CN102062657A - 发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置 - Google Patents

Abstract

一种发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置，包括机座、气动夹装机构、溜板机构、压头机构、提供检测扭矩的第一伺服电机、扭矩传感器，气动夹装机构包括气动卡盘和气动顶尖；溜板机构包括溜板座、导轨、丝杠组和第二伺服电机；压头机构包括一对压头块和一对气动楔形块，压头机构设置于溜板座上；第一伺服电机和扭矩传感器安装于气动夹装机构所在的旋转轴上；扭矩传感器与相配的数字扭矩检测仪及数控系统相连接。本发明对组合式凸轮轴的扭矩检测可实现半自动化操作，减轻了工人的劳动强度，其操作方便，可靠性高，工效高，可与凸轮轴生产线组合后对产品实现全检，适于多种规格凸轮轴的检测，可实现人机隔离，安全性好。

Description

发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置

技术领域

本发明涉及发动机组合式凸轮轴的扭矩检测设备，尤其是一种对加工完成后的组合式凸轮轴的抗扭矩性能进行检测的检测设备。

背景技术

汽车发动机凸轮轴的传统结构是整体铸造式结构，加工复杂，生产效率低，产品合格率低，高能耗，高污染。近几年国外发动机行业普遍采用组合式凸轮轴，其优点是：加工过程环保，加工周期短，采用组合式凸轮轴的发动机的技术性能更加先进。由于组合式凸轮轴是由一组凸轮片与芯轴之间采用过盈配合的方式组装而成，凸轮片与芯轴之间的结合力必须通过检测达到设计要求，国外如克虏伯是依靠精密的加工设备和工艺来确保凸轮片与凸轮轴的过盈量进而控制其结合力，检测方式为破坏性抽检。目前国内的加工工艺较粗放，采用人力以扭矩扳手施加检测扭矩实施检测，其操作费时费力，效率低下，可靠性差，只适合单件小批量生产。生产中迫切需要一种高效、稳定、可靠的凸轮片的抗扭矩性能检测装置。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置，可自动检测凸轮片的抗扭矩性能，工效高，稳定可靠。

本发明采用如下技术方案：包括机座、气动夹装机构、溜板机构、压头机构、提供检测扭矩的第一伺服电机、扭矩传感器，所述气动夹装机构包括可带动被检测凸轮轴绕芯轴旋转的气动卡盘和气动顶尖；所述溜板机构包括溜板座、导轨、丝杠组、和第二伺服电机，所述溜板座通过导轨、丝杠组和安装于机座上，第二伺服电机控制溜板座的进给；所述压头机构包括一对压头块和一对气动楔形块，所述压头机构相对被检测凸轮轴轴线对称布置于溜板座上，溜板座上设有一对带回位弹簧的与压头块相配的滑座，所述压头块尾部的第一端斜面与气动楔形块的第二端斜面相匹配；所述第一伺服电机和所述扭矩传感器安装于气动夹装机构所在的旋转轴上；所述扭矩传感器与相配的数字扭矩检测仪及数控系统相连接。

其原理是：采用气动卡盘夹紧和气动顶尖顶紧的方式定位装夹被检测凸轮轴，第一伺服电机驱动气动夹装机构带动凸轮轴旋转并对其周向定位；凸轮片的固定松开由对称布置的两个压头块的移动来实现，压头块和气动楔形块安装在溜板座上，可随溜板座沿凸轮轴轴线方向移动，第二伺服电机通过丝杠组驱动溜板座沿导轨滑移，并对其轴向定位。气缸推拉气动楔形块前后移动，第二端斜面与第一端斜面相互接触配合，气动楔形块伸出时压头块被推出接触并抵紧凸轮片，气动楔形块退回时压头块被回位弹簧拉回离开凸轮片。推拉气动楔形块的气缸仅需较小的输出力，要求有足够的行程即可，对于直径不同的凸轮轴品种无需调整，有自适应能力。由于压头块对称布置且同时松开和夹紧，不但可以固定凸轮片以第一伺服电机对凸轮轴施加检测扭矩，还可以提供可靠的支撑，防止凸轮轴在扭矩的作用下弯曲。数字扭矩检测仪设置有规定的扭矩值范围，通过数字扭矩检测仪读出扭矩传感器的数字信号，在扭矩值达到设定值时输出信号给数控系统，通过数控系统的内置PLC编制一些程序，由扭矩传感器采集数据与数控系统相交联，实现扭矩的读出检测和报警功能。采用标准的车床数控系统对设备进行控制，程序的编制和数控车床的加工程序类似，通过M代码来控制压头机构的动作。

一种改进是所述第一端斜面与第二端斜面的倾斜角度是具有自锁功能的自锁角。相配的两个端斜面的倾斜角度设计为自锁角度，即压头块被推出抵紧凸轮片之后，气动楔形块无需提供维持抵紧状态的推力，仅靠压头块和气动楔形块的两个端斜面之间的摩擦力即可提供坚固支撑，以此来抵抗第一伺服电机对凸轮轴施加的检测扭矩。

本发明具有以下优点：

(1)采用气动卡盘加气动顶尖装夹工件，使工件的装夹和定位工作快捷简便。

(2)控制系统采用数控系统，机器的定位精度和重复精度高，可靠性和操作方便性也大幅度的提高。

(3)采用伺服电机对工件施加扭力，最大输出扭矩可控。改变了人工使用扭矩扳手施加扭力的方式，从而免除操作者的繁重体力劳动，明显提高了工作效率。

(4)采用数字扭矩传感器，工作可靠，方便校准，输出信号便于数控系统采集，两者配合协调。

(5)整机可采用全封闭式安全罩，可在操作者与机器完全隔离的情况下自动完成检测，大大提高了对操作者的安全保护。

(6)其换型方便，检测效率高，可与凸轮轴生产线组合对产品进行全检。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是图1的仰视示意图。

图3是压头机构的结构示意图。

图4是图3的侧视示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明一种实施例包括机座1、气动夹装机构2、溜板机构3、压头机构4、提供检测扭矩的第一伺服电机5、扭矩传感器6，所述气动夹装机构2包括可带动被检测凸轮轴绕芯轴旋转的气动卡盘7和气动顶尖8；所述溜板机构3包括溜板座9、导轨10、丝杠组11和第二伺服电机12，所述溜板座9通过导轨10、丝杠组11安装于机座1上，第二伺服电机12控制溜板座9的进给；所述压头机构4包括一对压头块13和一对气动楔形块14，所述压头机构4相对被检测凸轮轴轴线对称布置于溜板座9上，溜板座9上设有一对带回位弹簧15的与压头块13相配的滑座16，所述压头块13尾部的第一端斜面17与气动楔形块14的第二端斜面18相匹配；所述第一伺服电机5和所述扭矩传感器6安装于气动夹装机构2所在的旋转轴上；所述扭矩传感器6与相配的数字扭矩检测仪及数控系统相连接。

其原理是：采用气动卡盘7夹紧和气动顶尖8顶紧的方式定位装夹被检测凸轮轴20，第一伺服电机5(优选方式是通过涡轮蜗杆减速器19驱动气动夹装机构2，达到较小电机输出得较大扭矩的目的)驱动气动夹装机构2带动凸轮轴20旋转并对其周向定位；凸轮片21的固定松开由对称布置的两个压头块13的移动来实现，压头块13和气动楔形块18安装在溜板座9上，可随溜板座9沿凸轮轴20轴线方向移动，第二伺服电机12通过丝杠组11驱动溜板座9沿导轨10滑移，并对其轴向定位。气缸推拉气动楔形块14前后移动，第二端斜面18与第一端斜面17相互接触配合，气动楔形块14伸出时压头块13被推出接触并抵紧凸轮片21，气动楔形块14退回时压头块13被回位弹簧15拉回离开凸轮片21。推拉气动楔形块14的气缸仅需较小的输出力，要求有足够的行程即可，对于直径不同的凸轮轴20无需调整，有自适应能力。由于压头块13对称布置且同时松开和夹紧，不但可以固定凸轮片21以第一伺服电机5对凸轮轴20施加检测扭矩，还可以提供可靠的支撑，防止凸轮轴20在扭矩的作用下弯曲。数字扭矩检测仪设置有规定的扭矩值范围，通过数字扭矩检测仪读出扭矩传感器6的数字信号，在扭矩值达到设定值时输出信号给数控系统，通过数控系统的内置PLC编制一些程序，由扭矩传感器6采集数据与数控系统相交联，实现扭矩的读出检测和报警功能。采用标准的车床数控系统对设备进行控制，程序的编制和数控车床的加工程序类似，通过M代码来控制压头机构的动作。

一种改进是所述第一端斜面17与第二端斜面18的倾斜角度是具有自锁功能的自锁角。相配的两个端斜面的倾斜角度设计为自锁角度，即压头块13被推出抵紧凸轮片21之后，气动楔形块14无需提供维持抵紧状态的推力，仅靠压头块13和气动楔形块14的两个端斜面之间的摩擦力即可提供坚固支撑，以此来抵抗第一伺服电机5对凸轮轴20施加的检测扭矩。

具体操作过程是：操作者将凸轮轴20放入气动卡盘7，端面靠拢气动卡盘7上的轴向定位块，略旋转凸轮轴20，让凸轮轴20上的凸块靠上气动卡盘7上的周向定位块，按下系统面板上的启动按钮，设备即自动完成如下程序：首先气动顶尖8顶紧、气动卡盘7夹紧，然后依次检测每片凸轮片21的扭矩，检测完毕后，气动卡盘7、溜板座9回原点，气动卡盘7、气动顶尖8松开，准备下次检测。如检测到扭矩不合格的凸轮片21，压头块13停在该位置，操作者做好标记，按下系统面板上的相应按钮，继续执行其他凸轮片21的检验操作，最后气动卡盘7和气动顶尖8松开，人工取件后，气动卡盘7和气动顶尖8回初始位置，为下一次检测做好准备。

检测过程中，数字扭矩检测仪实时显示测量的扭矩值，并自动与设定值比较。当测量值小于设定值时，数字扭矩检测仪输出一开关量信号到数控系统，数控系统据此进行报警、停止检测等动作。利用数字扭矩检测仪的校准功能，可对凸轮片21上的扭矩进行准确的测量，误差小于3％，完全能满足此类产品的检测要求。

本发明所述的电气技术方案是：由车床数控系统、伺服驱动器、伺服电机等构成，运动轴分为X轴和Z轴两轴，凸轮轴20旋转(气动卡盘7旋转)为X轴，溜板座9的运动方向为Z轴；气动卡盘7的开闭、气动顶尖8的移动以及压头块13开闭等动作由系统I/O接点控制，数字扭矩检测仪“扭矩到达”(输出)信号接入系统I/O接点。本发明相应的电气操作有：手动操作运行、回参考点、工件装夹、自动运转等操作模式。正常使用时按回参考点、工件装夹、自动运转的顺序进行。

与本发明类似的同类结构的等效变换，均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置，其特征在于：包括机座、气动夹装机构、溜板机构、压头机构、提供检测扭矩的第一伺服电机、扭矩传感器，

所述气动夹装机构包括可带动被检测凸轮轴绕芯轴旋转的气动卡盘和气动顶尖；

所述溜板机构包括溜板座、导轨、丝杠组和第二伺服电机，所述溜板座通过导轨和丝杠组安装于机座上，第二伺服电机控制溜板座的进给；

所述压头机构包括一对压头块和一对气动楔形块，所述压头机构相对被检测凸轮轴轴线对称布置于溜板座上，溜板座上设有一对带回位弹簧的与压头块相配的滑座，所述压头块尾部的第一端斜面与气动楔形块的第二端斜面相匹配；

所述第一伺服电机和所述扭矩传感器安装于气动夹装机构所在的旋转轴上；

所述扭矩传感器与相配的数字扭矩检测仪及数控系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种发动机组合式凸轮轴扭矩检测装置，其特征在于：所述第一端斜面与第二端斜面的倾斜角度是具有自锁功能的自锁角。

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