CN101439412A - 自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可提高加工精度及效率、降低废品率的自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法，从加工第二缸主轴颈开始，按如下步骤进行：自动测量待加工主轴颈相邻边主轴颈一个旋转周期内的多点直径值及相应的角度值，并计算各测量点的圆度误差、定位误差；以机床回转中心为坐标原点、以曲轴的0度相位方向为坐标0度建立极坐标系，根据每测量点的圆度误差、定位误差及相对应的角度值绘制待加工主轴颈相邻边主轴颈的外形轮廓曲线；在同一坐标系中，将标准基正圆曲线与待加工主轴相邻边主轴颈的外形轮廓曲线重叠对比，对待加工主轴颈进行修正加工；反复进行a～c步骤，直至加工出合格基正圆。

Description

自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法及设备

技术领域：

本发明涉及一种机械加工方法及专用设备，尤其是一种可提高加工精度及效率、降低废品率的自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法及设备。

背景技术：

大型船用曲轴的精加工是采用带回转中心架的专用曲轴机床(以下简称曲轴车床)，由多个V形中心支撑架支撑各档汽缸主轴颈来进行定位，在精加工后，除曲轴主轴颈的尺寸和粗糙度需达到设计要求外，还要确保曲轴主轴颈轴线平直对中，主轴颈外圆形位公差达到设计要求。但是，由于曲轴很长且弯头多形状复杂、刚性差，各档主轴颈又被曲拐隔断，各“独立”的主轴颈在重力、回转离心力和机床装夹情况的作用下容易产生复杂的绕曲变形等，因此在精加工曲轴主轴颈之前，首先要在各档断开的“独立”的主轴颈上加工一圈曲轴主轴颈校调基准—基正圆，即将每缸主轴颈外圆面加工为正圆形(圆度误差应足够小)，而且各主轴颈同轴并与机床旋转轴心同心。基正圆的加工是控制曲轴轴颈加工精度的最关键步骤，只有在基正圆加工满足要求后才能进行下一步的精加工。

目前，主轴颈上的基正圆的具体加工方法是按照从机床主轴箱到机床尾部的加工顺序来进行。加工第一缸主轴颈时，由于第一缸主轴颈离机床卡盘距离很近，定位相对可靠，因此加工时定位误差很小，加工只需保证留有适当的加工余量即可；但是加工第二缸主轴颈时，由于被加工的主轴颈需完全脱离机床中心支撑架而靠相邻两边的主轴颈支撑架来承担，因此相邻两边的主轴颈(第一、第三缸主轴颈)的圆度误差就会对第二缸主轴颈加工后的圆度误差有影响，即使其影响足够小，但在加工时依然有可能因为主轴颈的轴心相对机床旋转轴心发生偏移而产生新的加工误差(定位误差)。然而，迄今未止还没有较好的方法来分离各种误差，操作工人大都是凭借经验和对待加工主轴颈的测量数据来判断实际误差。由于加工时需要反复进行人工测量，必要时还需要进行纯手工的研磨修正加工，使整个曲轴加工耗时费力，极大地影响了加工效率；即便如此，还存在一定的人为误差，常因判断不准而误将不存在形位误差的主轴颈进行了加工，对存在严重形位误差的主轴颈却没有进行修正加工，很难保证被加工主轴颈的理想加工精度；甚至因加工到了极限尺寸也未能达到图纸要求的基正圆状态，由此出现废品，造成原料浪费、生产成本加大。

发明内容：

本发明是针对现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可提高加工精度及效率、降低废品率的自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法及设备。

本发明的技术解决方案是：一种自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法，是将已完成粗加工的半组合式曲轴安装于曲轴精加工机床上并对其进行调整定位，其特征在于从加工第二缸主轴颈开始，按如下步骤进行：

a.自动测量待加工主轴颈的相邻边主轴颈一个旋转周期内的多点直径值及相应的角度值，并计算各测量点的圆度误差、定位误差；

b.以机床回转中心为坐标原点、以曲轴的0度相位方向为坐标0度建立极坐标系，根据每测量点的圆度误差、定位误差及相对应的角度值绘制待加工主轴颈相邻边主轴颈的外形轮廓曲线；

c.在同一座标系中，将标准基正圆曲线与待加工主轴相邻边主轴颈的外形轮廓曲线重叠对比，对待加工主轴颈进行修正加工；

d.反复进行a～c步骤，直至加工出合格基正圆。

所述a步骤是采用一对直径感应传感器取值，一个直径感应传感器A安装于水平位置，其轴线通过机床回转中心；另一个直径感应传感器B与直径感应传感器A成10度夹角进行安装，其轴线也通过机床回转中心。

一种自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的设备，设有两对直径感应传感器1、2，两对直径感应传感器1、2通过信号处理电路A与计算机相接；设有角度编码器，角度编码器通过信号处理电路B与计算机相接；与计算机还相接有显示器及键盘。

本发明实现了多方位误差自动测量，测量数据精确，可使操作者根据所显示在同一座标系中相互重叠的标准基正圆曲线、待加工主轴颈前后两主轴颈的外形轮廓曲线，明确待加工主轴颈的圆度误差和定位误差的方向及误差值，进而提示操作者采取修正加工工艺等相应措施进行有效的加工修正，直至加工修正出符合要求的基正圆，既省时省力，提高了加工效率，同时也可保证了各主轴颈的加工精度、降低了废品的发生率，避免因原料浪费而加大成本的问题。

附图说明：

图1是本发明直径感应传感器安装示意图。

图2是本发明设备的原理框图。

图3是本发明实施例显示器显示图形示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。

首先同现有技术一样，将已完成粗加工的半组合式曲轴安装于曲轴精加工机床(如数控重型曲轴旋风切削加工中心)上并对其进行调整定位，由于第一缸主轴颈离机床卡盘距离很近，定位相对可靠，因此加工时定位误差很小，加工只需保证留有适当的加工余量即可，一般在加工完其他主轴颈后再对其按现有技术的方法进行加工。

从加工第二缸主轴颈开始，按如下步骤进行：

a.自动测量待加工主轴颈的相邻边主轴颈一个旋转周期内的多点直径值及相应的角度值，并计算各测量点的圆度误差、定位误差；例如待加工第二缸主轴颈，需要测量第一主轴颈和第三主轴颈在一个旋转周期内的多点直径及相应的角度值。多点是在曲轴旋转的一个周期内，尽可能多的采集用于后续计算的数据，至少应在主轴颈的整个圆周上均匀测量36点。另外，由于与最后一个主轴颈相邻的只有前面一个主轴颈，因此只需测量前面主轴颈的相关参数即可。

具体操作是将两对直径感应传感器1、2分别安装在待测的第一、第三主轴颈旁，角度编码器安装在机床主轴箱附近，与机床主轴同步旋转。最佳安装方法如图1所示：每对传感器中的一个直径感应传感器A安装于水平位置，其轴线通过机床回转中心，另一个直径感应传感器B与第一个直径感应传感器成10度夹角α进行安装，其轴线也通过机床回转中心，两个直径感应传感器由安装在中心支撑架上的量仪夹具进行固定。直径感应传感器采用具有耐磨材料滚珠顶针测量头的高精度探针量仪(TESA03560010+03210904)，直接测量主轴颈的直径变化，并将测量值输入如图2所示的检测设备，两对直径感应传感器1、2通过信号处理电路A与计算机相接；设有角度编码器，角度编码器通过信号处理电路B与计算机相接；与计算机还相接有显示器及键盘。两对直径感应传感器1、2及角度编码器所得到的信号分别通过信号处理电路A、B，进行放大、整理、模数转换等输入到计算机，计算机根据应用二点法圆度误差分离技术^[1]既可计算出所测量主轴颈的圆度误差、定位误差。通常二点法圆度误差分离技术都是用于测算轴类零件的综合圆度误差值，而本系统则是利用该方法来测算曲轴主轴颈的圆度在任意方向的实际误差值(圆度误差)，同时还测量出在任意方向主轴颈的轴心相对机床回转中心的偏移量(定位误差)。

为避免频繁拆卸、安装直径感应传感器所带来的麻烦，可以设置与所加工主轴颈数量相对应的直径感应传感器，各直径感应传感器的输出均通过信号处理电路A与计算机相接。

b.利用VC++编制绘图程序，计算机则以机床回转中心为坐标原点，以曲轴的0度相位方向为坐标0度建立极坐标系，以所测得的圆度误差、定位误差及相对应的角度值为依据，建立起主轴颈外圆面轮廓曲线的数学模型，推导出曲线的极坐标公式，绘制出所检测的第一、第三缸主轴颈的外形轮廓曲。

c.经过计算机的数据处理和绘图程序，最终将所测主轴颈的外圆轮廓曲线、标准基正圆曲线及其相对机床中心的位置在显示器上直观地显示出来，即在同一坐标系中，将标准基正圆曲线与待加工主轴相邻边主轴颈的外形轮廓曲线重叠对比，为操作者提供科学直观的加工示意图，提示操作者进行有效的修正加工工艺，实现对待加工主轴颈进行有效修正加工。

具体显示图形如图3所示：在屏幕上设一个标准的十字轴线作为机床坐标系，其坐标原点就是机床的旋转中心，十字线的0度坐标同曲轴第一缸曲拐上死点吻合。同时在坐标系中显示出一个可以随意大小、与机床旋转中心同心的基准圆图形C作为可供参考的加工标准。另外再用二种颜色分别显示出待加工的主轴颈前后二个主轴颈实时状态下的圆心点及其外圆轮廓曲线轨迹D、E，此外圆轮廓轨迹的起始点也是从十字线的0度坐标开始。这样就可以实时看出前后二个主轴颈的圆轴心和外圆曲线同基准圆的误差，方便操作工人根据显示结果分析误差形态并采取有针对性的加工方法加工主轴颈基正圆。

d.反复进行a～c步骤，直至加工出合格基正圆。

参考文献：

[1].田领红.误差分离技术在大轴圆度误差测量中的应用《传感器世界》(2002.7)。

Claims (3)

1.一种自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法，是将已完成粗加工的半组合式曲轴安装于曲轴精加工机床上并对其进行调整定位，其特征在于从加工第二缸主轴颈开始，按如下步骤进行：

a.自动测量待加工主轴颈相邻边主轴颈一个旋转周期内的多点直径值及相应的角度值，并计算各测量点的圆度误差、定位误差；

b.以机床回转中心为坐标原点、以曲轴的0度相位方向为坐标0度建立极坐标系，根据每测量点的圆度误差、定位误差及相对应的角度值绘制待加工主轴颈相邻边主轴颈的外形轮廓曲线；

c.在同一座标系中，将标准基正圆曲线与待加工主轴颈相邻边主轴颈的外形轮廓曲线重叠对比，对待加工主轴颈进行修正加工；

d.反复进行a～c步骤，直至加工出合格基正圆。

2.根据权利要求1所述的自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的方法，其特征在于：所述a步骤是采用一对直径感应传感器取值，一个直径感应传感器A安装于水平位置，其轴线通过机床回转中心；另一个直径感应传感器B与直径感应传感器A成10度夹角进行安装，其轴线也通过机床回转中心。

3.一种如权利要求1所述自动测量误差加工半组合式曲轴主轴颈基正圆的设备，其特征在于：设有两对直径感应传感器(1)、(2)，两对直径感应传感器(1)、(2)通过信号处理电路A与计算机相接；设有角度编码器，角度编码器通过信号处理电路B与计算机相接；与计算机还相接有显示器及键盘。

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