毛護(hù)國(guó)
(華中科技大學(xué),湖北 武漢430074)
缸體作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一,其加工精度直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和性能。目前大部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)中普遍采用一面兩銷定位方式進(jìn)行加工,而針對(duì)一面兩銷定位方式的誤差分析大部分都只考慮一面兩銷定位產(chǎn)生的誤差或只單獨(dú)考慮缸體底面與支承面的接觸誤差,本文通過(guò)引入誤差映射模型對(duì)缸體加工中一面兩銷的定位方式進(jìn)行誤差估計(jì),全面地考慮了一面兩銷定位中各定位元件產(chǎn)生的誤差對(duì)最終缸體位姿的影響,在實(shí)際加工中對(duì)提高缸體生產(chǎn)效率和加工精度具有很好的實(shí)踐意義。
如圖1所示,建立1個(gè)固定在工件上的坐標(biāo)系{W}作為參考坐標(biāo)系。{G}和{Li}分別是全局坐標(biāo)系和固定在第i個(gè)定位元件上的局部坐標(biāo)系。
圖1 夾具坐標(biāo)系示意圖
工件和第i個(gè)定位元件之間的接觸點(diǎn)可用下式等價(jià)表示:
缸體加工中一般以精加工底面為支承面,底面上加工2個(gè)銷孔以形成一面兩銷定位方式(圖2),底面支承面上取3個(gè)支撐點(diǎn)限制(z,α,β)3個(gè)自由度,圓柱銷1限制x、y2個(gè)自由度,削邊銷2限制γ1個(gè)自由度,從而實(shí)現(xiàn)完全定位。
圖2 一面兩銷定位示意圖
2.1.1 工件坐標(biāo)系的建立
以四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體為例,選取缸體頂面中心點(diǎn),即缸體頂面第1、4個(gè)缸中心線中點(diǎn)為原點(diǎn),建立工件坐標(biāo)系{W},如圖3所示。
圖3 工件坐標(biāo)系示意圖
2.1.2 定位元件坐標(biāo)系的建立
3個(gè)底面支撐點(diǎn)的坐標(biāo)系選取與缸體底面接觸的3個(gè)點(diǎn)r1、r2、r3為定位元件的坐標(biāo)原點(diǎn),坐標(biāo)系姿態(tài)與工作坐標(biāo)系相同,如圖4所示。
圖4 r1、r2、r3 坐標(biāo)系
圓柱銷與缸體底面圓柱銷孔接觸點(diǎn)設(shè)為圓柱銷底面圓心、圓柱銷限制工件在x、y2個(gè)方向的自由度,則r4、r5(坐標(biāo)相同)在工件坐標(biāo)系{W}中的坐標(biāo)為(0,-220,-412.978);對(duì)應(yīng)的n4、n5分別為(1,0,0)、(0,1,0);對(duì)應(yīng)地,削邊銷與缸體底面孔接觸點(diǎn)r6在工件坐標(biāo)系{W}中的坐標(biāo)為(0,220,-412.978),n6=(1,0,0),如圖5、圖6所示。
圖5 r4、r6 坐標(biāo)系
圖6 r5坐標(biāo)系
表1 WL值
顯然定位矩陣WL為滿秩矩陣,即一面兩銷的定位方式為完全定位。
通過(guò)測(cè)量得到了一組數(shù)據(jù):Δr=[-0.00340.0027-0.0017 -0.01310.00670.0238]T∈Rm×1。
通過(guò)式(4)可以求得缸體的位姿:ΔX=[0.01280.0024-0.00150.00000.0000 -0.0001]T,ΔX 中前3項(xiàng)為缸體的位置誤差,后3項(xiàng)為缸體的姿態(tài)誤差,分別為缸體繞坐標(biāo)系{W}中x、y、z軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
在實(shí)際加工過(guò)程中,為提高定位精度可給工件施加一個(gè)垂直于兩定位銷的橫向力,使定位銷與定位孔作單邊接觸,這樣的好處是可以提高定位精度,極大地減小 ΔX=[x,y,z,α,β,γ]T中γ的值,即工件繞z軸的轉(zhuǎn)向誤差。但同時(shí)夾具多次裝夾后可能產(chǎn)生變形而影響定位精度,但在如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體氣缸孔的精加工等關(guān)鍵工序中可以應(yīng)用這種方法以提高缸體的加工精度。
缸體實(shí)際加工過(guò)程中,給定定位元件的公差Δr,可以估計(jì)工件的位置和姿態(tài)誤差ΔX,可通過(guò)多組數(shù)據(jù)對(duì)一批工件的裝夾定位誤差進(jìn)行估計(jì),在缸體加工過(guò)程中補(bǔ)償夾具定位產(chǎn)生的誤差,從而提高缸體加工精度。反過(guò)來(lái),當(dāng)給定工件的位姿精度要求,通過(guò)式(4),結(jié)合夾具定位元件設(shè)計(jì)要求,也可估算出定位元件的公差等級(jí),給定位元件尺寸設(shè)計(jì)提供參考。
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