לחלקי מסגרת גלגלים יש בדרך כלל דרישות טכניות גבוהות כמו מידות וסובלנות גיאומטרית. מערכת המיקום המסורתית של שני פינים בצד אחד משתמשת בהתאמה מרווחת, מה שמוביל לשגיאות מיקום גדולות ודיוק עיבוד חלקים לא יציב. למיקום יתר יש שני צדדים. מצד אחד, הוא מפר את עקרון המיקום של שש הנקודות ומשפיע על ההידוק והמיקום. מצד שני, אם מטפלים בו נכון, זה יכול לשפר את הקשיחות ודיוק העיבוד של החלק. ניתוח ועיבוד נכון של מיקום יתר יכולים לשפר את דיוק המיקום מבלי להשפיע על הטעינה והפריקה של חלקי העבודה. זהו המפתח לתכנון רציונלי של גופי מיצוב יתר. עם פונקציות ההרכבה והדמיית התנועה של תוכנת UG NX, ניתן להציג באופן אינטואיטיבי את ההשפעה של מרווח ההתאמה על שגיאת המיקום של חורים עגולים במיקומים שונים. דיוק המיקום של מבנה שני פינים בעל הרחבה כפולה עם שגיאת מיקום משופרת שופר, אך עדיין יש לו מגבלות. עבור חלקי עבודה של גלגלים נקבוביים, שיטת מיקום סבירה של שלושה פינים בצד אחד יכולה להשיג דיוק מיקום גבוה ויציב יותר משיטת המיקום של שני פינים בצד אחד.
1 הקדמה
מיקום יתר פירושו שמידת חופש מסוימת של חומר העבודה מוגבלת פעמיים או יותר. תופעת מיקום יתר עלולה להוביל בקלות לכשל של חומר העבודה הקשיח בהתקנה נכונה ויש להימנע ממנה ככל האפשר [1]. פיני המיקום המשמשים בתהליך ההידוק והמיקום של שני פינים בצד מחולקים באופן גס לשתי קטגוריות: פינים קשיחים וסיכות גמישות. גם לסיכות קשיחות וגם לגמישות יש מגבלות. ההתאמה מסוג הפער של שני הפינים הקשיחים במבנה צד אחד מגבילה את דיוק העיבוד. שני הפינים הגמישים בצד אחד בעייתי ויקר לייצור. יתר על כן, לשני הפינים בצד אחד יש היקף יישום מוגבל ואינו יכול לעמוד בדרישות לעיבוד חלקים נקבוביים כגון מסגרות גלגלים. כיצד להבטיח את דיוק המיקום של חלקים נקבוביים במרכזי עיבוד אנכיים הוא נושא שכדאי ללמוד.
2 מגבלות של שני פינים בצד אחד
2.1 סוג מרווח עם שני פינים בצד אחד
המבנה המסורתי של שני פינים מסוג הפער בצד אחד משתמש בפיני מיקום קשיחים. על מנת למנוע מיצוב יתר, נעשה שימוש בסיכה גלילית וסיכת קצה חיתוך. עקרון המיקום שלו הוא מיקום סיכה גלילית וכיוון סיכת יהלום. סיכת המיקום הגלילית מגבילה את חופש התנועה של חומר העבודה בכיווני X ו-Y וממלאת את תפקיד המיקום העיקרי; סיכת המיקום של היהלום (מטרת חיתוך הקצוות היא להגדיל את מרווח חור הסיכה ולפצות על שגיאת ריווח החורים של חומר העבודה ושגיאת ריווח הפינים של המתקן. בעת ההתקנה, יש לוודא כי הוא ללא קצוות גליל בכיוון הקו האנכי המחבר את מרכזי שני החורים) רק מגביל את חופש הסיבוב של חומר העבודה סביב ציר ה-Z, ובדרך כלל ממלא את התפקיד של מיקום זוויתי. שגיאת תזוזת הדאטום של ממדי התהליך בכיוון האופקי נקבעת בדרך כלל על ידי צמד המיקום הגלילי של חור פינים, אשר נובע בעיקר משיטוט אקראי וציפה של חור המיקום הראשי על חומר העבודה ביחס לפין המיקום הגלילי. שגיאת תזוזת הנתונים בכיוון האנכי קשורה למרכז שני החורים. קו החיבור קשור לזווית ציר ה-X, אשר נקבעת על ידי שגיאת הזווית של חומר העבודה הנגרמת על ידי הפער בין סיכת מיקום המתקן לחור המיקום של חומר העבודה.
למרות שהמבנה המסורתי של שני פינים מסוג הפער בצד אחד מונע מיקום יתר, הוא מגביר את שגיאת המיקום בחור המיקום של פין חיתוך הקצוות. כפי שמוצג באיור 1, כאשר חור הייחוס של גודל הגבול המרבי פוגש את פין המיקום של גודל הגבול המינימלי, קווי המגע של חור הסיכה ממוקמים משני צידי הקו המחבר את שני החורים, וכאשר מתרחשת סטיית זווית הגבול. בין הקו המחבר בין שני החורים לקו המחבר בין שני הפינים, יתרחשו תנאי המיקום הלא נוחים ביותר, שיכולים בקלות לגרום למיקום החור להיות מחוץ לסובלנות [2].
תְמוּנָה
איור 1: שגיאת סיבוב של שני פינים בצד אחד
כדי לצמצם את שגיאת תזוזה הייחוס ושגיאת זווית הסיבוב הנגרמת על ידי ציפה אקראית, יש לבטל את הפער התואם של חורי הפינים, כלומר, יש להפחית את סטיית הגודל של חורי המיקום והפינים. עם זאת, המידה שבה ניתן לשפר את הדיוק של חלקי עבודה וכלי עבודה מוגבלת על ידי דיוק העיבוד של כלי מכונות. ככל שסובלנות גובה החור וסובלנות קוטר החור קטנים יותר, כך העלות תהיה קשה וגבוהה יותר בעיבוד, ואם פער ההתאמה קטן מדי, זה יגרום לצרות גדולות בהעמסה ופריקה של חלקי עבודה. ניתן לראות מאיור 1 שבתנאי של מרווח חור-סיכה מסוים, ככל שהמרחק L בין שני החורים גדול יותר, כך קטנה יותר שגיאת זווית הסיבוב Δφ, ושגיאת המיקום הנגרמת על ידי זווית הסיבוב מצטמצמת יחסית.
2.2 סוג מתרחב עם שני פינים בצד אחד
בייצור בפועל, על מנת לשפר את דיוק המיקום ולהקל על הטעינה והפריקה של חלקי עבודה, נעשה שימוש לעתים קרובות במבנה שני הפינים הניתן להרחבה בצד אחד. מבנה שני הפינים הניתן להרחבה בצד אחד משתמש תחילה במרווח חור הסיכה עבור הידוק גמיש, ולאחר מכן משתמש במנגנון ההרחבה של הסיכה כדי להרחיב את סיכת המיקום כדי לבטל את הפער התואם לחור הסיכה ולהפחית את השגיאה בפינה. יחד עם זאת, בשל ההבדל בין המרווח בין חורי המיקום לבין המרווח בין פיני המיקום, חומר העבודה יזוז מעט עקב התרחבות חורי המיקום, והפרש המרווחים מתאזן למעשה, ובכך ישפר את דיוק מיקום של החורים המעובדים. היישום של מבנה שני פינים הניתן להרחבה בצד אחד יכול גם להפחית את דיוק העיבוד של חור המיקום של חלק העבודה תוך עמידה בדרישות התכנון, ובכך לחסוך בעלויות הייצור [3].
מבנה ההתפשטות של סיכת המיקום מחולק לשני סוגים: הרחבת מעגל מלא והתרחבות מספר נקודות, התואמים בהתאמה את סיכת המיקום הגלילית הממלאת את תפקיד המיקום העיקרי ולסיכת חיתוך הקצוות המגבילה את טעות זווית העבודה. ניתן לחלק את מבנה שני הפינים הניתן להרחבה בצד אחד לסוג הרחבה יחיד וסוג הרחבה כפול.
במבנה דו פיני בעל הרחבה יחידה בצד אחד, סיכת המיקום הגלילית הממלאת את תפקיד המיקום העיקרי מעוצבת בדרך כלל כסוג הרחבה חיצונית, המשמשת כאשר קוטר חור המיקום המרכזי של חומר העבודה גדול יותר. הקוטר של חור המיקום הזוויתי קטן יותר.
מבנה שני פינים עם הרחבה כפולה בצד אחד משמש בעיקר במצבים שבהם הקטרים של חור המיקום המרכזי וחור המיקום הזוויתי של חומר העבודה הם שניהם גדולים. מבנה ההרחבה הכפול הנפוץ עם שני פינים בצד אחד מאמץ ברובו מבנה הרחבת דש שיניים, ושני פיני המיקום עשויים מפלדה קפיצית איכותית. המבנה החדש של שני פינים מסוג שני פינים עם הרחבה כפולה, משתמש ברובו בפיני מיקום בעלי דופן דקה עם מדיה צפה המותקנת בחלל הפנימי. מדיה צפה כוללת כדורים מוצקים, משחות ונוזלים. אם ניקח לדוגמא פיני מיצוב דק פלסטיק נוזלי, כאשר בורג הלחץ לוחץ את הפלסטיק הנוזלי בשרוול ההתפשטות הדק דרך עמוד ההזזה, הפלסטיק הנוזלי בחלל הפנימי של סיכת המיקום יעביר באופן שווה את הלחץ שהוא נושא , כך שהדפנות הדקות. סיכת המיקום עוברת דפורמציה פלסטית ומתרחבת באופן רדיאלי, והציר של סיכת המיקום והחור המרכזי מקבילים, ובכך משיגים את המטרה של הפחתת שגיאות המיקום. לאחר עיבוד חומר העבודה, הלחץ בשרוול ההרחבה בעל הקירות הדק מופחת ופין המיקום מופרד מחומר העבודה.
2.3 מגבלות של מבנה שני פינים בצד אחד
תהליך המיקום של שני פינים בצד אחד יכול להיחשב גם כתהליך ההרכבה של חתיכת הסיכה והחור. לכן, ניתן להשתמש בתוכנת UG NX כדי להרכיב את הפינים והחורים כדי לדמות את שיטת מיקום היתר של שני פינים בצד אחד. אם ניקח לדוגמה דיסק סיבובי מפלדת אל חלד, חורים קואקסיאליים N (מספר אי זוגי) של φD1 מפוזרים באופן שווה על שני משטחי הקצה, והמרכז הוא חור גדול של φD2. תוכנת UG NX משמשת להרכבת סיכות וחורים. ישנם שלושה אילוצי מגע בין כלי העבודה לחומר העבודה, כלומר מגע משטח הקצה בין לוח הבסיס לחומר העבודה, והמגע בין שתי קבוצות החורים של סיכות. על מנת להציג בצורה אינטואיטיבית יותר את תופעת הגברה של שגיאות מיקום של מבנה מיצוב שני פינים בחומר עבודה נקבובי, הפער התואם בין שני זוגות הפינים והחורים הגליליים מוגדר ל-3 מ"מ.
כפי שמוצג באיור 2, אם החור הגדול המרכזי Q1 וחור קטן Q2 במעגל ההפצה משמשים כמדד, מכיוון שיש פער תואם, גם אם הוא ממוקם יתר על המידה, כאשר הפין וגליל החור נמצאים במגע חלקי, חומר העבודה עדיין יכול להיות בטווח קטן. ציפה פנימית. בנוסף לשני חורי המיקום, שגיאות המיקום של שני החורים הנותרים K3 ו-K4 במעגל ההפצה של הדיסק הסיבובי משתנות בגודלן עקב מיקומן היחסי לשני חורי פיני המיקום Q1 ו-Q2. מאיור 2, ניתן לראות באופן אינטואיטיבי ששגיאת המיקום של החורים הקטנים K3 ו-K4 במעגל החלוקה עולה בהרבה על מרווח ההזדווגות של חור הסיכה ב-3 מ"מ, כלומר, שגיאת המיקום מוגברת ביחס למרווח ההזדווגות. . שימוש בחור המרכזי ובחורים הקטנים במעגל ההפצה שיטת המיקום של שני הפינים בצד אחד של החור אינה יכולה לעמוד בדרישות העיבוד.
תְמוּנָה
איור 2: תופעת הגברה שגיאה במיקום חורים מרכזיים וחורים היקפיים
כפי שמוצג באיור 3, אם שני החורים הקטנים Q2 ו-K4 במעגל ההפצה של הדיסק הסיבובי משמשים כמבחן, ברור שמרווח הפינים של שיטה זו גדול מזה של השיטה הקודמת. למרות שמרווח הפינים גדל, וכתוצאה מכך הקטנה יחסית של שגיאת זווית הסיבוב, טעות המיקום של שני החורים Q1 ו-K3 הנותרים עדיין עולה על הפער התואם ב-3 מ"מ, וישנה גם תופעה של מיקומי חורים שונים ושונים. שגיאות מיקום. סוג זה של מיקום שני פינים בצד אחד עדיין לא יכול לעמוד בדרישות הטכניות.
תְמוּנָה
איור 3: תופעת הגברה שגיאה במיקום חור היקפי כפול
גם אם נעשה שימוש במבנה בעל הרחבה כפולה עם שני פינים בצד אחד, שגיאות שיטתיות כגון מדידה, ייצור והרכבה מוצגות בהכרח במהלך תהליך הייצור של רכיבי מיקום המתקן. בשל שגיאת הייצור של המתקן עצמו, צירי הסיכה והפיר אינם יכולים להתאים לחלוטין. יחד עם זאת, למרות שבכיוון האנכי של החיבור בין שני הפינים, שגיאת הזווית מצטמצמת עקב ביטול פער ההתאמה; בכיוון החיבור של שני הפינים, הפין, ההבדל בהתייחסות למרווח החורים יהיה הומוגני עקב תזוזה קלה של חומר העבודה, אך טעות המיקום מצטמצמת רק ביחס לפין הגלילי הקשיח ולא ניתן לבטלה . גודלו תלוי בצורה, מיקומו ודיוק הממדים של המתקן עצמו כאשר הוא מיוצר. , ולמעט שני חורי המיקום, שגיאות המיקום של החורים האחרים עדיין ישתנו עקב מיקומם היחסי לחורי פיני המיקום. עדיין יש נטייה לשגיאת המיקום להתגבר ביחס לשני הפינים בצד אחד, ויש תופעה מחוץ לסובלנות.
3 ניתוח טבע כפול של מיצוב יתר
תופעת מיקום יתר עלולה להוביל בקלות לכישלון של חלקי עבודה קשיחים בהתקנה רגילה. עם זאת, בתנאים מסוימים, שימוש סביר במיקום יתר יכול להשיג תוצאות טובות ויתרונות ברורים.
עבור חלקי עבודה עם קשיחות חלשה ודרישות דיוק גבוהות, כגון חלקי עבודה בעלי דופן דקה, מוטות דקיקים או חלקי עבודה עם משטח שטוח גדול כנקודת ההתייחסות למיקום, חלקים גדולים וכו', הידוק מיצוב יתר מועיל יותר. עבור חלקי עבודה עם קשיחות ירודה, יש לרסן ככל האפשר כל מקום שמתעוות בקלות. המטרה היא למנוע עיוות הנגרם מכוחות חיתוך במהלך העיבוד, להגביר את קשיחות המיקום וההידוק, להבטיח את יציבות תהליך העיבוד ולשפר את דיוק העיבוד.
בעת סיבוב חומר עבודה בעל ציר ארוך, קצה אחד של חומר העבודה מהודק בשלושה טפרים והקצה השני נתמך בקצה זנב. חופש התנועה של חומר העבודה בכיווני Y ו-Z מוגבל פעמיים, וכתוצאה מכך מיקום יתר. בהשוואה לתמיכה ללא קצה, שטח המגע ואמינות ההידוק גדלים, קשיחות חומר העבודה מתחזקת, העיבוד מתקדם בצורה חלקה ואיכות העיבוד והיעילות של חומר העבודה משתפרים מאוד.
בעיבוד כרסום, שלוש נקודות התמיכה מגדירות מישור, ונקודת התמיכה הרביעית אינה יכולה להיות מישורית לחלוטין עם ABC. המשטח הקבוע בעל ארבע הנקודות ממוקם יתר על המידה. עם זאת, בייצור בפועל, משטחים מרובים עם דיוק מיקום הדדי טוב יותר משמשים לעתים קרובות כמדדי מיקום בו-זמנית, ויוצרים שיטת מיקום יתר. שיטת מיצוב יתר זו לא רק משפרת את אמינות ההידוק ואת קשיחות המערכת, אלא גם משפרת את עיוות הלחץ של חלקי עבודה בעלי דופן דקה, ובכך מבטיחה טוב יותר את איכות עיבוד המוצר. הסרת נקודת התמיכה הרביעית וביטול שיטות מיצוב יתר גורמת לתוצאה הפוכה.
במילים אחרות, שיטות מיצוב מסוימות ממוקמות יתר על המידה מנקודת מבט פורמלית, אך אין הפרעה הדדית או התנגשות מהותית בין נקודות המשען למיקום עם דרגות חופש מוגבלות שוב ושוב, או למרות שיש הפרעה, היא אינה חורגת מהמותר. הגבול של חומר העבודה. דרישות, סוג זה של מיקום יתר מותר. במילים אחרות, שימוש בנתון דיוק עם דיוק עיבוד גבוה כנתון המיקום, השגיאה של נתון המיקום קטנה, ומיקום היצירה עדיין יכול לצוף בטווח קטן. סוג זה של מיקום יתר הוא מיקום יתר פורמלי בלבד ומותר להתרחש [4].
בעת שימוש במיקום, עליך לשים לב לשלוש הנקודות הבאות.
1) השגיאה של הפניה למיצוב קובעת את מידת חוסר הרצוי של תוצאת הפרעות מיצוב יתר. ככל שהשגיאה של נתון המיקום גדולה יותר, כך עיוות ההפרעות חמור יותר וההשלכות השליליות גדולות יותר. לכן, יש להעלות דרישות גבוהות יותר לגודל ולדיוק הגיאומטרי של חור נתון המיקום המשמש כחומר העבודה כדי להפחית את השגיאה של נתון המיקום עצמו.
2) הכוח המשמש להעמסה ופריקה של חומר העבודה חייב להיות מתאים, ויש לשלוט על העיוות המקומי ומתח המגע שלו בטווח המותר לפי הדרישות הטכניות.
3) במערכת מתקן מיצוב יתר, מספר חלקי המיקום משפיע על הסטייה המקיפה של מערכת המתקן כולה.
4 מקרי יישום של מיקום יתר של שלושה פינים בצד אחד
ללוח הנירוסטה הסיבובי שהוזכר קודם לכן גובה כולל של 210 מ"מ וחתך בצורת I. ישנם N (מספר אי זוגי) חורים קטנים קואקסיאליים ומפוזרים באופן שווה של φD1 על שני משטחי הקצה, וחור עובר גדול של φD2 במרכז. חומר עבודה זה הוא חלק מבני מרותך, ויש דרישות גבוהות בין הציר העליון והתחתון של החורים הקטנים, בין הציר העגול האחיד לציר החורים הגדולים, ומיקום החורים הקטנים ביחס לחורים הגדולים. בעת עיבוד במרכז עיבוד אנכי, הקושי טמון בדרישות הקואקסיאליות הגבוהות לחורים הקטנים בין השכבה העליונה והתחתון. שימוש בעיבוד כלי מורחב וקימום מקצה אחד יכול להבטיח את הדרישות הטכניות, אך כלי השיעמום המוארך דורש מפרטים רבים, עלות הכלי גבוהה, ורטט נוטה להתרחש במהלך העיבוד, והיעילות אינה גבוהה. לכן, פתרון עיבוד אפשרי יותר הוא להשתמש במתקן מיוחד, עיבוד פני פרסה, כך שרק מספר קטן של סכינים קצרות נדרש. המפתח להצלחת תוכנית עיבוד פני פרסה הוא שדיוק ההידוק והמיקום במהלך עיבוד הפנייה חייב לעמוד בדרישות הטכניות.
כפי שהוזכר קודם לכן, כאשר הנתון העדין משמש כנתון המיקום, מותר מיקום יתר כדי לשפר את דיוק המיקום. בעת שימוש במרכז עיבוד אנכי לעיבוד החורים על פני השטח השני של השולחן הסיבובי, ניתן להשתמש במבנה מיקום שלושה פינים בצד אחד עבור הידוק. המשטח התחתון של כלי העבודה ושלושת צירי הסיכה הגליליים עליו משמשים כנתון המיקום, וחתיכת העבודה מבוססת על מרווח סיכת החור. מותקן על לוחית הבסיס של כלי עבודה בצורה תואמת. תזוזה XY של חומר העבודה והסיבוב סביב ציר ה-Z מוגבלים בו זמנית על ידי שלושה זוגות של זוגות מיקום חורים פינים. על פי שלושת תנאי השימוש לעיל של מיקום יתר, יש להשתמש במרכז עיבוד אנכי ברמת דיוק גבוהה כדי ליצור את לוחית בסיס הכלים ולעבד את החורים הקטנים על המשטח הראשון של השולחן הסיבובי כדי לצמצם את ההבדל במרווח הפינים מרווח בין חורים. למרכז העיבוד יש דיוק מיקום גבוה (שגיאת מיקום קטנה או שווה ל-0.01 מ"מ). לכן, ניתן להתעלם מהפרש הגודל בין מרווח סיכות למרווח חורים, ושגיאת הצורה. הגורם היחיד שמשפיע על דיוק המיקום הוא המרווח התואם בין פינים לחורים [5].
המשך להשתמש בתוכנת UG NX כדי לדמות את תהליך המיקום וההידוק של שלושה פינים בצד אחד, והוסף אילוצי מגע עבור זוג חורי הפינים השלישי. כפי שניתן לראות מנווט ההרכבה באיור 4, מצב המיקום של חלק העבודה הנקבובי 2 הוא עיגול קטן "חצי שחור וחצי לבן", המצביע על כך שחלק העבודה 2 נמצא במצב מוגבל חלקית. לחץ על לחצן האילוץ בסרגל הכלים של ההרכבה, הזז את הסמן לחומר העבודה, לחץ והחזק וסובב את העכבר. שלושת החורים הקטנים בחומר העבודה יסתובבו כל אחד מסביב לפין הגלילי המגע בו-זמנית. חומר העבודה אכן נמצא במצב שאינו מוגבל לחלוטין. ברור שבעזרת תוכנת UG NX ניתן לראות באופן אינטואיטיבי שכאשר חומר העבודה במבנה שלושת הפינים צף, קוטר הטבעת הנוצר ממרכז החור הקטן לא יעלה על מרווח ההתאמה, והשילוב ההשפעה של שלוש ההגבלות הופכת את מרכז חומר העבודה לגדול יותר. החור יכול לצוף רק בטווח קטן. אז מהי שגיאת המיקום של החור הגדול במרכז חומר העבודה?
