Uuden moottorin sylinterinkannen koneistuksen esimerkkinä tässä tutkimuksessa tutkitaan valmistusprosessia vaihteiston kiinnitys-/paikannusreikien ja kahden nokka-akselin reikien sijaintitarkkuusvaatimuksista. Vertailemalla erilaisia ohjausmenetelmiä ehdotetaan uutta lähestymistapaa paikannustarkkuuden ohjaukseen; NC-makro--ohjelmointia käytetään paikannusreikien työstökoordinaattien laskemiseen, mikä varmistaa tehokkaasti vaaditun keskipisteen -keskipisteen-välin tarkkuuden hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien ja kahden nokka-akselin reiän välillä.
OSA 1
Johdanto
Tehdas kehittää täysin{0}}uusia moottoria, joka on kohdistettu "China VII" -päästöstandardeihin. Tavoitteena on ylivoimainen päästösuorituskyky ja johtavat tekniset tiedot. Polttokammion imu- ja poistoilmavirran tarkan hallinnan saavuttamiseksi moottorissa on kaksois-yläpuolinen-nokka-akseli (DOHC). Uusi tuote asettaa tiukat asennusvaatimukset vaihteille, jotka ovat yhteydessä kaksois-nokka-akselin käyttöjärjestelmään. näin ollen hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien paikannustarkkuuden tehokas varmistaminen on kriittinen haaste sylinterinkannen koetuotannossa ja koneistuksessa.
OSA 2
Osan työstövaatimukset ja prosessianalyysi
2.1 Nokka-akselin reikien ja hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien yleiset työstöprosessit
Nokka-akselin reikien ja vaihteiston kiinnitys-/paikannusreikien sijaintitarkkuusvaatimukset on esitetty kuvassa 1. Kahden -yläpuolisen-nokka-akselin reikien sijaintitoleranssi on φ0,2 mm, kun taas tarkkuusvaatimus keski-keskipisteen ja{{5}-asennusetäisyyden välillä nokka-akselin reiät ovat ±0,03 mm.
Kuva 1: Nokka-akselin reikien ja vaihteiston asennus-/paikannusreikien asennon tarkkuusvaatimukset
Sekä kahden nokka-akselin reikien että vaihteiston kiinnitys-/paikannusreikien työstäminen yhdellä asetuksella (kiinnitys) varmistaa tehokkaasti niiden suhteellisen asennontarkkuuden. Yleisesti käytetään kahta vakiintunutta koneistusratkaisua:
1) Erikoistetun moni-karan-pään laitteiston avulla: Nokka-akselin reiät ja hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreiät työstetään samanaikaisesti joko työkappaleen samalta puolelta tai vastakkailta puolilta. Tämä laite vaatii kuitenkin suuren pääomasijoituksen (yli 10 miljoonaa RMB) ja tarjoaa huonon monipuolisuuden.
2) Suuren vaakasuuntaisen työstökeskuksen käyttäminen: Yhdellä asennuksella ja erillisellä porausjigillä koneen kara kytkeytyy automaattisesti viiva{1}}poraustankoon [2]. Nokka-akselin reiät koneistetaan ensin työkappaleen yhdeltä puolelta; myöhemmin työkappaletta ja linjaporaustyökalua käännetään 180 astetta yhdessä ja porakoneistoa käytetään hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien koneistamiseen. Tämä työstökaavio edellyttää, että laitteistolla on suuri turvallinen kääntösäde koneistusvyöhykkeen sisällä; lisäksi kahden nokka-akselin reikien välinen etäisyys asettaa erityisiä vaatimuksia karakotelon ulkomitoille. Kasvanut kääntösäde ja erityiset karalaatikkovaatimukset nostavat jyrkästi laitteen hankintakustannuksia.
Molemmat edellä mainitut järjestelyt aiheuttavat korkeita laiteinvestointikustannuksia ja vaikeus säätää erikoistyökalujen ja kiinnikkeiden tarkkuutta kasvaa eksponentiaalisesti. Nykyiset laitteet eivät voi täyttää vaatimusta työstää samanaikaisesti kaksi nokka-akselia ja vaihteiston asennus-/paikannusreiät yhdessä kokoonpanossa.
2.2 Reiän---reiän välisen tarkkuuden analyysi
Koska nykyiset tekniset ominaisuudet eivät mahdollista kahden nokka-akselin reikien ja hammaspyörän asennus-/paikannusreikien samanaikaista työstämistä yhdessä kokoonpanossa, on valittava prosessikulku, jossa kaksinkertaiset nokka-akselin reiät koneistetaan ensin ja sen jälkeen prosessin muutos hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien koneistamiseksi. Asemointivirheet ja kahden nokka-akselin reikien todellisen sijainnin siirtymät prosessisiirtymän aikana voivat aiheuttaa vaihteen kiinnitys-/paikannusreikien ja kahden nokka-akselin reikien välisen etäisyyden ylittämään toleranssirajat.
Seuraavien yleisten työstömenetelmien toteutettavuus analysoidaan vaihteen kiinnitys-/paikannusreikien ja kahden nokka-akselin reikien välisten sijaintisuhteiden vaatimusten täyttämiseksi.
(1) Kiinteiden koordinaattien menetelmä (toleranssin allokointimenetelmä): Kiinteiden koordinaattien menetelmä sisältää hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien koneistuksen suunnittelupiirustuksissa tai prosessidokumentaatiossa määritettyjen koordinaattiarvojen perusteella sen jälkeen, kun kaksoisnokka-akselin reiät on koneistettu. Jotta varmistetaan vaadittu ±0,03 mm:n ±0,03 mm:n reiän välinen tarkkuus hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien ja kahden nokka-akselin reikien välillä, hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikien työstöpiste on kohdistettava kaksoisnokka-akselin vastaavaan ja ketjun lopulliset mitat on suoritettava koko prosessin suunnittelun aikana. [3]. Kahden nokka-akselin reikien ja vaihteiston kiinnitys-/paikannusreikien sijaintitoleranssien summa on 0,06 mm; toleranssijako on esitetty kuvassa 2.
Kuva 2: Kaavio kahden nokka-akselin reikien ja vaihteiston asennus-/paikannusreikien sijaintitoleranssien jakamisesta
Kahden nokka-akselin reikien paikkatoleranssi on φ0,03 mm ja vaihteiston asennus-/paikannusreikien paikkatoleranssi on φ0,03 mm. Paikannusmittaketjun allokoinnin tulosten perusteella kaksinkertaiset nokka-akselin reiät ja vaihteiston asennuspaikan reiät vaativat suurta paikannustarkkuutta vastaavien työstötoimintojensa aikana. Kunkin toiminnon paikannusvirheiden analyysi paljastaa, että peruspisteen siirtovirhe on ensisijainen ongelma. Työkappale sijoitetaan käyttämällä "yksi-kasvot, kaksi-nasta" -menetelmää; Kohdistustappien ja vastaavien työkappaleen reikien välinen suurin välys on φ0,035 mm [4] ja koneistuslaitteiston toistettavuus on φ0,01 mm. Kun otetaan huomioon vain työkappaleen paikannusvirheen ja koneen toistettavuuden vaikutukset, yksittäisten toimintojen paikannustarkkuusvaatimuksia ei voida täyttää{11}}kaksi nokka-akselin reikien ja hammaspyörän asennuspaikan reikien{12}}työstössä. näin ollen vaihteiston asennuspaikan reikien ja nokka-akselin reikien välinen etäisyys keskeltä-keskipisteeseen{14}} ei täytä suunnitteluvaatimuksia.
(2) Peruspisteen kompensointimenetelmä: Tässä menetelmässä käytetään nokka-akselin reikien todellisia keskikoordinaatteja vaihteiston asennuspaikan reikien työstöpisteinä -joka kohdistaa työstön peruspisteen tehokkaasti suunnittelun peruspisteeseen. Tämä lähestymistapa eliminoi virheet, jotka johtuvat peruspistevirheestä ja peruspisteen siirtymisestä [5], ja se on osoittautunut tehokkaaksi yhden yläpuolisen nokka-akselin (SOHC) sovelluksissa. Kahden yläpuolisen nokka-akselin (DOHC) sovelluksissa molempien nokka-akselin reikien paikkakompensointi vaaditaan. Kompensointimenetelmään kuuluu koneistuskoordinaattijärjestelmän origon asettaminen hammaspyörän asennuspaikan reikiin kahden nokka-akselin reiän (X1, Y1 ja X2, Y2) X- ja Y-koordinaattien keskipisteeseen; Tarkemmin sanottuna lähtökoordinaatit on määritelty X=(X1 + X2) / 2 ja Y=(Y1 + Y2) / 2. Datumin kompensointimenetelmään liittyy laaturiskejä. Esimerkiksi, jos sekä nokka-akselin reiän 1 että nokka-akselin reiän 2 todelliset keskikoordinaatit siirtyvät ulospäin 0,1 mm X--akselia pitkin samalla kun ne pysyvät muuttumattomina Y--akselilla, keskikoordinaateiksi tulee (X1 − 0,1, Y1) poraukselle 1 ja (X2 + 0.1, Y2); kahden nokka-akselin reikien paikkatoleranssi pysyy ohjeiden sisällä. Vaikka tässä skenaariossa hammaspyörän asennus-/paikannusreiän työstökoordinaatiston laskettu origo-ja reiän todellinen työstöasento-pysyvät muuttumattomina, kahden nokka-akselin reikien todelliset asennot ovat siirtyneet, mikä muuttaa hammaspyörän kiinnityksen/reiän paikantimen välistä etäisyyttä. Siten kaksoisreikään -nokka-akselin-käyttäminen peruspisteen kompensointimenetelmän avulla vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja nokka-akselin reikien välisen paikannustarkkuuden ohjaamiseen aiheuttaa laaturiskin.
OSA 3
Vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän asennon tarkkuussäädin
3.1 Matemaattisen-geometrisen mallin luominen
Vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän sijainti määritellään kahden kaaren leikkauspisteenä: toinen on keskitetty nokka-akselin reiän 1 akseliin ja toinen nokka-akselin reiän 2 akseliin, säteet vastaavat määrättyjä etäisyyksiä hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreiän ja vastaavien nokka-akselin reikien välillä. Fyysinen analyysi vahvistaa, että on vain yksi tällainen leikkauspiste; vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän todellinen koordinaattiasento vaihtelee vasteena kahden nokka-akselin reiän keskikoordinaattien muutoksiin. Tämän pohjalta kehitettiin uusi koneistusmenetelmä. Hyödyntämällä in-prosessin mittaustekniikkaa, geometrisia periaatteita ja NC-ohjelmointia-ja sisällyttämällä kahden nokka-akselin porauksen todelliset keskikoordinaatit vaadittujen etäisyyksien rinnalle vaihteiston kiinnitys-/paikannusreikään-järjestelmä laskee ja suorittaa automaattisesti vaihteen työstökoordinaatit, mikä täyttää reiän asennus-/paikannusvaatimukset. nokka-akselin reiät.
Kuva 3 havainnollistaa geometrista mallia, joka esittää kahden nokka-akselin reikien ja vaihteiston asennus-/paikannusreiän välistä sijaintisuhdetta. Tässä CA ja BA edustavat suunnitteluetäisyyksiä (mm) hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreiän ja nokka-akselin reikien välillä (CA=BA), ja työstökoordinaattijärjestelmä (laskentakoordinaattijärjestelmä) muodostetaan niin, että nokka-akselin reiän 2 keskipiste on origo. Kuva 3: Geometrinen malli, joka näyttää kahden nokka-akselin reikien ja vaihteiston kiinnitysreiän välisen sijaintisuhteen
3.2 Matemaattinen laskentaprosessi
Kun työkappale on paikoitettu ja asennettu, prosessin tarkastustekniikkaa käytetään-prosessissa määritettäessä nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 keskipisteiden koordinaatit työstökoneen koordinaattijärjestelmässä-, joka on merkitty (XB, YB) ja (XC, YC), vastaavasti,-ja laskemaan A, YA-koordinaatit (X) asennuspaikan reikä. Laskentaprosessi on seuraava: ∠2=∠1; CE=BC/2; ∠3=∠4 − ∠2. Tästä voidaan johtaa pisteen A koordinaatit (hammaspyörän kiinnityspaikannusreiän keskipiste) suhteessa koneistuskoordinaattijärjestelmän alkupisteeseen. 3.3 NC-ohjelman muunnos
Varsinaisen koneistuksen aikana matemaattinen laskentaprosessi on muutettava NC-ohjelmaksi. Käyttämällä Siemensin CNC-järjestelmää esimerkkinä [6], nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2-keskipisteiden koordinaatit (XB, YB) ja (XC, YC), jotka on saatu prosessinaikaisella tarkastuksella tai muilla teknisillä keinoilla-luetaan konemuuttujiin R1, R201, R201, R201; vaaditut keski-keski Ohjelma hammaspyörän kiinnitysreiän keskipisteen työstökoordinaattien laskemiseksi on seuraava. R201=XB; Kirjoita nokka-akselin reiän 1 keskipisteen X-koordinaatti koneen käyttäjämuuttujaan R201. R202=YB; Kirjoita nokka-akselin reiän 1 keskipisteen Y-koordinaatti koneen käyttäjämuuttujaan R202. R301=XC; Kirjoita nokka-akselin reiän 2 keskipisteen X-koordinaatti koneen käyttäjämuuttujaan R301. R302=YC; Kirjoita nokka-akselin reiän 2 keskipisteen Y-koordinaatti koneen käyttäjämuuttujaan R302. R401=BA; Kirjoita koneen käyttäjän muuttujaan R401 vaihteiston kiinnitysreiän ja nokka-akselin reiän 1 välinen etäisyys keskeltä-keskipisteeseen{39}}. R402=CA; Kirjoita koneen käyttäjän muuttujaan R402 vaihteiston kiinnitysreiän ja nokka-akselin reiän 2 välinen etäisyys keskeltä-keskipisteeseen{48}}. R501=R301-R201; Laske nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 keskipisteiden välinen etäisyys X--akselilla. R502=R202-R302; Laske nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 keskipisteiden välinen etäisyys Y-akselia pitkin. R503=ATAN2(R502, R501); Laske ∠1:n arvo (asteina). R504=SQRT(R501* R501+ R502* R502); laske janan BC pituus (mm) R506=R504/2; laske janan CE pituus (mm) R507=ACOS(R506/R402); laske arvo ∠4 ( aste ) R508=R507-R503; laske arvo ∠3 ( aste ) R509=SIN(R508)*R402; laske janan AF pituus (mm) R510=COS(R508)*R402; laske janan CF pituus (mm) R101=R301-R510; laske hammaspyörän asennuksen paikannusreiän keskipisteen X-akselin koordinaatti suhteessa nokka-akselin reiän 2 keskipisteeseen R102=R302-R509; laske vaihteiston paikannusreiän keskipisteen Y-akselin koordinaatti suhteessa nokka-akselin reiän 2 keskipisteeseen.
Makromuuttujiin R101 ja R102 tallennetut arvot edustavat vaihteiston paikannusreiän keskipisteen A koordinaatteja; seuraavassa koneistusohjelmassa koneistus suoritetaan laskettujen keskipistekoordinaattien A (R101, R102) perusteella. Hammaspyörän asennuksen paikannusreiän työstökoordinaatit lasketaan käyttämällä nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 todellisia mekaanisia koordinaatteja referenssinä kyseisen reiän tietyn koneistuksen aikana; tämä eliminoi virheet, jotka johtuvat peruspisteen virheestä tai siirtymisestä. Näin ollen koko 0,06 mm:n paikkatoleranssi hammaspyörän kiinnityspaikannusreiän ja nokka-akselin reikien 1 ja 2 väliselle etäisyydelle huomioidaan tässä yksittäisessä toimenpiteessä ilman, että nokka-akselin reikien 1 ja 2 paikannustarkkuutta edeltävistä toimenpiteistä tarvitsee ottaa huomioon. Koneistettaessa erilaisia työkappaleita vaihteiston paikannusreiän todelliset sijaintikoordinaatit (R101, R102) vaihtelevat nokka-akselin reikien 1 ja 2 todellisten keskikoordinaattien muutosten mukaan sen sijaan, että ne pysyisivät kiinteinä. Käytännön työstötarkastus osoittaa, että vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja kahden nokka-akselin reikien välistä keski-keskipisteen välistä etäisyyden toleranssia voidaan ohjata ±0,01 mm:n tarkkuudella, mikä täyttää täysin suunnitteluvaatimukset.
3.4 Innovaatiot
Tämän koneistusmenetelmän tärkeimmät innovaatiot ovat seuraavat:
1) Se tarjoaa uudenlaisen työstöstrategian, joka ratkaisee vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja kahden nokka-akselin reikien välisen paikannustarkkuuden hallinnan haasteen. Hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreikää koneistettaessa työstökoordinaatit lasketaan nokka-akselin reikien todellisten asemien sekä vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja nokka-akselin reikien välisen vaaditun sijaintisuhteen perusteella; koneistus suoritetaan sitten näiden laskettujen koordinaattien avulla. Vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän todelliset työstökoordinaatit säätyvät dynaamisesti nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 todellisten asemien mukaan, mikä varmistaa vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja nokka-akselin reikien välisen etäisyyden vaaditun tarkkuuden.
2) Se yhdistää geometriset periaatteet NC-makroohjelmointiin mahdollistaakseen automaattisen koneistuskoordinaattien laskemisen hammaspyörän asennus-/paikannusreikään. Geometrinen malli, joka määrittelee vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän ja kahden nokka-akselin reiän välisen sijaintisuhteen, laadittiin, ja laskentaprosessi hammaspyörän kiinnitys-/paikannusreiän keskikoordinaateille johdettiin; NC-makroohjelmointia käytetään sitten tämän koordinaattilaskennan automatisointiin.
3) Se käyttää joustavaa-prosessin mittaustekniikkaa kohdistamaan koneistusdatumin suunnittelun peruspisteeseen, mikä eliminoi paikannusvirheet. Vaihteen kiinnitys-/paikannusreiän työstön aikana anturi mittaa automaattisesti nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 koordinaatit työstökoneen koordinaatistossa. Nämä mitatut arvot syötetään sitten laskentaprosessiin hammaspyörän asennus-/paikannusreiän työstökoordinaattien määrittämiseksi. Tämä integroitu prosessi kohdistaa koneistuksen peruspisteen samanaikaisesti suunnittelun peruspisteen kanssa, mikä eliminoi paikannusvirheet tehokkaasti.
4) Se vähentää työstövaikeutta, joka liittyy edelliseen nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 valmistamiseen. Hammaspyörän kiinnityspaikannusreiän työstökoordinaatit lasketaan nokka-akselin reiän 1 ja nokka-akselin reiän 2 todellisten asemien perusteella. Tämä lähestymistapa ei aseta mitään erityisiä vaatimuksia nokka-akselin reiän prosessille. edellisessä vaiheessa, mikä vähentää vaikeutta säätää ja ohjata koneistustarkkuutta kyseisessä vaiheessa.
OSA 4
Johtopäätös
Tässä artikkelissa tutkitaan valmistusprosessia, joka koskee vaihteiston asennuksen paikannusreiän ja kahden nokka-akselin reikien paikannustarkkuusvaatimuksia. Innovatiivisen työstöjärjestelmän, matemaattisen-geometrisen mallin ja uuden paikannustarkkuuden ohjausmenetelmän ehdotuksen avulla paikannusreiän työstökoordinaatit lasketaan käyttämällä NC-makroohjelmaa, joka perustuu paikannusreiän ja kahden nokka-akselin reiän väliseen tilasuhteeseen. Tämä ratkaisee tehokkaasti haasteen täyttää tiukat reiän-välin tarkkuusvaatimukset-, joita on muuten vaikea taata,-ja tarjoaa ratkaisun samanlaisten vaihteistoreikien kokoonpanojen työstämiseen.
