CN106238757A - 不落轮车床全轮廓自动测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不落轮车床全轮廓自动测量方法，属于数控机床领域，采用连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓，测量点数据可在50‑800个之间进行调整，采用全圆周接触方式自动测量轮对和内侧面跳动，并根据测量数据自动确定轮对起刀位置，实现自动对刀。解决现有不落轮车床在轮对的加工过程中测量其加工结果数据值为间接比较值或依靠人工测量方式，造成被加工轮对轮缘、踏面及踏面直径的加工数据无法直接测量、网络传输、分析管理的问题。本发明可用于高速动车、铁路列车、城市轻轨列车及地铁列车轮对的不落轮轮对加工前与加工后结果数据测量、网络传输和分析管理，提高轮对几何精度和加工效率，保证列车运行平稳度。

Description

不落轮车床全轮廓自动测量方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及数控车床技术领域，具体而言，涉及一种不落轮车床全轮廓自动测量方法。

背景技术

我国铁路运输系统已经进了几次大面积提速，高速铁路运营占比大幅度扩大，运营里程稳居世界第一。由于高速铁路发展时间短、速度快，普速列车、地铁列车运用量巨大，维护装备相对落后，因此高速列车、动车组、机车、客货车车辆、地铁列车、城市轻轨列车的运输安全面临许多新的课题，其中高速列车轮对加工的几何精度，直接关系高速列车运行品质和乘坐舒适度等运行平稳度；特别是几何精度不合格的轮对运行，严重威胁人民群众的生命安全和国家财产安全。

现有的不落轮车床加工轮对采用轮形样板、轮径尺等测量工具人工对该轮对轮缘、踏面及直径进行测量；或者部分车床设置有测量装置的，也只是有针对性地设置了4-5个测量点，定点测量轮缘厚、内侧距、踏面及直径数据值。这样测量所得的数据值仅仅是几个“点”的值，不是车床全轮廓的“全覆盖”值，其准确度不全面、也不高，因而不能有效地配合提高车床加工轮对的几何精度。

本发明代之采用的不落轮车床全轮廓的自动测量的方法，通过全自动测量装置的水平(Z向)方向滑动位移和垂直(X向)方向滑动位移组成的坐标系；结合轮对的自动旋转，可持续测量轮对全轮廓50-800个点，完成对轮对的轮廓、轮缘高度、轮缘厚度、磨耗量及Qr值的测量；该测量方法经车床强大的数控系统运算，可显示出全面准确的数据值，有力地配合车床提高轮对加工几何精度，以适应我国高速铁路发展要求，特别是确保我国动车组列车、高速列车的运行安全，降低或杜绝人民群众生命和财产损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不落轮车床全轮廓自动测量方法，采用连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓，测量点数据可在50-800个之间进行调整，采用全圆周接触方式自动测量轮对和内侧面跳动，并根据测量数据自动确定轮对起刀位置，实现自动对刀；以达到列车轮对的不落轮轮对加工前与加工后结果数据测量、网络传输和分析管理、实现了车床加工管理自动化、提高轮对加工几何精度和效率、保证列车运行平稳度的目的，解决现有不落轮车床在不解体轮对和带轴箱轮对的加工过程中测量其加工结果数据值为间接比较值或依靠人工测量的方式，造成被加工轮对轮缘、踏面及踏面直径的加工数据无法直接快捷地精确测量、网络传输和分析管理的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种不落轮车床全轮廓自动测量方法，包括车轮轮对、机床、以及位于机床上的X、Z向坐标，其特征在于，采用驱动装置、回位装置、X、Z向线性位移传感器直线尺、X、Z向精密直线导轨副、盘型接触轮、可弹性压缩测量头以及数控系统以组成不落轮车床的全轮廓自动测量装置，本发明的不落轮车床全轮廓自动测量方法采用连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓，测量点数据可在50-800个之间进行调整，采用全圆周接触方式自动测量轮对和内侧面跳动，并根据测量数据自动确定轮对起刀位置，实现自动对刀；具体包括以下内容：

(1)X向线性位移传感器直线尺定位在X向精密直线导轨副上，Z向线性位移传感器直线尺定位在Z向精密直线导轨副上；

(2)Z向运动：全轮廓自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使位于全轮廓自动测量装置的测量头移动至车轮轮对的Z向测量点对应位置上；

X向运动：测量头在机床的X向精密直线导轨副上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使测量头移动至车轮轮对的X向测量点对应位置上；

通过全轮廓自动测量装置在X、Z两个方向上的运动，使测量头与车轮轮对的测量位置相接触，测量头完成数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

(3)数控系统将接收的测量数据进行处理，运算出车轮轮对直径、踏面跳动、轮廓、轮缘高度、轮缘厚度、磨耗量及Qr值，通过屏幕显示及远程网络传输、打印测量结果。

进一步地，所述的测量头包括盘型接触轮和可弹性压缩测量头；

其中：测量轮对直径时，盘型接触轮抵住轮对，并跟随轮对同时旋转，通过测量轮对的周长来计算出轮对的直径；

在轮对旋转的同时，由轮缘顶部向轮对外侧移动，通过测量轮对的周长来计算出轮对的直径以及可连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓；位于机床上的车轮轮对做高速转动，机床带动刀架拖板使全轮廓自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，此过程中Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮位移至车轮轮对的测量点对应位置上；数控系统接收到反馈信息后，控制驱动装置使盘型接触轮在机床的X向精密直线导轨副上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮与车轮轮对的测量位置相接触，车轮轮对带动盘型接触轮转动，盘型接触轮完成数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

测量轮对内侧面时，可弹性压缩测量头始终贴靠轮对内侧面，在轮对旋转的状态下测量内侧面全圆周的跳动量，使跳动值真实可信；

数控系统控制驱动装置使全轮廓自动测量装置在机床的X向精密直线导轨副上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮脱离轮对车轮的轮廓踏面；机床带动刀架拖板使全轮廓自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，此过程中Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，使可弹性压缩测量头位移与车轮轮对的内侧面相贴靠的位置，可弹性压缩测量头完成数据测量后，通过回位装置使可弹性压缩测量头复位，并将测量数据反馈到数控系统；

测量轮廓磨耗及轮廓时，盘型接触轮始终抵住轮对轮廓，在轮对旋转的同时，由轮缘顶部向轮对外侧移动，可连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓；

所述测量头在与轮对受力接触且轮对旋转的情况下工作时，测量结果不会受表面质量、污染物影响，测量数据精准。

进一步地，所述的全轮廓自动测量装置位于机床的刀架拖板上；所述Z向运动通过机床的刀架拖板完成，所述X向运动通过驱动装置完成。

进一步地，所述的测量头包括盘型接触轮和可弹性压缩测量头。

进一步地，所述全轮廓自动测量装置完成所述Z向运动后，使测量头的盘型接触轮移动至车轮轮对的Z向测量点对应位置上，数控系统接收到反馈信息后，数控系统使驱动装置进行所述X向运动，使测量头的盘型接触轮与车轮轮对的测量位置相接触，车轮轮对带动盘型接触轮转动，盘型接触轮完成车轮轮对的轮廓数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

所述驱动装置完成所述X向运动后，使测量头的可弹性压缩测量头移动至车轮轮对的X向测量点对应位置上，数控系统接收到反馈信息后，数控系统使机床的刀架拖板带动全轮廓自动测量装置进行所述Z向运动，使测量头的可弹性压缩测量头与车轮轮对内侧面的测量位置相贴靠，可弹性压缩测量头完成车轮轮对的内侧面数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

进一步地，所述全轮廓自动测量装置的外部设有防护罩盒，防护罩盒的顶部设有活动门，活动门连接有液压缸。

本发明还提供了一种不落轮车床的全轮廓自动测量装置，包括刀架拖板，其特征在于，所述刀架拖板上设有X向精密直线导轨副和Z向精密直线导轨副，X向精密直线导轨副上滑动设置有滑座，滑座上固定连接有固定块，固定块的X轴方向上设有驱动装置，固定块上设有Z向精密直线导轨副，Z向精密直线导轨副滑动设置有滑块，滑块上设有支架，支架连接有回位装置，支架的一端设有支架座孔，支架座孔固定连接有码盘固定体和轴承套，所述码盘固定体上设有编码器，轴承套的两侧分别设有盘型接触轮和可弹性压缩测量头。

进一步地，所述回位装置包括位于固定块上的Z向轴杆，所述Z向轴杆与支架滑动连接且Z向轴杆上套设有复位弹簧，复位弹簧的一端抵在支架上，另一端抵在固定块上。

进一步地，所述的驱动装置设为液压油缸或气缸。

采用本发明具有如下优点：

1、解决现有不落轮车床在不解体轮对和带轴箱轮对的加工过程中测量其加工结果数据值为间接比较值或依靠人工测量方式问题，解决了被加工轮对轮缘、踏面及踏面直径的加工数据无法直接地快捷精确测量、又不能通过网络传输加以分析管理的问题；

2、配合单轴不落轮车床或双轴不落轮车床加工过程，本发明的车床全轮廓自动测量的方法对被加工轮对加工前的精度状态和加工后的精度状态都可“直映”显示出来，有利于精确地提高轮对加工质量和外形几何精度，为列车的行车安全、高速动车组走行部轮轨关系的改善拓展新的研究领域，并最终为我国高铁维护车床设备标准制定作出贡献；

3、本发明可以广泛应用于铁路列车、动车组、城市轻轨列车及地铁列车的车床轮对加工过程中。本发明的车床全轮廓自动测量的方法融合于车床机械电子技术，测量传感技术、数字控制技术、计算机信息处理技术和接口技术实现了不落轮车床的自动化加工，实时在线。

附图说明

图1是本发明提供的不落轮车床的全轮廓自动测量装置的结构示意图；

图2是本发明提供的不落轮车床的全轮廓自动测量装置的结构示意图的A向视图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明提供的不落轮车床全轮廓自动测量方法，均可用于单轴或双轴不落轮车床设计、制造，以填补车床加工测量方法的空白，提高车床的自动化程度和加工效率；本发明提供的不落轮车床全轮廓自动测量方法，包括车轮轮对、机床、以及位于机床上的X、Z向坐标，其特征在于，采用驱动装置2、回位装置、X、Z向线性位移传感器直线尺、X、Z向精密直线导轨副、盘型接触轮7、可弹性压缩测量头6以及数控系统以组成不落轮车床的全轮廓自动测量装置，本发明的不落轮车床全轮廓自动测量方法采用连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓，测量点数据可在50-800个之间进行调整，采用全圆周接触方式自动测量轮对和内侧面跳动，并根据测量数据自动确定轮对起刀位置，实现自动对刀；具体包括以下内容：

(1)不落轮车床的全轮廓自动测量装置固定于机床的刀架拖板1上，X向线性位移传感器直线尺通过机床的X向坐标定位在X向精密直线导轨副14上，Z向线性位移传感器直线尺通过机床的Z向坐标定位在Z向精密直线导轨副12上；

(2)Z向运动：全轮廓自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使位于全轮廓自动测量装置的测量头移动至车轮轮对的Z向测量点对应位置上；

X向运动：测量头在机床的X向精密直线导轨副上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使测量头移动至车轮轮对的X向测量点对应位置上；

通过全轮廓自动测量装置在X、Z两个方向上的运动，使测量头与车轮轮对的测量位置相接触，测量头完成数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

(3)所述的数控系统具有较强的车床抗干扰能力；数控系统将接收的测量数据进行处理，运算出车轮轮对直径、踏面跳动、轮廓、轮缘高度、轮缘厚度、磨耗量及Qr值，通过屏幕显示及远程网络传输、打印测量结果。

测量车轮轮对直径和轮廓磨耗及轮廓时，盘型接触轮7抵住车轮轮对，在车轮轮对旋转的同时，由车轮轮对的轮缘顶部向车轮轮对外侧移动，通过测量车轮轮对的周长来计算出车轮轮对的直径以及可连续接触扫描方式测量车轮轮对踏面的实际轮廓；

位于机床上的车轮轮对做高速转动，机床带动刀架拖板1使自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，此过程中Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮7位移至车轮轮对的测量点对应位置上；数控系统接收到反馈信息后，控制驱动装置2使盘型接触轮7在机床的X向精密直线导轨副14上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮7与车轮轮对的测量位置相接触，车轮轮对带动盘型接触轮7转动，盘型接触轮7完成数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

测量车轮轮对内侧面时，可弹性压缩测量头6始终贴靠车轮轮对内侧面，在车轮轮对旋转的状态下测量内侧面全圆周的跳动量，使跳动值真实可信；

数控系统控制驱动装置2使自动测量装置在机床的X向精密直线导轨副14上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，使盘型接触轮7脱离轮对车轮的轮廓踏面；机床带动刀架拖板1使自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，此过程中Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，使可弹性压缩测量头6位移到与车轮轮对的内侧面相贴靠的位置，可弹性压缩测量头6完成数据测量后，通过回位装置使可弹性压缩测量头6复位，并将测量数据反馈到数控系统。

驱动装置2、盘型接触轮7以及可弹性压缩测量头6均与数控系统电连接，数控系统接收到反馈信息后做出相应的动作，完成车轮轮对的数据测量。

全轮廓自动测量装置的外部设有防护罩盒11，防止了铁屑、尘埃的侵入，防护罩盒11的顶部设有活动门，活动门连接有液压缸或气缸，其动作由液压油缸或气缸控制，该活动门的开启、关闭与测量头7伸出、缩回节奏同步。

盘型接触轮7和可弹性压缩测量头6在与轮对受力接触，且轮对旋转的情况下工作，测量结果不会受表面质量、污染物影响，测量数据精准；

图1、图2还提供了一种不落轮车床的全轮廓自动测量装置的结构示意图，包括刀架拖板1，其特征在于，所述刀架拖板1上设有X向精密直线导轨副14和Z向精密直线导轨副12，X向精密直线导轨副14上滑动设置有滑座13，滑座13上固定设置有固定块9，固定块9的X轴方向上设有驱动装置2，固定块9上设有Z向精密直线导轨副12，Z向精密直线导轨副12滑动设置有滑块10，滑块10上设有支架4，支架4连接有回位装置，支架4的一端设有支架座孔，支架座孔固定连接有码盘固定体和轴承套16，所述码盘固定体上设有编码器，所述编码器是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，编码器用于记录盘型接触轮7和可弹性压缩测量头6的跳动位移变量、角位移变量、周向位移变量等，运算出车轮轮对直径、踏面跳动、轮廓、轮缘高度、轮缘厚度、磨耗量及Qr值，轴承套16的两侧分别设有盘型接触轮7和可弹性压缩测量头6。

回位装置包括位于固定块9上的Z向轴杆15，所述Z向轴杆15与支架4滑动连接且Z向轴杆15套设有复位弹簧，复位弹簧的一端抵在支架4上，另一端抵在固定块9上；

驱动装置2设为液压油缸或气缸作为本发明的具体实施例的一种优选方案。

自动测量装置的垂直X向精密直线导轨副14固定在车床刀架部分刀架拖板1上(即X向)，滑座13位于该X向精密直线导轨副14上，这样，X向滑座13可沿垂直方向(X向)任意滑动位移；水平方向(Z向)精密导轨副12固定在X向滑座13上，而Z向支架4位于该精密直线导轨副12上，这样，Z向支架4可沿水平方向(Z向)任意滑动位移；综合起来，就形成了该测量方法所需的垂直(X向)方向、水平(Z向)方向平面坐标系。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不落轮车床全轮廓自动测量方法，包括车轮轮对、机床、以及位于机床上的X、Z向坐标，其特征在于，采用驱动装置、X、Z向线性位移传感器直线尺、X、Z向精密直线导轨副、测量头以及数控系统以组成不落轮车床的全轮廓自动测量装置，本发明的不落轮车床全轮廓自动测量方法采用连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓，测量点数据可在50-800个之间进行调整，采用全圆周接触方式自动测量轮对和内侧面跳动，并根据测量数据自动确定轮对起刀位置，实现自动对刀；具体包括以下内容：

(1)X向线性位移传感器直线尺定位在X向精密直线导轨副上，Z向线性位移传感器直线尺定位在Z向精密直线导轨副上；

(2)Z向运动：全轮廓自动测量装置在机床的Z轴方向上移动，Z向线性位移传感器直线尺将Z向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使位于全轮廓自动测量装置的测量头移动至车轮轮对的Z向测量点对应位置上；

X向运动：测量头在机床的X向精密直线导轨副上移动，X向线性位移传感器直线尺将X向的位置信息反馈到数控系统，数控系统接收到反馈信息后，使测量头移动至车轮轮对的X向测量点对应位置上；

通过全轮廓自动测量装置在X、Z两个方向上的运动，使测量头与车轮轮对的测量位置相接触，测量头完成数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

(3)数控系统将接收的测量数据进行处理，运算出车轮轮对的各项参数，通过屏幕显示及远程网络传输、打印测量结果。

2.根据权利要求1所述的不落轮车床全轮廓自动测量方法，其特征在于，所述的测量头包括盘型接触轮和可弹性压缩测量头；

其中：测量轮对直径时，盘型接触轮抵住轮对，并跟随轮对同时旋转，通过测量轮对的周长来计算出轮对的直径；

测量轮对内侧面时，可弹性压缩测量头始终贴靠轮对内侧面，在轮对旋转的状态下测量内侧面全圆周的跳动量，使跳动值真实可信；

测量轮廓磨耗及轮廓时，盘型接触轮始终抵住轮对轮廓，在轮对旋转的同时，由轮缘顶部向轮对外侧移动，可连续接触扫描方式测量轮对踏面的实际轮廓。

3.根据权利要求1所述的不落轮车床全轮廓自动测量方法，其特征在于，所述的全轮廓自动测量装置位于机床的刀架拖板上；所述Z向运动通过机床的刀架拖板完成，所述X向运动通过驱动装置完成。

4.根据权利要求1或2或3所述的不落轮车床全轮廓自动测量方法，其特征在于，所述的全轮廓自动测量装置完成所述Z向运动后，使测量头的盘型接触轮移动至车轮轮对的Z向测量点对应位置上，数控系统接收到反馈信息后，数控系统使驱动装置进行所述X向运动，使测量头的盘型接触轮与车轮轮对的测量位置相接触，车轮轮对带动盘型接触轮转动，盘型接触轮完成车轮轮对的轮廓数据测量，并将测量数据反馈到数控系统；

所述驱动装置完成所述X向运动后，使测量头的可弹性压缩测量头移动至车轮轮对的X向测量点对应位置上，数控系统接收到反馈信息后，数控系统使机床的刀架拖板带动自动测量装置进行所述Z向运动，使测量头的可弹性压缩测量头与车轮轮对内侧面的测量位置相贴靠，可弹性压缩测量头完成车轮轮对的内侧面数据测量，并将测量数据反馈到数控系统。

5.根据权利要求1所述的不落轮车床全轮廓自动测量方法，其特征在于，所述的驱动装置和测量头均与数控系统电连接。

6.据权利要求1所述的不落轮车床全轮廓自动测量方法，其特征在于，所述自动测量装置的外部设有防护罩盒，防护罩盒的顶部设有活动门，活动门连接有液压缸。

7.一种不落轮车床的全轮廓自动测量装置，包括刀架拖板，其特征在于，所述刀架拖板上设有X向精密直线导轨副和Z向精密直线导轨副，X向精密直线导轨副上滑动设置有滑座，滑座上固定设置有固定块，固定块的X轴方向上设有驱动装置，固定块上设有Z向精密直线导轨副，Z向精密直线导轨副滑动设置有滑块，滑块上设有支架，支架连接有回位装置，支架的一端设有支架座孔，支架座孔固定连接有码盘固定体和轴承套，所述码盘固定体上设有编码器，轴承套的两侧分别设有盘型接触轮和可弹性压缩测量头。

8.根据权利要求7所述的不落轮车床的全轮廓自动测量装置，其特征在于，所述回位装置包括位于固定块上的Z向轴杆，所述Z向轴杆与支架滑动连接且Z向轴杆套设有复位弹簧，复位弹簧的一端抵在支架上，另一端抵在固定块上。

9.根据权利要求7所述的不落轮车床的全轮廓自动测量装置，其特征在于，所述的驱动装置设为液压油缸或气缸。