CN103894929B - 基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法 - Google Patents

基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法。本方法采用将高度尺测量机构安装在机床砂轮架悬臂支架上，可随砂轮架运动，高度尺测量机构的前端安装V型块，并可绕支点发生偏转。测量时，高度尺测量机构在气缸驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住曲轴连杆颈，读取长度计和光栅尺的读数就能得高度尺水平和竖直偏移量，进而计算得到机床旋转轴（C轴）坐标偏移量，实现曲轴的角向定位。该方法利用安装在砂轮架上的高度尺测量机构和曲轴数控磨床本身的运动，可以很好的替代人工定位所完成的工作，提高定位测量精度及效率。

Description

基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法。
背景技术
采用切点跟踪磨削方法加工曲轴连杆颈必须通过角向定位设置机床头架旋转轴的坐标偏移量，使加工时机床坐标系与工件坐标系重合。实际加工中如果曲轴角向定位不准确，就会造成磨削余量分布不均，降低加工效率，影响连杆颈的加工质量，角向定位误差较大时，还会出现负余量的情况，将无法加工出要求的曲轴连杆颈尺寸。基于曲轴角向定位的重要性，需要寻找一种高效率高精度测量、定位方法，以保证后续加工的效率和精度。目前，曲轴数控磨床上普遍采用的人工角向定位，即利用塞片、千分表等量具凭经验进行头架旋转轴位置调整，不仅效率较低而且定位精度不高，所使用的测量工具也有一定的局限性。因此，基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法的发明对保证曲轴连杆颈加工精度非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法，不必采用繁琐费时的人工定位方法对曲轴进行角向定位，实现曲轴磨削中角向定位的在机测量，确保角向定位精度，提高曲轴切点跟踪磨削的加工效率。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法，需要将高度尺测量机构安装在机床砂轮架悬臂支架上，整个测量机构可随砂轮架运动，充分利用曲轴数控磨床进给轴（X轴）、轴向直线运动轴（Z轴）的高精度运动完成测量运动，各轴运动位置可由光栅尺反馈。高度尺测量机构的前端安装V型块，并可绕支点发生偏转，在测量时，高度尺测量机构在气缸驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住曲轴连杆颈，读取长度计和光栅尺的读数就能得高度尺水平和竖直偏移量，进而计算得到机床旋转轴（C轴）坐标偏移量，实现曲轴的角向定位。该方法利用安装在砂轮架上的高度尺测量机构和曲轴数控磨床本身的运动，可以很好的替代人工定位所完成的工作，提高定位测量精度及效率。
根据上述构思，本发明采用以下技术方案：
一种基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法，其特征在于：将高度尺测量机构安装在砂轮架悬臂支架上，在使用高度尺测量机构进行测量前需要先对相关参数进行标定。
以曲轴回转中心为坐标原点，砂轮架进给方向为 轴，竖直方向为轴，建立如图5所示的曲轴角向定位坐标系。高度尺测量机构随砂轮架行进到测量档位，并沿轴方向移动使得高度尺中心线与轴重合，记录初始状态下，长度计示数，光栅尺示数，测得长度计与支点之间的距离为。
可求得初始状态下高度尺支点在坐标系中的坐标为(，），
=0； =
其中：通过标定得到，是高度尺测量机构在轴方向的安装常数，随高度尺测量机构安装位置的不同而变化，安装完毕后即固定不变。
本测量的操作步骤如下：
1)由头架驱动曲轴绕旋转轴C轴旋转，使被测连杆颈转至接近竖直位置（即与的正半轴重合），由于高度尺测量机构只能测量较小范围内的轴颈水平偏移，只有将连杆颈转到高度尺水平偏移的测量范围之内，才能获取有效的测量数据；
2)高度尺测量机构随砂轮架运动到测量档位，并沿砂轮架进给轴X轴方向移动，直到高度尺测量机构中心线与轴重合；
3)高度尺测量机构在气缸驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住连杆颈；
4) 记下当前机床旋转轴C轴坐标，读取长度计示数得到高度尺末端偏离基准中心线的距离为，读取光栅尺示数得到高度尺测量机构下降的距离为；
5)测量完成后，气缸驱动高度尺抬起回到加工位置；
6)建立曲轴角向定位数学模型(如图5所示)，对测量数据进行处理、求解；
7)计算后可得曲轴连杆颈和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角；
8)根据以及设置机床头架旋转轴C轴的坐标偏移量，即可使加工时使用的机床坐标系与编程时使用的工件坐标系重合，从而实现曲轴磨削中的角向定位。
上述步骤5）中具体计算过程如下：
①高度尺绕支点的偏转角：
（1）
②在测量位置时，高度尺测量机构支点在坐标系中的位置：
；（2）
③ 在中，有，
其中，=，即为所测曲轴的曲柄半径。可得：
（3）
（4）
根据高度尺测量机构绕支点偏移的方向对曲轴连杆颈和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角进行分类讨论：
a)当，即被测曲轴连杆颈往正半轴方向偏移时：
（5）
b)当，即被测曲轴连杆颈往负半轴方向偏移时：
（6）
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：不必再采用繁琐费时的人工定位方法对曲轴进行角向定位，实现了曲轴磨削中角向定位的在机测量，保证了角向定位的精度，同时大大提高了曲轴切点跟踪磨削的加工效率。
附图说明
图1是高度尺测量机构测量有效区域示意图。
图2是高度尺测量机构角向定位加工位置示意图。
图3是高度尺测量机构角向定位测量位置示意图。
图4是角向定位测量过程的操作流程图。
图5是基于高度尺测量机构的曲轴角向定位数学模型。
具体实施方式
本发明的一个优选实施实例结合附图说明如下：
本基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法所采用的测量装置参见图1、图2和图3，其中9为曲轴主轴颈，8为曲轴连杆颈。高度尺测量机构安装在机床砂轮架悬臂支架2上，整个测量机构可随砂轮架1运动，高度尺测量机构的前端安装V型块7，并可绕支点5发生偏转，在测量时，高度尺测量机构在气缸3的驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块7卡住曲轴连杆颈8，读取长度计4和光栅尺6的读数就能得高度尺测量机构水平和竖直偏移量，进而计算得到机床旋转轴C轴坐标偏移量。
参见图4，本实施例的曲轴角向定位测量具体操作方法是：
1)由头架驱动曲轴绕旋转轴C轴旋转，使被测连杆颈8转至接近竖直位置（即与的正半轴重合）；
2)高度尺测量机构随砂轮架运动到测量档位，并沿砂轮架2进给轴X轴方向移动，直到高度尺测量机构中心线与轴重合；
3)高度尺测量机构在气缸3驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住连杆颈8，记下当前机床旋转轴C轴坐标，读取长度计4示数得到高度尺测量机构末端偏离基准中心线的距离为，读取光栅尺6示数得到高度尺测量机构下降的距离为；
4)测量完成后，气缸3驱动高度尺测量机构抬起回到加工位置；
5)上位机读取测量数据，建立曲轴角向定位数学模型(如图5所示)，可得：
①高度尺绕支点的偏转角：
（1）
②在测量位置时，高度尺支点在坐标系中的位置：
；（2）
③在中，有，
其中，=，即为所测曲轴的曲柄半径。可得：
（3）
（4）
根据高度尺绕支点偏移的方向对曲轴连杆颈和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角进行分类讨论：
a)当，即被测曲轴连杆颈往正半轴方向偏移时：
（5）
b)当，即被测曲轴连杆颈（8）往负半轴方向偏移时：
（6）
根据设置机床头架旋转轴C轴的坐标偏移量，即可使加工时使用的机床坐标系与编程时使用的工件坐标系重合，从而实现曲轴磨削中的角向定位。

Claims (2)

1.一种基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法，其特征在于：将高度尺测量机构安装在机床砂轮架的悬臂支架（2）上，并在测量前完成对高度尺测量机构参数的标定；高度尺的前端安装V型块，可绕支点（5）发生偏转，在测量时，高度尺测量机构在气缸（3）驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住曲轴连杆颈（8），读取长度计（4）和光栅尺（6）的读数就能得高度尺测量机构水平和竖直偏移量，进而计算得到机床旋转轴C轴坐标偏移量，实现曲轴的角向定位；利用安装在砂轮架（1）上的高度尺测量机构和曲轴数控磨床本身的运动，可很好的替代人工定位所完成的工作，提高定位测量精度及效率；测量操作步骤为：
1)由机床头架驱动曲轴绕机床旋转轴C轴旋转，使被测曲轴连杆颈（8）转至接近竖直位置，即与 的正半轴重合，由于高度尺测量机构只能测量较小范围内的轴颈水平偏移，只有将曲轴连杆颈（8）转到高度尺测量机构水平偏移的测量范围之内，才能获取有效的测量数据；
2)高度尺测量机构随砂轮架运动到测量档位，并沿砂轮架进给轴X轴方向移动，直到高度尺测量机构中心线与轴重合；
3)高度尺测量机构在气缸（3）驱动下沿基准中心线方向慢慢往下移动，直至前端V型块卡住曲轴连杆颈（8）；
4)记下当前机床旋转轴C轴坐标，读取长度计（4）示数得到高度尺测量机构末端偏离基准中心线的距离为，读取光栅尺（6）示数得到高度尺测量机构下降的距离为；
5)测量完成后，气缸（3）驱动高度尺测量机构抬起回到加工位置；
6)建立曲轴角向定位数学模型，对测量数据进行处理、求解；
7)计算后可得曲轴连杆颈（8）的中心和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角，为砂轮架进给方向；
8)根据以及设置机床旋转轴C轴的坐标偏移量，即可使加工时使用的机床坐标系与编程时使用的工件坐标系重合，从而实现曲轴磨削中的角向定位；
所述测量前完成对高度尺测量机构参数的标定的方法如下：
以曲轴回转中心为坐标原点，砂轮架进给方向为轴，竖直方向为轴，建立曲轴角向定位坐标系；高度尺随砂轮架行进到测量档位，并沿轴方向移动使得高度尺测量机构中心线与轴重合，记录初始状态下，长度计（4）示数，光栅尺（6）示数，测得长度计（4）与支点（5）之间的距离为；
可求得初始状态下高度尺测量机构支点在坐标系中的坐标为(，），
=0； =
其中：通过标定得到，是高度尺测量机构在轴方向的安装常数，随高度尺测量机构安装位置的不同而变化，安装完毕后即固定不变。
2.根据权利要求1所述的基于高度尺的曲轴磨削角向定位测量方法，步骤7) 中计算曲轴连杆颈（8）的中心和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角的方法如下：
①高度尺测量机构绕支点（5）的偏转角：
（1）
②在测量位置时，高度尺支点在坐标系中的位置：
； （2）
③在中，有，
其中，=，即为所测曲轴的曲柄半径；可得：
（3）
（4）
④根据高度尺绕支点偏移的方向对曲轴连杆颈和主轴颈中心连线与正半轴之间的夹角进行分类讨论：
a)当，即被测曲轴连杆颈（8）往正半轴方向偏移时：
（5）
b)当，即被测曲轴连杆颈（9）往负半轴方向偏移时：
（6）。
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