Les pièces de cadre de roue ont généralement des exigences techniques élevées telles que les dimensions et les tolérances géométriques. Le système de positionnement traditionnel à deux broches sur un côté utilise un ajustement avec jeu, ce qui entraîne d'importantes erreurs de positionnement et une précision de traitement des pièces instable. Le surpositionnement a deux faces. D'une part, cela viole le principe de positionnement en six points et affecte le serrage et le positionnement. D’un autre côté, s’il est manipulé correctement, il peut améliorer la rigidité et la précision du traitement de la pièce. Une analyse et un traitement corrects du surpositionnement peuvent améliorer la précision du positionnement sans affecter le chargement et le déchargement des pièces. C'est la clé de la conception rationnelle des luminaires à surpositionnement. Grâce aux fonctions d'assemblage et de simulation de mouvement du logiciel UG NX, l'impact du jeu d'ajustement sur l'erreur de positionnement des trous ronds à différentes positions peut être affiché de manière intuitive. La précision de positionnement de la structure à deux broches à double expansion avec une erreur de positionnement améliorée a été améliorée, mais elle a encore ses limites. Pour les pièces poreuses du cadre de roue, une méthode de positionnement raisonnable à trois broches sur un côté peut obtenir une précision de positionnement plus élevée et plus stable que la méthode de positionnement à deux broches sur un côté.
1 Préface
Un surpositionnement signifie qu'un certain degré de liberté de la pièce est restreint deux fois ou plus. Le phénomène de surpositionnement peut facilement conduire à l'échec de l'installation correcte de la pièce rigide et doit être évité autant que possible [1]. Les broches de positionnement utilisées dans le processus de serrage et de positionnement à deux broches sur un côté sont grossièrement divisées en deux catégories : les broches rigides et les broches flexibles. Les broches rigides et flexibles ont leurs limites. L'ajustement de type espace de la structure rigide à deux broches sur un côté limite la précision de l'usinage. Le flexible à deux broches d'un côté est difficile et coûteux à produire. De plus, les deux broches d'un côté ont un champ d'application limité et ne peuvent pas répondre aux exigences de traitement de pièces poreuses telles que les cadres de roues. Comment garantir la précision du positionnement des pièces poreuses sur les centres d’usinage verticaux est une question qui mérite d’être étudiée.
2 Limitations de deux broches d'un côté
2.1 Type à espacement avec deux broches d'un côté
La structure traditionnelle à deux broches de type écart sur un côté utilise des broches de positionnement rigides. Afin d'éviter un positionnement excessif, une goupille cylindrique et une goupille tranchante sont utilisées. Son principe de positionnement est le positionnement des broches cylindriques et l'orientation des broches diamantées. La goupille de positionnement cylindrique limite la liberté de mouvement de la pièce dans les directions X et Y et joue le rôle principal de positionnement ; la goupille de positionnement en diamant (le but de la coupe des bords est d'augmenter l'écart entre les trous de goupille et de compenser l'erreur d'espacement des trous de la pièce et l'erreur d'espacement des goupilles du luminaire. Lors de l'installation, il convient de s'assurer qu'il s'agit d'un matériau non tranchant. cylindre dans le sens de la ligne verticale reliant les centres des deux trous) ne limite que la liberté de rotation de la pièce autour de l'axe Z, et joue généralement le rôle de positionnement angulaire. L'erreur de déplacement de la référence des dimensions du processus dans la direction horizontale est généralement déterminée par la paire de positionnement du trou d'épingle cylindrique, qui est principalement due à l'errance aléatoire et au flottement du trou de positionnement principal sur la pièce à usiner par rapport à la goupille de positionnement cylindrique. L'erreur de déplacement de la référence dans la direction verticale est liée au centre des deux trous. La ligne de connexion est liée à l'angle de l'axe X, qui est déterminé par l'erreur d'angle de la pièce provoquée par l'écart entre la goupille de positionnement du luminaire et le trou de positionnement de la pièce.
Bien que la structure traditionnelle à deux broches de type espace sur un côté évite un positionnement excessif, elle augmente l'erreur de positionnement au niveau du trou de positionnement de la broche coupante de bord. Comme le montre la figure 1, lorsque le trou de référence de la taille limite maximale rencontre la broche de positionnement de la taille limite minimale, les lignes de contact du trou d'épingle sont situées des deux côtés de la ligne reliant les deux trous, et lorsque la déviation de l'angle limite se produit entre la ligne reliant les deux trous et la ligne reliant les deux broches, les conditions de positionnement les plus défavorables se produiront, ce qui peut facilement rendre la position du trou hors tolérance [2].
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Figure 1 : Erreur de rotation de deux broches d'un côté
Pour réduire l'erreur de déplacement de référence et l'erreur d'angle de rotation provoquée par un flottement aléatoire, l'écart correspondant des trous de broche doit être éliminé, c'est-à-dire que l'écart de taille des trous de positionnement et des broches doit être réduit. Cependant, la mesure dans laquelle la précision des pièces et des outils peut être améliorée est limitée par la précision d'usinage des machines-outils. Plus la tolérance de pas de trou et la tolérance de diamètre de trou sont petites, plus le coût de traitement sera difficile et élevé, et si l'écart d'ajustement est trop petit, cela causera de gros problèmes lors du chargement et du déchargement des pièces. On peut voir sur la figure 1 que sous la condition d'un certain jeu trou-goupille, plus la distance L entre les deux trous est longue, plus l'erreur d'angle de rotation Δφ est petite, et l'erreur de positionnement provoquée par l'angle de rotation est relativement réduite.
2.2 Type extensible avec deux broches d'un côté
Dans la production réelle, afin d'améliorer la précision du positionnement et de faciliter le chargement et le déchargement des pièces, la structure extensible à deux broches d'un côté est souvent utilisée. La structure extensible à deux broches d'un côté utilise d'abord l'espace entre les trous d'épingle pour un serrage flexible, puis utilise le mécanisme d'expansion de la broche pour élargir la broche de positionnement afin d'éliminer l'espace correspondant au trou d'épingle et de réduire l'erreur de coin. Dans le même temps, en raison de la différence entre l'espacement entre les trous de positionnement et l'espacement entre les broches de positionnement, la pièce se déplacera légèrement en raison de l'expansion des trous de positionnement, et la différence d'espacement est efficacement égalisée, améliorant ainsi la précision de position des trous traités. L'application d'une structure extensible à deux broches sur un côté peut également réduire la précision d'usinage du trou de positionnement de la pièce tout en répondant aux exigences de conception, réduisant ainsi les coûts de production [3].
La structure d'expansion de la goupille de positionnement est divisée en deux types : l'expansion en cercle complet et l'expansion en plusieurs points, qui correspondent respectivement à la goupille de positionnement cylindrique qui joue le rôle de positionnement principal et à la goupille coupante qui limite l'erreur d'angle de la pièce. La structure extensible à deux broches d'un côté peut être divisée en type à extension simple et en type à double extension.
Dans la structure à deux broches de type à expansion unique sur un côté, la goupille de positionnement cylindrique qui joue le rôle de positionnement principal est généralement conçue comme un type à expansion externe, qui est utilisé lorsque le diamètre du trou de positionnement central de la pièce est plus grand et le diamètre du trou de positionnement angulaire est plus petit.
La structure à deux broches de type à double expansion sur un côté est principalement utilisée dans les situations où les diamètres du trou de positionnement central et du trou de positionnement angulaire de la pièce sont tous deux grands. La structure commune à double expansion avec deux broches d'un côté adopte principalement une structure d'expansion à rabat denté, et les deux broches de positionnement sont en acier à ressort de haute qualité. La nouvelle structure à deux broches de type double expansion sur un côté utilise principalement des broches de positionnement à paroi mince avec un support flottant installé dans la cavité interne. Les milieux flottants comprennent les sphères solides, les pâtes et les liquides. En prenant comme exemple les broches de positionnement à paroi mince en plastique liquide, lorsque la vis de pression met sous pression le plastique liquide dans le manchon d'expansion à paroi mince à travers la colonne coulissante, le plastique liquide dans la cavité interne de la broche de positionnement transmettra uniformément la pression qu'il supporte. , de sorte que la broche de positionnement à paroi mince subit une déformation plastique et se dilate radialement, et que l'axe de la broche de positionnement et le trou central coïncident, permettant ainsi de réduire l'erreur de positionnement. Une fois la pièce traitée, la pression dans le manchon d'expansion à paroi mince est réduite et la goupille de positionnement est séparée de la pièce.
2.3 Limites de la structure à deux broches d'un côté
Le processus de positionnement de deux broches d'un côté peut également être considéré comme le processus d'assemblage de la pièce à broche et à trou. Par conséquent, le logiciel UG NX peut être utilisé pour assembler les broches et les trous afin de simuler la méthode de surpositionnement de deux broches d'un côté. En prenant comme exemple un disque rotatif en acier inoxydable, N (nombre impair) trous coaxiaux de φD1 sont répartis uniformément sur les deux surfaces d'extrémité, et le centre est un grand trou traversant de φD2. Le logiciel UG NX est utilisé pour l'assemblage de broches et de trous. Il existe trois contraintes de contact entre l'outillage et la pièce, à savoir le contact de la surface d'extrémité entre la plaque de base et la pièce, et le contact entre les deux ensembles de trous de broche. Afin de présenter de manière plus intuitive le phénomène d'amplification des erreurs de positionnement d'une structure de positionnement à deux broches dans une pièce poreuse, l'espace correspondant entre les deux paires de broches et de trous cylindriques est réglé à 3 mm.
Comme le montre la figure 2, si le grand trou central Q1 et un petit trou Q2 sur le cercle de distribution sont utilisés comme référence, car il y a un espace correspondant, même s'il est surpositionné, lorsque la goupille et le cylindre de trou sont en contact partiel, la pièce peut encore se trouver dans une petite plage. flotteur interne. En plus des deux trous de positionnement, les erreurs de positionnement des deux trous K3 et K4 restants sur le cercle de distribution du disque rotatif varient en taille en raison de leurs positions relatives par rapport aux deux trous de broche de positionnement Q1 et Q2. De la figure 2, on peut voir intuitivement que l'erreur de positionnement des petits trous K3 et K4 sur le cercle de distribution dépasse de loin l'espace d'accouplement du trou d'épingle de 3 mm, c'est-à-dire que l'erreur de positionnement est amplifiée par rapport à l'espace d'accouplement. . Utilisation du trou central et des petits trous sur le cercle de distribution. La méthode de positionnement à deux broches sur un côté du trou ne peut pas répondre aux exigences de traitement.
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Figure 2 : Phénomène d'amplification d'erreur dans le positionnement des trous centraux et des trous circonférentiels
Comme le montre la figure 3, si les deux petits trous Q2 et K4 sur le cercle de distribution du disque rotatif sont utilisés comme référence, il est évident que l'espacement des broches de cette méthode est plus grand que celui de la méthode précédente. Bien que l'espacement des broches soit augmenté, ce qui entraîne une réduction relative de l'erreur d'angle de rotation, l'erreur de positionnement des deux trous restants Q1 et K3 dépasse toujours l'écart correspondant de 3 mm, et il existe également un phénomène de positions de trou différentes et différentes erreurs de positionnement. Ce type de positionnement à deux broches sur un côté ne peut toujours pas répondre aux exigences techniques.
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Figure 3 : Phénomène d'amplification d'erreur dans le positionnement de trous doubles circonférentiels
Même si une structure à double expansion avec deux broches d'un côté est utilisée, des erreurs systématiques telles que la mesure, la fabrication et l'assemblage sont inévitablement introduites lors du processus de production des composants de positionnement du luminaire. En raison d'une erreur de fabrication du luminaire lui-même, les axes de la goupille et de l'arbre ne peuvent pas coïncider complètement. En même temps, bien que dans la direction verticale de la connexion entre les deux broches, l'erreur d'angle est réduite en raison de l'élimination de l'espace d'ajustement ; dans le sens de la connexion des deux broches, la broche, La différence de référence d'espacement des trous sera homogénéisée en raison du léger déplacement de la pièce, mais l'erreur de positionnement n'est réduite que par rapport à la broche cylindrique rigide et ne peut être éliminée . Sa taille dépend de la forme, de la position et de la précision dimensionnelle du luminaire lui-même au moment de sa fabrication. , et à l'exception des deux trous de positionnement, les erreurs de positionnement des autres trous varieront toujours en raison de leurs positions relatives par rapport aux trous des broches de positionnement. Il existe toujours une tendance à l'amplification de l'erreur de positionnement par rapport aux deux broches d'un côté, et il existe des phénomènes hors tolérance.
3 Analyse de double nature du surpositionnement
Le phénomène de surpositionnement peut facilement conduire à la défaillance de pièces rigides à installer normalement. Cependant, dans certaines conditions, un recours raisonnable au surpositionnement peut donner de bons résultats et des avantages évidents.
Pour les pièces ayant une faible rigidité et des exigences de précision élevées, telles que les pièces à paroi mince, les tiges minces ou les pièces avec une grande surface plane comme référence de positionnement, les grandes pièces, etc., un serrage par surpositionnement est plus avantageux. Pour les pièces à faible rigidité, tous les endroits facilement déformables doivent être retenus autant que possible. Le but est d'éviter la déformation causée par les forces de coupe pendant le traitement, d'augmenter la rigidité du positionnement et du serrage, d'assurer la stabilité du processus de traitement et d'améliorer la précision du traitement.
Lors du tournage d'une pièce à axe long, une extrémité de la pièce est serrée avec trois griffes et l'autre extrémité est soutenue par une pointe de queue. La liberté de mouvement de la pièce dans les directions Y et Z est limitée deux fois, ce qui entraîne un surpositionnement. Par rapport au support sans pointe, la zone de contact et la fiabilité de serrage sont augmentées, la rigidité de la pièce est renforcée, le traitement se déroule sans problème et la qualité et l'efficacité du traitement de la pièce sont grandement améliorées.
Lors du fraisage, les trois points d'appui définissent un plan et le quatrième point d'appui ne peut pas être absolument coplanaire avec ABC. La surface fixe à quatre points est surpositionnée. Cependant, dans la production réelle, plusieurs surfaces présentant une meilleure précision de position mutuelle sont souvent utilisées simultanément comme références de positionnement, formant ainsi une méthode de surpositionnement. Cette méthode de surpositionnement améliore non seulement la fiabilité de serrage et la rigidité du système, mais améliore également la déformation sous contrainte des pièces à paroi mince, garantissant ainsi mieux la qualité de traitement du produit. La suppression du quatrième point d'appui et l'élimination des méthodes de surpositionnement ont l'effet inverse.
En d'autres termes, certaines méthodes de positionnement sont surpositionnées d'un point de vue formel, mais il n'y a pas d'interférence mutuelle substantielle ni de conflit entre les points d'appui de positionnement avec des degrés de liberté restreints à plusieurs reprises, ou bien qu'il y ait interférence, elle ne dépasse pas la limite autorisée. limite de la pièce. exigences, ce type de surpositionnement est autorisé. En d'autres termes, en utilisant une donnée de précision avec une précision d'usinage élevée comme donnée de positionnement, l'erreur de la donnée de positionnement est faible et la position de la pièce peut toujours flotter dans une petite plage. Ce type de surpositionnement n’est qu’un surpositionnement formel et est autorisé à se produire [4].
Lorsque vous utilisez le positionnement, vous devez faire attention aux trois points suivants.
1) L'erreur de la référence de positionnement détermine le degré de caractère indésirable du résultat d'interférence de surpositionnement. Plus l'erreur de la donnée de positionnement est grande, plus la déformation par interférence est importante et plus les conséquences néfastes sont importantes. Par conséquent, des exigences plus élevées doivent être proposées concernant la taille et la précision géométrique du trou de référence de positionnement utilisé comme pièce à usiner afin de réduire l'erreur de la référence de positionnement elle-même.
2) La force utilisée pour charger et décharger la pièce doit être appropriée, et sa déformation locale et sa contrainte de contact doivent être contrôlées dans la plage autorisée par les exigences techniques.
3) Dans un système de fixation à surpositionnement, le nombre de pièces de positionnement affecte la déviation globale de l'ensemble du système de fixation.
4 Cas d'application du surpositionnement trois broches sur un côté
Le plateau rotatif en acier inoxydable mentionné précédemment a une hauteur totale de 210 mm et une section transversale en forme de I. Il y a N (nombre impair) petits trous coaxiaux et uniformément répartis de φD1 sur les deux surfaces d'extrémité, et un grand trou traversant de φD2 au centre. Cette pièce est une pièce structurelle soudée, et il existe des exigences élevées entre les axes supérieur et inférieur des petits trous, entre l'axe circulaire uniforme et l'axe des grands trous, et la position des petits trous par rapport aux grands trous. Lors de l'usinage sur un centre d'usinage vertical, la difficulté réside dans les exigences élevées de coaxialité pour les petits trous entre les couches supérieure et inférieure. L'utilisation d'un traitement d'outil étendu et d'un alésage à une extrémité peut garantir les exigences techniques, mais l'outil d'alésage allongé nécessite de nombreuses spécifications, le coût de l'outil est élevé, des vibrations sont susceptibles de se produire pendant le traitement et l'efficacité n'est pas élevée. Par conséquent, une solution de traitement plus réalisable consiste à utiliser un montage spécial, un traitement en demi-tour, de sorte que seul un petit nombre de couteaux courts est nécessaire. La clé du succès du plan d'usinage demi-tour est que la précision de serrage et de positionnement pendant l'usinage de tournage doit répondre aux exigences techniques.
Comme mentionné précédemment, lorsque la donnée fine est utilisée comme donnée de positionnement, un surpositionnement est autorisé pour améliorer la précision du positionnement. Lors de l'utilisation d'un centre d'usinage vertical pour traiter les trous sur la deuxième surface de la table rotative, une structure de positionnement à trois broches sur un côté peut être utilisée pour le serrage. La surface inférieure de l'outillage et les trois axes de broches cylindriques qui s'y trouvent sont utilisés comme données de positionnement, et la pièce à usiner est basée sur le jeu trou-goupille. Installé sur la plaque de base de l'outillage de manière correspondante. Le déplacement XY de la pièce et la rotation autour de l'axe Z sont simultanément limités par trois paires de paires de positionnement de trous d'épingle. Selon les trois conditions d'utilisation du surpositionnement ci-dessus, un centre d'usinage vertical de haute précision doit être utilisé pour fabriquer la plaque de base de l'outillage et traiter les petits trous sur la première surface de la table rotative afin de réduire la différence d'espacement des broches et espacement des trous. Le centre d'usinage a une précision de positionnement élevée (erreur de positionnement inférieure ou égale à 0,01 mm). Par conséquent, la différence de taille entre l’espacement des broches et l’espacement des trous, ainsi que l’erreur de forme, peuvent être ignorées. Le seul facteur qui affecte la précision du positionnement est le jeu correspondant entre les broches et les trous [5].
Continuez à utiliser le logiciel UG NX pour simuler le processus de positionnement et de serrage de trois broches d'un côté, et ajoutez des contraintes de contact pour la troisième paire de trous de broches. Comme on peut le voir sur le navigateur d'assemblage de la figure 4, l'état de position de la pièce poreuse 2 est un petit cercle « moitié noir et moitié blanc », indiquant que la pièce 2 est dans un état partiellement contraint. Cliquez sur le bouton de contrainte dans la barre d'outils d'assemblage, déplacez le curseur sur la pièce, maintenez enfoncé et faites pivoter la souris. Les trois petits trous sur la pièce tourneront chacun autour de la broche cylindrique de contact en même temps. La pièce est en effet dans un état non totalement contraint. Évidemment, avec l'aide du logiciel UG NX, on peut voir intuitivement que lorsque la pièce dans la structure à trois broches flotte, le diamètre de l'anneau formé par le centre du petit trou ne dépassera pas l'espace de montage, et le combiné L'effet des trois restrictions agrandit le centre de la pièce. Le trou ne peut flotter que dans une petite plage. Alors, quelle est l’erreur de positionnement du grand trou au centre de la pièce ?
