không thể đáp ứng yêu cầu xử lý các bộ phận xốp như khung bánh xe. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác định vị của các chi tiết xốp trên các trung tâm gia công đứng là vấn đề đáng nghiên cứu.
2 Hạn chế của hai chân ở một bên
2.1 Loại khe hở có 2 chốt ở một bên
Cấu trúc hai chân kiểu khe hở truyền thống ở một bên sử dụng các chân định vị cứng. Để tránh định vị quá mức, người ta sử dụng chốt hình trụ và chốt cắt. Nguyên lý định vị của nó là định vị chốt hình trụ và định hướng chốt kim cương. Chốt định vị hình trụ hạn chế sự tự do chuyển động của phôi theo hướng X và Y và đóng vai trò định vị chính; chốt định vị kim cương (mục đích của việc cắt cạnh là để tăng khoảng cách lỗ chốt và bù cho lỗi khoảng cách lỗ của phôi và lỗi khoảng cách chốt của đồ gá. Khi lắp đặt phải đảm bảo rằng đó là chốt không có lưỡi trụ theo hướng của đường thẳng đứng nối tâm của hai lỗ) chỉ giới hạn khả năng tự do quay của phôi quanh trục Z và thường đóng vai trò định vị góc. Sai số dịch chuyển chuẩn của kích thước quá trình theo hướng nằm ngang thường được xác định bởi cặp định vị lỗ chốt hình trụ, nguyên nhân chủ yếu là do sự dịch chuyển ngẫu nhiên và nổi của lỗ định vị chính trên phôi so với chốt định vị hình trụ. Sai số dịch chuyển chuẩn theo phương thẳng đứng có liên quan đến tâm của hai lỗ. Đường kết nối liên quan đến góc trục X, được xác định bởi sai số góc của phôi gia công do khe hở giữa chốt định vị vật cố định và lỗ định vị phôi gia công.
Mặc dù cấu trúc hai chốt kiểu khe hở truyền thống ở một bên tránh được việc định vị quá mức nhưng nó làm tăng sai số định vị tại lỗ định vị của chốt cắt cạnh. Như trong Hình 1, khi lỗ tham chiếu có kích thước giới hạn tối đa gặp chốt định vị có kích thước giới hạn tối thiểu, các đường tiếp xúc của lỗ chốt nằm ở hai bên của đường nối hai lỗ và khi xảy ra hiện tượng lệch góc giới hạn. giữa đường nối hai lỗ và đường nối hai chân sẽ xảy ra điều kiện định vị bất lợi nhất, dễ khiến vị trí lỗ vượt quá dung sai [2].
hình ảnh
Hình 1: Lỗi xoay 2 chốt một bên
Để giảm lỗi dịch chuyển tham chiếu và lỗi góc quay do thả nổi ngẫu nhiên, phải loại bỏ khoảng cách khớp của các lỗ chốt, nghĩa là phải giảm độ lệch kích thước của lỗ định vị và chốt. Tuy nhiên, mức độ cải thiện độ chính xác của phôi và dụng cụ bị giới hạn bởi độ chính xác gia công của máy công cụ. Dung sai bước lỗ và dung sai đường kính lỗ càng nhỏ thì việc xử lý càng khó khăn và chi phí càng cao, nếu khe hở vừa khít quá nhỏ sẽ gây rắc rối lớn trong việc bốc dỡ phôi. Có thể thấy trong Hình 1, trong điều kiện có khe hở chốt lỗ nhất định, khoảng cách L giữa hai lỗ càng dài thì sai số góc quay Δφ càng nhỏ và sai số định vị do góc quay gây ra tương đối giảm.
2.2 Loại có thể mở rộng với hai chân ở một bên
Trong sản xuất thực tế, để cải thiện độ chính xác định vị và tạo điều kiện thuận lợi cho việc bốc dỡ phôi, người ta thường sử dụng cấu trúc hai chốt có thể mở rộng ở một bên. Cấu trúc hai chốt có thể mở rộng ở một bên trước tiên sử dụng khe hở lỗ chốt để kẹp linh hoạt, sau đó sử dụng cơ chế giãn nở của chốt để mở rộng chốt định vị nhằm loại bỏ khe hở khớp lỗ chốt và giảm lỗi góc. Đồng thời, do sự khác biệt giữa khoảng cách giữa các lỗ định vị và khoảng cách giữa các chốt định vị, phôi sẽ di chuyển một chút do sự giãn nở của các lỗ định vị và sự chênh lệch khoảng cách được san bằng một cách hiệu quả, từ đó cải thiện độ chính xác vị trí của các lỗ được xử lý. Việc áp dụng cấu trúc hai chốt có thể mở rộng ở một bên cũng có thể làm giảm độ chính xác gia công của lỗ định vị phôi đồng thời đáp ứng yêu cầu thiết kế, từ đó tiết kiệm chi phí sản xuất [3].
Cấu trúc mở rộng của chốt định vị được chia thành hai loại: mở rộng vòng tròn đầy đủ và mở rộng một số điểm, tương ứng với chốt định vị hình trụ đóng vai trò định vị chính và chốt cắt cạnh hạn chế lỗi góc phôi. Cấu trúc hai chân có thể mở rộng ở một bên có thể được chia thành loại mở rộng đơn và loại mở rộng kép.
Trong cấu trúc hai chốt loại mở rộng đơn ở một bên, chốt định vị hình trụ đóng vai trò định vị chính thường được thiết kế như một loại mở rộng bên ngoài, được sử dụng khi đường kính của lỗ định vị tâm của phôi lớn hơn và đường kính của lỗ định vị góc nhỏ hơn.
Cấu trúc hai chốt loại mở rộng kép ở một bên chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp đường kính của lỗ định vị trung tâm và lỗ định vị góc của phôi đều lớn. Cấu trúc mở rộng kép phổ biến với hai chốt ở một bên chủ yếu sử dụng cấu trúc mở rộng vạt răng và cả hai chốt định vị đều được làm bằng thép lò xo chất lượng cao. Cấu trúc hai chốt loại mở rộng kép mới ở một bên chủ yếu sử dụng các chốt định vị có thành mỏng với phương tiện nổi được lắp đặt trong khoang bên trong. Phương tiện nổi bao gồm các quả cầu rắn, bột nhão và chất lỏng. Lấy các chốt định vị có thành mỏng bằng nhựa lỏng làm ví dụ, khi vít áp suất tạo áp suất cho nhựa lỏng trong ống giãn nở có thành mỏng qua cột trượt, nhựa lỏng ở khoang bên trong của chốt định vị sẽ truyền đều áp suất mà nó chịu đựng. , do đó, chốt định vị có thành mỏng trải qua biến dạng dẻo và giãn nở hướng tâm, đồng thời trục của chốt định vị và lỗ trung tâm trùng khớp nhau, từ đó đạt được mục đích giảm sai số định vị. Sau khi phôi được xử lý, áp suất trong ống giãn nở có thành mỏng giảm và chốt định vị được tách ra khỏi phôi.
2.3 Hạn chế của cấu trúc hai chốt một bên
Quá trình định vị hai chốt ở một bên cũng có thể được coi là quá trình lắp ráp phôi và chốt. Do đó, phần mềm UG NX có thể được sử dụng để lắp ráp các chốt và lỗ để mô phỏng phương pháp định vị quá mức của hai chốt ở một bên. Lấy một đĩa quay bằng thép không gỉ làm ví dụ, các lỗ đồng trục N (số lẻ) của φD1 được phân bố đều trên cả hai mặt đầu và tâm là một lỗ xuyên lớn φD2. Phần mềm UG NX được sử dụng để lắp ráp chốt và lỗ. Có ba ràng buộc tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi, đó là tiếp xúc bề mặt cuối giữa tấm đế và phôi và tiếp xúc giữa hai bộ lỗ chốt. Để trình bày trực quan hơn hiện tượng khuếch đại lỗi định vị của cấu trúc định vị hai chốt trong phôi xốp, khoảng cách khớp giữa hai cặp chốt và lỗ hình trụ được đặt thành 3 mm.
Như được hiển thị trong Hình 2, nếu lỗ lớn trung tâm Q1 và lỗ nhỏ Q2 trên vòng tròn phân phối được sử dụng làm điểm chuẩn, vì có một khoảng cách phù hợp, ngay cả khi nó được đặt ở vị trí quá cao, khi chốt và trụ lỗ ở vị trí tương ứng. khi tiếp xúc một phần, phôi vẫn có thể ở trong phạm vi nhỏ. phao bên trong. Ngoài 2 lỗ định vị, các lỗi định vị của 2 lỗ K3 và K4 còn lại trên vòng phân phối của đĩa quay có kích thước khác nhau do vị trí tương đối của chúng với 2 lỗ chốt định vị Q1 và Q2. Từ Hình 2, có thể thấy bằng trực giác rằng lỗi định vị của các lỗ nhỏ K3 và K4 trên vòng tròn phân phối vượt xa khoảng cách giao phối của lỗ chốt 3 mm, nghĩa là lỗi định vị được khuếch đại so với khoảng cách giao phối . Sử dụng lỗ trung tâm và các lỗ nhỏ trên vòng tròn phân phối Phương pháp định vị hai chốt ở một bên của lỗ không thể đáp ứng yêu cầu xử lý.
hình ảnh
Hình 2: Hiện tượng khuếch đại lỗi trong việc định vị lỗ trung tâm và lỗ chu vi
Như được hiển thị trong Hình 3, nếu sử dụng hai lỗ nhỏ Q2 và K4 trên vòng tròn phân phối của đĩa quay làm điểm chuẩn thì rõ ràng khoảng cách các chốt của phương pháp này lớn hơn khoảng cách giữa các chốt của phương pháp trước. Mặc dù khoảng cách chốt được tăng lên, dẫn đến lỗi góc quay tương đối giảm, nhưng lỗi định vị của hai lỗ Q1 và K3 còn lại vẫn vượt quá khoảng cách khớp 3 mm và cũng xuất hiện hiện tượng vị trí lỗ khác nhau và khác nhau. lỗi định vị. Kiểu định vị hai chốt một bên này vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.
hình ảnh
Hình 3: Hiện tượng khuếch đại lỗi khi định vị lỗ chu vi kép
Ngay cả khi sử dụng cấu trúc mở rộng kép với hai chốt ở một bên, các lỗi hệ thống như đo lường, chế tạo và lắp ráp chắc chắn sẽ xuất hiện trong quá trình sản xuất các bộ phận định vị đồ gá. Do lỗi sản xuất của bản thân vật cố định nên trục của chốt và trục không thể trùng khớp hoàn toàn. Đồng thời, mặc dù theo hướng thẳng đứng của kết nối giữa hai chân, sai số góc sẽ giảm do loại bỏ khe hở vừa khít; theo hướng kết nối của hai chốt, chốt, Sự khác biệt về tham chiếu khoảng cách lỗ sẽ được đồng nhất do sự dịch chuyển nhẹ của phôi, nhưng lỗi định vị chỉ giảm tương ứng với chốt hình trụ cứng và không thể loại bỏ . Kích thước của nó phụ thuộc vào hình dạng, vị trí và độ chính xác về kích thước của vật cố định khi nó được sản xuất. , và ngoại trừ hai lỗ định vị, sai số định vị của các lỗ còn lại sẽ vẫn khác nhau do vị trí tương đối của chúng với các lỗ chốt định vị. Vẫn có xu hướng khuếch đại lỗi định vị so với hai chân ở một bên và có hiện tượng vượt quá khả năng chịu đựng.
3 Phân tích tính chất kép của việc định vị quá mức
Hiện tượng định vị quá mức có thể dễ dẫn đến việc các phôi cứng được lắp đặt bình thường không thể thực hiện được. Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, việc sử dụng vị trí quá cao một cách hợp lý có thể đạt được kết quả tốt và lợi ích rõ ràng.
Đối với các phôi có độ cứng yếu và yêu cầu độ chính xác cao, chẳng hạn như phôi có thành mỏng, thanh mảnh hoặc phôi có bề mặt phẳng lớn làm tham chiếu định vị, các bộ phận lớn, v.v., việc kẹp định vị quá mức sẽ có lợi hơn. Đối với phôi có độ cứng kém, bất kỳ chỗ nào dễ bị biến dạng đều phải được hạn chế càng nhiều càng tốt. Mục đích là để ngăn ngừa biến dạng do lực cắt gây ra trong quá trình xử lý, tăng độ cứng của định vị và kẹp, đảm bảo tính ổn định của quá trình xử lý và cải thiện độ chính xác của quá trình xử lý.
Khi tiện phôi có trục dài, một đầu của phôi được kẹp bằng ba vấu và đầu còn lại được đỡ bằng đầu đuôi. Sự tự do chuyển động của phôi theo hướng Y và Z bị hạn chế hai lần, dẫn đến định vị quá mức. So với hỗ trợ không đầu, diện tích tiếp xúc và độ tin cậy kẹp được tăng lên, độ cứng của phôi được tăng cường, quá trình xử lý diễn ra suôn sẻ, chất lượng và hiệu quả xử lý của phôi được cải thiện rất nhiều.
Trong quá trình phay, ba điểm hỗ trợ xác định một mặt phẳng và điểm hỗ trợ thứ tư không thể hoàn toàn đồng phẳng với ABC. Bề mặt cố định bốn điểm được định vị quá mức. Tuy nhiên, trong sản xuất thực tế, nhiều bề mặt có độ chính xác vị trí tương hỗ tốt hơn thường được sử dụng làm điểm chuẩn định vị cùng lúc, tạo thành phương pháp định vị quá mức. Phương pháp định vị quá mức này không chỉ nâng cao độ tin cậy kẹp và độ cứng của hệ thống mà còn cải thiện biến dạng ứng suất của phôi có thành mỏng, từ đó đảm bảo chất lượng gia công sản phẩm tốt hơn. Việc loại bỏ điểm hỗ trợ thứ tư và loại bỏ các phương pháp định vị quá mức sẽ có tác dụng ngược lại.
Nói cách khác, một số phương pháp định vị được định vị quá mức theo quan điểm hình thức, nhưng không có sự can thiệp hoặc xung đột lẫn nhau đáng kể giữa các điểm tựa định vị với mức độ tự do bị hạn chế nhiều lần hoặc mặc dù có sự can thiệp nhưng nó không vượt quá mức cho phép. giới hạn của phôi. yêu cầu, loại định vị quá mức này được cho phép. Nói cách khác, sử dụng mốc chuẩn có độ chính xác gia công cao làm mốc định vị, sai số của mốc định vị là nhỏ và vị trí phôi vẫn có thể dao động trong phạm vi nhỏ. Kiểu định vị quá mức này chỉ là định vị quá mức về mặt hình thức và được phép xảy ra [4].
Khi sử dụng định vị, bạn phải chú ý đến ba điểm sau.
1) Lỗi của tham chiếu định vị xác định mức độ không mong muốn của kết quả nhiễu định vị quá mức. Sai số của mốc định vị càng lớn thì biến dạng giao thoa càng nghiêm trọng và hậu quả bất lợi càng lớn. Do đó, phải đặt ra các yêu cầu cao hơn về kích thước và độ chính xác hình học của lỗ mốc định vị được sử dụng làm phôi để giảm sai số của chính mốc định vị.
2) Lực dùng để bốc dỡ phôi phải phù hợp, kiểm soát được biến dạng cục bộ và ứng suất tiếp xúc trong phạm vi yêu cầu kỹ thuật cho phép.
3) Trong hệ thống cố định định vị quá mức, số lượng bộ phận định vị ảnh hưởng đến độ lệch toàn diện của toàn bộ hệ thống cố định.
4 Các trường hợp ứng dụng định vị quá mức ba chân ở một bên
Tấm quay bằng thép không gỉ được đề cập trước đó có tổng chiều cao 210mm và mặt cắt ngang hình chữ I. Có N (số lẻ) lỗ nhỏ đồng trục và phân bố đều φD1 trên cả hai bề mặt và một lỗ xuyên lớn φD2 ở trung tâm. Phôi này là một bộ phận kết cấu hàn, có yêu cầu cao giữa trục trên và trục dưới của các lỗ nhỏ, giữa trục tròn đều và trục của các lỗ lớn, cũng như vị trí của các lỗ nhỏ so với các lỗ lớn. Khi gia công trên trung tâm gia công đứng, khó khăn nằm ở yêu cầu độ đồng trục cao đối với các lỗ nhỏ giữa lớp trên và lớp dưới. Sử dụng công cụ xử lý mở rộng và nhàm chán từ một đầu có thể đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, nhưng công cụ nhàm chán kéo dài đòi hỏi nhiều thông số kỹ thuật, giá thành công cụ cao và dễ xảy ra rung động trong quá trình xử lý và hiệu quả không cao. Vì vậy, giải pháp gia công khả thi hơn là sử dụng đồ gá đặc biệt, gia công quay chữ U nên chỉ cần một số lượng nhỏ dao ngắn. Chìa khóa thành công của kế hoạch gia công quay chữ U là độ chính xác kẹp và định vị trong quá trình gia công tiện phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Như đã đề cập trước đó, khi mốc chuẩn được sử dụng làm mốc định vị, việc định vị quá mức được phép cải thiện độ chính xác của việc định vị. Khi sử dụng trung tâm gia công thẳng đứng để xử lý các lỗ trên bề mặt thứ hai của bàn quay, có thể sử dụng cấu trúc định vị ba chốt ở một bên để kẹp. Bề mặt dưới cùng của dụng cụ và ba trục chốt hình trụ trên đó được sử dụng làm mốc định vị và phôi dựa trên khe hở chốt lỗ. Được lắp đặt trên tấm đế dụng cụ một cách phù hợp. Sự dịch chuyển XY của phôi và chuyển động quay quanh trục Z bị hạn chế đồng thời bởi ba cặp cặp định vị lỗ chốt. Theo ba điều kiện sử dụng định vị quá mức ở trên, nên sử dụng trung tâm gia công dọc có độ chính xác cao để chế tạo tấm đế dụng cụ và xử lý các lỗ nhỏ trên bề mặt đầu tiên của bàn quay để giảm sự khác biệt về khoảng cách chốt và khoảng cách lỗ. Trung tâm gia công có độ chính xác định vị cao (sai số định vị Nhỏ hơn hoặc bằng 0.01mm). Do đó, có thể bỏ qua sự khác biệt về kích thước giữa khoảng cách chốt và khoảng cách lỗ cũng như lỗi hình dạng. Yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến độ chính xác của việc định vị là khoảng hở phù hợp giữa chốt và lỗ [5].
Tiếp tục sử dụng phần mềm UG NX để mô phỏng quá trình định vị và kẹp ba chốt một bên, đồng thời thêm ràng buộc tiếp xúc cho cặp lỗ chốt thứ ba. Như có thể thấy từ bộ điều hướng lắp ráp trong Hình 4, trạng thái vị trí của phôi xốp 2 là một vòng tròn nhỏ "nửa đen nửa trắng", cho biết phôi 2 đang ở trạng thái bị ràng buộc một phần. Nhấp vào nút ràng buộc trên thanh công cụ lắp ráp, di chuyển con trỏ đến phôi, nhấn và giữ và xoay chuột. Ba lỗ nhỏ trên phôi sẽ quay quanh chốt hình trụ tiếp xúc cùng một lúc. Phôi thực sự ở trạng thái không bị ràng buộc hoàn toàn. Rõ ràng, với sự trợ giúp của phần mềm UG NX, có thể thấy trực quan rằng khi phôi trong cấu trúc ba chốt nổi, đường kính của vòng được tạo thành bởi tâm của lỗ nhỏ sẽ không vượt quá khe hở lắp và tổng tác dụng của ba hạn chế làm cho tâm của phôi lớn hơn. Cái lỗ chỉ có thể nổi trong một phạm vi nhỏ. Vậy lỗi định vị của lỗ lớn ở tâm phôi là gì?
