CN103624271A - 空心轴加工自动纠偏方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空心轴加工自动纠偏方法及装置，包括如下步骤：空心轴固定在车削加工中心上；测量空心轴的偏心内孔轴心的X、Y坐标值，并计算偏心内孔的偏心量；以偏心内孔的轴心为基准加工内孔倒角；对空心轴进行自动顶紧，使偏心内孔的轴心与车削加工中心的轴心重合，实现偏心自动校正；粗车空心轴外圆；精车空心轴内孔，纠偏完成。本发明可以实现偏心的空心轴在车削加工中心上自动偏心校正，操作流程简单，效率高，生产效率和手工相比提高5~8倍。而且空心轴的外圆和内孔的偏心量可以降低到0.3mm以内，大幅度提高的空心轴的加工精度。

Description

空心轴加工自动纠偏方法及装置
技术领域
本发明涉及一种空心轴的加工设备，特别涉及一种用于调节空心轴内孔和外圆同心度的空心轴加工自动纠偏方法及装置，属于机械加工领域。
背景技术
传统的车轴为实心车轴，车轴精加工采用中心孔作为基准。高速动车组采用的是空心车轴，空心车轴因车轴长度在2m以上，单侧钻孔偏心达到0.4~1mm，为了满足车轴外圆和内孔同轴度要求，往往首先加工内孔，在以内孔为基准加工车轴外圆。随着车轴加工自动化程度的提高，对内孔偏心纠正提出更高要求。传统解决空心车轴偏心，采用普通车床人工打表测量，利用中心架调整车轴位置，对内孔进行人工倒角，传统手工方法精度低，方法繁琐，效率很低。
发明内容
本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种操作简单、加工精度高，效率高的空心轴加工自动纠偏方法。
本发明的另一个主要目的在于，提供一种操作简单、加工精度高，效率高的空心轴加工自动纠偏装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种空心轴加工自动纠偏方法，包括如下步骤：
步骤一，空心轴固定在车削加工中心上；
步骤二，测量空心轴的偏心内孔轴心的X、Y坐标值，并计算偏心内孔的偏心量；
步骤三，以偏心内孔的轴心为基准加工内孔倒角；
步骤四，对空心轴进行自动顶紧，使偏心内孔的轴心与车削加工中心的轴心重合，实现偏心自动校正；
步骤五，粗车空心轴外圆；
步骤六，精车空心轴内孔，纠偏完成。
进一步，在进行上述步骤四之前，还包括有偏心内孔的偏心角度定位步骤，根据步骤二中得出的偏心内孔轴心X、Y坐标值计算出偏心内孔的的轴心相对于车削加工中心的轴心的偏心角度。
进一步，还包括依据偏心角度旋转空心轴，使偏心内孔的轴心旋转至位于车削加工中心轴心的垂线上的步骤。
进一步，使偏心内孔的轴心旋转至车削加工中心的轴心的下方。
进一步，在上述步骤一中，空心轴的定位基准为使车削加工中心的轴心与以空心轴外圆为基准的空心轴轴心重合。
进一步，在上述步骤二中，利用测头在空心轴的X、Y轴两个方向上，分别测量两个点的坐标值，测量结果输入车削加工中心的坐标系中，获得偏心孔轴心的X、Y坐标值。
进一步，在上述步骤四中，顶紧装置的端部具有倒角，沿着所述偏心内孔的倒角缓慢插入所述空心轴的偏心内孔，使偏心内孔的轴心逐渐靠近车削加工中心的轴心直至重合。
进一步，所述顶紧装置对空心轴的夹紧力为10KN。
为实现上述目的，本发明的另一个技术方案是：
一种空心轴加工自动纠偏装置，包括空心轴、用于加工所述空心轴的车削加工中心，其特征在于：还包括用于固定所述空心轴的中心架、用于检测偏心内孔轴心坐标值的自动测量系统、用于计算偏心内孔的偏心量及偏心角度的计算系统及用于从两侧顶紧所述空心轴的顶紧装置。
进一步，所述顶紧装置为顶尖，所述顶尖的轴心与所述车削加工中心的轴心重合。
综上内容，本发明所述的一种空心轴加工自动纠偏方法及装置，与现有技术相比，可以实现偏心的空心轴在车削加工中心上自动偏心校正，操作流程简单，效率高，生产效率和手工相比提高5~8倍。而且空心轴的外圆和内孔的偏心量可以降低到0.3mm以内，大幅度提高的空心轴的加工精度。
附图说明
图1 是本发明结构示意图；
图2 是本发明内孔测量结构示意图；
图3 是本发明测头结构示意图；
图4 是本发明自动顶紧后的结构示意图。
如图1至图4所示，空心轴1，车削加工中心2，中心架3，顶尖4，测头5，主轴6，固定座7。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，一种空心轴加工自动纠偏装置，安装在空心轴1的车削加工中心2上，空心轴1指用于轨道车辆上的空心车轴，车削加工中心2用于实现空心轴1的定位、空心轴1外圆的加工和内孔的加工。本实施例中，车削加工中心2的轴心指车削加工中心主轴6的轴心，主轴6的中心轴线即为主轴6的回转轴线。经过车削加工中心2初步加工的空心轴1，其单侧钻孔偏心一般在0.4mm以上，纠偏的目的是保证空心轴1的外圆和内孔的同轴度。
如图1所示，在车削加工中心2上具有两个中心架3，中心架3用于支撑空心轴1，中心架3可固定空心轴1，也可以在需要加工空心轴1外圆时松开空心轴1。
如图4所示，车削加工中心2的两端各具有一个顶紧装置，用于从两侧夹紧固定空心轴1，便于旋转空心轴1以加工其外圆和内孔。本实施例中，顶紧装置采用顶尖4，顶尖4插入空心轴1两端的内孔内实现对空心轴1的顶紧，顶尖4的轴心与车削加工中心主轴6的轴心重合，即车削加工中心主轴6的回转轴线是两顶尖4的中心连线。
该装置还包括用于检测偏心内孔轴心坐标值的自动测量系统及用于计算偏心内孔的偏心量及偏心角度的计算系统。
如图2所示，自动测量系统包括测头5，为保证测量结果的精确度，测头5插入空心轴1的内孔5mm处，测头5利用西门子的CYCLE977循环，在空心轴1内孔（即偏心内孔）的X、Y轴两个方向上，分别测量内孔的两个点的坐标值，测头5与计算系统连接，测头5将测量结果传输至计算系统中，计算系统依据车削加工中心2建立的坐标系，得出空心轴1内孔（即偏心孔）的偏心量和偏心角度。
如图3所示，测头5通过螺纹与测头的固定座7连接，便于根据不同工件的测量要求，更换不同的测头5。
下面详细描述空心轴加工自动纠偏方法，该方法包括如下步骤：
（1）空心轴的定位：
经过初步加工的空心轴1固定在车削加工中心2上，空心轴1固定在两个中心架3
上。此时，空心轴1的定位基准是，使车削加工中心主轴6的轴心与以空心轴1外圆为基准的空心轴1的轴心重合，而此时的内孔的轴心偏离于主轴6的轴心。
（2）空心轴1的内孔自动测量、偏心量和偏心角度的自动计算：
以主轴6的轴心为坐标基准点，利用车削加工中心2中的自动测量系统测量空心轴1的偏心内孔轴心的X、Y轴坐标值。
本实施例中，利用车削加工中心2中的自动测量系统，设置参数_MVAR=101_PRNUM=3 _VMS=450 _NMSP=1 _FA=3 _SETVAL=60_TSA=2 _KNUM=1，利用自动测量系统的CYCLE977循环，在空心轴1偏心内孔的X、Y两个方向，利用测头5分别测量2个点的X、Y轴坐标值，自动测量系统将测量结果写入车削加工中心2的工件坐标系G54中，工件坐标系是自动建立的，其中心坐标可以用来自动设定工件坐标系。因车削加工中心2是直径编程，必须将X坐标数值除2，再写入G54中，获得偏心内孔轴心的X、Y坐标值。
（3）偏心内孔偏心角度的自动计算：
利用上述步骤（2），空心轴内孔自动测量中获得的测量结果，自动计算偏心内孔轴心和车削加工中心2的轴心的角度偏差，即偏心内孔的的轴心相对于车削加工中心2的轴心的偏心角度。
首先获取当前车削加工中心2的主轴6角度$AA_IM[C]，利用公式ATAN2(ABS(_OVR[17]),ABS(_OVR[18]))，_OVR[17]和_OVR[18]测量偏心内孔轴心的X、Y坐标值，即可计算出偏心孔的偏心角度。
计算偏心角度后，根据_OVR[17]和_OVR[18]的正负，计算空心轴1需要旋转的角度，自动存储在参数OFF_ANGLE中。
（4）空心轴内孔自动铣倒角：
在偏心内孔的偏心量和偏心角度确定后，工件坐标系G54中X、Y已存储偏心孔中心坐标值，此时，以偏心内孔轴心的坐标值作为基准，对空心轴1的内孔进行铣倒角。铣倒角时采用成型45°铣刀，采用圆弧查补，圆弧引入圆弧引出的方法，这样可以减少对刀具和空心轴1的冲击。其中，圆弧查补代码G2 X2=0 Y2=-34 I=AC(0) J=AC(0) F350。
（5）空心轴偏心角度自动定位：
铣完空心轴1内孔倒角后，因车削加工中心2的轴线和空心轴1内孔的轴线偏差在0.4~1mm之间，如果此时直接使用车削加工中心2尾座上的顶尖4顶紧空心轴1倒角处，易损坏设备中心架3。本实施例中，首先旋转空心轴1一偏心角度，使偏心内孔的轴心旋转至位于车削加工中心2轴心的垂线上，考虑中心架3的受力方向，将偏心内孔的轴心旋转至车削加工中心2的轴心的下方，此时，当尾座顶尖4顶紧空心轴1内孔的倒角时，中心架3受力最小。直接使用车削加工中心2的主轴定位功能，POS=IC(OFF_ANGLE)，可使主轴6自动定位。
（6）自动顶紧空心轴：
如图4所示，两顶尖4的中心连线与车削加工中心主轴6的轴线重合，待主轴6自动定位至OFF_ANGLE角度后，车削加工中心2的尾座顶尖4，首先快速移动至空心轴1端面50mm处，再缓慢靠近空心轴1，最后对空心轴1达到10KN夹紧力，此时，固定支撑空心轴1的中心架3松开，在顶尖4缓慢夹紧的过程中，偏心内孔的轴心与车削加工中心2的轴心逐渐靠近直至完全重合，实现自动偏心校正，内孔的偏心可以纠正至0.3mm以下。
（7）粗车空心轴外圆：
待偏心内孔的轴心与车削加工中心2的轴心完全重合后，以空心轴1外圆为基准的轴心就会偏离车削加工中心2和偏心孔的轴心，利用车削加工中心2以车削加工中心2和偏心内孔的轴心为基准，粗车空心轴1的外圆，直至使以空心轴外圆为基准的轴心、车削加工中心2的轴心及空心轴内孔的轴心完全重合。实现自动偏心校正，外圆和内孔的偏心可以纠正至0.3mm以下。
（8）精车空心轴内孔：
外圆加工完成合，利用中心架3重新固定空心轴1，此时，松开车削加工中心2尾座的顶尖4，精车空心轴内孔，达到空心轴内孔纠偏目的。
（9）纠偏过程全部完成。
如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，空心轴固定在车削加工中心上；
步骤二，测量空心轴的偏心内孔轴心的X、Y坐标值，并计算偏心内孔的偏心量；
步骤三，以偏心内孔的轴心为基准加工内孔倒角；
步骤四，对空心轴进行自动顶紧，使偏心内孔的轴心与车削加工中心的轴心重合，实现偏心自动校正；
步骤五，粗车空心轴外圆；
步骤六，精车空心轴内孔，纠偏完成。
2.根据权利要求1所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：在进行上述步骤四之前，还包括有偏心内孔的偏心角度定位步骤，根据步骤二中得出的偏心内孔轴心X、Y坐标值计算出偏心内孔的的轴心相对于车削加工中心的轴心的偏心角度。
3.根据权利要求2所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：还包括依据偏心角度旋转空心轴，使偏心内孔的轴心旋转至位于车削加工中心轴心的垂线上的步骤。
4.根据权利要求3所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：使偏心内孔的轴心旋转至车削加工中心的轴心的下方。
5.根据权利要求1所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：在上述步骤一中，空心轴的定位基准为使车削加工中心的轴心与以空心轴外圆为基准的空心轴轴心重合。
6.根据权利要求1所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：在上述步骤二中，利用测头在空心轴的X、Y轴两个方向上，分别测量两个点的坐标值，测量结果输入车削加工中心的坐标系中，获得偏心孔轴心的X、Y坐标值。
7.根据权利要求1所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：在上述步骤四中，顶紧装置的端部具有倒角，沿着所述偏心内孔的倒角缓慢插入所述空心轴的偏心内孔，使偏心内孔的轴心逐渐靠近车削加工中心的轴心直至重合。
8.根据权利要求7所述的空心轴加工自动纠偏方法，其特征在于：所述顶紧装置对空心轴的夹紧力为10KN。
9.一种空心轴加工自动纠偏装置，包括空心轴、用于加工所述空心轴的车削加工中心，其特征在于：还包括用于固定所述空心轴的中心架、用于检测偏心内孔轴心坐标值的自动测量系统、用于计算偏心内孔的偏心量及偏心角度的计算系统及用于从两侧顶紧所述空心轴的顶紧装置。
10.根据权利要求9所述的空心轴加工自动纠偏装置，其特征在于：所述顶紧装置为顶尖，所述顶尖的轴心与所述车削加工中心的轴心重合。
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