An Radrahmenteile werden in der Regel hohe technische Anforderungen wie Abmessungen und geometrische Toleranzen gestellt. Das herkömmliche Positionierungssystem mit zwei Stiften verwendet auf einer Seite eine Spielpassung, was zu großen Positionierungsfehlern und einer instabilen Bearbeitungsgenauigkeit der Teile führt. Überpositionierung hat zwei Seiten. Einerseits verstößt es gegen das Sechs-Punkt-Positionierungsprinzip und beeinträchtigt die Spannung und Positionierung. Andererseits kann es bei richtiger Handhabung die Steifigkeit und Verarbeitungsgenauigkeit des Teils verbessern. Durch die korrekte Analyse und Verarbeitung von Überpositionierungen kann die Positionierungsgenauigkeit verbessert werden, ohne das Be- und Entladen von Werkstücken zu beeinträchtigen. Dies ist der Schlüssel zur rationellen Gestaltung überpositionierter Vorrichtungen. Mit den Montage- und Bewegungssimulationsfunktionen der UG NX-Software kann der Einfluss des Passspiels auf den Positionierungsfehler runder Löcher an verschiedenen Positionen intuitiv dargestellt werden. Die Positionierungsgenauigkeit der Doppelerweiterungs-Zweistiftstruktur mit verbessertem Positionierungsfehler wurde verbessert, weist jedoch immer noch Einschränkungen auf. Bei porösen Radrahmenwerkstücken kann mit einer sinnvollen Positionierungsmethode mit drei Stiften auf einer Seite eine höhere und stabilere Positionierungsgenauigkeit erzielt werden als mit der Positionierungsmethode mit zwei Stiften auf einer Seite.
1 Vorwort
Überpositionierung bedeutet, dass ein bestimmter Freiheitsgrad des Werkstücks doppelt oder mehrfach eingeschränkt wird. Das Phänomen der Überpositionierung kann leicht dazu führen, dass das starre Werkstück nicht korrekt installiert wird und sollte so weit wie möglich vermieden werden [1]. Die Positionierungsstifte, die beim Klemm- und Positionierungsprozess mit zwei Stiften auf einer Seite verwendet werden, werden grob in zwei Kategorien unterteilt: starre Stifte und flexible Stifte. Sowohl starre als auch flexible Stifte haben ihre Grenzen. Die spaltartige Passung der einseitig starren Struktur mit zwei Zapfen schränkt die Bearbeitungsgenauigkeit ein. Der flexible Zweistift auf einer Seite ist mühsam und kostspielig in der Herstellung. Darüber hinaus hat der einseitige Zweistift einen begrenzten Anwendungsbereich und kann die Anforderungen für die Bearbeitung poröser Teile wie Radrahmen nicht erfüllen. Es lohnt sich, die Frage zu untersuchen, wie die Positionierungsgenauigkeit poröser Teile auf vertikalen Bearbeitungszentren sichergestellt werden kann.
2 Einschränkungen durch zwei Stifte auf einer Seite
2.1 Spalttyp mit zwei Stiften auf einer Seite
Die traditionelle Zweistiftstruktur vom Spalttyp verwendet auf einer Seite starre Positionierungsstifte. Um eine Überpositionierung zu vermeiden, werden ein Zylinderstift und ein Schneidkantenstift verwendet. Sein Positionierungsprinzip ist die Positionierung des Zylinderstifts und die Ausrichtung des Diamantstifts. Der zylindrische Positionierungsstift schränkt die Bewegungsfreiheit des Werkstücks in X- und Y-Richtung ein und spielt die Hauptrolle bei der Positionierung; der Diamant-Positionierungsstift (der Zweck des Kantenschneidens besteht darin, den Stiftlochabstand zu vergrößern und den Lochabstandsfehler des Werkstücks und den Stiftabstandsfehler der Vorrichtung auszugleichen). Bei der Installation sollte darauf geachtet werden, dass es sich um einen nicht kantigen Stift handelt Zylinder in Richtung der vertikalen Linie, die die Mittelpunkte der beiden Löcher verbindet) schränkt nur die Rotationsfreiheit des Werkstücks um die Z-Achse ein und spielt normalerweise die Rolle der Winkelpositionierung. Der Bezugspunktverschiebungsfehler der Prozessabmessungen in horizontaler Richtung wird normalerweise durch das Positionierungspaar des zylindrischen Stiftlochs bestimmt, was hauptsächlich auf die zufällige Wanderung und das Schwimmen des Hauptpositionierungslochs auf dem Werkstück relativ zum zylindrischen Positionierungsstift zurückzuführen ist. Der Bezugsverschiebungsfehler in vertikaler Richtung bezieht sich auf die Mitte der beiden Löcher. Die Verbindungslinie bezieht sich auf den X-Achsenwinkel, der durch den Winkelfehler des Werkstücks bestimmt wird, der durch den Spalt zwischen dem Positionierungsstift der Vorrichtung und dem Positionierungsloch des Werkstücks verursacht wird.
Obwohl die herkömmliche Spaltstruktur mit zwei Stiften auf einer Seite eine Überpositionierung vermeidet, erhöht sie den Positionierungsfehler am Positionierungsloch des Kantenschneidstifts. Wie in Abbildung 1 dargestellt, befinden sich die Kontaktlinien des Stiftlochs auf beiden Seiten der Verbindungslinie zwischen den beiden Löchern, wenn das Referenzloch mit der maximalen Grenzgröße auf den Positionierungsstift mit der minimalen Grenzgröße trifft, und wenn die Grenzwinkelabweichung auftritt Zwischen der Verbindungslinie der beiden Löcher und der Verbindungslinie der beiden Stifte treten die ungünstigsten Positionierungsbedingungen auf, die leicht dazu führen können, dass die Lochposition außerhalb der Toleranz liegt [2].
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Abbildung 1: Rotationsfehler zweier Stifte auf einer Seite
Um den durch zufälliges Schweben verursachten Referenzverschiebungsfehler und Drehwinkelfehler zu reduzieren, muss der passende Spalt der Stiftlöcher beseitigt werden, d. h. die Größenabweichung der Positionierungslöcher und Stifte muss verringert werden. Das Ausmaß, in dem die Genauigkeit von Werkstücken und Werkzeugen verbessert werden kann, wird jedoch durch die Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen begrenzt. Je kleiner die Lochteilungstoleranz und die Lochdurchmessertoleranz sind, desto schwieriger und teurer wird die Bearbeitung, und wenn der Passungsspalt zu klein ist, führt dies zu großen Problemen beim Be- und Entladen der Werkstücke. Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass unter der Bedingung eines bestimmten Loch-Stift-Abstands der Drehwinkelfehler Δφ umso kleiner ist, je länger der Abstand L zwischen den beiden Löchern ist und der durch den Drehwinkel verursachte Positionierungsfehler relativ verringert wird.
2.2 Erweiterbarer Typ mit zwei Stiften auf einer Seite
In der tatsächlichen Produktion wird häufig die erweiterbare Zwei-Stift-Struktur auf einer Seite verwendet, um die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern und das Be- und Entladen von Werkstücken zu erleichtern. Die erweiterbare Zwei-Stift-Struktur auf einer Seite nutzt zunächst den Stiftlochspalt zum flexiblen Klemmen und nutzt dann den Spreizmechanismus des Stifts, um den Positionierungsstift zu erweitern, um den Stiftloch-Übereinstimmungsspalt zu beseitigen und den Eckenfehler zu reduzieren. Gleichzeitig bewegt sich das Werkstück aufgrund des Unterschieds zwischen den Abständen zwischen den Positionierungslöchern und den Abständen zwischen den Positionierungsstiften aufgrund der Ausdehnung der Positionierungslöcher leicht, und der Abstandsunterschied wird effektiv ausgeglichen, wodurch sich die Position verbessert Positionsgenauigkeit der bearbeiteten Löcher. Die Anwendung einer erweiterbaren Zwei-Stift-Struktur auf einer Seite kann auch die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstückpositionierungslochs verringern und gleichzeitig die Designanforderungen erfüllen, wodurch Produktionskosten gespart werden [3].
Die Expansionsstruktur des Positionierungsstifts ist in zwei Typen unterteilt: Vollkreiserweiterung und Mehrpunkterweiterung, die jeweils dem zylindrischen Positionierungsstift entsprechen, der die Hauptpositionierungsrolle spielt, und dem Kantenschneidestift, der den Werkstückwinkelfehler begrenzt. Die erweiterbare Zwei-Pin-Struktur auf einer Seite kann in Einfach-Erweiterungstyp und Doppel-Erweiterungstyp unterteilt werden.
Bei der Zwei-Stift-Struktur mit einfacher Erweiterung auf einer Seite ist der zylindrische Positionierungsstift, der die Hauptpositionierungsrolle spielt, normalerweise als externer Erweiterungstyp ausgelegt, der verwendet wird, wenn der Durchmesser des zentralen Positionierungslochs des Werkstücks größer ist und Der Durchmesser des Winkelpositionierungslochs ist kleiner.
Die zweipolige Struktur mit doppelter Expansion auf einer Seite wird hauptsächlich in Situationen verwendet, in denen die Durchmesser des zentralen Positionierungslochs und des Winkelpositionierungslochs des Werkstücks beide groß sind. Die übliche Doppelexpansionsstruktur mit zwei Stiften auf einer Seite verwendet meist eine gezahnte Klappenexpansionsstruktur, und beide Positionierungsstifte bestehen aus hochwertigem Federstahl. Die neue Zwei-Stift-Struktur vom Doppelexpansionstyp verwendet auf einer Seite hauptsächlich dünnwandige Positionierungsstifte mit schwimmenden Medien, die im inneren Hohlraum installiert sind. Zu den schwebenden Medien gehören feste Kugeln, Pasten und Flüssigkeiten. Am Beispiel dünnwandiger Positionierungsstifte aus flüssigem Kunststoff: Wenn die Druckschraube den flüssigen Kunststoff in der dünnwandigen Spreizhülse durch die Gleitsäule unter Druck setzt, überträgt der flüssige Kunststoff im inneren Hohlraum des Positionierungsstifts den Druck, den er trägt, gleichmäßig , so dass der dünnwandige Positionierungsstift eine plastische Verformung erfährt und sich radial ausdehnt und die Achse des Positionierungsstifts und das zentrale Loch zusammenfallen, wodurch der Zweck der Reduzierung von Positionierungsfehlern erreicht wird. Nach der Bearbeitung des Werkstücks wird der Druck in der dünnwandigen Spreizhülse reduziert und der Positionierstift vom Werkstück getrennt.
2.3 Einschränkungen der zweipoligen Struktur auf einer Seite
Der Positionierungsprozess von zwei Stiften auf einer Seite kann auch als Montageprozess des Stift-Loch-Werkstücks angesehen werden. Daher kann die UG NX-Software zum Zusammenbau der Stifte und Löcher verwendet werden, um die Überpositionierungsmethode von zwei Stiften auf einer Seite zu simulieren. Am Beispiel einer rotierenden Scheibe aus rostfreiem Stahl sind N (ungerade Anzahl) koaxialer Löcher mit φD1 gleichmäßig auf beiden Endflächen verteilt, und in der Mitte befindet sich ein großes Durchgangsloch mit φD2. Die UG NX-Software wird für die Stift- und Lochmontage verwendet. Es gibt drei Kontaktbeschränkungen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, nämlich den Endflächenkontakt zwischen der Grundplatte und dem Werkstück und den Kontakt zwischen den beiden Sätzen von Stiftlöchern. Um das Phänomen der Positionierungsfehlerverstärkung einer Positionierungsstruktur mit zwei Stiften in einem porösen Werkstück intuitiver darzustellen, wird der passende Spalt zwischen den beiden Paaren zylindrischer Stifte und Löcher auf 3 mm eingestellt.
Wie in Abbildung 2 gezeigt, wenn das zentrale große Loch Q1 und ein kleines Loch Q2 auf dem Verteilungskreis als Bezugspunkt verwendet werden, gibt es eine passende Lücke, auch wenn diese überpositioniert ist, wenn der Stift und der Lochzylinder übereinstimmen Bei Teilkontakt kann das Werkstück noch in einem kleinen Bereich liegen. interner Schwimmer. Zusätzlich zu den beiden Positionierlöchern variieren die Positionierfehler der verbleibenden zwei Löcher K3 und K4 auf dem Verteilungskreis der Drehscheibe aufgrund ihrer relativen Lage zu den beiden Positionierstiftlöchern Q1 und Q2. Aus Abbildung 2 ist intuitiv ersichtlich, dass der Positionierungsfehler der kleinen Löcher K3 und K4 auf dem Verteilungskreis den Passspalt des Stiftlochs um 3 mm weit übersteigt, d. h. der Positionierungsfehler wird relativ zum Passspalt verstärkt . Verwendung des Mittellochs und der kleinen Löcher im Verteilungskreis. Die Zwei-Stift-Positionierungsmethode auf einer Seite des Lochs kann die Verarbeitungsanforderungen nicht erfüllen.
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Abbildung 2: Fehlerverstärkungsphänomen bei der Positionierung von Zentrallöchern und Umfangslöchern
Wie in Abbildung 3 dargestellt, ist es offensichtlich, dass der Stiftabstand dieser Methode größer ist als der der vorherigen Methode, wenn die beiden kleinen Löcher Q2 und K4 auf dem Verteilungskreis der Drehscheibe als Bezugspunkt verwendet werden. Obwohl der Stiftabstand vergrößert wird, was zu einer relativen Verringerung des Drehwinkelfehlers führt, übersteigt der Positionierungsfehler der verbleibenden zwei Löcher Q1 und K3 immer noch den passenden Spalt um 3 mm, und es gibt auch das Phänomen unterschiedlicher Lochpositionen und unterschiedlicher Löcher Positionierungsfehler. Diese Art der einseitigen Zwei-Pin-Positionierung kann den technischen Anforderungen noch nicht gerecht werden.
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Abbildung 3: Fehlerverstärkungsphänomen bei der doppelten Umfangslochpositionierung
Selbst wenn eine Struktur mit doppelter Ausdehnung und zwei Stiften auf einer Seite verwendet wird, werden während des Produktionsprozesses der Vorrichtungspositionierungskomponenten zwangsläufig systematische Fehler wie Messung, Herstellung und Montage eingeführt. Aufgrund eines Herstellungsfehlers der Vorrichtung selbst können die Achsen des Stifts und der Welle nicht vollständig übereinstimmen. Gleichzeitig wird zwar in vertikaler Richtung der Verbindung zwischen den beiden Stiften der Winkelfehler durch den Wegfall des Passungsspaltes verringert; In Richtung der Verbindung der beiden Stifte, dem Stift, wird der Unterschied in der Lochabstandsreferenz durch die geringfügige Verschiebung des Werkstücks homogenisiert, der Positionierungsfehler wird jedoch gegenüber dem starren Zylinderstift nur verringert und kann nicht beseitigt werden . Seine Größe hängt von der Form, Position und Maßgenauigkeit der Vorrichtung selbst bei ihrer Herstellung ab. , und mit Ausnahme der beiden Positionierungslöcher variieren die Positionierungsfehler der anderen Löcher aufgrund ihrer relativen Positionen zu den Positionierungsstiftlöchern immer noch. Es besteht immer noch die Tendenz, dass der Positionierungsfehler relativ zu den beiden Stiften auf einer Seite verstärkt wird, und es kommt zu Phänomenen außerhalb der Toleranz.
3 Dual-Natur-Analyse der Überpositionierung
Das Phänomen der Überpositionierung kann leicht dazu führen, dass starre Werkstücke nicht ordnungsgemäß installiert werden können. Unter bestimmten Bedingungen können jedoch durch den sinnvollen Einsatz der Überpositionierung gute Ergebnisse und offensichtliche Vorteile erzielt werden.
Bei Werkstücken mit geringer Steifigkeit und hohen Präzisionsanforderungen, wie dünnwandigen Werkstücken, schlanken Stäben oder Werkstücken mit einer großen ebenen Fläche als Positionierungsreferenz, großen Teilen usw. ist eine Überpositionierungsspannung vorteilhafter. Bei Werkstücken mit geringer Steifigkeit sollten leicht verformbare Stellen so weit wie möglich zurückgehalten werden. Der Zweck besteht darin, Verformungen durch Schnittkräfte während der Bearbeitung zu verhindern, die Steifigkeit der Positionierung und Klemmung zu erhöhen, die Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
Beim Drehen eines langachsigen Werkstücks wird ein Ende des Werkstücks mit drei Klauen festgeklemmt und das andere Ende wird von einer Schwanzspitze gestützt. Die Bewegungsfreiheit des Werkstücks in Y- und Z-Richtung wird doppelt eingeschränkt, was zu einer Überpositionierung führt. Im Vergleich zur spitzenlosen Unterstützung werden die Kontaktfläche und die Spannsicherheit erhöht, die Steifigkeit des Werkstücks erhöht, die Bearbeitung verläuft reibungsloser und die Bearbeitungsqualität und Effizienz des Werkstücks werden erheblich verbessert.
Bei der Fräsbearbeitung definieren die drei Stützpunkte eine Ebene und der vierte Stützpunkt kann nicht absolut koplanar mit ABC sein. Die Vierpunkt-Festfläche ist überpositioniert. In der tatsächlichen Produktion werden jedoch häufig mehrere Oberflächen mit besserer gegenseitiger Positionsgenauigkeit gleichzeitig als Positionierungs-Benchmarks verwendet, was zu einer Überpositionierungsmethode führt. Diese Überpositionierungsmethode erhöht nicht nur die Klemmzuverlässigkeit und Systemsteifigkeit, sondern verbessert auch die Spannungsverformung dünnwandiger Werkstücke und sorgt so für eine bessere Qualität der Produktverarbeitung. Das Entfernen des vierten Stützpunkts und die Eliminierung von Überpositionierungsmethoden haben den gegenteiligen Effekt.
Mit anderen Worten, einige Positionierungsmethoden sind aus formaler Sicht überpositioniert, aber es gibt keine wesentliche gegenseitige Beeinträchtigung oder einen Konflikt zwischen den Positionierungsdrehpunkten mit wiederholt eingeschränkten Freiheitsgraden, oder es liegt zwar eine Beeinträchtigung vor, diese überschreitet jedoch nicht das zulässige Maß Grenze des Werkstücks. Je nach Anforderung ist eine solche Überpositionierung zulässig. Mit anderen Worten: Wenn ein Präzisionsbezugspunkt mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit als Positionierungsbezugspunkt verwendet wird, ist der Fehler des Positionierungsbezugspunkts gering und die Werkstückposition kann immer noch innerhalb eines kleinen Bereichs schwanken. Diese Art der Überpositionierung ist nur eine formale Überpositionierung und darf vorkommen [4].
Bei der Positionierung müssen Sie die folgenden drei Punkte beachten.
1) Der Fehler der Positionierungsreferenz bestimmt den Grad der Unerwünschtheit des Ergebnisses der Überpositionierungsstörung. Je größer der Fehler des Positionierungsdatums ist, desto gravierender ist die Interferenzverformung und desto größer sind die nachteiligen Folgen. Daher müssen höhere Anforderungen an die Größe und geometrische Genauigkeit des Positionierungsbezugslochs gestellt werden, das als Werkstück verwendet wird, um den Fehler des Positionierungsbezugs selbst zu reduzieren.
2) Die zum Be- und Entladen des Werkstücks verwendete Kraft muss angemessen sein und seine lokale Verformung und Kontaktspannung müssen innerhalb des durch die technischen Anforderungen zulässigen Bereichs kontrolliert werden.
3) Bei einem überpositionierenden Vorrichtungssystem beeinflusst die Anzahl der Positionierungsteile die Gesamtabweichung des gesamten Vorrichtungssystems.
4 Anwendungsfälle der dreipoligen Überpositionierung auf einer Seite
Der zuvor erwähnte Drehteller aus Edelstahl hat eine Gesamthöhe von 210 mm und einen I-förmigen Querschnitt. Es gibt N (ungerade Zahl) koaxiale und gleichmäßig verteilte kleine Löcher mit φD1 auf beiden Endflächen und ein großes Durchgangsloch mit φD2 in der Mitte. Bei diesem Werkstück handelt es sich um ein geschweißtes Strukturteil, und es bestehen hohe Anforderungen zwischen der oberen und unteren Achse der kleinen Löcher, zwischen der einheitlichen Kreisachse und der Achse der großen Löcher sowie der Position der kleinen Löcher relativ zu den großen Löchern. Bei der Bearbeitung auf einem vertikalen Bearbeitungszentrum liegt die Schwierigkeit in den hohen Anforderungen an die Koaxialität der kleinen Löcher zwischen Ober- und Unterschicht. Durch die Verwendung einer verlängerten Werkzeugbearbeitung und Bohren von einem Ende aus können die technischen Anforderungen erfüllt werden. Das verlängerte Bohrwerkzeug erfordert jedoch viele Spezifikationen, die Werkzeugkosten sind hoch, und während der Bearbeitung treten häufig Vibrationen auf, und die Effizienz ist nicht hoch. Eine praktikablere Bearbeitungslösung ist daher die Verwendung einer speziellen Vorrichtung und der U-Turn-Bearbeitung, sodass nur eine kleine Anzahl kurzer Messer benötigt wird. Der Schlüssel zum Erfolg des U-Turn-Bearbeitungsplans besteht darin, dass die Spann- und Positioniergenauigkeit bei der Drehbearbeitung den technischen Anforderungen entsprechen muss.
Wie bereits erwähnt, ist bei Verwendung des Feinbezugs als Positionierungsbezug eine Überpositionierung zulässig, um die Positionierungsgenauigkeit zu verbessern. Bei Verwendung eines vertikalen Bearbeitungszentrums zur Bearbeitung der Löcher auf der zweiten Oberfläche des Drehtisches kann zum Spannen eine dreipolige Positionierungsstruktur auf einer Seite verwendet werden. Als Positionierungsbezugspunkt dienen die Unterseite des Werkzeugs und die drei darauf befindlichen Zylinderstiftachsen, das Werkstück orientiert sich am Loch-Stift-Abstand. Passend auf der Werkzeuggrundplatte montiert. Die XY-Verschiebung des Werkstücks und die Drehung um die Z-Achse werden gleichzeitig durch drei Paare von Pin-Loch-Positionierungspaaren begrenzt. Gemäß den oben genannten drei Einsatzbedingungen der Überpositionierung sollte ein hochpräzises vertikales Bearbeitungszentrum zur Herstellung der Werkzeuggrundplatte und zur Bearbeitung der kleinen Löcher auf der ersten Oberfläche des Drehtisches verwendet werden, um den Unterschied im Stiftabstand zu verringern Lochabstand. Das Bearbeitungszentrum verfügt über eine hohe Positionierungsgenauigkeit (Positionierungsfehler kleiner oder gleich 0,01 mm). Daher können der Größenunterschied zwischen Stiftabstand und Lochabstand sowie der Formfehler vernachlässigt werden. Der einzige Faktor, der die Positionierungsgenauigkeit beeinflusst, ist das passende Spiel zwischen Stiften und Löchern [5].
Verwenden Sie weiterhin die UG NX-Software, um den Prozess der Positionierung und Klemmung von drei Stiften auf einer Seite zu simulieren und Kontaktbeschränkungen für das dritte Stiftlochpaar hinzuzufügen. Wie aus dem Montagenavigator in Abbildung 4 ersichtlich ist, ist der Positionsstatus des porösen Werkstücks 2 ein kleiner Kreis „halb schwarz und halb weiß“, was darauf hinweist, dass sich das Werkstück 2 in einem teilweise eingeschränkten Zustand befindet. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Beschränkung“ in der Baugruppensymbolleiste, bewegen Sie den Cursor auf das Werkstück, halten Sie die Maustaste gedrückt und drehen Sie die Maus. Die drei kleinen Löcher im Werkstück drehen sich jeweils gleichzeitig um den berührenden Zylinderstift. Das Werkstück befindet sich tatsächlich in einem nicht vollständig gespannten Zustand. Offensichtlich kann mit Hilfe der UG NX-Software intuitiv erkannt werden, dass der Durchmesser des Rings, der durch die Mitte des kleinen Lochs gebildet wird, den Passspalt nicht überschreitet, wenn das Werkstück in der Dreistiftstruktur schwimmt, und das kombinierte Durch die Wirkung der drei Einschränkungen wird die Mitte des Werkstücks größer. Das Loch kann nur in einem kleinen Bereich schwimmen. Wie groß ist also der Positionierungsfehler des großen Lochs in der Mitte des Werkstücks?
