Bagian rangka roda biasanya memiliki persyaratan teknis yang tinggi seperti dimensi dan toleransi geometrik. Sistem pemosisian dua pin tradisional di satu sisi menggunakan jarak bebas, yang menyebabkan kesalahan pemosisian besar dan akurasi pemrosesan komponen tidak stabil. Penentuan posisi berlebihan memiliki dua sisi. Di satu sisi, ini melanggar prinsip penentuan posisi enam titik dan mempengaruhi penjepitan dan penentuan posisi. Di sisi lain, jika ditangani dengan benar, hal ini dapat meningkatkan kekakuan dan akurasi pemrosesan bagian tersebut. Menganalisis dan memproses pemosisian berlebih dengan benar dapat meningkatkan akurasi pemosisian tanpa mempengaruhi bongkar muat benda kerja. Ini adalah kunci dari desain rasional perlengkapan penempatan berlebih. Dengan fungsi perakitan dan simulasi gerak perangkat lunak UG NX, dampak jarak bebas pada kesalahan posisi lubang bundar pada posisi berbeda dapat ditampilkan secara intuitif. Akurasi pemosisian struktur dua pin ekspansi ganda dengan kesalahan pemosisian yang ditingkatkan telah ditingkatkan, namun masih memiliki keterbatasan. Untuk benda kerja rangka roda berpori, metode pemosisian tiga pin yang masuk akal di satu sisi dapat mencapai akurasi pemosisian yang lebih tinggi dan lebih stabil daripada metode pemosisian dua pin di satu sisi.
1 Kata Pengantar
Penempatan berlebih berarti tingkat kebebasan tertentu dari benda kerja dibatasi dua kali atau lebih. Fenomena over-positioning dapat dengan mudah menyebabkan kegagalan benda kerja kaku untuk dipasang dengan benar dan harus dihindari sebisa mungkin [1]. Pin pemosisian yang digunakan dalam proses penjepitan dan pemosisian dua pin di satu sisi secara kasar dibagi menjadi dua kategori: pin kaku dan pin fleksibel. Pin kaku dan fleksibel memiliki keterbatasannya masing-masing. Kesesuaian tipe celah pada struktur dua pin yang kaku pada satu sisi membatasi akurasi pemesinan. Dua pin fleksibel di satu sisi merepotkan dan mahal untuk diproduksi. Selain itu, dua pin di satu sisi memiliki cakupan aplikasi yang terbatas dan tidak dapat memenuhi persyaratan untuk memproses bagian berpori seperti rangka roda. Cara memastikan keakuratan posisi komponen berpori pada pusat permesinan vertikal adalah masalah yang patut dipelajari.
2 Keterbatasan dua pin pada satu sisi
2.1 Tipe celah dengan dua pin di satu sisi
Struktur dua pin tipe celah tradisional di satu sisi menggunakan pin pemosisian yang kaku. Untuk menghindari posisi yang berlebihan, pin silinder dan pin ujung tombak digunakan. Prinsip penentuan posisinya adalah penentuan posisi pin silinder dan orientasi pin berlian. Pin pemosisian silinder membatasi kebebasan pergerakan benda kerja pada arah X dan Y dan memainkan peran pemosisian utama; pin pemosisian berlian (tujuan pemotongan tepi adalah untuk meningkatkan celah lubang pin dan mengkompensasi kesalahan jarak lubang benda kerja dan kesalahan jarak pin pada perlengkapan. Saat memasang, harus dipastikan bahwa itu adalah non-bermata silinder searah garis vertikal yang menghubungkan pusat kedua lubang) hanya membatasi kebebasan rotasi benda kerja di sekitar sumbu Z, dan biasanya berperan sebagai pemosisian sudut. Kesalahan perpindahan datum dimensi proses dalam arah horizontal biasanya ditentukan oleh pasangan posisi lubang pin silinder, yang terutama disebabkan oleh pengembaraan acak dan mengambangnya lubang posisi utama pada benda kerja relatif terhadap pin posisi silinder. Kesalahan perpindahan datum dalam arah vertikal berhubungan dengan pusat kedua lubang. Garis sambungan berhubungan dengan sudut sumbu X, yang ditentukan oleh kesalahan sudut benda kerja yang disebabkan oleh celah antara pin pemosisian perlengkapan dan lubang pemosisian benda kerja.
Meskipun struktur dua pin tipe celah tradisional di satu sisi menghindari pemosisian berlebih, hal ini meningkatkan kesalahan pemosisian pada lubang pemosisian pin pemotong tepi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, ketika lubang referensi dengan ukuran batas maksimum bertemu dengan pin posisi dengan ukuran batas minimum, garis kontak lubang pin terletak di kedua sisi garis yang menghubungkan kedua lubang, dan ketika terjadi defleksi sudut batas. antara garis yang menghubungkan dua lubang dan garis yang menghubungkan kedua pin, akan terjadi kondisi posisi yang paling tidak menguntungkan, yang dapat dengan mudah menyebabkan posisi lubang di luar toleransi [2].
gambar
Gambar 1: Kesalahan rotasi dua pin di satu sisi
Untuk mengurangi kesalahan perpindahan referensi dan kesalahan sudut rotasi yang disebabkan oleh pengambangan acak, celah pencocokan lubang pin harus dihilangkan, yaitu deviasi ukuran lubang posisi dan pin harus dikurangi. Namun, sejauh mana keakuratan benda kerja dan perkakas dapat ditingkatkan dibatasi oleh keakuratan pemesinan peralatan mesin. Semakin kecil toleransi jarak lubang dan toleransi diameter lubang, maka semakin sulit dan mahal biaya pemrosesannya, dan jika celah kesesuaian terlalu kecil akan menimbulkan masalah besar dalam bongkar muat benda kerja. Terlihat dari Gambar 1 bahwa pada kondisi jarak bebas pin lubang tertentu, semakin jauh jarak L antara kedua lubang maka kesalahan sudut putar Δφ semakin kecil, dan kesalahan penempatan akibat sudut putar relatif berkurang.
2.2 Tipe yang dapat diperluas dengan dua pin di satu sisi
Dalam produksi sebenarnya, untuk meningkatkan akurasi posisi dan memfasilitasi bongkar muat benda kerja, struktur dua pin yang dapat diperluas di satu sisi sering digunakan. Struktur dua pin yang dapat diperluas di satu sisi pertama-tama menggunakan celah lubang pin untuk penjepitan fleksibel, dan kemudian menggunakan mekanisme ekspansi pin untuk memperluas pin pemosisian guna menghilangkan celah pencocokan lubang pin dan mengurangi kesalahan sudut. Pada saat yang sama, karena perbedaan antara jarak antara lubang pemosisian dan jarak antara pin pemosisian, benda kerja akan bergerak sedikit karena perluasan lubang pemosisian, dan perbedaan jarak secara efektif diratakan, sehingga meningkatkan kualitas. keakuratan posisi lubang yang diproses. Penerapan struktur dua pin yang dapat diperluas di satu sisi juga dapat mengurangi akurasi pemesinan lubang posisi benda kerja sekaligus memenuhi persyaratan desain, sehingga menghemat biaya produksi [3].
Struktur ekspansi pin pemosisian dibagi menjadi dua jenis: ekspansi lingkaran penuh dan ekspansi beberapa titik, yang masing-masing sesuai dengan pin pemosisian silinder yang memainkan peran pemosisian utama dan pin pemotong tepi yang membatasi kesalahan sudut benda kerja. Struktur dua pin yang dapat diperluas di satu sisi dapat dibagi menjadi tipe ekspansi tunggal dan tipe ekspansi ganda.
Dalam struktur dua pin tipe ekspansi tunggal di satu sisi, pin pemosisian silinder yang memainkan peran pemosisian utama biasanya dirancang sebagai tipe ekspansi eksternal, yang digunakan ketika diameter lubang pemosisian tengah benda kerja lebih besar dan diameter lubang pemosisian sudut lebih kecil.
Struktur dua pin tipe ekspansi ganda di satu sisi banyak digunakan dalam situasi di mana diameter lubang pemosisian pusat dan lubang pemosisian sudut benda kerja keduanya besar. Struktur ekspansi ganda yang umum dengan dua pin di satu sisi sebagian besar mengadopsi struktur ekspansi penutup bergigi, dan kedua pin pemosisian terbuat dari baja pegas berkualitas tinggi. Struktur dua pin tipe ekspansi ganda baru di satu sisi sebagian besar menggunakan pin pemosisian berdinding tipis dengan media mengambang yang dipasang di rongga bagian dalam. Media terapung meliputi bola padat, pasta, dan cairan. Mengambil pin pemosisian berdinding tipis plastik cair sebagai contoh, ketika sekrup penekan memberi tekanan pada plastik cair di selongsong ekspansi berdinding tipis melalui kolom geser, plastik cair di rongga bagian dalam pin pemosisian akan meneruskan tekanan yang ditanggungnya secara merata. , sehingga pin pemosisian berdinding tipis mengalami deformasi plastis dan mengembang secara radial, dan sumbu pin pemosisian dan lubang tengah bertepatan, sehingga mencapai tujuan untuk mengurangi kesalahan pemosisian. Setelah benda kerja diproses, tekanan pada selongsong ekspansi berdinding tipis dikurangi dan pin pemosisian dipisahkan dari benda kerja.
2.3 Keterbatasan struktur dua pin pada satu sisi
Proses penempatan dua pin pada satu sisi juga dapat dikatakan sebagai proses perakitan benda kerja pin dan lubang. Oleh karena itu, perangkat lunak UG NX dapat digunakan untuk merakit pin dan lubang untuk mensimulasikan metode penempatan berlebih dua pin di satu sisi. Mengambil contoh piringan putar baja tahan karat, N (angka ganjil) lubang koaksial φD1 tersebar merata di kedua permukaan ujung, dan di tengahnya terdapat lubang tembus besar φD2. Perangkat lunak UG NX digunakan untuk perakitan pin dan lubang. Terdapat tiga batasan kontak antara perkakas dan benda kerja, yaitu kontak permukaan ujung antara pelat dasar dan benda kerja, dan kontak antara dua set lubang pin. Untuk menyajikan secara lebih intuitif fenomena amplifikasi kesalahan posisi dari struktur posisi dua pin pada benda kerja berpori, celah yang cocok antara dua pasang pin silinder dan lubang diatur ke 3 mm.
Seperti terlihat pada Gambar 2, jika lubang besar tengah Q1 dan lubang kecil Q2 pada lingkaran distribusi digunakan sebagai patokan, karena terdapat celah yang serasi, meskipun posisinya berlebihan, ketika pin dan silinder lubang berada. dalam kontak parsial, benda kerja masih dapat berada dalam jarak yang kecil. pelampung internal. Selain dua lubang pemosisian, kesalahan pemosisian dari dua lubang K3 dan K4 yang tersisa pada lingkaran distribusi cakram putar bervariasi besarnya karena posisi relatifnya terhadap dua lubang pin pemosisian Q1 dan Q2. Dari Gambar 2, dapat dilihat secara intuitif bahwa kesalahan penempatan lubang kecil K3 dan K4 pada lingkaran distribusi jauh melebihi celah kawin lubang pin sebesar 3 mm, yang berarti kesalahan penempatan diperbesar relatif terhadap celah kawin. . Menggunakan lubang tengah dan lubang kecil pada lingkaran distribusi Metode penempatan dua pin di satu sisi lubang tidak dapat memenuhi persyaratan pemrosesan.
gambar
Gambar 2: Fenomena amplifikasi kesalahan pada posisi lubang tengah dan lubang melingkar
Seperti terlihat pada Gambar 3, jika dua lubang kecil Q2 dan K4 pada lingkaran distribusi piringan putar dijadikan patokan, terlihat jelas bahwa jarak pin pada metode ini lebih besar dibandingkan dengan metode sebelumnya. Meskipun jarak pin ditingkatkan, sehingga kesalahan sudut rotasi berkurang secara relatif, kesalahan posisi dari dua lubang yang tersisa Q1 dan K3 masih melebihi celah pencocokan sebesar 3 mm, dan terdapat juga fenomena posisi lubang yang berbeda dan perbedaan. kesalahan posisi. Penempatan dua pin di satu sisi seperti ini masih belum dapat memenuhi persyaratan teknis.
gambar
Gambar 3: Fenomena amplifikasi kesalahan pada penentuan posisi lubang melingkar ganda
Bahkan jika struktur ekspansi ganda dengan dua pin di satu sisi digunakan, kesalahan sistematis seperti pengukuran, manufaktur, dan perakitan pasti terjadi selama proses produksi komponen penentuan posisi perlengkapan. Karena kesalahan pembuatan perlengkapan itu sendiri, sumbu pin dan poros tidak dapat sepenuhnya bertepatan. Pada saat yang sama, meskipun dalam arah vertikal sambungan antara dua pin, kesalahan sudut berkurang karena penghapusan celah pas; dalam arah sambungan kedua pin, pin, Perbedaan referensi jarak lubang akan dihomogenisasi karena sedikit perpindahan benda kerja, namun kesalahan posisi hanya berkurang relatif terhadap pin silinder kaku dan tidak dapat dihilangkan. . Ukurannya tergantung pada bentuk, posisi dan keakuratan dimensi perlengkapan itu sendiri saat diproduksi. , dan kecuali dua lubang pemosisian, kesalahan pemosisian lubang lainnya akan tetap bervariasi karena posisi relatifnya terhadap lubang pin pemosisian. Masih ada kecenderungan kesalahan pemosisian diperbesar relatif terhadap dua pin di satu sisi, dan terdapat Fenomena di luar toleransi.
3 Analisis sifat ganda dari positioning berlebihan
Fenomena over-positioning dapat dengan mudah menyebabkan kegagalan benda kerja kaku untuk dipasang secara normal. Namun, dalam kondisi tertentu, penggunaan over-positioning yang wajar dapat mencapai hasil yang baik dan manfaat yang jelas.
Untuk benda kerja dengan kekakuan lemah dan persyaratan presisi tinggi, seperti benda kerja berdinding tipis, batang ramping, atau benda kerja dengan permukaan datar besar sebagai referensi pemosisian, komponen besar, dll., penjepitan pemosisian berlebihan lebih bermanfaat. Untuk benda kerja dengan kekakuan yang buruk, setiap tempat yang mudah berubah bentuk harus dibatasi semaksimal mungkin. Tujuannya adalah untuk mencegah deformasi akibat gaya pemotongan selama pemrosesan, meningkatkan kekakuan posisi dan penjepitan, menjamin stabilitas proses pemrosesan, dan meningkatkan akurasi pemrosesan.
Saat memutar benda kerja sumbu panjang, salah satu ujung benda kerja dijepit dengan tiga cakar dan ujung lainnya ditopang oleh ujung ekor. Kebebasan pergerakan benda kerja pada arah Y dan Z dibatasi dua kali, sehingga mengakibatkan posisi berlebih. Dibandingkan dengan dukungan tanpa ujung, area kontak dan keandalan penjepitan meningkat, kekakuan benda kerja diperkuat, pemrosesan berjalan dengan lancar, dan kualitas pemrosesan serta efisiensi benda kerja meningkat pesat.
Dalam proses penggilingan, ketiga titik tumpuan membentuk sebuah bidang, dan titik tumpuan keempat tidak dapat benar-benar sebidang dengan ABC. Permukaan tetap empat titik berada pada posisi berlebih. Namun, dalam produksi sebenarnya, beberapa permukaan dengan akurasi posisi timbal balik yang lebih baik sering kali digunakan sebagai tolok ukur posisi pada saat yang sama, sehingga membentuk metode over-positioning. Metode pemosisian berlebih ini tidak hanya meningkatkan keandalan penjepitan dan kekakuan sistem, namun juga meningkatkan deformasi tegangan benda kerja berdinding tipis, sehingga lebih menjamin kualitas pemrosesan produk. Menghapus titik tumpu keempat dan menghilangkan metode over-positioning memiliki efek sebaliknya.
Dengan kata lain, beberapa metode penentuan posisi diposisikan secara berlebihan dari sudut pandang formal, namun tidak ada campur tangan atau konflik timbal balik yang substansial antara titik tumpu penentuan posisi dengan derajat kebebasan yang berulang kali dibatasi, atau meskipun ada gangguan, hal tersebut tidak melebihi batas yang diijinkan. batas benda kerja. persyaratan, pemosisian berlebihan seperti ini diperbolehkan. Dengan kata lain, dengan menggunakan datum presisi dengan akurasi pemesinan yang tinggi sebagai datum posisi, kesalahan datum posisi kecil, dan posisi benda kerja masih dapat melayang dalam rentang yang kecil. Over-positioning semacam ini hanya merupakan over-positioning formal dan diperbolehkan terjadi [4].
Saat menggunakan positioning, Anda harus memperhatikan tiga poin berikut.
1) Kesalahan referensi posisi menentukan tingkat tidak diinginkannya hasil interferensi posisi berlebih. Semakin besar kesalahan datum posisi, semakin serius deformasi interferensi dan semakin besar pula konsekuensi merugikannya. Oleh karena itu, persyaratan yang lebih tinggi harus diajukan untuk ukuran dan keakuratan geometri lubang datum pemosisian yang digunakan sebagai benda kerja untuk mengurangi kesalahan datum pemosisian itu sendiri.
2) Gaya yang digunakan untuk memuat dan membongkar benda kerja harus sesuai, dan deformasi lokal serta tegangan kontak harus dikontrol dalam kisaran yang diizinkan oleh persyaratan teknis.
3) Dalam sistem perlengkapan pemosisian berlebih, jumlah bagian pemosisian mempengaruhi deviasi komprehensif seluruh sistem perlengkapan.
4 Kasus penerapan posisi berlebih tiga pin di satu sisi
Pelat putar baja tahan karat yang disebutkan sebelumnya memiliki tinggi total 210mm dan penampang berbentuk I. Terdapat N (angka ganjil) lubang kecil φD1 yang tersebar merata dan koaksial di kedua permukaan ujung, dan lubang tembus besar φD2 di tengahnya. Benda kerja ini merupakan bagian struktural yang dilas, dan terdapat persyaratan tinggi antara sumbu atas dan bawah lubang kecil, antara sumbu melingkar seragam dan sumbu lubang besar, serta posisi lubang kecil relatif terhadap lubang besar. Saat memproses pada pusat permesinan vertikal, kesulitannya terletak pada persyaratan koaksialitas yang tinggi untuk lubang kecil antara lapisan atas dan bawah. Penggunaan alat pemroses yang diperpanjang dan pemboran dari satu ujung dapat memenuhi persyaratan teknis, namun alat pemboran yang diperpanjang memerlukan banyak spesifikasi, biaya alat yang tinggi, dan rawan terjadi getaran selama pemrosesan, serta efisiensi yang tidak tinggi. Oleh karena itu, solusi pemrosesan yang lebih layak adalah dengan menggunakan perlengkapan khusus, pemrosesan putar balik, sehingga hanya diperlukan sejumlah kecil pisau pendek. Kunci keberhasilan rencana pemrosesan putaran balik adalah keakuratan penjepitan dan penentuan posisi selama pemrosesan putaran harus memenuhi persyaratan teknis.
Seperti disebutkan sebelumnya, ketika datum halus digunakan sebagai datum penentuan posisi, pemosisian berlebihan diperbolehkan untuk meningkatkan akurasi penentuan posisi. Saat menggunakan pusat permesinan vertikal untuk memproses lubang pada permukaan kedua meja putar, struktur pemosisian tiga pin di satu sisi dapat digunakan untuk penjepitan. Permukaan bawah perkakas dan tiga sumbu pin silinder di atasnya digunakan sebagai datum pemosisian, dan benda kerja didasarkan pada jarak bebas pin lubang. Dipasang pada pelat dasar perkakas dengan cara yang serasi. Perpindahan XY benda kerja dan rotasi di sekitar sumbu Z secara bersamaan dibatasi oleh tiga pasang pasangan pemosisian lubang pin. Menurut tiga kondisi penggunaan pemosisian berlebih di atas, pusat permesinan vertikal presisi tinggi harus digunakan untuk membuat pelat dasar perkakas dan memproses lubang kecil pada permukaan pertama meja putar untuk mengurangi perbedaan jarak pin dan jarak lubang. Pusat permesinan memiliki akurasi pemosisian yang tinggi (kesalahan pemosisian kurang dari atau sama dengan 0.01mm). Oleh karena itu, perbedaan ukuran antara jarak pin dan jarak lubang, serta kesalahan bentuk dapat diabaikan. Satu-satunya faktor yang mempengaruhi akurasi posisi adalah jarak yang cocok antara pin dan lubang [5].
Terus gunakan perangkat lunak UG NX untuk mensimulasikan proses penentuan posisi dan penjepitan tiga pin di satu sisi, dan menambahkan batasan kontak untuk pasangan lubang pin ketiga. Terlihat dari navigator perakitan pada Gambar 4, status posisi benda kerja berpori 2 berbentuk lingkaran kecil “setengah hitam dan setengah putih”, yang menunjukkan bahwa benda kerja 2 berada dalam keadaan terbatas sebagian. Klik tombol pembatas pada toolbar perakitan, pindahkan kursor ke benda kerja, tekan dan tahan, dan putar mouse. Tiga lubang kecil pada benda kerja masing-masing akan berputar mengelilingi pin silinder yang bersentuhan secara bersamaan. Benda kerja memang dalam keadaan tidak terkekang penuh. Tentunya dengan bantuan software UG NX, dapat dilihat secara intuitif bahwa ketika benda kerja pada struktur tiga pin mengapung, diameter cincin yang dibentuk oleh bagian tengah lubang kecil tidak akan melebihi celah fitting, dan gabungan Efek dari ketiga batasan tersebut membuat bagian tengah benda kerja menjadi lebih besar. Lubang tersebut hanya dapat mengapung dalam jarak yang kecil. Lantas, apa kesalahan penempatan lubang besar di tengah benda kerja?
