CN104280000B - 凸轮型线的在线检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮型线的在线检测方法，包括凸轮型线轮廓检测和凸轮型线相位角的检测。凸轮型线相位角的测量方法是：通过作图模拟出凸轮的实际轮廓；根据凸轮型线做出测量切线；根据凸轮轴的设计图纸，计算出凸轮型线测量角的值，并按图纸要求确定公差；利用水平角度仪测出测量切线与水平线的夹角确定凸轮相位是否合格。本发明使用时，在凸轮加工完成后，直接在加工设备上利用水平角度尺即可实现凸轮相位角的快速检测，不仅检测精度高，且检测成本低廉，大大提高了生产效率。本发明适用于大型凸轮轴或已装配好的凸轮轴。

Description

凸轮型线的在线检测方法
技术领域
本发明涉及机械加工件的检测方法，具体地说是凸轮型线的在线检测方法。
背景技术
凸轮轴是柴油机的重要零件（凸轮轴的结构如图1所示），每个凸轮轴都带有定位销孔1，若干个凸轮片2和轴承径3。定位销孔1在凸轮轴的两端，用于保证各凸轮轴相互连接时凸轮片2处于正确的相位；凸轮片2在凸轮轴上，凸轮片2通过凸轮型线6（指凸轮片的工作曲线），在凸轮轴转动时通过柴油机滚轮、挺杆等零件来控制柴油机气缸的进排气及喷油时间、顺序，各凸轮片2的凸轮型线相位角及尺寸，直接影响着柴油机的工作性能。轴承径3是凸轮轴在柴油机上安装时的定位基准，并在凸轮轴运转时对凸轮轴起到支撑作用。
凸轮片在凸轮轴上，其外部带有复杂曲面，此曲面投影到平面上就是凸轮型线。凸轮片如图2所示：1是凸轮轴定位销孔，4是凸轮型线的升程起始点，5是相位角，6是凸轮型线，7是凸轮测量切线，12是凸轮轴中心。凸轮片的凸轮型线相位角5及尺寸直接影响着柴油机的工作性能。
凸轮轴的凸轮片2需要进行三道工序的加工，即粗铣凸轮片—粗磨凸轮片—精磨凸轮片。这三道工序不仅对凸轮型线有要求，而且定位销孔与凸轮片2之间以及各凸轮片之间存在一定的相位角。按目前通常的测量方法，此三道工序的检测，依靠三坐标计量来完成。这样会造成三坐标负荷十分繁重，不适于多品种零件的批量检测。因此，对于批量生产凸轮轴生产线而言，为提高生产效率，提供一种凸轮在线检测技术非常必要。
凸轮型线检测包括凸轮型线轮廓检测和凸轮型线相位角的检测：
凸轮型线轮廓检测，目前通用的测量方法，主要采用样板检验和三坐标计量或用检验样板配合塞尺辅助测量的方法，实现凸轮型线的高精度检测。在加工条件稳定的条件下，凸轮型线轮廓由加工程序保证。
凸轮型线相位角（指的是凸轮轴端面定位销孔与凸轮轴中心连线和各凸轮升程起始点与凸轮轴中心连线形成的夹角）。该凸轮型线相位角的测量，国外先进的检测方法，是利用专用凸轮曲轴在线检测仪来实现对凸轮形状误差和相位角的快速检验，可精确测量凸轮的型线误差、凸轮相位、凸轮轴形位公差等各个参数，检测精度高，其缺点是投入较大，计量所需辅助时间较长，不适于大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于，在保证检验结果准确的基础上，提供一种快速检验凸轮相位的检验方法。
本发明的具体技术方案如下：
本发明的创新之处是提供一种凸轮型线相位角的检测方法，该方法具体的测量步骤是：
1.通过作图模拟出凸轮的实际轮廓；
凸轮型线一般由凸轮驱动的滚轮中心升程值来表示，作图时先按照给定的滚轮升程值和滚轮直径做出凸轮的外包络线，然后根据凸轮型线外包络线做出凸轮型线的实际轮廓。
2.根据凸轮型线的实际轮廓做出测量切线；
凸轮型线分为直线凸轮型线、凹弧凸轮型线、凸弧凸轮型线的三种情况，分别采用下述不同的测量方法：
A. 当凸轮型线（6）为直线凸轮型线或凹弧凸轮型线时，可根据凸轮型线（6）作出凸轮型线（6）在一定区域上唯一的公共切线，该公共切线在凸轮定位销孔与凸轮轴中心连线处于竖直位置时，与水平线存在一定的夹角——凸轮的测量角（8）；
通过计算机作图和计算可量出该测量角（8），进而能判断出凸轮型线（6）的相位角（5）是否正确；
B. 当凸轮型线为凸弧凸轮型线，则需要通过设计专用凸轮型线检验工装，此检验工装的设计技术是：通过工装之凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、定位，确定出每个凸轮型线（6）的测量面（10）；
如果凸轮型线没有直线或凹弧曲线，则需要通过设计专用凸轮型线检验工装，此检验工装设计技术是：通过工装上凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、定位，确定出每个凸轮型线的测量角8，其具体方法是：在凸轮型线的专用检验工装上设计一个测量面，使测量面和凸轮型线形成固定夹角，通过工装上凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、准确定位；将万能电子角度仪放在工装的测量面上，测出测量面与凸轮定位销孔与凸轮轴中心连线形成的夹角的实际值。在此工装设计时，需要按照零件图上凸轮相位公差确定工装凸轮曲线与产品凸轮曲线的配合间隙，计算配合间隙带来的测量误差，使其为零件图上凸轮相位公差的1/3。其工作简图见图5。
3.根据凸轮轴的设计图纸，计算出定位销孔在竖直位置时，凸轮型线测量角的值，并按图纸要求确定公差；
4.利用水平角度仪测出测量切线与水平线的夹角即凸轮型线测量角与理论值进行比较，即可确定凸轮相位是否合格：若凸轮型线测量角在技术文件规定的范围内，未超出设计规定的角度偏差，则判定零件合格；若轮型线测量角与技术文件规定的要求比较，超出设计规定的角度偏差，则判定零件不合格。所谓“规定的范围”，是指由图纸规定的角度偏差，如30°±15′。
本发明的有益效果是：在凸轮加工完成后，直接在加工设备上利用水平角度尺即可实现凸轮相位角的快速检测。该方法效率高，且成本低。
现场调试与跟踪试验证明，这种凸轮轴在线检测技术完全可用于各种凸轮轴的凸轮型线检测，不但检测精度满足图纸要求，检测成本低廉，而且生产效率大幅提升，如：在线检测一根有9个凸轮片的凸轮轴，用时约为10分钟，而用三坐标计量则大约需要90分钟。检验范围不受凸轮轴尺寸的限制，对于大型凸轮轴或已装配的好的凸轮轴，此检验方法仍可使用，具有较广泛的应用领域和较好的推广价值。
附图说明
图1、凸轮轴构造示意图；
图2、凸轮片构造示意图；
图3、本发明实施例之测量方案原理示意图；
图4、本发明实施例之凹弧曲线凸轮测量示意图；
图5、本发明实施例之凸弧凸轮曲线测量示意图。
图中：1、定位销孔，2、凸轮片，3、轴承径，4、凸轮型线的升程起始点，5、相位角，6、凸轮型线，7、凸轮测量切线，8、凸轮的测量角，9、水平角度测量仪，10、测量面，11、凸轮型线检验工装，12、凸轮中心。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
图1显示本实施例的凸轮轴构造。
实施例之每个凸轮轴，都设有定位销孔1、若干个凸轮片2和轴承径3。凸轮轴通过其所带的凸轮片2来控制柴油机气缸的进排气及喷油时间、顺序，各凸轮片的凸轮型线相位角及尺寸直接影响着柴油机的工作性能。
图2显示本实施例的凸轮片构造及相关的技术参数。
根据产品图纸提供的凸轮数据，通过作图模拟出凸轮的型线曲线6，并计算出凸轮相位角5——即凸轮升程起始点4与凸轮中心12的连线OA和定位销孔1与凸轮中心12连线OY的夹角。凸轮相位角5对凸轮轴的工作性能影响十分重要。
图3显示本实施例之测量方案原理。
每个凸轮型线6都是由一些特定的曲线构成的，根据每个凸轮的特定曲线可以做出该凸轮曲线所特有的测量切线7，模拟出测量切线7和定位销孔1中心与凸轮中心12连线OY所构成的夹角度数，就可得到凸轮的测量角8：如果凸轮的测量角8正确，则可推断出凸轮相位角5正确。在模拟凸轮型线的测量切线7时，根据凸轮型线的结构特点，把凸轮型线又分为直线凸轮型线、凹弧凸轮型线和凸弧凸轮型线三种。
图4、本发明实施例之直线凸轮型线、凹弧凸轮型线测量。
凸轮型线6有直线或凹弧曲线时，则在这个直线或凹弧曲线处存在唯一的公共切线，此切线就是凸轮型面的测量切线7，该公共切线和凸轮定位销孔1与凸轮轴中心12的连线OY存在一定的夹角，通过如图3所示的作图法，做出凸轮型线凹弧处两段凸弧的公共切线，得出测量切线7与定位销孔1与凸轮轴中心12连线OY的夹角，便可计算出凸轮的测量角8。
如图4所示，利用水平角度测量仪9，量出定位销孔1与凸轮轴中心12连线OY处于铅直位置时凸轮型线的测量角8，就可判断出凸轮型线相位角是否正确。若凸轮型线测量角在技术文件规定的范围内，未超出设计规定的角度偏差，则判定零件合格；若轮型线测量角与技术文件规定的要求比较，超出设计规定的角度偏差，则判定零件不合格。
显示本实施例之凸弧凸轮型线测量。
对于凸弧凸轮曲线需要设计专用凸轮型线检验工装11，此检验工装设计技术是：通过工装上凸轮型线6与产品零件凸轮型线6的拟合、定位，通过在工装上设计测量面10，便可得到该凸轮型线对应的测量面与定位销孔1和凸轮中心12连线OY的夹角进而计算出定位销孔1和凸轮中心12连线OY处于铅直位置时凸轮的测量角8。将水平角度测量仪9放在工装的测量面10上，测出每个凸轮型线的测量角8的实际值，与计算出的理论值进行比较，便可判断凸轮型线的相位角是否正确：若凸轮型线测量角在技术文件规定的范围内，未超出设计规定的角度偏差，则判定零件合格；若轮型线测量角与技术文件规定的要求比较，超出设计规定的角度偏差，则判定零件不合格。
在进行工装设计时，需要按照零件图上凸轮相位公差确定工装凸轮型线与产品凸轮型线的配合间隙，计算配合间隙带来的测量误差，使其为零件图上凸轮相位公差的1/3，即可满足设计要求。

Claims (2)

1.凸轮型线的在线检测方法，包括凸轮型线轮廓检测和凸轮型线相位角的检测；其特征在于：其凸轮型线相位角的测量步骤是：
1) 通过作图模拟出凸轮的实际轮廓
先按照给定的滚轮升程值和滚轮直径做出凸轮的外包络线，然后根据凸轮型线外包络线做出凸轮型线（6）的实际轮廓；
2）根据凸轮型线（6）的实际轮廓做出凸轮的测量角（8）
凸轮型线分为直线凸轮型线、凹弧凸轮型线、凸弧凸轮型线的三种情况，分别采用下述不同的测量方法：
A.当凸轮型线（6）为直线凸轮型线或凹弧凸轮型线时，可根据凸轮型线（6）通过作图的方法作出凸轮型线（6）在一定区域上唯一的公共切线——凸轮型线的凸轮测量切线（7），该公共切线在凸轮定位销孔与凸轮轴中心连线处于竖直位置时，与水平线存在一定的夹角——凸轮的测量角（8）：
B. 当凸轮型线为凸弧凸轮型线，则需要通过设计专用凸轮型线检验工装，此检验工装的设计技术是：通过工装之凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、定位，确定出每个凸轮型线（6）的测量面（10）,该测量面在凸轮定位销孔(1)与凸轮轴中心(12)连线处于竖直位置时，与水平线存在一定的夹角——凸轮的测量角（8）”；
3) 根据凸轮轴的设计图纸，计算出定位销孔在竖直位置时，测量角（8）的值，并按图纸要求确定公差；
4) 利用水平角度仪(9)测出测量切线与水平线的夹角即凸轮型线测量角（8）；与理论值进行比较，以确定凸轮相位是否合格：若凸轮型线测量角在技术文件规定的范围内，未超出设计规定的角度偏差，则判定零件合格；若凸轮型线测量角与技术文件规定的要求比较，超出设计规定的角度偏差，则判定零件不合。
2.根据权利要求1所述凸轮型线的在线检测方法，其特征在于：所述步骤2）之“B.通过作图或利用工装之凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、定位，确定出每个凸轮型线的凸轮测量切线（7）或测量面（10）”，其具体方法是：
a. 通过作图或通过工装之凸轮型线与产品零件凸轮型线的拟合、准确定位确定凸轮型线的凸轮测量切线（7）或测量面（10）；
b.计算出凸轮定位销孔与凸轮轴中心连线处于竖直位置时凸轮测量切线（7）或测量面（10）与水平线的夹角值；
c. 将万能电子角度仪放在凸轮测量切线（7）或工装的测量面上，测出测量面在凸轮定位销孔与凸轮轴中心连线处处于竖直位置时凸轮测量切线（7）或测量面（10）与水平线的夹角的实际值；
d.在设计测量工装时，按照零件图上凸轮相位公差确定工装凸轮曲线与产品凸轮曲线的配合间隙，计算配合间隙带来的测量误差，使其为零件图上凸轮相位公差的1/3。
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