CN104827398A - 跟随磨削中在线跟随直径测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跟随磨削中在线跟随直径测量方法及装置，所述方法是在磨削过程中使双卡爪测头的两卡爪始终弹性夹持在被加工圆柱的外径上，保留被加工圆柱相对于双卡爪测头的转动自由度，让偏心回转的被加工圆柱带动双卡爪测头随被加工圆柱作跟随运动；所述装置是将双卡爪测头与V形体同轴铰接，并在二者间两端铰接气缸，用气缸的双向动作或静止实现测头靠近和远离V形体或与V形体相对固定，在V形体搭接过程对应的油缸回油路上设置转阀，转阀的阀杆与摆臂转轴同轴固定，摆臂下摆到终点前预定位置时阀杆转动到刚好关闭回油路的位置。本发明测量精度高于使用单点测头的装置，V形体能快速、平稳又准确地搭接在工件上，故可靠性极高，而且成本低廉。

Description

跟随磨削中在线跟随直径测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于机加工领域的直径在线测量方法及装置，尤其适用于加工时处于偏心运转状态的被加工部位的直径在线测量。

背景技术

曲轴连杆颈的磨削工艺主要分为同心磨削和跟随磨削两种，同心磨削是利用偏心夹具装夹将连杆颈的中心移至机床主轴回转中心进行磨削；跟随磨削是以主轴颈为回转中心，而连杆颈在偏心状态下回转，再配合砂轮在垂直于回转中心的方向上作前进、后退的往复直线同步运动进行磨削。

目前在曲轴连杆颈跟随磨削时所使用的在线测量装置均为使用单点测头的测量装置。单点测头在外圆同心磨削时的一般使用情况如图6所示，单点测头70卡装在固定的支架71上，其内装有位置传感器，下端的触头72与被测工件73的外圆紧密接触，随着被磨削工件外圆尺寸的不断缩小，触头不断伸出，其内传感器便可计算出直径的变化量，再通过控制箱的信号线69将其数据输出。

单点测头用在连杆颈跟随磨削时的原理如图7所示。为了使单点测头能够与偏心运转的被磨削的连杆颈一起做跟随运动，特安排了一个V形体14，所述V形体始终搭接在连杆颈15上，其内安置了单点测头，单点测头的触头72始终弹性压在连杆颈外圆上。为了保持V形体能够稳定地与连杆颈做跟随运动，其上设置了一个倾斜杆12，所述倾斜杆又通过铰链与一可上、下摆动的摆臂13相连。在连杆颈跟随磨削开始前，需要将携带单点测头的V形体搭接到连杆颈上。目前所使用的方法是在整套量仪的基座上安置一个直线油缸，以其为动力带动所述摆臂的上、下摆动带动V形体的升降来完成的。为了避免搭接时产生撞击，在油缸驱动V形体下降到某一特定位置时由一位置传感器发讯，使控制油缸的电磁阀关闭油路，于是V形体便停止下降。经短暂延时后工件开始回转，此时电磁阀再次接通油路使V形体继续下降，从而完成搭接工作。

近年来，曲轴连杆颈的磨削已由同心磨削逐渐趋向于跟随磨削，但跟随磨削中采用上述测量装置由于主要存在以下两大方面的缺陷，致使跟随磨削时连杆颈的直径在线测量装置并不能令人满意。

一、单点测头看似简单，然而其缺点甚多。首先，它要求支承测头的V形体等在运转中不得使触头与连杆颈的外圆之间有任何附加的相对位移，否则必将影响测量精度，这在跟随磨削时是有相当难度的。例如当连杆颈在第一、四象限运动时，连杆颈要带动V形体等一起向上运动，此时V形体等由于惯性等作用会更加紧密地压向工件；反之在第二、三象限运动时，V形体等又有脱开工件的趋势。如果整套装置的刚性略有不足或其灵活性略有差异的话，均会造成触头与连杆颈表面之间位置的微小变化，而这在微米级的测量中是绝对不允许的。事实证明，在静止状态，只要用手指轻轻触压摆臂等，均会看到测头读数的明显变化，因此，这给设计及制造带来了不小的难度。

其次，单点测头整体为一细长杆，在测量时受热变形的影响会一比一地直接反映在测量的尺寸上，尤其是磨削过程中温度变化的冷却液会直接浇到测头上，其温度变化引起的热度变形是十分惊人的，因此其测量精度的稳定性大受影响。

再者，V形体搭接的表面并非真正的圆柱体，从而导致V形体与连杆颈的中心之间的距离必然会产生各个瞬间无法预测的变化，这无疑也会影响到测量精度。

如果还要在线测量圆度，V形体上支承点的位置以及与触头之间的相对位置等，对于不同直径的工件均需进行复杂的计算，其制造和检验的难度也很大，因此成本极高，而且一个V形体可适应的工件直径又很有限，最终导致一台磨床所需的测量装置在整机中所占的成本是无法让人接受的。

二、用电磁阀的开闭来控制油缸运行位置从而控制V形体位置的方法固然简单，但缺点甚多。由于受传感器发讯灵敏度的影响、受电磁阀阀芯运动灵活性的影响以及下降时油缸回油端空气的影响，V形体停止的位置精度不高，而为了避免V形体与工件相撞，只能把停止的位置调高（目前采用该方法V形体停止的位置距连杆颈的距离至少要100多毫米），如此当电磁阀再次通电以使V形体最终搭接在工件上时便会产生猛烈的撞击，而对于如此精密而昂贵的仪器每工作一次均需产生一次撞击是不可想象的。

此外，如果万一电磁阀失灵，在断电时阀杆不能及时复位，则V形体即会直接撞击到工件上，此种现象也曾经发生过。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明提供一种全新的跟随磨削中在线跟随直径测量方法及装置，其测量精度和稳定性均较好并可解决现有结构中V形体不能快速、平稳而又准确地搭接在工件上的问题且绝无失灵的可能，同时装置的成本很低。

本发明的技术方案是：

一种跟随磨削中在线跟随直径测量方法，在磨削过程中使双卡爪测头的两卡爪始终弹性夹持在被加工圆柱的外径上，保留双卡爪测头的本体相对于被加工圆柱的转动自由度，让偏心回转的被加工圆柱带动所述双卡爪测头的本体随被加工圆柱作跟随运动，通过分别安装在所述两卡爪上的相对的两个位置传感器实时测量被加工圆柱的直径。

磨削开始前，优选先采用V形体分两步靠近直至搭接在被加工圆柱上，第一步是使V形体减速靠近并提前停止在预定位置，第二步是使V形体从预定位置启动慢速靠近直至搭接，再使双卡爪测头弹性夹持在被加工圆柱的外径上并将双卡爪测头的本体固定在V形体所在的构件（本文所称某零件所在的构件是指该零件或与该零件固定连接的其他零件）上；磨削结束后，可以先使双卡爪测头脱开被加工圆柱，再使V形体脱开被加工圆柱并回到初始位置；将被加工件作为曲柄，将V形体所在的构件作为连杆，构建曲柄摇杆机构，磨削过程中，将曲柄作为主动件，磨削前后，将摇杆作为主动件。

优选将双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件铰接，在双卡爪测头的本体所在的构件和V形体所在的构件之间连接气缸，连接方式分别为与气缸的两端铰接，连接点分别在位于一端的缸体上和位于另一端的气缸活塞杆上，且这两个连接点与双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件间的铰接点均不同轴，在磨削过程中，利用气缸活塞杆与缸体之间的作用力将双卡爪测头的本体固定在V形体所在的构件上，从而使双卡爪测头的本体与V形体一起作同步跟随运动，磨削前后，驱动气缸活塞杆伸缩使双卡爪测头靠近或脱开被加工圆柱。该方法是使双卡爪测头的本体也通过一套机械装置相当于安装在V形体上，如此便可使之间接地与被加工圆柱一起作跟随运动，从而解决了在线测量的难题。在更换工件时V形体及双卡爪测头必须在磨削完毕时首先离开工件，为此在支承V形体的一个倾斜杆上安排一个微型气缸，再通过一套以倾斜杆为基体的机构来驱动测头能够卡入或退出工件。

磨削前后摇杆的运动优选通过液压传动（例如直线油缸驱动）实现；磨削开始前，对应于摇杆的摆动行程设置两条回油路并使这两条回油路依次投入工作，通过逐渐关小第一条回油路的回油面积直至使回油路关闭实现所述第一步，通过改换设有阻尼通道的第二条回油路实现所述第二步。在测头退出工件后，V形体的脱开工件是以安排在整套系统基座上的油缸为动力，通过与基座和倾斜杆均有铰链连接的摆臂完成的。

优选在第一条回油路上设置转阀，并使转阀的阀杆与摇杆的转轴同轴同步回转，使摇杆带动V形体靠近被加工圆柱的过程因同步回转的阀杆逐渐关闭第一条回油路而停止，从而实现所述第一步。为了在新的工件磨削前V形体能够快速、准确而平稳地搭接在连杆颈上，在摆臂和基座的铰链处安排了一个特制的所述转阀用以控制驱动摆臂升降的油缸在下降（也即V形体趋向工件）时的回油腔通道的面积的变化，具体而言是所述转阀的阀杆与所述摆臂的转轴同步回转，当V形体下降到接近工件的特定位置时，所述阀杆突然将所述回油面积关小进而关闭之，从而保证V形体可以快速、准确而平稳地搭接在工件上。

一种跟随磨削中在线跟随直径测量装置，包括基座、摆臂、倾斜杆、V形体和测头。摆臂的右端与基座铰接，摆臂的左端与倾斜杆的上端铰接，倾斜杆的下端与V形体固定连接，V形体的V形面作为用于搭接被加工圆柱面的工作表面。所述测头为双卡爪测头，所述测头通过一支承杆铰接在摆臂的左端，且其铰接点和倾斜杆与摆臂的铰接点同轴，倾斜杆或与倾斜杆固定连接的其他结构和支承杆或与支承杆固定连接的其他结构之间连接有气缸，连接方式分别为与气缸的两端铰接，连接点分别在位于一端的缸体上和位于另一端的气缸活塞杆上，且气缸与倾斜杆和支承杆之间的铰接点均与倾斜杆和摆臂之间的铰接点不同轴。所述V形体上设有外伸高度可调的用于支承测头的本体的限位结构，当V形体搭接在被加工圆柱上时，支承杆摆至测头的本体支承于限位结构上时对应测头的两卡爪恰好能够弹性夹持在被加工圆柱的外径上的位置。被加工圆柱的磨削前的启动位置和磨削后的停止位置可以为同一位置，优选为处于主轴颈回转中心正右方的位置（参见图1）。磨削前，摆臂下降带动倾斜杆下降同时摆向被加工圆柱，这个阶段摆臂摆下行程的终点优选对应于V形体恰好搭接在启动位置的被加工圆柱上的位置，并且只要磨削过程中V形体能够始终保持搭接状态即可。

在摆臂与基座的铰接点处还同轴铰接有V形杠杆，V形杠杆上铰接点在V形的根部，V形杠杆的上臂、下臂分别位于摆臂的上、下两侧，所述基座上还可以铰接一单活塞杆直线油缸的缸体，所述直线油缸的活塞杆的端部设有滑道，所述V形杠杆的上臂的端部设有滚轮，所述滚轮位于所述滑道内并与滑道的内壁间形成滚动连接，滑道的方向优选能够使滚轮的轴线沿前后方向延伸的方向，所述下臂的端部固定设有可用以支承摆臂的挡杆，所述滚轮的转轴上还连接拉簧的一端，所述拉簧的另一端可以连接在直线油缸的缸体上、直线油缸的缸体与基座铰接的转轴上或基座上（特别是靠近油缸缸体的基座上），所述拉簧在直线油缸的全行程范围内保持拉伸并使挡杆始终保持与摆臂接触的状态。所述V形杠杆为一个或两个，当为两个时，分别位于摆臂的前、后两侧且相对摆臂对称布置，两个V形杠杆的上臂分别连接在所述滚轮的两端，下臂分别连接在所述挡杆的两端。

在直线油缸驱动下所述摆臂摆上、摆下行程分别对应于所述直线油缸的正向和负向行程，所述直线油缸的负向行程优选对应并联设置两条回油路，第一条回油路上串接有转阀，第二条回油路上设有阻尼通道和用于开关此回油路的电磁阀。所述转阀的阀杆与用于实现摆臂与基座铰接的摆臂转轴之间以周向角度可调的连接方式同轴固定连接，摆臂与摆臂转轴固定连接，摆臂与阀杆在摆臂转轴的周向上的相对位置关系是：直线油缸处于接近负向行程终点的预定点时摆臂摆下到达的位置对应阀杆刚刚关闭第一条回油路的位置；而油缸继续运行到活塞杆完全伸出时，第二条回油路应处于开启状态；直线油缸处于正向行程终点时摆臂摆上到达的位置对应阀杆完全开放第一条回油路的位置，该位置通常也是负向行程摆臂向下摆动起点所对应的阀杆位置。

所述第一条回油路的两端还优选并接分支油路，所述分支油路上设有单向阀，所述单向阀的开启方向与所述直线油缸的正向行程的进油方向一致，所述第一条、第二条回油路以及分支油路的末端总出口与所述直线油缸正向行程的回油路的末端出口作为受换向阀控制的一进一出两个控制油口。

所述转阀的阀体可调固定安装在基座上，所述阀杆与转阀的阀体内沿前后方向设置的阀杆孔旋转密封配合，所述V形杠杆同轴铰接在所述摆臂转轴上，所述阀杆在轴向的中部沿周向设有多半圈（例如270度）的凹槽，阀杆孔与所述凹槽之间形成阀杆油槽，与所述凹槽正对的阀杆孔的环形内壁上设有第一油口、第二油口和第三油口；所述阀体对外设有第一进出油口和第二进出油口，并分别通过设置在阀体内的第一进出油路和第二进出油路各自连接到第一油口和第二油口，所述阀体内还设有节流阀阀芯和单向阀阀芯，分别与所述阀体构成节流阀和所述单向阀，所述节流阀的流体通道充当所述阻尼通道，所述节流阀的一端油口经第一节流油路与第一进出油路相通，所述电磁阀设在所述第一节流油路上，节流阀的另一端油口经第二节流油路连接到第三油口，所述单向阀的进油口与第二进出油路相通，单向阀的出油口与第一进出油路相通；所述第一进口油口、第一进出油路、第一油口、阀杆油槽、第二油口、第二进出油路、第二进出油口构成所述第一条回油路；所述第一进出油口、第一进出油路、第一节流油路、节流阀、第二节流油路、第三油口、阀杆油槽、第二油口、第二进出油路、第二进出油口构成所述第二条回油路；所述阀杆封堵第一油口，且第二油口和第三油口经阀杆油槽相连通的位置对应于阀杆关闭第一条回油路的位置；阀杆刚刚封闭第一油口时的位置对应阀杆刚刚关闭第一条回油路的位置。阀杆位于第一油口与第二油口之间或者位于第一油口与第三油口之间的位置对应阀杆完全开放第一条回油路的位置。

本发明的有益效果为：

用双卡爪测头取代单点测头，由于其检测出的尺寸只取决于两卡爪上两触头之间的距离，而与卡爪的绝对位置无关，因此其测量精度便不会像单点测头那样受V形体在工件上搭接的稳定性的影响，这也就意味着测量精度和稳定性会大大提高，同时也会使整体量仪的机械系统部分的设计、制造和检验的难度大为降低，从而显著降低测量装置的成本。

通过将特定结构的转阀串接在摆臂下降时的直线油缸回油路中，并使阀杆与摆臂的转轴同轴且同步回转，使摆臂下降带动V形体下落过程中在某一提前设定的特定位置时必然会因回油路被阀杆及阀体逐渐关闭而平稳地停止，因此有效避免V形体撞击工件；而在此后V形体进一步下降过程中，由于在回油路中设置了节流阀，能够有效控制V形体再次向工件靠近过程的速度，由此，很好地实现了V形体永不失灵地快速、平稳而又准确地搭接在工件上。

正是由于上述两项发明创造使得本发明在线跟随直径测量方法及装置的性能大为提高，产生了质的飞跃，同时避免了现行结构的V形体设计时的大量烦琐的计算以及制造和检验的难度。此外，由于实现了机械系统的全部自行设计、制造，打破了国外制造商的垄断，使总成本大为降低。

此外采用拨块与阀杆轴向排列、同轴布置，二者间通过螺钉紧固，拨块与摆臂转轴之间通过端面齿结构周向固定连接，实现阀杆与摆臂转轴的周向固定连接，由于所述转轴与所述阀杆之间的相对角度可以通过松开螺钉方便地无级调整（调整后锁死），因此V形体的下降停顿点可以方便无级调整。

附图说明

图1是本发明的在线跟随直径测量装置的一个实施例的结构简图；

图2是图1中转阀阀体的A-A剖视图；

图3是图1中转阀阀体的B-B剖视图；

图4是图3中转阀阀体的C-C剖视图（图示位置时V形体搭接到位）；

图5（a）是V形体脱开被加工圆柱面并处于最远位置时的阀杆方位示意图；

图5（b）是V形体摆入过程中停止时的阀杆方位示意图；

图6是单点测头的测量原理图；

图7是单点测头用在连杆颈的跟随磨削时的原理图；

图8是双卡爪测头的测量原理图。

附图标记名称：

1.限位螺钉；2.支座；3.转轴；4.气缸活塞杆；5.汽缸；6.U形连接件；7.耳环；8.转轴；9.铰链座；10.转轴；11.套；12.倾斜杆本体；13.摆臂；14.V形体；15.连杆颈；16.销轴；17.下臂；18.滑道；19.滚轮；20.上臂；21.拉簧；22.回转中心；23.阀体；24.活塞杆；25.左腔油口；26.直线油缸；27.右腔油口；28.转轴；29.油缸支座；30.调位支架；31.固定支架；32.砂轮架架体；33.砂轮主轴；34.砂轮；35.下卡爪；36.主轴颈回转中心；37.双卡爪测头；38.上卡爪；39.支承杆本体；40.油孔；41.油孔；42.节流槽；43.节流阀阀芯；44.油腔；45.油孔；46.油孔；47.电磁阀；48.油孔；49.油孔；50.油孔；51.阀杆；52.紧固螺钉；53.拨块；54.摆臂转轴；55.油孔；56.单向阀；57.节流三角槽；58.阀杆油槽；59.油孔；60.油孔；61.油孔；62.油孔；63.油孔；64.油孔；65.油孔；66.第一油口；67.第三油口；68.第二油口；69.信号线；70.单点测头；71.支架；72.触头；73.工件；74.转轴；75.双卡爪测头本体。

具体实施方式

本发明公开了一种跟随磨削中在线跟随直径测量方法，该方法是在磨削过程中使双卡爪测头的两卡爪始终弹性夹持在被加工圆柱的外径上，保留双卡爪测头的本体相对于被加工圆柱转动的自由度，让偏心回转的被加工圆柱带动所述双卡爪测头的本体随被加工圆柱作跟随运动，通过分别安装在所述两卡爪上的相对的两个位置传感器实时测量被加工圆柱的直径。从而将偏心回转状态下的在线测量转换成类似于普通外圆磨床磨削时的同心在线测量的状态。本发明所针对的被加工件包括但不限于曲轴，凡是磨削过程中涉及到偏心状态回转的待磨削圆柱面结构的零件都适用本发明。为了方便说明，下面以曲轴的连杆颈跟随磨削为例，即工件为曲轴，被加工圆柱面为连杆颈，主轴颈回转中心与机床主轴轴线重合。

如图8所示为双卡爪测头的测量原理：双卡爪测头的本体75内装有两个位置传感器，分别与上、下卡爪38、35相连，上、下卡爪各自通过转轴74铰接在测头体上，在测量时上、下卡爪上的触头72将工件73弹性夹紧，当工件外圆尺寸变动时，上、下卡爪便会相应摆动，于是测头体内的传感器便可通过控制箱发出检测的尺寸。所述测头的最大特点是其检测出的尺寸只取决于两卡爪上两触头之间的距离，而与卡爪的绝对位置无关。换言之，若在磨削中如果出现由于工件或测头体上、下移动而导致两卡爪同时向上或向下运动时，只要能保证两触头始终夹持在外圆上，则其控制箱内的一种所谓“和—差运算功能”就可以保证其测量尺寸不变。因此将此种测头装在V形体上实现在线测量，其测量精度便不会像单点测头那样受V形体在工件上搭接的稳定性的影响，这也就意味着测量精度和稳定性会大大提高，同时也会使整体量仪的机械系统部分的设计、制造和检验的难度大为降低。

磨削开始前，优选先采用V形体分两步靠近直至搭接在被加工圆柱上，第一步是使V形体减速靠近并提前停止在预定位置，第二步是使V形体从预定位置启动慢速靠近直至搭接，并保留V形体相对于被加工圆柱面转动的自由度，使V形体分两步靠近直至搭接在被加工圆柱上能有效避免V形体搭接时对工件的撞击。再以V形体所在的构件做支撑，移动所述双卡爪测头的本体，使双卡爪测头弹性夹持在被加工圆柱的外径上，然后固定住双卡爪测头的本体与所述V形体之间的连接，以使测头在之后的磨削过程中随V形体一起同步运动。磨削过程中，让偏心回转的被加工圆柱带动所述V形体作跟随运动，相当于也带着双卡爪测头的本体一起作跟随运动。磨削结束后，先以V形体所在的构件做支撑移动所述双卡爪测头的本体，使双卡爪测头脱开被加工圆柱，再使V形体脱开被加工圆柱。

关于V形体作跟随运动的实现方式，可以将被加工件作为曲柄，将V形体作为连杆构建曲柄摇杆机构来实现，磨削过程中，曲柄作为主动件整周回转，V形体相对曲柄的角度处在变化当中，但V形体在重力、弹簧力等平衡作用下，始终保持与被加工圆柱的搭接，以保证能够以曲柄摇杆机构的方式工作。磨削前和磨削后，被用作摇杆的组件先后带动V形体靠近和脱开被加工圆柱。由于磨削开始前，双卡爪测头到位后，所述双卡爪测头的本体与V形体之间变为固定连接，因此磨削过程中，双卡爪测头的卡爪也就始终保持弹性夹持在被加工圆柱上并随V形体一起做曲柄摇杆运动。

关于双卡爪测头与V形体之间的连接方式，优选将双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件铰接，在双卡爪测头的本体所在的构件和V形体所在的构件之间连接气缸，连接方式分别为与气缸的两端铰接，连接点分别在位于一端的缸体上和位于另一端的气缸活塞杆上，且这两个连接点与双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件间的铰接点均不同轴。磨削前后V形体搭接在被加工圆柱上时，通过驱动气缸活塞杆伸缩来改变测头相对V形体的位姿，也就相当于使双卡爪测头靠近或脱开被加工圆柱。磨削前，当气缸活塞杆处于一定位置时测头卡爪刚好能够弹性夹持在被加工圆柱外径上，此时利用汽缸的作用力使V形体和测头间相对固定并一直保持在磨削过程的始终，从而在被加工圆柱的带动下V形体和双卡爪测头一起同步作跟随运动。磨削后，气缸活塞杆缩回，使双卡爪测头脱开被加工圆柱并远离V形体。

磨削前后摇杆的运动优选通过液压传动实现。磨削开始前，对应于摇杆的摆动行程可以设置两条回油路并使这两条回油路依次投入工作，通过逐渐关小第一条回油路的回油面积直至使该回油路关闭实现所述第一步，即使V形体减速靠近并提前停止在预定位置；通过改换设有阻尼通道的第二条回油路实现所述第二步，即使V形体从预定位置再次启动并慢速靠近直至搭接在被加工圆柱上。

为了实现逐渐关小第一条回油路的回油面积直至使该回油路关闭的目的，本发明优选采用如下“同步关闭”的方法，即在第一条回油路上设置转阀，并使转阀的阀杆与摇杆的转轴同轴同步回转，使摇杆在带动V形体靠近被加工圆柱的过程中因同步回转的阀杆逐渐关闭第一条回油路而停止，从而实现所述第一步。“同步关闭”的方法可以准确控制V形体在接近工件的预定位置处准确而平稳地停止，此外，通过事先无级调整摇杆转轴与阀杆之间的相对角度，可以无级调整V形体提前停止的预定位置。

本发明还公开了一种基于上述测量方法的跟随磨削中在线跟随直径测量装置，图1-5所示为该装置的一个实施例。被磨削的曲轴连杆颈15围绕着主轴颈回转中心36，被磨床的床头箱带动作偏心回转，砂轮34在砂轮主轴33的带动下旋转进行磨削。该测量装置靠固定支架31（相当于所述基座的一部分）安装在机床砂轮架架体32上，固定在倾斜杆本体12下端的V形体14搭接在连杆颈15上，倾斜杆本体12与套11及铰链座9固定连接在一起构成倾斜杆，倾斜杆借转轴10与摆臂13构成回转连接。支承杆本体39通过其上部的U形连接件6（U形连接件6、支承杆本体39和支座2固定连接构成支承杆，双卡爪测头37的本体固定在支承杆本体39的下端，从而支承杆及双卡爪测头的本体可视为一体）借转轴10与摆臂13构成回转连接。汽缸5的尾端经转轴8铰接在倾斜杆上，气缸活塞杆4的伸出端经转轴3与支座2铰接，在气缸5的作用下，可使其下部的双卡爪测头37也围绕转轴10摆入或摆出（图1所示为摆入测量状态）。摆臂13的右端与摆臂转轴54固定连接并经滚动轴承支承在调位支架30（相当于所述基座的一部分）上的回转中心22处。在直线油缸26（其缸体的右端铰接在基座上）及位于其前后两端的各一个V形杠杆的上臂20、V形杠杆的下臂17（上臂和下臂两者为一体，构成所述V形杠杆）、滚轮19、销轴16（充当所述挡杆，其两端分别与两个下臂连接）等的作用下，摆臂可以围绕回转中心22上、下摆动。转阀的阀体23固定在调位支架30上，调位支架可在固定支架上作高度调整以保证V形体及测头的上卡爪38及下卡爪35与连杆颈对中。

通过结构设计（包括零件几何尺寸、相互间相对位置等）以及力平衡（包括零件自身重力和后文所述的拉簧的拉力）设计，使直线油缸驱动下的摆臂摆下行程和测头摆入行程恰好能够满足相应的要求，即直线油缸驱动摆臂摆下到行程终点时V形体恰好搭接在被加工圆柱上，且在随后的磨削过程中，无论被加工圆柱偏心回转到哪个位置，V形体都能保持搭接和随动状态。

如上所述，当磨削开始后作偏心回转的连杆颈便可带动V形体及测头作同步运转亦即跟随运动了。

所述跟随磨削中在线跟随直径测量装置在磨削前后的工作过程包括：

1、量仪卡爪卡入连杆颈

每次磨削前，首先使V形体搭接在连杆颈上（相应的液压传动过程详见后文），然后气缸5的上腔通压缩空气，下腔排气，于是活塞杆4伸出。由于气缸上腔端盖上的耳环7经销轴8与铰链座9相连，在气缸的作用下，支承杆带动测头37摆向连杆颈，其摆动的最终位置由限位螺钉1（充当所述限位结构，限位螺钉高度可调地固定在所述V形体上）决定，此后便可开始磨削。

2、测头退出连杆颈及V形体离开连杆颈

磨削结束后气控电磁阀将气缸上、下两腔的通气状态交换，气缸活塞杆4缩回，于是支承杆带动测头一起首先摆出工件。接着直线油缸也被液压站处电磁阀换向供油，即左腔供压力油，右腔回油，于是油缸的活塞杆24缩回，经固定在活塞杆24左端的滑道18、滚轮19、杠杆的上臂20、杠杆的下臂17及销轴16等的作用使摆臂向上摆动直至直线油缸后退行程结束。如此V形体及测头便被带动上升离开工件。前后两侧的拉簧21左端挂在V形杠杆的上臂20与滚轮19连接的转轴上，右端挂在固定于油缸支座29上的转轴28上，其作用是使销轴16始终与摆臂的下面保持接触，从而平衡摆臂的自重以减轻V形体对连杆颈的压力。

优选使图1所示状态（对应摆臂摆下的行程终点）时滚轮19位于滑道18的中央而不与其两侧接触，给磨削过程中V形体跟随运动时反过来带动摆臂上、下摆动留出空间，这样滚轮19左、右运动时就不会与滑道的左、右内壁相撞。

3、V形体快速下降时的降速和准确定位、搭接以及快速返回

为了避免V形体下降接搭在连杆颈上时与连杆颈相撞，在磨削开始前让V形体的下降分两步进行，第一步是V形体快速下降到预定位置时先降速缓冲再准确停止，第二步是以较慢的速度搭接到连杆颈上。

该过程是通过控制直线油缸的活塞杆的伸出速度来完成的。本实施例采用的是回油节流控制，即将此时直线油缸的活塞杆伸出时的有杆腔油口25接在所述转阀的阀体23上的接左腔的油孔50（即所述第一进出油口）上，右腔油口27经液压站处电磁阀的一个控制油口接压力油。在快速阶段，其具体回油路（即所述第一条回油路）包括油孔50、油孔49、油孔64（其靠近转阀阀杆的开口即为所述第一油口66）、阀杆51上的阀杆油槽58（阀杆油槽随阀杆的转动其位置有所变化，注意此时阀杆51处于图5（a）所示的起始位置）、油孔62（其靠近转阀阀杆的开口即为所述第二油口68）、油孔61及油孔60（即第二进出油口），油孔60与位于控制阀站上的控制电磁阀的一个输出口相连（此时为回油状态）。

由于阀杆51及拨块53被紧固螺钉52连为一体，因此，当摆臂带着V形体向下摆动时，与摆臂连为一体的摆臂转轴54上的凸键通过拨块53将带动阀杆一起逆时针（从C-C剖面看）同步旋转。当到达预定位置时阀杆上的阀杆油槽58的一个末端上的节流三角槽57将把油孔64至油孔62之间的通道逐渐关小直至关闭，即油孔50一路恰被所述阀杆51上的阀杆油槽58及所述阀体23上的油孔64所关闭，从而使V形体停止下降。由此导致摆臂带动V形体等经降速缓冲后停止在预定位置（此时阀杆51处于图5（b）所示位置）。而其具体的停止位置还可用如下办法予以调整：首先松开螺钉52，使阀杆与拨块之间处于打滑状态，如果想提高V形体的停止位置，则将阀杆逆时针旋转少许（从C-C剖面看），反之亦然。然后再紧固螺钉52进行试运转，直至调整好为止。

由于此种控制的方法不仅缓冲平稳，停止位置准确，且绝无失灵的可能，因此V形体停止的位置距连杆颈的距离可小至10mm，这是目前所采用的只用关闭电磁阀来控制停止位置的方法（此法要大于150mm）所无可比拟的。

最终搭接是这样完成的：即此时电磁阀47（板式安装在转阀阀体23的上面）通电吸合，使油孔48及油孔65经所述电磁阀47接通，油液经所述第二条回油路流动，即被封闭的油缸左腔的回油依次经接油孔50、油孔48、电磁阀47、油孔65、油孔40、油孔46、油孔45（油孔48、电磁阀47、油孔65、油孔40、油孔46、油孔45构成所述第一节流油路）、油孔41、节流槽42（构成所述阻尼通道）、油腔44、油孔63（即第二节流油路，其在转阀阀杆孔上的开口即为所述第三油口67）、阀杆油槽58、油孔62、油孔61及油孔60再经控制阀站（图中未示出）上的电磁阀流回油池。节流阀阀芯43上的节流槽42是专门用来调节V形体的最终搭接速度的。

在V形体搭接到连杆颈上后，直线油缸的活塞杆24继续向左运动到底，从而出现图1-4所示状态，即滚轮19恰好处于滑道18内长槽的中央，如此便可保证V形体返回来带动摆臂摆动时滚轮与滑道之间不会产生干涉。

直线油缸驱动使V形体向上返回时，直线油缸的左腔为进油腔，此时从控制阀站出来的油液可在V形体第二步搭接过程中所对应的阀体23内油路中反向流动，即从油孔60进入阀体，从油孔50流出阀体。然而本实施例优选设置了单向阀56（单向阀56所在油路即对应所述分支油路），以解决V形体向上快速返回时，直线油缸反向启动瞬间进油路困油的问题，即反向启动瞬间，由于节流槽42的阻尼作用导致启动缓慢的问题。为使其快速启动，直线油缸左腔的进油可通过油孔60、油孔59（即使得所述单向阀的进油口与第二进出油路相通的油路）、单向阀56、油孔55（即使得所述单向阀的出油口与第一进出油路相通的油路）直接到达油孔49及油孔50。

申请人根据本发明的方法试制了本发明所述的装置，成本不足现有的采用单点测量装置的20%，且其成本的90%消耗在购买国外测头及其电器控制箱上，因此经济效益显著提高。此外，根据磨削试验，其测量精度也比单点测头装置更稳定、更精确。

本发明所称的上下左右前后等方位名称是为了表示各零件间的相互位置关系，均以图1所示方位为参考，并不作为对单个零件所处实际方位的限定。

Claims (10)

1.一种跟随磨削中在线跟随直径测量方法，其特征在于磨削过程中使双卡爪测头的两卡爪始终弹性夹持在被加工圆柱的外径上，保留被加工圆柱相对于双卡爪测头的本体的转动自由度，让偏心回转的被加工圆柱带动所述双卡爪测头的本体随被加工圆柱作跟随运动，通过分别安装在所述两卡爪上的相对的两个位置传感器实时测量被加工圆柱的直径。

2.如权利要求1所述的跟随磨削中在线跟随直径测量方法，其特征在于磨削开始前，先采用V形体分两步靠近直至搭接在被加工圆柱上，第一步是使V形体减速靠近并提前停止在预定位置，第二步是使V形体从预定位置启动慢速靠近直至搭接，再使双卡爪测头弹性夹持在被加工圆柱的外径上并将双卡爪测头的本体固定在V形体所在的构件上；磨削结束后，先使双卡爪测头脱开被加工圆柱，再使V形体脱开被加工圆柱；将被加工件作为曲柄，将V形体所在的构件作为连杆，构建曲柄摇杆机构，磨削过程中，将曲柄作为主动件，磨削前后，将摇杆作为主动件。

3.如权利要求2所述的跟随磨削中在线跟随直径测量方法，其特征在于将双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件铰接，在双卡爪测头的本体所在的构件和V形体所在的构件之间连接气缸，连接方式分别为与气缸的两端铰接，连接点分别在位于一端的缸体上和位于另一端的气缸活塞杆上，且这两个连接点与双卡爪测头的本体所在的构件与V形体所在的构件间的铰接点均不同轴，磨削过程中，使气缸活塞杆相对缸体静止从而将双卡爪测头的本体固定在V形体所在的构件上，使双卡爪测头的本体与V形体同步作跟随运动，磨削前后，驱动气缸活塞杆伸缩使双卡爪测头靠近或脱开被加工圆柱。

4.如权利要求3所述的跟随磨削中在线跟随直径测量方法，其特征在于磨削前后摇杆的运动通过液压传动实现；磨削开始前，对应于摇杆的摆动行程设置两条回油路并使这两条回油路依次投入工作，通过逐渐关小第一条回油路的回油面积直至使回油路关闭实现所述第一步，通过改换设有阻尼通道的第二条回油路实现所述第二步。

5.如权利要求4所述的跟随磨削中在线跟随直径测量方法，其特征在于在第一条回油路上设置转阀，并使转阀的阀杆与摇杆的转轴同轴同步回转，在摇杆带动V形体靠近被加工圆柱的过程中因同步回转的阀杆逐渐关闭第一条回油路而使其停止，从而实现所述第一步。

6.一种跟随磨削中在线跟随直径测量装置，其特征在于包括基座、摆臂、倾斜杆、V形体和测头，摆臂的右端与基座铰接，摆臂的左端与倾斜杆的上端铰接，倾斜杆的下端与V形体固定连接，V形体的V形面作为用于搭接被加工圆柱面的工作表面，所述测头为双卡爪测头，所述测头通过一支承杆铰接在摆臂的左端，且其铰接点和倾斜杆与摆臂的铰接点同轴，倾斜杆和支承杆之间连接有气缸，连接方式分别为与气缸的两端铰接，连接点分别在位于一端的缸体和位于另一端的气缸活塞杆上，且气缸与倾斜杆和支承杆之间的铰接点均与倾斜杆和摆臂之间的铰接点不同轴，所述V形体上设有外伸高度可调的用于支承测头的本体的限位结构，当V形体搭接在被加工圆柱上时，支承杆摆至测头的本体并被支承于限位结构上时对应测头的两卡爪恰好能够弹性夹持在被加工圆柱的外径上的位置。

7.如权利要求6所述的跟随磨削中在线跟随直径测量装置，其特征在于在摆臂与基座的铰接点处还同轴铰接有V形杠杆，V形杠杆上铰接点在V形的根部，V形杠杆的上臂、下臂分别位于摆臂的上、下两侧，所述基座上还铰接有一直线油缸的缸体，所述直线油缸的一活塞杆的端部设有滑道，所述V形杠杆的上臂的端部设有滚轮，所述滚轮位于所述滑道内并与滑道的内壁间形成可动连接，所述下臂的端部固定设有可用以承托摆臂的挡杆，所述上臂的端部、滚轮或连接上臂与滚轮的零件上还连接拉簧的一端，所述拉簧的另一端连接在直线油缸的缸体上、直线油缸的缸体与基座铰接的转轴上或基座上，所述拉簧在直线油缸的全行程范围内保持拉伸并使挡杆始终保持与摆臂接触的状态，所述V形杠杆为一个或两个，当为两个时，分别位于摆臂的前、后两侧且相对摆臂对称布置，两个V形杠杆的上臂分别连接在所述滚轮的两端，下臂分别连接在所述挡杆的两端。

8.如权利要求7所述的跟随磨削中在线跟随直径测量装置，其特征在于直线油缸驱动下所述摆臂摆上、摆下行程分别对应于所述直线油缸的正向和负向行程，所述直线油缸的负向行程对应并联设置两条回油路，第一条回油路上串接有转阀，第二条回油路上设有阻尼通道和用于开关此回油路的电磁阀，所述转阀的阀杆与用于实现摆臂与基座铰接的摆臂转轴之间以周向角度可调的连接方式同轴固定连接，摆臂与摆臂转轴固定连接，摆臂与阀杆在摆臂转轴的周向上的相对位置关系是：直线油缸处于靠近负向行程终点的预定点时摆臂向下摆到对应阀杆刚刚关闭第一条回油路的位置，直线油缸处于负向行程终点时摆臂摆下到达的位置对应阀杆关闭第一条回油路的位置。

9.如权利要求8所述的跟随磨削中在线跟随直径测量装置，其特征在于所述第一条回油路的两端还并接有分支油路，所述分支油路上设有单向阀，所述单向阀的开启方向与所述直线油缸的正向行程的进油方向一致，所述第一条、第二条回油路以及分支油路的末端总出口与所述直线油缸正向行程的回油路的末端出口作为受换向阀控制的一进一出两个控制油口。

10.如权利要求9所述的跟随磨削中在线跟随直径测量装置，其特征在于所述转阀的阀体可调固定安装在基座上，所述阀杆与转阀的阀体内沿前后方向设置的阀杆孔旋转密封配合，所述阀杆在轴向的中部沿周向设有多半圈的凹槽，阀杆孔与所述凹槽之间形成阀杆油槽，与所述凹槽正对的阀杆孔的环形内壁上设有第一油口、第二油口和第三油口；所述阀体对外设有第一进出油口和第二进出油口，并分别通过设置在阀体内的第一进出油路和第二进出油路各自连接到第一油口和第二油口，所述阀体内还设有节流阀阀芯和单向阀阀芯，分别与所述阀体构成节流阀和所述单向阀，所述节流阀的流体通道充当所述的阻尼通道，所述节流阀的一端油口经第一节流油路与第一进出油路相通，所述电磁阀设在所述第一节流油路上，节流阀的另一端油口经第二节流油路连接到第三油口，所述单向阀的进油口与第二进出油路相通，单向阀的出油口与第一进出油路相通；所述第一进口油口、第一进出油路、第一油口、阀杆油槽、第二油口、第二进出油路、第二进出油口构成所述第一条回油路；所述第一进出油口、第一进出油路、第一节流油路、节流阀、第二节流油路、第三油口、阀杆油槽、第二油口、第二进出油路、第二进出油口构成所述第二条回油路；所述阀杆封堵第一油口，且第二油口和第三油口经阀杆油槽相连通的位置对应于阀杆关闭第一条回油路的位置；阀杆刚刚封闭第一油口时的位置对应阀杆刚刚关闭第一条回油路的位置，所述V形杠杆同轴铰接在所述摆臂转轴上。