Med bearbeiding av et nytt motorsylindertopp som eksempel, undersøker denne studien produksjonsprosessen angående krav til posisjonsnøyaktighet for girmonterings-/lokaliseringshull og doble kamakselhull. Ved å sammenligne ulike kontrollmetoder foreslås en ny tilnærming til posisjonsnøyaktighetskontroll; NC-makro-programmering brukes til å beregne maskineringskoordinater for lokaliseringshullene, noe som effektivt sikrer den nødvendige senter-til-avstandsnøyaktigheten mellom girmonterings-/lokaliseringshullene og de to kamakselhullene.
DEL 1
Introduksjon
Fabrikken utvikler en splitter-ny motor rettet mot "China VII"-utslippsstandarder, med mål om overlegen utslippsytelse og ledende tekniske spesifikasjoner. For å oppnå presis kontroll over inntaks- og eksosluftstrømmen i forbrenningskammeret, bruker motoren en dobbel-overliggende-kamakselstruktur (DOHC). Det nye produktet pålegger strenge installasjonskrav til girene som kommuniserer med det doble-kamakselens drivsystem; følgelig er effektiv sikring av posisjonsnøyaktigheten til girmonterings-/plasseringshullene en kritisk utfordring i prøveproduksjonen og maskineringen av sylinderhodet.
DEL 2
Del maskineringskrav og prosessanalyse
2.1 Vanlige maskineringsprosesser for kamakselhull og girmonterings-/lokaliseringshull
Kravene til posisjonsnøyaktighet for kamakselhullene og girmonterings-/plasseringshullene er illustrert i figur 1. Posisjonstoleransen for de doble-overliggende-kamakselhullene er spesifisert som φ0,2 mm, mens nøyaktighetskravet for senter-til-monteringsavstanden mellom kamakselens senter og senteravstanden mellom kamakselen ±0,03 mm.
Figur 1: Krav til posisjonsnøyaktighet for kamakselhull og girmonterings-/plasseringshull
Maskinering av både de doble kamakselhullene og girmonterings-/plasseringshullene i ett enkelt oppsett (klemming) sikrer effektivt deres relative posisjonsnøyaktighet. To etablerte maskineringsløsninger er ofte brukt:
1) Ved å bruke spesialisert multi-spindel-hodeutstyr: Med ett enkelt oppsett og en dedikert borejigg [1], maskineres kamakselhullene og girmonterings-/plasseringshullene samtidig fra enten samme side eller motsatte sider av arbeidsstykket. Dette utstyret innebærer imidlertid en høy kapitalinvestering (over 10 millioner RMB) og tilbyr dårlig allsidighet.
2) Ved å bruke et stort horisontalt maskineringssenter: Med ett enkelt oppsett og en dedikert borejigg, kobler maskinspindelen automatisk inn en linje-borestang [2]. Kamakselhullene maskineres først fra den ene siden av arbeidsstykket; deretter roteres arbeidsstykket og-linjeboreverktøyet 180 grader sammen, og en borestang brukes til å maskinere tannhjulets monterings-/plasseringshull. Dette maskineringsskjemaet krever at utstyret har en stor sikker svingradius innenfor maskineringssonen; videre stiller avstanden mellom de doble kamakselboringene spesifikke krav til de ytre dimensjonene til spindelboksen. Den økte svingeradiusen og de spesifikke spindelbokskravene fører til en kraftig økning i utstyrets anskaffelseskostnad.
Begge de nevnte ordningene medfører høye utstyrsinvesteringskostnader, og vanskeligheten med å justere presisjonen til spesialiserte verktøy og inventar øker eksponentielt. Nåværende utstyrsegenskaper kan ikke tilfredsstille kravet om samtidig å maskinere de doble kamakselboringene og girmonterings-/plasseringshullene i ett enkelt oppsett.
2.2 Analyse av presisjonskontroll fra hull-til-hullavstand
Siden dagens tekniske evner ikke tillater samtidig maskinering av de doble kamakselboringene og girmonterings-/lokaliseringshullene i et enkelt oppsett, må det tas en prosessflyt der de doble kamakselboringene maskineres først, etterfulgt av en prosessendring for å maskinere girmonterings-/lokaliseringshullene. Plasseringsfeil og skift i den faktiske plasseringen av de doble kamakselboringene under prosessovergangen kan føre til at avstanden mellom girmonterings-/plasseringshullene og de doble kamakselhullene overskrider toleransegrensene.
For å oppfylle kravene til posisjonsforhold mellom girmonterings-/plasseringshullene og de doble kamakselboringene, analyseres gjennomførbarheten av følgende vanlige bearbeidingsmetoder.
(1) Fast koordinatmetode (toleransetildelingsmetode): Den faste koordinatmetoden innebærer maskinering av girmonterings-/lokaliseringshullene basert på koordinatverdier spesifisert i ingeniørtegningene eller prosessdokumentasjonen etter at de doble kamakselboringene er maskinert. For å sikre den nødvendige hull-til-hullavstanden på ±0,03 mm mellom girmonterings-/plasseringshullene og de doble kamakselboringene, må maskineringsdatumet for girmonterings-/plasseringshullene være på linje med det for de doble kamakselboringene under prosessplanleggingen, og den endelige kjedeposisjonen må [dimensjoneres] via en kjedeposisjon. Summen av posisjonstoleransene for de doble kamakselboringene og girmonterings-/plasseringshullene er 0,06 mm; toleransetildelingen er illustrert i figur 2.
Figur 2: Skjematisk over posisjonstoleransetildeling for doble kamakselhull og girmonterings-/plasseringshull
Posisjonstoleransen for de doble kamakselboringene er φ0,03 mm, og posisjonstoleransen for girets monterings-/plasseringshull er φ0,03 mm. Basert på resultatene av kjedetildelingen av posisjonsdimensjoner, krever de doble kamakselboringene og hullene for girmonteringsplasseringen høy posisjonsnøyaktighet under deres respektive maskineringsoperasjoner. En analyse av posisjoneringsfeilene for hver operasjon viser at datumskiftfeil er hovedproblemet. Arbeidsstykket er posisjonert ved hjelp av en "en-flate, to-pinner"-metode; maksimal klaring mellom lokaliseringspinnene og de tilsvarende hullene på arbeidsstykket er φ0,035 mm [4], og maskineringsutstyret har en repeterbarhet på φ0,01 mm. Når man kun vurderer effektene av arbeidsstykkets posisjoneringsfeil og maskinens repeterbarhet, kan ikke kravene til posisjonsnøyaktighet for de individuelle operasjonene-bearbeide de doble kamakselboringene og hullene for girets monteringsplassering- oppfylles. følgelig tilfredsstiller ikke nøyaktigheten av senter-til-senteravstanden mellom hullene for girets monteringsplassering og kamakselboringene designspesifikasjonene.
(2) Datumkompensasjonsmetode: Denne metoden innebærer å bruke de faktiske senterkoordinatene til kamakselboringene som maskineringsdatum for hullene for girmonteringsplasseringen -og effektivt justere bearbeidingsdatumet med designdatumet. Denne tilnærmingen eliminerer feil forårsaket av datumfeiljustering og datumskifte [5] og har vist seg effektiv for applikasjoner med enkel overliggende kamaksel (SOHC). For bruk med dobbel overliggende kamaksel (DOHC) kreves posisjonskompensasjon for begge kamakselboringene. Kompensasjonsmetoden innebærer å sette opprinnelsen til bearbeidingskoordinatsystemet for hullene for tannhjulets monteringssted ved midtpunktet av X- og Y-koordinatene til de to kamakselboringene (X1, Y1 og X2, Y2); spesifikt er opprinnelseskoordinatene definert som X=(X1 + X2) / 2 og Y=(Y1 + Y2) / 2. Datum-kompensasjonsmetoden innebærer kvalitetsrisiko. For eksempel, hvis de faktiske senterkoordinatene for både kamakselboring 1 og kamakselboring 2 skifter utover med 0,1 mm langs X--aksen mens de forblir uendret langs Y--aksen, blir senterkoordinatene (X1 − 0,1, Y1) for boring 1) for boring 1}}{22; posisjonstoleransen til de doble kamakselhullene holder seg innenfor spesifikasjonene. I dette scenariet, selv om den beregnede opprinnelsen for girmonterings-/lokaliseringshullets maskineringskoordinatsystem-og hullets faktiske maskineringsposisjon-forblir uendret, har de faktiske posisjonene til de doble kamakselboringene endret seg, og dermed endret avstanden mellom girakselfestet og de to lokaliseringshullene. For en konfigurasjon med dobbel-kamaksel-boring, vil bruk av datumkompensasjonsmetoden for å kontrollere posisjonsnøyaktigheten mellom girmonterings-/lokaliseringshullet og kamakselboringene utgjøre en kvalitetsrisiko.
DEL 3
Posisjonell nøyaktighetskontroll for girmonterings-/lokaliseringshullet
3.1 Etablere en matematisk-geometrisk modell
Posisjonen til girets monterings-/plasseringshull er definert som skjæringspunktet mellom to buer: den ene sentrert ved aksen til kamakselboringen 1 og den andre ved aksen til kamakselboringen 2, med radier som tilsvarer de spesifiserte avstandene mellom girets monterings-/plasseringshull og de respektive kamakselboringene. Fysisk analyse bekrefter at det bare er ett slikt skjæringspunkt; den faktiske koordinatposisjonen til girmonterings-/lokaliseringshullet varierer som reaksjon på endringer i senterkoordinatene til de to kamakselboringene. På bakgrunn av dette ble en ny maskineringsmetode utviklet. Ved å bruke-prosessmålingsteknologi, geometriske prinsipper og NC-programmering-og innlemme de faktiske senterkoordinatene til de doble kamakselboringene sammen med de nødvendige avstandene til girmonterings-/lokaliseringshullet-beregner og utfører systemet automatisk maskineringskoordinatene for girmonteringens relative nøyaktighet/ved lokalisering doble kamakselboringer.
Figur 3 illustrerer den geometriske modellen som viser posisjonsforholdet mellom de doble kamakselboringene og girets monterings-/plasseringshull. Her representerer CA og BA dimensjonerende avstander (i mm) mellom girets monterings-/plasseringshull og kamakselboringene (med CA=BA), og bearbeidingskoordinatsystemet (beregningskoordinatsystem) etableres med senter av kamakselboring 2 som origo. Figur 3: Geometrisk modell som viser posisjonsforholdet mellom de doble kamakselboringene og girmonteringslokaliseringshullet
3.2 Matematisk regneprosess
Etter at arbeidsstykket er posisjonert og montert, brukes-prosessen inspeksjonsteknologi for å bestemme koordinatene til sentrene til kamakselboringen 1 og kamakselboringen 2 i verktøymaskinens koordinatsystem-angitt som (XB, YB) og (XC, YC), henholdsvis-beregn senterpunktet for (A) (A) (A) av utstyrets monteringslokaliseringshull. Beregningsprosessen er som følger: ∠2=∠1; CE=BC/2; ∠3=∠4 − ∠2. Fra dette kan koordinatene til punktet A (senteret av utstyrets monteringslokaliseringshull) i forhold til opprinnelsen til bearbeidingskoordinatsystemet utledes. 3.3 NC-programkonvertering
Under selve bearbeidingen må den matematiske beregningsprosessen konverteres til et NC-program. Ved å bruke et Siemens CNC-system som eksempel [6], blir koordinatene (XB, YB) og (XC, YC) til sentrene til kamakselboring 1 og kamakselboring 2-oppnådd via-prosessinspeksjon eller andre tekniske midler{10}}lest inn i maskinvariablene R102,3, R3002, R201 og R201; de nødvendige senter-til-avstandene BA (mellom girmonteringslokaliseringshullet og kamakselboring 1) og CA (mellom girmonteringslokaliseringshullet og kamakselboring 2) leses inn i variablene R401 og R402. Programmet for beregning av bearbeidingskoordinatene til senteret for girmonteringens lokaliseringshull er som følger. R201=XB; Skriv X--koordinaten til midten av kamakselhull 1 til maskinbrukervariabel R201. R202=YB; Skriv Y--koordinaten til midten av kamakselhull 1 til maskinbrukervariabel R202. R301=XC; Skriv X--koordinaten til midten av kamakselhull 2 til maskinbrukervariabel R301. R302=YC; Skriv Y--koordinaten til midten av kamakselhull 2 til maskinbrukervariabel R302. R401=BA; Skriv senter-til-avstanden mellom girmonteringslokaliseringshullet og kamakselhull 1 til maskinbrukervariabel R401. R402=CA; Skriv senter-til-avstanden mellom girmonteringslokaliseringshullet og kamakselhull 2 til maskinbrukervariabel R402. R501=R301-R201; Beregn avstanden mellom sentrene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2 langs X--aksen. R502=R202-R302; Beregn avstanden mellom sentrene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2 langs Y-aksen. R503=ATAN2(R502, R501); Beregn verdien av ∠1 (i grader). R504=SQRT(R501* R501+ R502* R502); beregne lengden på linjestykket BC (mm) R506=R504/2; beregne lengden på linjestykket CE (mm) R507=ACOS(R506/R402); beregne verdien av ∠4 ( grad ) R508=R507-R503; beregne verdien av ∠3 ( grad ) R509=SIN(R508)*R402; beregne lengden på linjestykket AF (mm) R510=COS(R508)*R402; beregne lengden på linjestykket CF (mm) R101=R301-R510; beregn X-aksekoordinaten til girmonteringens lokalisering av hullsenter i forhold til sentrum av kamakselhull 2 R102=R302-R509; beregn Y-aksekoordinaten til senteret for girmonteringens lokaliseringshull i forhold til midten av kamakselhullet 2.
Verdiene som er lagret i makrovariablene R101 og R102 representerer koordinatene til senterpunktet A for girmonteringens lokalisering av hullet; i det påfølgende maskineringsprogrammet vil det utføres maskinering basert på de beregnede senterkoordinatene A (R101, R102). Maskineringskoordinatene for girmonteringslokaliseringshullet beregnes ved å bruke de faktiske mekaniske koordinatene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2 som referanser under den spesifikke maskineringsoperasjonen for dette hullet; dette eliminerer feil forårsaket av datum feiljustering eller forskyvning. Følgelig er hele posisjonstoleransen på 0,06 mm for avstanden mellom girmonteringslokaliseringshullet og kamakselhullene 1 og 2 tatt med i denne enkeltoperasjonen, uten å måtte vurdere posisjonsnøyaktigheten til kamakselhullene 1 og 2 fra tidligere operasjoner. Ved bearbeiding av forskjellige arbeidsstykker vil de faktiske posisjonskoordinatene (R101, R102) til monteringshullet for girmontering variere i samsvar med endringer i de faktiske senterkoordinatene til kamakselhull 1 og 2, i stedet for å forbli faste. Praktisk verifisering av maskinering viser at toleransen senter-til-avstand mellom girmonterings-/plasseringshullet og de doble kamakselhullene kan kontrolleres innenfor ±0,01 mm, og oppfyller designspesifikasjonene fullt ut.
3.4 Innovasjoner
De viktigste nyvinningene av denne maskineringsmetoden er som følger:
1) Det gir en ny maskineringsstrategi som løser utfordringen med å kontrollere posisjonsnøyaktigheten mellom girmonterings-/plasseringshullet og de doble kamakselhullene. Ved maskinering av girmonterings-/lokaliseringshullet beregnes maskineringskoordinatene basert på de faktiske posisjonene til kamakselhullene og det nødvendige posisjonsforholdet mellom girets monterings-/lokaliseringshull og kamakselhullene; Maskinering utføres deretter ved å bruke disse beregnede koordinatene. De faktiske maskineringskoordinatene for girmonterings-/lokaliseringshullet justeres dynamisk i henhold til de faktiske posisjonene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2, og sikrer dermed den nødvendige nøyaktigheten av avstanden mellom girets monterings-/lokaliseringshull og kamakselhullene.
2) Den integrerer geometriske prinsipper med NC-makroprogrammering for å muliggjøre automatisk beregning av bearbeidingskoordinater for tannhjulets monterings-/lokaliseringshull. En geometrisk modell som definerer posisjonsforholdet mellom girmonterings-/lokaliseringshullet og de to kamakselhullene ble etablert, og beregningsprosessen for senterkoordinatene til girmonterings-/lokaliseringshullet ble utledet; NC-makroprogrammering brukes deretter for å automatisere denne koordinatberegningen.
3) Den bruker fleksibel-prosessmålingsteknologi for å justere maskineringsdatumet med designdatumet, og dermed eliminere posisjoneringsfeil. Under bearbeiding av girmonterings-/lokaliseringshullet måler en sonde automatisk koordinatene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2 i maskinverktøyets koordinatsystem. Disse målte verdiene blir deretter lagt inn i beregningsprosessen for å bestemme bearbeidingskoordinatene for girmonterings-/lokaliseringshullet. Denne integrerte prosessen justerer samtidig bearbeidingsdatumet med designdatumet, og eliminerer effektivt posisjoneringsfeil.
4) Det reduserer maskineringsvanskeligheten knyttet til den foregående operasjonen med å produsere kamakselhull 1 og kamakselhull 2. Maskineringskoordinatene for girmonteringslokaliseringshullet beregnes basert på de faktiske posisjonene til kamakselhull 1 og kamakselhull 2. Denne tilnærmingen med hensyn til nøyaktighet og nøyaktighet pålegger ingen spesielle krav til akselskaftet. behandlet i det foregående stadiet, og dermed redusere vanskeligheten med å justere og kontrollere maskineringspresisjonen for det stadiet.
DEL 4
Konklusjon
Denne artikkelen undersøker produksjonsprosessen med hensyn til krav til posisjonsnøyaktighet for girmonteringslokaliseringshullet og de doble kamakselhullene. Gjennom et innovativt maskineringsskjema, etablering av en matematisk-geometrisk modell, og forslaget om en ny posisjonsnøyaktighetskontrollmetode, beregnes maskineringskoordinatene for lokaliseringshullet ved hjelp av et NC-makroprogram basert på det romlige forholdet mellom lokaliseringshullet og de to kamakselhullene. Dette løser effektivt utfordringen med å møte strenge krav til hull-avstandsnøyaktighet-som ellers er vanskelig å garantere-og gir en løsning for maskinering av lignende konfigurasjoner for tannhjulshull.
