CN105057727A - 一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法及其系统。本发明火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法包括定位基准孔位置的确定步骤：(a)采用线轮廓传感器测量获取车轴毛坯断面的轮廓数据；(b)根据所获取的轮廓数据拟合出车轴毛坯的三维轮廓，从而得出其中心轴线，所述中心轴线在所述车轴毛坯断面的位置即为定位基准孔位置。本发明避免了由于火车车轴锻造毛坯车削加工定位基准不准确而导致的废品率，提高了车轴加工的合格率。

Description

一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法及其系统
技术领域
本发明属于加工检测领域，更具体地，涉及一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法及其系统。
背景技术
火车车轴从锻造毛坯到成品车轴的基本加工过程为热处理、锯切端面、钻中心孔、车削加工等。车削加工前首先要在车轴毛坯两端面钻中心孔，作为整个加工过程中的定位基准，其定位精度直接影响车轴锻造毛坯能否加工成成品车轴。火车车轴锻造毛坯是由五个圆柱体组成的阶梯轴，钻孔时在车轴毛坯的两个轴颈圆柱位置进行装夹定位，车轴毛坯固定不动，钻头沿轴向钻孔作为后续车削加工的定位基准孔。这种确定定位基准的方法要求车轴毛坯装夹位置的两个圆柱体的圆柱度、尺寸公差、以及构成车轴毛坯的五个圆柱体的同轴度基本一致。
目前，火车车轴毛坯均依靠锻造生产，且多数是采用自由锻造液压机生产。在车轴毛坯锻造过程中，锻件上的每个圆柱体的直径尺寸可由锻造液压机的尺寸控制系统控制在±1～2mm之间，但不同圆柱体之间的相对位置则需要人工操纵操作机的夹持机构进行调节，最终导致车轴毛坯五个圆柱体的轴线通常不在一条线上，钻孔时装夹位置上的两个圆柱体的圆柱度、尺寸公差也都存在一定的差别。因此，按目前依靠工人经验，通过肉眼粗略观察确定车轴毛坯端面中心的方法钻出来的定位基准孔，其位置与车轴毛坯的实际中心位置存在一定的偏差，导致车轴毛坯各部分原定的单边加工余量发生变化，使一些实际能加工成成品车轴的毛坯不能加工为合格产品。为了保证车轴加工的合格率，车轴毛坯通常留有10mm以上的单边加工余量，但由于车削加工定位基准的偏差，仍有一定数量的车轴毛坯无法车削成成品车轴，给生产企业带来了一定的损失。同时，由于无法精确确定车削加工定位基准，为保证车削加工合格率而在车轴毛坯上采用较大加工余量的方法也造成了很大的材料浪费和后续加工成本。此外，在目前的加工过程中，没有有效手段判断车轴锻造毛坯形状是否合格，无法避免后续不必要的加工工序，造成工时浪费。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法，通过采用传感器获取轮廓数据，再将该数据拟合得到定准基准孔的位置，由此解决现有技术无法精确确定车削加工定位基准、无法避免后续不必要的加工工序、造成工时浪费等技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法，包括定位基准孔位置的确定步骤：(a)获取车轴毛坯断面的轮廓数据；(b)根据所获取的轮廓数据拟合出车轴毛坯的三维轮廓，从而得出其中心轴线，所述中心轴线在所述车轴毛坯断面的位置即为定位基准孔位置。
优选地，步骤(a)中采用两个线轮廓传感器，沿车轴毛坯轴向连续移动测量，一次性扫描获取三维轮廓数据。
优选地，步骤(b)的具体步骤为：采用径向误差法剔除环境误差点，选择有效点以最小二乘法拟合断面的圆弧轮廓以及轮廓中心，再对各个断面圆弧轮廓中心基于最小二乘法进行空间直线的拟合，从而得到车轴毛坯中心轴线。
优选地，还包括，控制系统和微调机构；所述控制系统用于控制钻头位置，所述微调机构用于调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。
本发明的另一个方面提供了一种实现上述的方法的系统，所述系统包括：轮廓扫描机构和拟合模块；所述轮廓扫描机构，用于采集车轴毛坯断面轮廓数据，并将所述轮廓数据传送给拟合模块；拟合模块，用于根据所获取的轮廓数据拟合出所述车轴毛坯的三维轮廓。
优选地，所述轮廓扫描机构中包括两个线轮廓传感器，伺服电机和传动机构；其中，两个线轮廓传感器分别布置在火车车轴锻造毛坯的上方和旁侧，所述伺服电机带动所述传感器沿传动机构移动，对车轴毛坯断面进行扫描，采集车轴毛坯断面轮廓数据。
优选地，还包括，控制系统和微调机构；所述控制系统用于根据拟合模块的输出结果控制钻头位置，所述微调机构用于根据控制系统的输出的钻头位置调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。
优选地，还包括，固定装置，用于固定所述锻造毛坯车轴使其不可移动。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过采集车轴毛坯断面轮廓的数据，根据数据拟合出中心轴线在车轴毛坯断面的位置来确定毛坯的定位基准孔，避免了由于火车车轴锻造毛坯车削加工定位基准不准确而导致的废品率，提高了车轴毛坯的材料用率。
(2)本发明采用两个或两个以上的线轮廓传感器，可一次性扫描获取三维轮廓数据，获取的数据更加全面，提高了测量结果的准确度；另外，在本发明中使用径向误差法结合最小二乘法提高了算法拟合程度，确保了中心轴线确定的准确性，使得在整个车削加工过程中车轴毛坯的各个加工面分配到最合理的加工余量，提高了车轴加工的合格率。
(3)本发明对车轴毛坯三维轮廓的拟合重建可清晰判断车轴毛坯是否能加工为合格车辆，避免了对不合格毛坯进行后续不必要的加工工序，造成工时浪费。
附图说明
图1是本发明的火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法的流程图；
图2是本发明的测量装置示意图。
图3是本发明中轮廓扫描机构测量示意图。
图中：1为上方线轮廓传感器，2、旁侧线轮廓传感器，3为锻造毛坯车轴，4为固定装置，5为微调机构，6为伺服电机，7为传动机构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法，包括定位基准孔位置的确定步骤：(a)采用线轮廓传感器测量获取车轴毛坯断面的轮廓数据；(b)根据所获取的轮廓数据拟合出其中心轴线，所述中心轴线在所述车轴毛坯断面的位置即为定位基准孔位置。
其中，为了提高测量结果的准确度，步骤(a)中采用两个或两个以上线轮廓传感器，沿车轴毛坯轴向连续移动测量，一次性扫描获取三维轮廓数据。优选采用两个线轮廓传感器，布置在车轴上方和旁侧，两个传感器夹角优选90°，在该角度下结果更加精确。
步骤(b)的具体步骤为：采用径向误差法剔除环境误差点，选择有效点以最小二乘法拟合断面的圆弧轮廓以及轮廓中心，再对各个断面圆弧轮廓中心基于最小二乘法进行空间直线的拟合，从而得到车轴毛坯中心轴线。其中，车轴毛坯三维轮廓的拟合重建可清晰判断车轴毛坯是否为合格车轴，避免了对不合格毛坯进行后续不必要的加工工序，造成工时浪费。
其中，还包括，控制系统和微调机构；所述控制系统用于控制钻头位置，所述微调机构用于调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。
本发明的另一个方面提供了一种实现上述的方法的系统，所述系统包括：轮廓扫描机构，用于采集车轴毛坯断面轮廓数据；拟合模块，用于根据所获取的轮廓数据拟合出所述车轴毛坯断面的中心轴线。其中，所述轮廓扫描机构中包括两个线轮廓传感器，伺服电机和传动机构，其中，两个线轮廓传感器分别布置在火车车轴锻造毛坯的上方和旁侧，所述伺服电机带动所述传感器沿传动机构移动，实现测量目的。
该系统还包括，控制系统、微调机构和固定装置；所述控制系统用于控制钻头位置，所述微调机构用于调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。所述固定装置，用于固定所述锻造毛坯车轴使其不可移动。
下面结合附图2，对本发明最优选的实施例作进一步的详细说明。如图2所示，锻造毛坯车轴3在轴颈位置采用夹紧装置4固定，固定后不可移动，由伺服电机6带动测量机构沿传动机构7移动，两个传感器1、2交叉测量，连续扫描采集车轴毛坯断面轮廓信息，一次性获取轮廓数据。根据测量机构采集的车轴毛坯三维轮廓数据，在计算机中拟合其断面圆弧轮廓以及轮廓中心，由各轮廓中心拟合车轴毛坯中心轴线，确定中心轴线在车轴端面的位置，由控制系统控制钻头位置微调机构5调整钻头至测量位置进行钻孔，作为后续车削加工过程中的定位基准。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火车车轴锻造毛坯车削加工基准定位方法，其特征在于，包括定位基准孔位置的确定步骤：(a)获取车轴毛坯断面的轮廓数据；(b)根据所获取的轮廓数据拟合出车轴毛坯的三维轮廓，从而得出其中心轴线，所述中心轴线在所述车轴毛坯断面的位置即为定位基准孔位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中采用两个线轮廓传感器，沿车轴毛坯轴向连续移动测量，一次性扫描获取三维轮廓数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)的具体步骤为：采用径向误差法剔除环境误差数据，选择有效点以最小二乘法拟合断面的圆弧轮廓以及轮廓中心，再对各个断面圆弧轮廓中心基于最小二乘法进行空间直线的拟合，从而得到车轴毛坯中心轴线。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括钻孔步骤，调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。
5.一种实现如权利要求1-4任一项所述的方法的系统，其特征在于，所述系统包括：轮廓扫描机构和拟合模块；所述轮廓扫描机构，用于采集车轴毛坯断面轮廓数据，并将所述轮廓数据传送给拟合模块；拟合模块，用于根据所获取的轮廓数据拟合出所述车轴毛坯的三维轮廓。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述轮廓扫描机构中包括两个线轮廓传感器，伺服电机和传动机构；其中，两个线轮廓传感器分别布置在火车车轴锻造毛坯的上方和旁侧，所述伺服电机带动所述传感器沿传动机构移动，对车轴毛坯断面进行扫描，采集车轴毛坯断面轮廓数据。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括，控制系统和微调机构；所述控制系统用于根据拟合模块的输出结果控制钻头位置，所述微调机构用于根据控制系统的输出的钻头位置调整钻头至所述定位基准孔位置进行钻孔。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括，固定装置，用于固定所述锻造毛坯车轴。
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