CN106734386B - 一种轴类零件检测矫直机及矫直方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴类零件检测矫直机及矫直方法，包括控制台和矫直机本体，矫直机本体包括固定工作台和移动主机架，移动主机架能够在固定工作台上沿X轴进行移动，并且能将这一数据反馈给控制台，移动主机架上设有矫直液压缸，能够对工件进行矫直；其后侧设有可在Y轴上运动的后托架，后托架上设有测量液压缸，测量液压缸下方设有测量滚轮；在移动主机架和测量液压缸上分别设有测量Y轴移动量和Z轴移动量的位移传感器，位移传感器能够将这一信息传递给控制台。本发明能够在同一台设备、同一工位、同一安装基准上进行工件的检测和矫直；在对工件进行直线度检测时，能够在三维尺度上对工件进行检测，减小测量误差。

Description

一种轴类零件检测矫直机及矫直方法

(一)技术领域

本发明涉及矫直机技术领域，特别是涉及一种轴类零件检测矫直机及矫直方法。

(二)背景技术

随着工业技术的快速发展，重型机械设备、大型轮船、发电机(包括汽轮机、风力发电机、核电)、军品等对高品质大型轴类锻件的需求量越来越大。高品质锻件的含意包括：①高的材料机械性能②高的尺寸、形状精度。也就意味着在保证材料机械性能的同时还要减少材料的加工量，以节省资源、节约成本、降低能耗。

大型轴类锻件大都采用热锻法获得，材料热锻后在高温下进行检测→矫直→再检测→再矫直，直到满足锻件直线度要求为止。

目前对大型高温锻件的检测方法主要有两种：①采用无接触激光测距传感器。具体方法有脉冲法、干涉法、相位法等。脉冲法的测量尺寸范围大，从几十米到上千万米，但精度低，量级为米；干涉法的测量精度高但测量尺寸范围小，量级为厘米；激光相位比较法测量精度为±2mm，重复精度为0.5mm，测量尺寸范围和精度都比较适合锻件类毛胚，也易于实现检测和矫直在同一台设备上完成，但这种测量方法容易受蒸汽、粉尘、雾气等的影响，同时高温锻件表面的氧化皮也会影响测量的实际尺寸，因此这种方法也存在明显不足。②采用接触式测量方法。这种测量方法可靠性、准确度较高，在实际应用中较为广泛。方法是锻件置于测量台上，千分表或测量仪的测头沿锻件X轴移动测出母线上各点的Z向坐标值，将获得一组X、Z值。然后再转动锻件选择另一条母线进行检测，按需要获得n条母线的检测表。当母线是三维空间弯曲时这种测量方法就无法准确表达了或者说产生的测量误差较大。

目前采用接触式测量方法时检测和矫直分别在两台设备上进行。检测多为人工操作、矫直也是凭操作员经验进行。具体做法是工件先在检测台进行直线度检测、标定→然后移到矫直机矫直→矫直完再移到检测台进行检测、标定→再矫直，多次重复直到合格为止。这个过程中如果锻件温度降低还需要多次重新回炉加热后再进行矫直。这样存在的问题：①由于检测和矫直分别在两台设备上进行，其基准无法准确统一，必然产生较大的位置误差。②锻件在两台设备间来回搬运造成工作时间长、效率低。③由于检测、矫直时间长造成锻件温度的降低，锻件需要多次重新回炉加热，造成大量的锻件氧化皮损耗和能量消耗。④多次回炉后材料性能不稳定，对质量影响较大。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在同一台设备、同一工位、同一安装基准上进行工件的检测和矫直；在对工件进行直线度检测时，能够在三维尺度上对工件进行检测，减小测量误差的轴类零件检测矫直机及矫直方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种轴类零件检测矫直机，包括控制台和矫直机本体，所述的矫直机本体包括一固定工作台和移动主机架；在所述的固定工作台的一端设有第一电机，第一电机为伺服电机或步进电机；在第一电机的右侧设有一夹钳，夹钳通过旋转机构与第一电机相连，第一电机能够为夹钳在其轴向上的转动提供动力；在夹钳右侧的固定工作台上设有若干个支撑块；在所述的固定工作台的后侧或前后两侧沿固定工作台的长度方向设有第一滑槽，所述的移动主机架上设有与第一滑槽相配合的滑动机构；在移动主机架的一侧设有第二电机，第二电机为伺服电机或步进电机，第二电机通过传动机构与移动主机架相连，第二电机能够为移动主机架沿设于固定工作台上的第一滑槽进行左右滑动提供动力；在移动主机架上设有一矫直液压缸，矫直液压缸的活塞杆底部设有矫直机压头，矫直机压头的中心线与各支撑块的对中面处于同一平面上；在矫直液压缸的活塞杆上设有用于测量矫直机压头位移量的第一位移传感器；在所述的移动主机架的右侧水平设有第一导轨，在移动主机架的右侧设有与第一导轨相配合的后托架，后托架能够沿第一导轨进行运动；在移动主机架的右侧设有用于测量后托架位移量的第三位移传感器；在后托架的右侧设有测量液压缸，测量液压缸的活塞杆底部设有能够在竖直方向上随着工件的上下起伏而进行竖直方向上的位移的测量滚轮，在测量液压缸的活塞杆上设有用于测量测量滚轮位移量的第二位移传感器；在移动主机架上设有用于测量工件温度的温度传感器；所述的第一电机、第二电机、矫直液压缸、测量液压缸、温度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器分别与控制台电连接。

优选的，所述的支撑块为V型支撑块。

优选的，所述的矫直液压缸为伺服油缸。

优选的，所述的测量滚轮呈中间凹陷，两端凸起设置，测量滚轮的凹陷部的半径与工件的横截面的半径相同，测量滚轮凹陷部的曲率与工件横截面曲率相同，测量滚轮的凹陷部能够与工件的表面相贴合。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在所述的移动主机架的左侧水平设有第二导轨，在移动主机架的左侧设有与第二导轨相配合的前托架，前托架能够沿第二导轨进行运动；在前托架的左侧设有氧化皮清理液压缸，氧化皮清理液压缸的活塞杆底部设有钢刷；氧化皮清理液压缸与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在前托架的底部设有一喷气嘴，在移动主机架上设有空气泵，喷气嘴通过管道与空气泵的出气口相连；空气泵与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在固定工作台上设有辅助支撑块，在辅助支撑块内设有升降液压缸；在升降液压缸的活塞杆上设有用于测量升降液压缸的活塞杆伸缩时的伸缩量的第四位移传感器；在固定工作台的顶部设有第二滑槽，在辅助支撑块的底部设有与第二滑槽相配合的滑动机构；在辅助支撑块的一侧设有第三电机，第三电机为伺服电机或步进电机，第三电机通过传动机构与辅助支撑块相连；第三电机能够为辅助支撑块沿第二滑槽进行左右滑动提供动力；在固定工作台上设有用于测量辅助支撑块沿固定工作台长度方向上运动的位移量的第五位移传感器；所述的第三电机、升降液压缸、第四位移传感器、第五位移传感器分别与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在所述的固定工作台上设有水泵、水箱和冷却液回收箱，水泵的进水口通过管道与水箱相连；在所述的矫直液压缸、测量液压缸、氧化皮清理液压缸和升降液压缸内都设有冷却水管，各冷却水管的进水端分别与水泵的出水口相连，各冷却水管的出水端分别与冷却液回收箱相连。

一种使用以上所述的轴类零件检测矫直机进行轴类零件的检测及矫直的方法，包括以下步骤：

(1)检测前准备工作：将待测高温工件放置于支撑块上，工件的一端用夹钳固定，完成检测前的准备工作；

(2)工件上各母线数据的测量：控制台控制测量液压缸开机，使测量液压缸的活塞杆带动测量滚轮下降，至测量滚轮与工件的表面相贴合，并能够给予工件表面一定的持续压力；控制台控制第二电机开机，使移动主机架沿第一滑槽运动；在运动的过程中，第二电机使移动主机架的运动位移量构成该次测量的工件母线的X轴坐标；在运动过程中，当工件在垂直于移动主机架运动方向的水平方向上有弯曲量时，测量滚轮会带动测量液压缸在该弯曲方向上发生偏移，进而带动与测量液压缸相连的后托架在第一导轨上进行滑动，第三位移传感器会将后托架在第一导轨上的随动的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件母线的Y轴坐标；当工件在竖直方向上存在弯曲量，测量滚轮会随着这种上下起伏也不断的在竖直方向上产生位移，第二位移传感器会将测量滚轮在竖直方向上的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件母线的Z 轴坐标；

在完成工件上一条母线的测量后，控制台控制第一电机开机，旋转一定角度，控制台记录这一角度的数据，然后重复上述过程，测量旋转角度后工件上所对应的新的母线上各点的XYZ轴数据，并一一记录在控制台中；

待工件旋转一周后，就完成对工件上N条母线上各点的数据的测量及记录；

(3)数据分析及处理：根据工件的材料属性参数、步骤(2)中所得的各母线的数据以及温度传感器提取到的工件表面温度，在控制台中进行数据的计算、模拟和分析，得到工件的直线度，以及工件上需要进行矫直的各施力点的角度及XYZ轴三维数据坐标、各施力点进行矫直的施力顺序以及各施力点需要的矫直力和矫直变形量；

(4)工件的矫直：根据步骤(3)中计算得到的各施力点进行矫直的施力顺序，依次对工件上的各施力点进行矫直；在选定施力点后，控制台控制第一电机开机，旋转到该施力点所在母线所在的角度上；控制台控制第二电机开机，根据该施力点的X轴坐标，使移动主机架移动到相应的位置，使矫直机压头处于该施力点的正上方；控制台根据该步骤(3)中计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量控制矫直液压缸开启，对该施力点进行矫直，其中，在矫直机压头对工件施加压力，使得工件进行变形的过程中，第一位移传感器会对矫直机压头的位移量进行监控，根据步骤(3)中计算所得的矫直变形量对矫直机压头的位移量进行监测；待该施力点的矫直变形量达到步骤(3)中所得到的数值后，完成对该施力点的矫直过程；

依照上述对一个施力点进行矫直的过程，根据步骤(3)中计算得到的各施力点的施力顺序，依次对各施力点进行矫直；

(5)再次进行直线度检测：在完成了对工件的矫直过程后，重复进行步骤 (2)工件上各母线数据的测量的过程和步骤(3)数据分析和处理的过程，得到矫直后工件的直线度；

(6)直线度判断：当矫直后工件的直线度达不到规定的数值，重复步骤(4) 工件的矫直过程和步骤(5)的再次进行直线度检测过程；当矫直后工件的直线度达到规定的数值，完成对工件的检测及矫直过程。

本发明采用上述结构，具有以下优点：

本发明能够在同一台设备、同一工位、同一安装基准上进行工件的检测和矫直；在对工件进行直线度检测时，能够在三维尺度上对工件进行检测，减小测量误差；利用V型支撑块能够使工件在支撑块上放置的更加稳固；矫直液压缸为伺服油缸，能够同时对施力强度、缸体伸缩杆的位移量、缸体伸缩杆的位移速度进行调控；利用伺服油缸可以在矫直过程中更加准确的对目标点施加预定的压力；测量滚轮中间凹陷，两侧凸起设置，使测量滚轮与工件的表面相贴合，能够在工件的Y向上存在弯曲时，测量滚轮可以更好的对工件的母线进行测量，带动与测量滚轮相连的后托架，使得后托架在第一导轨上进行滑动，减小了其测量误差；在移动主机架的左侧设置氧化皮清理装置，能够在进行工件的测量前对工件表面的氧化皮层进行清理，防止氧化皮层对测量结果的影响；设于氧化皮清理装置和测量装置之间的喷气设备则可以在氧化皮清理装置完成对工件的清理后，用高压气体将清理下的氧化皮吹扫到工件以外，防止氧化皮碎屑停留在工件上，对后续的检测造成影响；在固定工作台上加装辅助支撑块，可以在进行矫直过程时，使用辅助支撑块为工件提供进一步的支撑。

本发明所提及的轴类零件检测矫直机尤其适合对大型轴类零件在高温下进行矫直。

本发明还对该检测矫直机的在进行检测和矫直时所用到的方法进行了概括，使得工件可以在同一台设备、同一工位、同一安装基准上进行工件的检测和矫直，减小了测量误差，并且在很大的程度上减小了工作人员的劳动强度，能够更加快速、简便的对工件进行矫直。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例2在进行氧化皮清理和母线坐标测量时的结构示意图；

图4是本发明实施例2在进行矫直时的结构示意图；

图5是图3的右视图；

图6是图3中A-A向剖视结构示意图；

图7是本发明实施例2测量滚轮处的结构示意图。

图中，1、固定工作台，2、第一电机，3、夹钳，4、支撑块，5、移动主机架，6、矫直液压缸，7、矫直机压头，8、第一导轨，9、后托架，10、测量液压缸，11、测量滚轮，12、前托架，13、第二导轨，14、氧化皮清理液压缸， 15、钢刷，16、温度传感器，17、辅助支撑块，18、工件，19、第二电机，20、第一位移传感器，21、第二位移传感器，22、第三位移传感器，23、凹陷部， 24、第一滑槽，25、空气泵，26、喷气嘴，27、升降液压缸，28、第四位移传感器，29、第二滑槽，30、第三电机，31、第五位移传感器，32、水箱，33、水泵，34、冷却液回收箱。

(五)具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

实施例1：

如图1所示，该轴类零件检测矫直机包括控制台和矫直机本体，控制台独立于矫直机本体设置或者控制台复合进矫直机本体内。

所述的矫直机本体包括一固定工作台1和移动主机架5；在所述的固定工作台1的一端设有第一电机2，第一电机2为伺服电机；在第一电机2的右侧设有一夹钳3，夹钳3通过旋转机构与第一电机2相连，第一电机2能够为夹钳3在其轴向上的转动提供动力；在夹钳3右侧的固定工作台1的前后两侧各设有一个支撑块4；在所述的固定工作台1的前后两侧沿固定工作台1的长度方向设有第一滑槽24，所述的移动主机架5上设有与第一滑槽24相配合的滑动机构；在移动主机架5的一侧设有第二电机19，第二电机19为伺服电机，第二电机19通过传动机构与移动主机架5相连，第二电机19能够为移动主机架5沿设于固定工作台1上的第一滑槽24进行左右滑动提供动力；在移动主机架5上设有一矫直液压缸6，矫直液压缸6的活塞杆底部设有矫直机压头7，矫直机压头7的中心线与各支撑块4的对中面处于同一平面上；在矫直液压缸6的活塞杆上设有用于测量矫直机压头7位移量的第一位移传感器20；在所述的移动主机架5 的右侧水平设有第一导轨8，在移动主机架5的右侧设有与第一导轨8相配合的后托架9，后托架9能够沿第一导轨8进行运动；在移动主机架5的右侧设有用于测量后托架9位移量的第三位移传感器22；在后托架9的右侧设有测量液压缸10，测量液压缸10的活塞杆底部设有能够在竖直方向上随着工件18的上下起伏而进行竖直方向上的位移的测量滚轮11，在测量液压缸 10的活塞杆上设有用于测量测量滚轮11位移量的第二位移传感器21；在移动主机架5上设有用于测量工件18温度的温度传感器16；所述的第一电机2、第二电机19、矫直液压缸6、测量液压缸10、温度传感器16、第一位移传感器20、第二位移传感器21、第三位移传感器22分别与控制台电连接。

优选的，所述的支撑块4为V型支撑块。

优选的，所述的矫直液压缸6为伺服油缸。

优选的，所述的测量滚轮11呈中间凹陷，两端凸起设置，测量滚轮11的凹陷部23的半径与工件18的横截面的半径相同，测量滚轮11的凹陷部23的曲率与工件18横截面曲率相同，测量滚轮11的凹陷部23能够与工件18的表面相贴合。测量滚轮11的上部与测量液压缸10相连处可以以弹簧相连，在测量液压缸10下降到一定高度后，测量滚轮11能够与工件18的表面相接触，同时，在弹簧的张力下能够给予工件18的表面一定的压力，这样，在遇到工件18 表面出现具有高低落差时，测量滚轮11就可以随着工件18表面的高低起伏在竖直方向上发生位移,在不影响移动主机架5向左侧移动的同时能够达到使测量滚轮11贴合工件18的表面进行运动，从而对达到对工件18在Z轴上的坐标进行测量的目的。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在固定工作台1上设有辅助支撑块17，在辅助支撑块17内设有升降液压缸27；在升降液压缸27的活塞杆上设有用于测量升降液压缸27的活塞杆伸缩时的伸缩量的第四位移传感器28；在固定工作台1的顶部设有第二滑槽29，在辅助支撑块17的底部设有与第二滑槽29相配合的滑动机构；在辅助支撑块17的一侧设有第三电机30，第三电机30为伺服电机，第三电机30通过传动机构与辅助支撑块17相连；第三电机30能够为辅助支撑块17沿第二滑槽29进行左右滑动提供动力；在固定工作台1上设有用于测量辅助支撑块17沿固定工作台1长度方向上运动的位移量的第五位移传感器31；所述的第三电机30、升降液压缸27、第四位移传感器28、第五位移传感器31分别与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在所述的固定工作台1上设有水泵33、水箱32和冷却液回收箱34，水泵33的进水口通过管道与水箱32相连；在所述的矫直液压缸6、测量液压缸10和升降液压缸27内都设有冷却水管，各冷却水管的进水端分别与水泵33的出水口相连，各冷却水管的出水端分别与冷却液回收箱34相连。

在实施例1中，位移传感器都选用磁致伸缩位移传感器。所述的控制台包括了对上述电机、水泵33以及各液压缸的控制操控系统，以及对上述各位移传感器反馈回的电信号的处理单元，还包括对上述信号进行处理后，对所获得的N 条母线三维坐标进行处理、分析、过滤的计算机，计算机在获得N条母线的三维坐标数据后会将这N条母线合成为三维图，并在对三维图进行去除表面几何尺寸和形状误差后获得N条工件18轴线的三维弯曲图，在筛选出圆周某几个角度上需要进行矫直的方位后，分析出矫直施力点和施力顺序；根据操作人员输入的工件18的材质以及温度传感器16提取的工件18表面温度，确定该温度下工件18的弹性模量，从而确定矫直力和矫直变形量，在计算机中进行模拟仿真试验对矫直参数进行矫正后，将这一信息通过电机、水泵33以及矫直液压缸6 的控制操控系统以电信号的形式传达给各具体实施部件，完成检测及矫直过程。

一种使用以上所述的轴类零件检测矫直机进行轴类零件的检测及矫直的方法，包括以下步骤：

(1)检测前准备工作：将待测高温工件18放置于支撑块4上，工件18的一端用夹钳3固定，完成检测前的准备工作；

(2)工件上各母线数据的测量：控制台控制测量液压缸10开机，使测量液压缸10的活塞杆带动测量滚轮11下降，至测量滚轮11与工件18的表面相贴合，并能够给予工件18表面一定的持续压力；控制台控制第二电机19开机，使移动主机架5沿第一滑槽24运动；在运动的过程中，第二电机19使移动主机架5的运动位移量构成该次测量的工件18母线的X轴坐标；在运动过程中，当工件18在垂直于移动主机架5运动方向的水平方向上有弯曲量时，测量滚轮 11会带动测量液压缸10在该弯曲方向上发生偏移，进而带动与测量液压缸10 相连的后托架9在第一导轨8上进行滑动，第三位移传感器22会将后托架9在第一导轨8上的随动的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件18母线的Y轴坐标；当工件18在竖直方向上存在弯曲量，测量滚轮11会随着这种上下起伏也不断的在竖直方向上产生位移，第二位移传感器21会将测量滚轮11 在竖直方向上的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件18母线的Z 轴坐标；

在完成工件18上一条母线的测量后，控制台控制第一电机2开机，旋转一定角度，控制台记录这一角度的数据，然后重复上述过程，测量旋转角度后工件18上所对应的新的母线上各点的XYZ轴数据，并一一记录在控制台中；

待工件18旋转一周后，就完成对工件18上N条母线上各点的数据的测量及记录；

(3)数据分析及处理：根据工件18的材料属性参数、步骤(2)中所得的各母线的数据以及温度传感器16提取到的工件18表面温度，在控制台中进行数据的计算、模拟和分析，得到工件18的直线度，以及工件18上需要进行矫直的各施力点的角度及XYZ轴三维数据坐标、各施力点进行矫直的施力顺序以及各施力点需要的矫直力和矫直变形量；

(4)工件的矫直：根据步骤(3)中计算得到的各施力点进行矫直的施力顺序，依次对工件18上的各施力点进行矫直；在选定施力点后，控制台控制第一电机2开机，旋转到该施力点所在母线所在的角度上；控制台控制第二电机 19开机，根据该施力点的X轴坐标，使移动主机架5移动到相应的位置，使矫直机压头7处于该施力点的正上方；控制台根据该步骤(3)中计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量控制矫直液压缸6开启，对该施力点进行矫直，其中，在矫直机压头7对工件18施加压力，使得工件18进行变形的过程中，第一位移传感器20会对矫直机压头7的位移量进行监控，根据步骤(3)中计算所得的矫直变形量对矫直机压头7的位移量进行监测；待该施力点的矫直变形量达到步骤(3)中所得到的数值后，完成对该施力点的矫直过程；

依照上述对一个施力点进行矫直的过程，根据步骤(3)中计算得到的各施力点的施力顺序，依次对各施力点进行矫直；

(5)再次进行直线度检测：在完成了对工件18的矫直过程后，重复进行步骤(2)工件18上各母线数据的测量的过程和步骤(3)数据分析和处理的过程，得到矫直后工件18的直线度；

(6)直线度判断：当矫直后工件18的直线度达不到规定的数值，重复步骤(4)工件18的矫直过程和步骤(5)的再次进行直线度检测过程；当矫直后工件18的直线度达到规定的数值，完成对工件18的检测及矫直过程。

本发明的工作过程如下：

在进行检测及矫直前，将高温工件18放到V型支撑块上，固定牢固，工件 18的一端以夹钳3夹牢，完成检测前的准备工作。

首先需要对工件18进行直线度检测，在进行工件18直线度检测时，首先控制台控制测量液压缸10开机，使得测量液压缸10的活塞杆下降，从而带动设于测量液压缸10的活塞杆底部的测量滚轮11下降，直到与工件18相接触，通过测量液压缸10对工件18造成一定的压力；在工件18上存在上下起伏的凸起或凹坑时，由于测量滚轮11紧压工件18表面，测量滚轮11会随着工件18 的上下起伏而发生高度上的变化，这一变化会被第二位移传感器21感应到，并将这些数据传递给工作台，构成母线上各点的Z轴坐标；当工件18上存在前后方向的弯曲时，测量滚轮11也会在前后方向上发生位移，这样，测量滚轮11 会带动与其相连的后托架9在第一导轨8上进行滑动，这一滑动产生的位移会被第三位移传感器22记录，并将这一数据传递给工作台，构成母线上各点的Y 轴坐标；控制台控制第二电机19开机，使得移动主机架5沿第一滑槽24从右向左运动，第二电机19为伺服电机，由于伺服电机可以对移动的距离进行精确控制，控制台将这一数据记录，构成母线上各点的X轴坐标；这样就完成了对一条母线上各点的XYZ轴数据的采集，完成一条母线的数据采集后，控制台控制测量液压缸10的活塞杆回到其上限位置，移动主机架5回到初始位置。

在完成工件18的一条母线的测量后，控制台控制第一电机2开机，对工件 18进行一定角度的旋转后，第一电机2关机，控制台记录这一旋转角度数据，然后重复上述过程，对这条新的母线上各点的XYZ轴数据进行测量采集。在将工件18旋转一周后，就可以得到N条母线的XYZ轴的相关数据。将所获得的N 条母线三维坐标通过控制台中的计算机进行处理、分析、过滤，计算机在获得N 条母线的三维坐标数据后会将这N条母线合成为三维图，并对三维图进行去除表面几何尺寸和形状误差的处理，获得N条工件18轴线的三维弯曲图，并根据这些三维弯曲图筛选出圆周某几个角度上需要进行矫直的方位，分析出矫直施力点和施力顺序；根据操作人员输入的工件18的材质以及温度传感器16提取的工件18表面温度，确定该温度下工件18的弹性模量，从而确定矫直力和矫直变形量，在计算机中进行模拟仿真试验对矫直参数进行矫正后，将这一信息转换成需要进行加压矫直的点的三维数据。

控制台根据各施力点的施力顺序依次将移动主机架5移动到第一个施力点的X轴所表示的位置，控制第一电机2旋转到达要求的角度，这样，矫直机压头7就处于该施力点的正上方；控制台控制第三电机30开机，使得辅助支撑块 17移动到需要的位置，再通过升降液压缸27调节辅助支撑块17的顶部高度至需要的高度，达到进行辅助支撑的作用；控制台控制矫直液压缸6下压，使得矫直机压头7下移，根据计算机计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量数据，控制矫直液压缸6动作，完成该施力点的矫直过程。

依照各施力点的施力顺序依次完成各施力点的矫直过程后，再次对工件18 进行直线度检测，若工件18的直线度不符合要求，则继续重复上述矫直、检测过程；若工件18的直线度符合要求，则完成工件18的矫直。

在进行工件18的测量及矫直的过程中，控制台会控制水泵33开启，对矫直液压缸6、测量液压缸10和升降液压缸27进行降温，防止高温对各敏感电气原件的正常运行造成影响。

实施例2：

如图2-图7中所示，该轴类零件检测矫直机包括控制台和矫直机本体，控制台独立于矫直机本体设置或者控制台复合进矫直机本体内。

所述的矫直机本体包括一固定工作台1和移动主机架5；在所述的固定工作台1的一端设有第一电机2，第一电机2为伺服电机；在第一电机2的右侧设有一夹钳3，夹钳3通过旋转机构与第一电机2相连，第一电机2能够为夹钳3在其轴向上的转动提供动力；在夹钳3右侧的固定工作台1的前后两侧各设有一个支撑块4；在所述的固定工作台1的后侧或前后两侧沿固定工作台1的长度方向设有第一滑槽24，所述的移动主机架5上设有与第一滑槽24相配合的滑动机构；在移动主机架5的一侧设有第二电机19，第二电机19为伺服电机，第二电机19通过传动机构与移动主机架5相连，第二电机19能够为移动主机架5沿设于固定工作台1上的第一滑槽24进行左右滑动提供动力；在移动主机架5上设有一矫直液压缸6，矫直液压缸6的活塞杆底部设有矫直机压头7，矫直机压头7的中心线与各支撑块4的对中面处于同一平面上；在矫直液压缸6的活塞杆上设有用于测量矫直机压头7位移量的第一位移传感器20；在所述的移动主机架5的右侧水平设有第一导轨8，在移动主机架5的右侧设有与第一导轨8相配合的后托架9，后托架9能够沿第一导轨8进行运动；在移动主机架5的右侧设有用于测量后托架9位移量的第三位移传感器22；在后托架9的右侧设有测量液压缸10，测量液压缸10的活塞杆底部设有能够在竖直方向上随着工件18的上下起伏而进行竖直方向上的位移的测量滚轮11，在测量液压缸10的活塞杆上设有用于测量测量滚轮11位移量的第二位移传感器21；在移动主机架5上设有用于测量工件18温度的温度传感器16；所述的第一电机2、第二电机19、矫直液压缸6、测量液压缸10、温度传感器 16、第一位移传感器20、第二位移传感器21、第三位移传感器22分别与控制台电连接。

优选的，所述的支撑块4为V型支撑块。

优选的，所述的矫直液压缸6为伺服油缸。

优选的，所述的测量滚轮11呈中间凹陷，两端凸起设置，测量滚轮11的凹陷部23的半径与工件18的横截面的半径相同，测量滚轮11的凹陷部23的曲率与工件18横截面曲率相同，测量滚轮11的凹陷部23能够与工件18的表面相贴合。测量滚轮11的上部与测量液压缸10相连处可以以弹簧相连，在测量液压缸10下降到一定高度后，测量滚轮11能够与工件18的表面相接触，同时，在弹簧的张力下能够给予工件18的表面一定的压力，这样，在遇到工件18 表面出现具有高低落差时，测量滚轮11就可以随着工件18表面的高低起伏在竖直方向上发生位移,在不影响移动主机架5向左侧移动的同时能够达到使测量滚轮11贴合工件18的表面进行运动，从而对达到对工件18在Z轴上的坐标进行测量的目的。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在所述的移动主机架5的左侧水平设有第二导轨13，在移动主机架5的左侧设有与第二导轨13相配合的前托架12，前托架12能够沿第二导轨13进行运动；在前托架12的左侧设有氧化皮清理液压缸14，氧化皮清理液压缸14的活塞杆底部设有钢刷15；氧化皮清理液压缸 14与控制台电连接。钢刷15的上部与氧化皮清理液压缸14相连处可以以弹簧相连，在氧化皮清理液压缸14下降到一定高度后，钢刷15能够与工件18的表面相接触，同时，在弹簧的张力下能够给予工件18的表面一定的压力，这样，在遇到工件18表面出现具有高低落差时，钢刷15就可以随着工件18表面的高低起伏在竖直方向上发生位移,在不影响移动主机架5向左侧移动的同时能够达到对工件18表面的氧化皮进行清扫的目的。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在前托架12的底部设有一喷气嘴26，在移动主机架5上设有空气泵25，喷气嘴26通过管道与空气泵25的出气口相连；空气泵25与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在固定工作台1上设有辅助支撑块17，在辅助支撑块17内设有升降液压缸27；在升降液压缸27的活塞杆上设有用于测量升降液压缸27的活塞杆伸缩时的伸缩量的第四位移传感器28；在固定工作台1的顶部设有第二滑槽29，在辅助支撑块17的底部设有与第二滑槽29相配合的滑动机构；在辅助支撑块17的一侧设有第三电机30，第三电机30为伺服电机，第三电机30通过传动机构与辅助支撑块17相连；第三电机30能够为辅助支撑块17沿第二滑槽29进行左右滑动提供动力；在固定工作台1上设有用于测量辅助支撑块17沿固定工作台1长度方向上运动的位移量的第五位移传感器31；所述的第三电机30、升降液压缸27、第四位移传感器28、第五位移传感器31分别与控制台电连接。

以上所述的轴类零件检测矫直机，在所述的固定工作台1上设有水泵33、水箱32和冷却液回收箱34，水泵33的进水口通过管道与水箱32相连；在所述的矫直液压缸6、测量液压缸10、氧化皮清理液压缸14和升降液压缸27内都设有冷却水管，各冷却水管的进水端分别与水泵33的出水口相连，各冷却水管的出水端分别与冷却液回收箱34相连。

在实施例2中，位移传感器都选用磁致伸缩位移传感器。所述的控制台包括了对上述电机、水泵33、空气泵25以及各液压缸的控制操控系统，以及对上述各位移传感器反馈回的电信号的处理单元，还包括对上述信号进行处理后，对所获得的N条母线三维坐标进行处理、分析、过滤的计算机，计算机在获得N 条母线的三维坐标数据后会将这N条母线合成为三维图，并在对三维图进行去除表面几何尺寸和形状误差后获得N条工件18轴线的三维弯曲图，在筛选出圆周某几个角度上需要进行矫直的方位后，分析出矫直施力点和施力顺序；根据操作人员输入的工件18的材质以及温度传感器16提取的工件18表面温度，确定该温度下工件18的弹性模量，从而确定矫直力和矫直变形量，在计算机中进行模拟仿真试验对矫直参数进行矫正后，将这一信息通过电机、水泵33、空气泵25以及矫直液压缸6的控制操控系统以电信号的形式传达给各具体实施部件，完成检测及矫直过程。

一种使用以上所述的轴类零件检测矫直机进行轴类零件的检测及矫直的方法，包括以下步骤：

(1)检测前准备工作：将待测高温工件18放置于支撑块4上，工件18的一端用夹钳3固定，完成检测前的准备工作；

(2)工件上各母线数据的测量：控制台控制测量液压缸10开机，使测量液压缸10的活塞杆带动测量滚轮11下降，至测量滚轮11与工件18的表面相贴合，并能够给予工件18表面一定的持续压力；控制台控制第二电机19开机，使移动主机架5沿第一滑槽24运动；在运动的过程中，第二电机19使移动主机架5的运动位移量构成该次测量的工件18母线的X轴坐标；在运动过程中，当工件18在垂直于移动主机架5运动方向的水平方向上有弯曲量时，测量滚轮 11会带动测量液压缸10在该弯曲方向上发生偏移，进而带动与测量液压缸10 相连的后托架9在第一导轨8上进行滑动，第三位移传感器22会将后托架9在第一导轨8上的随动的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件18母线的Y轴坐标；当工件18在竖直方向上存在弯曲量，测量滚轮11会随着这种上下起伏也不断的在竖直方向上产生位移，第二位移传感器21会将测量滚轮11 在竖直方向上的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件18母线的Z 轴坐标；

在完成工件18上一条母线的测量后，控制台控制第一电机2开机，旋转一定角度，控制台记录这一角度的数据，然后重复上述过程，测量旋转角度后工件18上所对应的新的母线上各点的XYZ轴数据，并一一记录在控制台中；

待工件18旋转一周后，就完成对工件18上N条母线上各点的数据的测量及记录；

(3)数据分析及处理：根据工件18的材料属性参数、步骤(2)中所得的各母线的数据以及温度传感器16提取到的工件18表面温度，在控制台中进行数据的计算、模拟和分析，得到工件18的直线度，以及工件18上需要进行矫直的各施力点的角度及XYZ轴三维数据坐标、各施力点进行矫直的施力顺序以及各施力点需要的矫直力和矫直变形量；

(4)工件的矫直：根据步骤(3)中计算得到的各施力点进行矫直的施力顺序，依次对工件18上的各施力点进行矫直；在选定施力点后，控制台控制第一电机2开机，旋转到该施力点所在母线所在的角度上；控制台控制第二电机 19开机，根据该施力点的X轴坐标，使移动主机架5移动到相应的位置，使矫直机压头7处于该施力点的正上方；控制台根据该步骤(3)中计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量控制矫直液压缸6开启，对该施力点进行矫直，其中，在矫直机压头7对工件18施加压力，使得工件18进行变形的过程中，第一位移传感器20会对矫直机压头7的位移量进行监控，根据步骤(3)中计算所得的矫直变形量对矫直机压头7的位移量进行监测；待该施力点的矫直变形量达到步骤(3)中所得到的数值后，完成对该施力点的矫直过程；

依照上述对一个施力点进行矫直的过程，根据步骤(3)中计算得到的各施力点的施力顺序，依次对各施力点进行矫直；

(5)再次进行直线度检测：在完成了对工件18的矫直过程后，重复进行步骤(2)工件18上各母线数据的测量的过程和步骤(3)数据分析和处理的过程，得到矫直后工件18的直线度；

(6)直线度判断：当矫直后工件18的直线度达不到规定的数值，重复步骤(4)工件18的矫直过程和步骤(5)的再次进行直线度检测过程；当矫直后工件18的直线度达到规定的数值，完成对工件18的检测及矫直过程。

本发明的工作过程如下：

在进行检测及矫直前，将高温工件18放到V型支撑块上，固定牢固，工件 18的一端以夹钳3夹牢，完成检测前的准备工作。

首先，需要对工件18进行表面氧化皮进行清理，并进行工件18的直线度检测，先通过控制台控制氧化皮清理液压缸14启动，使氧化皮清理液压缸14 的活塞杆下降，从而带动设于氧化皮清理液压缸14的活塞杆底部的钢刷15下降，至工件18表面，随着移动主机架5沿工件18的长度方向上的移动，可以达到利用钢刷15对工件18表面进行去除氧化皮的处理；同时，通过工作台控制空气泵25开启，将工件18表面被钢刷15刷下来的氧化皮进行吹扫，防止氧化皮滞留于工件18表面，对后续的直线度检测过程造成影响；在移动主机架5 向左移动一定行程后，开始对工件18进行直线度检测。首先控制台控制测量液压缸10开机，使得测量液压缸10的活塞杆下降，从而带动设于测量液压缸10 的活塞杆底部的测量滚轮11下降，直到与工件18相接触，通过测量液压缸10 对工件18造成一定的压力；在工件18上存在上下起伏的凸起或凹坑时，由于测量滚轮11紧压工件18表面，测量滚轮11会随着工件18的上下起伏而发生高度上的变化，这一变化会被第二位移传感器21感应到，并将这些数据传递给工作台，构成母线上各点的Z轴坐标；当工件18上存在前后方向的弯曲时，测量滚轮11也会在前后方向上发生位移，这样，测量滚轮11会带动与其相连的后托架9在第一导轨8上进行滑动，这一滑动产生的位移会被第三位移传感器 22记录，并将这一数据传递给工作台，构成母线上各点的Y轴坐标；控制台控制第二电机19开机，使得移动主机架5沿第一滑槽24从右向左运动，第二电机19为伺服电机，由于伺服电机可以对移动的距离进行精确控制，控制台将这一数据记录，构成母线上各点的X轴坐标；这样就完成了对一条母线上各点的XYZ轴数据的采集，完成一条母线的数据采集后，控制台控制测量液压缸10的活塞杆回到其上限位置，移动主机架5回到初始位置。

在完成工件18的一条母线的测量后，控制台控制第一电机2开机，对工件 18进行一定角度的旋转后，第一电机2关机，控制台记录这一旋转角度数据，然后重复上述过程，对这条新的母线上各点的XYZ轴数据进行测量采集。在将工件18旋转一周后，就可以得到N条母线的XYZ轴的相关数据。将所获得的N 条母线三维坐标通过控制台中的计算机进行处理、分析、过滤，计算机在获得N 条母线的三维坐标数据后会将这N条母线合成为三维图，并对三维图进行去除表面几何尺寸和形状误差的处理，获得N条工件18轴线的三维弯曲图，并根据这些三维弯曲图筛选出圆周某几个角度上需要进行矫直的方位，分析出矫直施力点和施力顺序；根据操作人员输入的工件18的材质以及温度传感器16提取的工件18表面温度，确定该温度下工件18的弹性模量，从而确定矫直力和矫直变形量，在计算机中进行模拟仿真试验对矫直参数进行矫正后，将这一信息转换成需要进行加压矫直的点的三维数据。

控制台根据各施力点的施力顺序依次将移动主机架5移动到第一个施力点的X轴所表示的位置，控制第一电机2旋转到达要求的角度，这样，矫直机压头7就处于该施力点的正上方；控制台控制第三电机30开机，使得辅助支撑块17移动到需要的位置，再通过升降液压缸27调节辅助支撑块17的顶部高度至需要的高度，达到进行辅助支撑的作用；控制台控制矫直液压缸6下压，使得矫直机压头7下移，根据计算机计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量数据，控制矫直液压缸6动作，完成该施力点的矫直过程。

依照各施力点的施力顺序依次完成各施力点的矫直过程后，再次对工件18 进行直线度检测，若工件18的直线度不符合要求，则继续重复上述矫直、检测过程；若工件18的直线度符合要求，则完成工件18的矫直。

在进行工件18的测量及矫直的过程中，控制台会控制水泵33开启，对矫直液压缸6、测量液压缸10、氧化皮清理液压缸14和升降液压缸27进行降温，防止高温对各敏感电气原件的正常运行造成影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种轴类零件检测矫直机，包括控制台和矫直机本体，其特征在于，所述的矫直机本体包括一固定工作台和移动主机架；在所述的固定工作台的一端设有第一电机，第一电机为伺服电机或步进电机；在第一电机的右侧设有一夹钳，夹钳通过旋转机构与第一电机相连，第一电机能够为夹钳在其轴向上的转动提供动力；在夹钳右侧的固定工作台上设有若干个支撑块；在所述的固定工作台的后侧或前后两侧沿固定工作台的长度方向设有第一滑槽，所述的移动主机架上设有与第一滑槽相配合的滑动机构；在移动主机架的一侧设有第二电机，第二电机为伺服电机或步进电机，第二电机通过传动机构与移动主机架相连，第二电机能够为移动主机架沿设于固定工作台上的第一滑槽进行左右滑动提供动力；在移动主机架上设有一矫直液压缸，矫直液压缸的活塞杆底部设有矫直机压头，矫直机压头的中心线与各支撑块的对中面处于同一平面上；在矫直液压缸的活塞杆上设有用于测量矫直机压头位移量的第一位移传感器；在所述的移动主机架的右侧水平设有第一导轨，在移动主机架的右侧设有与第一导轨相配合的后托架，后托架能够沿第一导轨进行运动；在移动主机架的右侧设有用于测量后托架位移量的第三位移传感器；在后托架的右侧设有测量液压缸，测量液压缸的活塞杆底部设有测量滚轮，在测量液压缸的活塞杆上设有用于测量测量滚轮位移量的第二位移传感器；在移动主机架上设有用于测量工件温度的温度传感器；所述的第一电机、第二电机、矫直液压缸、测量液压缸、温度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器分别与控制台电连接。

2.根据权利要求1所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，所述的支撑块为V型支撑块。

3.根据权利要求1所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，所述的矫直液压缸为伺服油缸。

4.根据权利要求1所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，所述的测量滚轮呈中间凹陷，两端凸起设置，测量滚轮的凹陷部的半径与工件的横截面的半径相同，测量滚轮凹陷部的曲率与工件横截面曲率相同，测量滚轮的凹陷部能够与工件的表面相贴合。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，在所述的移动主机架的左侧水平设有第二导轨，在移动主机架的左侧设有与第二导轨相配合的前托架，前托架能够沿第二导轨进行运动；在前托架的左侧设有氧化皮清理液压缸，氧化皮清理液压缸的活塞杆底部设有钢刷；氧化皮清理液压缸与控制台电连接。

6.根据权利要求5所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，在前托架的底部设有一喷气嘴，在移动主机架上设有空气泵，喷气嘴通过管道与空气泵的出气口相连；空气泵与控制台电连接。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，在固定工作台上设有辅助支撑块，在辅助支撑块内设有升降液压缸；在升降液压缸的活塞杆上设有用于测量升降液压缸的活塞杆伸缩时的伸缩量的第四位移传感器；在固定工作台的顶部设有第二滑槽，在辅助支撑块的底部设有与第二滑槽相配合的滑动机构；在辅助支撑块的一侧设有第三电机，第三电机为伺服电机或步进电机，第三电机通过传动机构与辅助支撑块相连；第三电机能够为辅助支撑块沿第二滑槽进行左右滑动提供动力；在固定工作台上设有用于测量辅助支撑块沿固定工作台长度方向上运动的位移量的第五位移传感器；所述的第三电机、升降液压缸、第四位移传感器、第五位移传感器分别与控制台电连接。

8.根据权利要求1、2、3、4或6所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，在所述的固定工作台上设有水泵、水箱和冷却液回收箱，水泵的进水口通过管道与水箱相连；在所述的矫直液压缸、测量液压缸和氧化皮清理液压缸内都设有冷却水管，各冷却水管的进水端分别与水泵的出水口相连，各冷却水管的出水端分别与冷却液回收箱相连。

9.根据权利要求7所述的轴类零件检测矫直机，其特征在于，在所述的固定工作台上设有水泵、水箱和冷却液回收箱，水泵的进水口通过管道与水箱相连；在所述的矫直液压缸、测量液压缸、氧化皮清理液压缸和升降液压缸内都设有冷却水管，各冷却水管的进水端分别与水泵的出水口相连，各冷却水管的出水端分别与冷却液回收箱相连。

10.一种根据权利要求1、2、3、4、6或9所述的轴类零件检测矫直机的轴类零件的检测及矫直方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测前准备工作：将待测高温工件放置于支撑块上，工件的一端用夹钳固定，完成检测前的准备工作；

(2)工件上各母线数据的测量：控制台控制测量液压缸开机，使测量液压缸的活塞杆带动测量滚轮下降，至测量滚轮与工件的表面相贴合，并能够给予工件表面一定的持续压力；控制台控制第二电机开机，使移动主机架沿第一滑槽运动；在运动的过程中，第二电机使移动主机架的运动位移量构成该次测量的工件母线的X轴坐标；在运动过程中，当工件在垂直于移动主机架运动方向的水平方向上有弯曲量时，测量滚轮会带动测量液压缸在该弯曲方向上发生偏移，进而带动与测量液压缸相连的后托架在第一导轨上进行滑动，第三位移传感器会将后托架在第一导轨上的随动的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件母线的Y轴坐标；当工件在竖直方向上存在弯曲量，测量滚轮会随着这种上下起伏也不断的在竖直方向上产生位移，第二位移传感器会将测量滚轮在竖直方向上的位移量记录并发送给控制台，构成该次测量的工件母线的Z轴坐标；

在完成工件上一条母线的测量后，控制台控制第一电机开机，旋转一定角度，控制台记录这一角度的数据，然后重复上述过程，测量旋转角度后工件上所对应的新的母线上各点的XYZ轴数据，并一一记录在控制台中；

待工件旋转一周后，就完成对工件上N条母线上各点的数据的测量及记录；

(3)数据分析及处理：根据工件的材料属性参数、步骤(2)中所得的各母线的数据以及温度传感器提取到的工件表面温度，在控制台中进行数据的计算、模拟和分析，得到工件的直线度，以及工件上需要进行矫直的各施力点的角度及XYZ轴三维数据坐标、各施力点进行矫直的施力顺序以及各施力点需要的矫直力和矫直变形量；

(4)工件的矫直：根据步骤(3)中计算得到的各施力点进行矫直的施力顺序，依次对工件上的各施力点进行矫直；在选定施力点后，控制台控制第一电机开机，旋转到该施力点所在母线所在的角度上；控制台控制第二电机开机，根据该施力点的X轴坐标，使移动主机架移动到相应的位置，使矫直机压头处于该施力点的正上方；控制台根据该步骤(3)中计算得到的该施力点的矫直力和矫直变形量控制矫直液压缸开启，对该施力点进行矫直，其中，在矫直机压头对工件施加压力，使得工件进行变形的过程中，第一位移传感器会对矫直机压头的位移量进行监控，根据步骤(3)中计算所得的矫直变形量对矫直机压头的位移量进行监测；待该施力点的矫直变形量达到步骤(3)中所得到的数值后，完成对该施力点的矫直过程；

依照上述对一个施力点进行矫直的过程，根据步骤(3)中计算得到的各施力点的施力顺序，依次对各施力点进行矫直；

(5)再次进行直线度检测：在完成了对工件的矫直过程后，重复进行步骤(2)工件上各母线数据的测量的过程和步骤(3)数据分析和处理的过程，得到矫直后工件的直线度；

(6)直线度判断：当矫直后工件的直线度达不到规定的数值，重复步骤(4)工件的矫直过程和步骤(5)的再次进行直线度检测过程；当矫直后工件的直线度达到规定的数值，完成对工件的检测及矫直过程。