En prenant comme exemple l'usinage d'une nouvelle culasse de moteur, cette étude examine le processus de fabrication en ce qui concerne les exigences de précision de position pour les trous de montage/localisation des engrenages et les trous d'arbre à cames doubles. En comparant diverses méthodes de contrôle, une nouvelle approche du contrôle de précision de position est proposée ; La macroprogrammation NC-est utilisée pour calculer les coordonnées d'usinage des trous de localisation, garantissant ainsi la précision requise de la distance centre à centre-à-entre les trous de montage/localisation de l'engrenage et les deux trous d'arbre à cames.
PARTIE 1
Introduction
L'usine développe un tout nouveau moteur-ciblant les normes d'émission "China VII", visant des performances d'émission supérieures et des spécifications techniques de pointe. Pour obtenir un contrôle précis du débit d'air d'admission et d'échappement dans la chambre de combustion, le moteur utilise une structure à double -arbre à cames en tête- (DACT). Le nouveau produit impose des exigences d'installation strictes sur les engrenages qui s'interfacent avec le système d'entraînement à double arbre à cames ; par conséquent, assurer efficacement la précision de la position des trous de montage/localisation des engrenages constitue un défi crucial lors de la production d'essai et de l'usinage de la culasse.
PARTIE 2
Exigences d’usinage des pièces et analyse des processus
2.1 Processus d'usinage courants pour les trous d'arbre à cames et les trous de montage/localisation d'engrenages
Les exigences de précision de position pour les trous d'arbre à cames et les trous de montage/localisation des engrenages sont illustrées dans la figure 1. La tolérance de position pour les trous d'arbre à cames en tête-doubles-en tête-est spécifiée à φ0,2 mm, tandis que l'exigence de précision pour la distance centre-à-entre les trous de montage/localisation des engrenages et les trous d'arbre à cames est de ±0,03 mm.
Figure 1 : Exigences de précision de positionnement pour les trous d'arbre à cames et les trous de montage/localisation des engrenages
L'usinage des trous d'arbre à cames doubles et des trous de montage/localisation des engrenages dans une seule configuration (serrage) garantit efficacement leur précision de position relative. Deux solutions d'usinage établies sont couramment utilisées :
1) À l'aide d'un équipement spécialisé à têtes multibroches-- : avec une seule configuration et un gabarit d'alésage dédié [1], les trous d'arbre à cames et les trous de montage/localisation des engrenages sont usinés simultanément du même côté ou des côtés opposés de la pièce. Cependant, cet équipement implique un investissement en capital élevé (supérieur à 10 millions de RMB) et offre une faible polyvalence.
2) Utilisation d'un grand centre d'usinage horizontal : avec une seule configuration et un gabarit d'alésage dédié, la broche de la machine engage automatiquement une barre d'alésage en ligne -[2]. Les trous d'arbre à cames sont usinés d'abord à partir d'un côté de la pièce ; par la suite, la pièce à usiner et l'outil d'alésage de ligne- pivotent ensemble de 180 degrés et un gabarit de perçage est utilisé pour usiner les trous de montage/localisation des engrenages. Ce schéma d'usinage nécessite que l'équipement ait un grand rayon d'orientation sûr dans la zone d'usinage ; de plus, l'espacement entre les alésages des doubles arbres à cames impose des exigences spécifiques quant aux dimensions extérieures du boîtier de broche. L'augmentation du rayon de rotation et les exigences spécifiques du boîtier de broche entraînent une forte augmentation du coût d'acquisition de l'équipement.
Les deux systèmes mentionnés ci-dessus impliquent des coûts d’investissement en équipements élevés, et la difficulté d’ajuster la précision des outils et accessoires spécialisés augmente de façon exponentielle. Les capacités actuelles de l'équipement ne peuvent pas satisfaire à l'exigence d'usiner simultanément les alésages d'arbre à cames doubles et les trous de montage/localisation des engrenages dans une seule configuration.
2.2 Analyse du contrôle de précision de l'espacement des trous-à-
Étant donné que les capacités techniques actuelles ne permettent pas l'usinage simultané des alésages d'arbre à cames doubles et des trous de montage/localisation d'engrenage dans une seule configuration, un flux de processus doit être adopté dans lequel les alésages d'arbre à cames doubles sont usinés en premier, suivi d'un changement de processus pour usiner les trous de montage/localisation d'engrenage. Les erreurs de positionnement et les décalages dans l'emplacement réel des alésages d'arbre à cames doubles pendant la transition du processus peuvent entraîner un dépassement des limites de tolérance entre les trous de montage/de positionnement des engrenages et les alésages d'arbre à cames doubles.
Pour répondre aux exigences de relation de position entre les trous de montage/localisation des engrenages et les alésages d'arbre à cames doubles, la faisabilité des méthodes d'usinage courantes suivantes est analysée.
(1) Méthode à coordonnées fixes (méthode d'attribution de tolérance) : La méthode à coordonnées fixes implique l'usinage des trous de montage/localisation de l'engrenage en fonction des valeurs de coordonnées spécifiées dans les dessins techniques ou dans la documentation du processus après l'usinage des alésages de l'arbre à cames double. Pour garantir la précision requise de l'espacement des trous-à-de ±0,03 mm entre les trous de montage/localisation d'engrenage et les alésages d'arbre à cames double, les données d'usinage pour les trous de montage/localisation d'engrenage doivent être alignées avec celles des alésages d'arbre à cames doubles lors de la planification du processus, et la tolérance d'espacement finale doit être attribuée via une chaîne de cotes de position [3]. La somme des tolérances de position pour les alésages d'arbre à cames doubles et les trous de montage/localisation des engrenages est de 0,06 mm ; l'attribution des tolérances est illustrée à la figure 2.
Figure 2 : Schéma de l'attribution des tolérances de position pour les alésages d'arbre à cames doubles et les trous de montage/localisation des engrenages
La tolérance de position pour les alésages d'arbre à cames doubles est de φ0,03 mm, et la tolérance de position pour les trous de montage/localisation des engrenages est de φ0,03 mm. Sur la base des résultats de l'attribution de la chaîne de dimensions de position, les alésages d'arbre à cames doubles et les trous d'emplacement de montage d'engrenage nécessitent une précision de position élevée lors de leurs opérations d'usinage respectives. Une analyse des erreurs de positionnement pour chaque opération révèle que l'erreur de décalage de référence est le principal problème. La pièce est positionnée à l'aide d'une méthode « une-face, deux-broches » ; le jeu maximum entre les broches de positionnement et les trous correspondants sur la pièce à usiner est de φ0,035 mm [4], et l'équipement d'usinage a une répétabilité de φ0,01 mm. Lorsque l'on considère uniquement les effets de l'erreur de positionnement de la pièce et de la répétabilité de la machine, les exigences de précision de positionnement pour les opérations individuelles -usinant les alésages d'arbre à cames doubles et les trous d'emplacement de montage des engrenages-ne peuvent pas être satisfaites ; par conséquent, la précision de la distance de centre à centre-entre les trous de montage des engrenages et les alésages d'arbre à cames ne parvient pas à satisfaire les spécifications de conception.
(2) Méthode de compensation de référence : cette méthode consiste à utiliser les coordonnées centrales réelles des alésages d'arbre à cames comme référence d'usinage pour les trous d'emplacement de montage d'engrenage-alignant efficacement la référence d'usinage avec la donnée de conception. Cette approche élimine les erreurs causées par le désalignement et le décalage des références [5] et s'est avérée efficace pour les applications à arbre à cames en tête unique (SOHC). Pour les applications à double arbre à cames en tête (DACT), une compensation de position pour les deux alésages d'arbre à cames est requise. Le procédé de compensation consiste à définir l'origine du système de coordonnées d'usinage pour les trous d'emplacement de montage d'engrenage au milieu des coordonnées X et Y des deux alésages d'arbre à cames (X1, Y1 et X2, Y2) ; plus précisément, les coordonnées d'origine sont définies comme X=(X1 + X2) / 2 et Y=(Y1 + Y2) / 2. La méthode de compensation des données comporte des risques de qualité. Par exemple, si les coordonnées centrales réelles de l'alésage d'arbre à cames 1 et de l'alésage d'arbre à cames 2 se déplacent vers l'extérieur de 0,1 mm le long de l'axe X- tout en restant inchangées le long de l'axe Y-, les coordonnées centrales deviennent (X1 − 0,1, Y1) pour l'alésage 1 et (X2 + 0.1, Y2) pour l'alésage 2 ; la tolérance de position des alésages des doubles arbres à cames reste conforme aux spécifications. Dans ce scénario, bien que l'origine calculée du système de coordonnées d'usinage du trou de montage/localisation d'engrenage-et la position d'usinage réelle du trou-restent inchangées, les positions réelles des alésages d'arbre à cames doubles ont changé, modifiant ainsi la distance entre le trou de montage/localisation d'engrenage et les deux alésages d'arbre à cames. Ainsi, pour une configuration à double -arbre à cames-alésage, l'utilisation de la méthode de compensation de référence pour contrôler la précision de position entre le trou de montage/localisation de l'engrenage et les alésages de l'arbre à cames pose un risque de qualité.
PARTIE 3
Contrôle de précision de position pour le trou de montage/localisation de l'engrenage
3.1 Établir un modèle mathématique-géométrique
La position du trou de montage/localisation du pignon est définie comme l'intersection de deux arcs : l'un centré sur l'axe de l'alésage d'arbre à cames 1 et l'autre sur l'axe de l'alésage d'arbre à cames 2, avec des rayons correspondant aux distances spécifiées entre le trou de montage/localisation du pignon et les alésages d'arbre à cames respectifs. L'analyse physique confirme qu'il n'existe qu'un seul point d'intersection ; la position réelle des coordonnées du trou de montage/localisation de l'engrenage varie en réponse aux changements des coordonnées centrales des deux alésages d'arbre à cames. Sur cette base, une nouvelle méthode d'usinage a été développée. En utilisant la technologie de mesure de processus, les principes géométriques et la programmation CN, et en incorporant les coordonnées centrales réelles des alésages d'arbre à cames doubles ainsi que les distances requises par rapport au trou de montage/localisation de l'engrenage, le système calcule et exécute automatiquement les coordonnées d'usinage pour le trou de montage/localisation de l'engrenage, répondant ainsi aux exigences de précision de position par rapport aux alésages d'arbre à cames doubles.
La figure 3 illustre le modèle géométrique montrant la relation de position entre les alésages d'arbre à cames doubles et le trou de montage/localisation d'engrenage. Ici, CA et BA représentent les distances de conception (en mm) entre le trou de montage/localisation de l'engrenage et les alésages d'arbre à cames (avec CA=BA), et le système de coordonnées d'usinage (système de coordonnées de calcul) est établi avec le centre de l'alésage d'arbre à cames 2 comme origine. Figure 3 : Modèle géométrique montrant la relation de position entre les alésages de l'arbre à cames double et le trou de positionnement du montage du pignon
3.2 Processus de calcul mathématique
Une fois la pièce positionnée et montée,-la technologie d'inspection en cours de processus est utilisée pour déterminer les coordonnées des centres de l'alésage d'arbre à cames 1 et de l'alésage d'arbre à cames 2 dans le système de coordonnées de la machine-outil-désignés par (XB, YB) et (XC, YC), respectivement-et pour calculer les coordonnées (XA, YA) du centre (point A) du trou de positionnement de montage d'engrenage. Le processus de calcul est le suivant : ∠2=∠1 ; CE=BC/2 ; ∠3=∠4 − ∠2. À partir de là, les coordonnées du point A (le centre du trou de positionnement de montage de l'engrenage) par rapport à l'origine du système de coordonnées d'usinage peuvent être dérivées. 3.3 Conversion de programme CN
Lors de l'usinage proprement dit, le processus de calcul mathématique doit être converti en programme CN. En utilisant un système CNC Siemens comme exemple [6], les coordonnées (XB, YB) et (XC, YC) des centres de l'alésage d'arbre à cames 1 et de l'alésage d'arbre à cames 2-obtenues via-inspection de processus ou d'autres moyens techniques-sont lues dans les variables de machine R201, R202, R301 et R302 ; les entraxes requis-à-centre BA (entre le trou de positionnement du support de pignon et l'alésage d'arbre à cames 1) et CA (entre le trou de positionnement de montage de pignon et l'alésage d'arbre à cames 2) sont lus dans les variables R401 et R402. Le programme de calcul des coordonnées d'usinage du centre du trou de localisation du support d'engrenage est le suivant. R201=XB ; Écrivez la coordonnée X- du centre du trou d'arbre à cames 1 dans la variable utilisateur machine R201. R202=YB ; Écrivez la coordonnée Y- du centre du trou d'arbre à cames 1 dans la variable utilisateur machine R202. R301=XC ; Écrivez la coordonnée X- du centre du trou d'arbre à cames 2 dans la variable utilisateur machine R301. R302=YC ; Écrivez la coordonnée Y- du centre du trou d'arbre à cames 2 dans la variable utilisateur machine R302. R401=BA ; Écrivez la distance entre les centres-à-entre le trou de positionnement du support d'engrenage et le trou d'arbre à cames 1 dans la variable utilisateur de la machine R401. R402=CA ; Écrivez la distance entre les centres-à-entre le trou de positionnement du support d'engrenage et le trou d'arbre à cames 2 dans la variable utilisateur de la machine R402. R501=R301-R201 ; Calculez la distance entre les centres du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2 le long de l'axe X-. R502=R202-R302 ; Calculez la distance entre les centres du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2 le long de l'axe Y. R503=ATAN2(R502, R501); Calculez la valeur de ∠1 (en degrés). R504=SQRT(R501* R501+ R502* R502); calculer la longueur du segment de ligne BC (mm) R506=R504/2 ; calculer la longueur du segment de ligne CE (mm) R507=ACOS(R506/R402); calculer la valeur de ∠4 (degré) R508=R507-R503 ; calculer la valeur de ∠3 (degré) R509=SIN(R508)*R402 ; calculer la longueur du segment de ligne AF (mm) R510=COS(R508)*R402 ; calculer la longueur du segment de ligne CF (mm) R101=R301-R510 ; calculer la coordonnée sur l'axe X du centre du trou de localisation de montage d'engrenage par rapport au centre du trou d'arbre à cames 2 R102=R302-R509 ; calculer la coordonnée sur l'axe Y du centre du trou de positionnement du support d'engrenage par rapport au centre du trou d'arbre à cames 2.
Les valeurs stockées dans les macro-variables R101 et R102 représentent les coordonnées du point central A du trou de localisation du montage de l'engrenage ; dans le programme d'usinage suivant, l'usinage sera effectué sur la base des coordonnées centrales calculées A (R101, R102). Les coordonnées d'usinage du trou de positionnement de montage d'engrenage sont calculées en utilisant les coordonnées mécaniques réelles du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2 comme références lors de l'opération d'usinage spécifique pour ce trou ; cela élimine les erreurs causées par un désalignement ou un déplacement des données. Par conséquent, la totalité de la tolérance de position de 0,06 mm pour la distance entre le trou de positionnement du support d'engrenage et les trous d'arbre à cames 1 et 2 est prise en compte dans cette seule opération, sans qu'il soit nécessaire de prendre en compte la précision de position des trous d'arbre à cames 1 et 2 des opérations précédentes. Lors de l'usinage de différentes pièces, les coordonnées de position réelles (R101, R102) du trou de positionnement de montage d'engrenage varieront en fonction des changements dans les coordonnées centrales réelles des trous d'arbre à cames 1 et 2, plutôt que de rester fixes. La vérification pratique de l'usinage démontre que la tolérance de distance de centre à centre entre le trou de montage/localisation de l'engrenage et les trous de l'arbre à cames double peut être contrôlée à ± 0,01 mm près, répondant ainsi pleinement aux spécifications de conception.
3.4 Innovations
Les principales innovations de cette méthode d'usinage sont les suivantes :
1) Il fournit une nouvelle stratégie d'usinage qui résout le défi du contrôle de la précision de position entre le trou de montage/localisation de l'engrenage et les trous de l'arbre à cames double. Lors de l'usinage du trou de montage/localisation d'engrenage, les coordonnées d'usinage sont calculées sur la base des positions réelles des trous d'arbre à cames et de la relation de position requise entre le trou de montage/localisation d'engrenage et les trous d'arbre à cames ; l'usinage est ensuite effectué à l'aide de ces coordonnées calculées. Les coordonnées d'usinage réelles pour le trou de montage/localisation d'engrenage s'ajustent dynamiquement en fonction des positions réelles du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2, garantissant ainsi la précision requise de la distance entre le trou de montage/localisation d'engrenage et les trous d'arbre à cames.
2) Il intègre des principes géométriques avec la programmation macro CN pour permettre le calcul automatique des coordonnées d'usinage pour le trou de montage/localisation de l'engrenage. Un modèle géométrique définissant la relation de position entre le trou de montage/localisation de l'engrenage et les deux trous d'arbre à cames a été établi, et le processus de calcul des coordonnées centrales du trou de montage/localisation de l'engrenage a été dérivé ; La programmation macro CN est ensuite utilisée pour automatiser ce calcul de coordonnées.
3) Il utilise une technologie de mesure de processus flexible-pour aligner les données d'usinage avec les données de conception, éliminant ainsi les erreurs de positionnement. Pendant l'usinage du trou de montage/localisation de l'engrenage, une sonde mesure automatiquement les coordonnées du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2 dans le système de coordonnées de la machine-outil. Ces valeurs mesurées sont ensuite entrées dans le processus de calcul pour déterminer les coordonnées d'usinage du trou de montage/localisation de l'engrenage. Ce processus intégré aligne simultanément les données d'usinage avec les données de conception, éliminant ainsi efficacement les erreurs de positionnement.
4) Cela réduit la difficulté d'usinage associée à l'opération précédente de production du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2. Les coordonnées d'usinage pour le trou de positionnement de montage d'engrenage sont calculées sur la base des positions réelles du trou d'arbre à cames 1 et du trou d'arbre à cames 2. Cette approche n'impose aucune exigence particulière concernant la précision de position ou la cohérence des trous d'arbre à cames traités dans l'étape précédente, réduisant ainsi la difficulté d'ajustement et de contrôle de la précision d'usinage pour cette étape.
PARTIE 4
Conclusion
Cet article étudie le processus de fabrication concernant les exigences de précision de position pour le trou de positionnement du montage de l'engrenage et les trous de l'arbre à cames double. Grâce à un schéma d'usinage innovant, à l'établissement d'un modèle géométrique mathématique-et à la proposition d'une nouvelle méthode de contrôle de la précision de position, les coordonnées d'usinage du trou de localisation sont calculées à l'aide d'un programme macro CN basé sur la relation spatiale entre le trou de localisation et les deux trous d'arbre à cames. Cela résout efficacement le défi consistant à répondre aux-exigences strictes de précision d'espacement des trous-qui sont autrement difficiles à garantir-et fournit une solution pour l'usinage de configurations de trous de train d'engrenages similaires.
