CN107009228B - 曲轴随动磨削在线测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲轴随动磨削在线测量仪，包括测量仪底座，在所述测量仪底座上滑动地支承有摆臂支座，在摆臂支座上铰支有测量摆臂，在油缸支架顶端与测量摆臂之间连接有摆臂油缸；在测量摆臂的伸出端部固定设置有中心固定齿轮，在测量摆臂的伸出端还安装有可摆动的跟随摆动架，安装于跟随摆动电机输出轴端的行星摆动齿轮与中心固定齿轮相啮合；测具跟随摆臂上固定安装有测具支架，该测具支架上安装有两块测量卡块和一位移传感器，两测量卡块分别位于V形基准面的两斜面上，位移传感器位于V形基准面的对称线上，该V形基准面的斜面夹角α=68°—72°。本发明不仅能够实现实时在线连接测量，而且检测灵敏和加工精度高。

Description

曲轴随动磨削在线测量仪

技术领域

本发明涉及一种曲轴磨床在线测量机构，尤其涉及曲轴外圆磨床对曲轴主轴颈等外圆磨削加工面在磨削过程中进行在线检测的装置。

背景技术

曲轴是发动机中至关重要的零件，其轴颈等活动连接部位的磨削精度直接影响往复式发动机运转平滑性、振动和噪声。由于曲轴结构的特殊性，传统的曲轴磨削加工采用固定式磨削；通过数控系统的控制，各专机依次对曲轴的主轴颈、连杆颈、飞轮端面和止推面等不同加工面在不同的专机上分别进行磨削加工。

随着磨削加工技术的进步，曲轴可以一次装夹后依次磨削所有加工面，然而这种随动磨削加工连杆颈等部位时是以两端定位、以主轴颈上的中心架支撑来加工的；由于曲轴各段连杆颈相对主轴颈作偏心旋转运动，导致其中心位置和方向在不断变化，无法直接对目标连杆颈进行圆度测量。虽然现有的曲轴磨削实现了一次装夹连续磨削，但对曲轴轮廓尺寸和精度的检测大多仍依赖于专用的曲轴测圆装置，这些曲轴测圆装置独立于曲轴磨床，是以V形基准块测圆为原理的专用检测设备。因此每次测量需要将曲轴从磨床上拆下，然后将其安装到测量仪上，如测量结果不合格，就需要再反向重复上述过程，这种测量方法不仅严重影响加工效率，而且在曲轴的装卸过程中，由于安装误差、机床机械特性等原因，必然会产生一些附加误差，这对精度要求很高的曲轴磨削加工而言是极为不利的。因此，实现曲轴随动磨削在线实时测量是提高磨削效率和加工质量的必然要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种曲轴随动磨削在线测量仪，它不仅能够实现实时在线连接测量，能有效提高生产效率，而且能够保证检测的灵敏度和加工精度要求。

为了解决上述技术问题，本发明的曲轴随动磨削在线测量仪，包括测量仪底座，在所述测量仪底座上滑动地支承有摆臂支座，摆臂支座由平移驱动机构驱动，该平移驱动机构安装于测量仪底座上；在摆臂支座上铰支有测量摆臂，摆臂支座上还固定安装有油缸支架，在油缸支架顶端与测量摆臂之间连接有摆臂油缸；在测量摆臂的伸出端部固定设置有中心固定齿轮，在测量摆臂的伸出端还安装有可摆动的跟随摆动架，跟随摆动架上安装有跟随摆动电机，安装于跟随摆动电机输出轴端的行星摆动齿轮与中心固定齿轮相啮合；在所述跟随摆动架上固定连接有测具跟随摆臂，测具跟随摆臂上固定安装有测具支架，该测具支架上安装有两块测量卡块和一位移传感器，两测量卡块分别位于V形基准面的两斜面上，位移传感器位于V形基准面的对称线上，该V形基准面的斜面夹角α=68°—72°；测量摆臂的摆动平面平行于测具跟随摆臂所在的摆动平面。

在上述结构中，由于采用平移驱动机构加摆臂油缸驱动的测量摆臂，形成移动副和摆动副相结合的运动形式，使得测量摆臂的端部能够跟随磨削而到达磨削平面区域的任一位置，移动副实现整个机构沿磨削动力头的移动，旋转副实现整体测量臂的抬起与降落，使测量装置能够准确地对目标加工面进行扑捉与分离，达到追踪目的。又由于中心固定齿轮和行星摆动齿轮构成的行星齿轮副驱动的测具跟随摆臂、测量卡块和测具支架构成的V形测量装置，这样在磨削过程中，V形基准测量装置就能够始终紧贴于曲轴连杆颈表面，并能以一定的测量接触力施压于曲轴连杆颈表面，以跟随连杆颈作偏心平面运动；这种主动适应的跟随摆动，抵消了连杆颈检测过程偏心运动，实现了V形基准上的位移传感器与连杆颈连续可靠接触，精准地对磨削加工面尺寸和偏差进行实时测量。也由于用于直接测量的两测量卡块和位移传感器形成了V形基准圆度测量结构，继而能够实现连杆颈圆度偏差的在线测量与实时补偿，测量更加准确，加工精度能够得到有效提高；同时在V形基准面的测量中V形夹角α是相对圆度误差函数的唯一变量，由于α值对传感器测量位移起到放大或缩小作用，因此选择的α角对测量位移有增益作用，本发明将斜面夹角α控制在68°—72°之间，该斜面夹角α取值范围对圆度误差函数在低频域谐波起到抑制作用。本发明不仅不必采用繁琐费时的人工定位方法对曲轴进行角定位，实现了在线测量，大大提高了加工生产效率，而且检测灵敏度高，有效提高磨削产品加工精度，实现最佳加工过程。

本发明的优选实施方式，所述平移驱动机构包括丝杠螺母副，以及驱动丝杠螺母副的移动电机，移动电机安装于测量仪底座上，丝杠螺母副的丝杠与移动电机输出轴连接，丝杠螺母副的螺母固定安装于摆臂支座上。所述摆臂支座通过滑动导轨滑动支承于测量仪底座上。该平移驱动机构结构合理，运行可靠，通过控制移动电机可以准确地实现测量装置的直线移动。

本发明的优选实施方式，所述测量摆臂的铰支端固定连接有摆臂配重，该摆臂配重与测量摆臂分别向铰支点两侧延伸。所述测量摆臂和摆臂配重均固定连接于摆臂支轴上，摆臂支轴通过摆臂铰支座摆动支承于摆臂支座上。由于测量装置在实时检测时会产生惯性力和惯性力矩，引起振动并影响检测精度，该结构能有效平衡运动过程中的惯性力，避免有害机械振动对检测精度的影响，从而保证测量装置的工作精度和测量可靠性。

本发明的优选实施方式，所述测量摆臂的伸出端固定安装有固定齿轮轴，在固定齿轮轴上固定安装有中心固定齿轮，所述跟随摆动架摆动安装于固定齿轮轴上。该结构中的中心齿轮和行星齿轮传动副能够有效地抵削连杆颈检测过程的偏心运动，使测量数据更加准确。

本发明进一步实施方式，所述测具跟随摆臂由两段相互锁定的上下摆臂构成。该结构使得测量装置能够适应多种曲轴磨削的在线实时测量。

本发明进一步实施方式，所述测量卡块构成的V形基准面的斜面夹角α= 70°。该数值的V形基准面的斜面夹角对圆误差函数起到到更好的抑制作用。

本发明的优选实施方式，所述跟随摆动电机和移动电机均为伺服电机。采用伺服电机驱动，响应速度快，运行平稳，能够实现测量装置的闭环控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明曲轴随动磨削在线测量仪作进一步说明。

图1是本发明曲轴随动磨削在线测量仪一种实施方式的安装结构示意图；

图2是图1所示实施方式中在线测量仪的立体结构示意图；

图3是图2所示实施方式中测具跟随摆臂的驱动结构示意图；

图4是图2所示实施方式中V形基准测量结构示意图。

图中，1—测量卡块、2—测具支架、3—位移传感器、4—测具跟随摆臂、5—跟随摆动架、6—跟随摆动电机、7—行星摆动齿轮、8—中心固定齿轮、9—固定齿轮轴、10—测量摆动臂、11—摆臂油缸、12—油缸支架、13—摆臂配重、14—摆臂支座、15—联轴器、16—移动电机、17—丝杠螺母副、18—测量仪底座、19—滑动导轨、20—摆臂铰支轴、21—摆臂铰支座、22—磨削砂轮、23—磨削动力头、24—床身。

具体实施方式

如图1、图2所示的曲轴随动磨削在线测量仪，在磨床的床身24上通过床身导轨滑动支承有磨削动力头23，在磨削动力头23上安装有由磨床主电机驱动的磨削砂轮22，在磨削动力头23上通过测量仪底座18安装有线测量仪，测量仪底座18固定安装于磨削动力头23上。

在线测量仪包括有测量仪底座18，在测量仪底座18上通过滑动导轨19滑动支承有摆臂支座14，在摆臂支座14与测量仪底座18之间设置有平移驱动机构，摆臂支座14由平移驱动机构驱动，平移驱动机构安装于测量仪底座18上。平移驱动机构包括丝杠螺母副17，丝杠螺母副17通过联轴器15与移动电机16相连接，移动电机16为伺服电机，移动电机16固定安装于测量仪底座18上。丝杠螺母副17的丝杠通过联轴器15连接于移动电机16的输出轴上，丝杠螺母副17的螺母固定安装于摆臂支座14的底面位置。

在摆臂支座14上铰支有测量摆动臂10。测量摆动臂10固定连接于摆臂铰支轴20上，在摆臂铰支轴20上还固定连接有摆臂配重13，摆臂配重15和测量摆动臂10分别向位于铰支点的两侧延伸，且位于两相互平行的平面内。摆臂铰支轴20通过两个摆臂铰支座21摆动支承于摆臂支座14上。

在摆臂支座14上还固定安装有油缸支架12，油缸支架12的顶端与测量摆动臂10之间设置有摆臂油缸11。摆臂油缸11的活塞杆铰连于测量摆动臂10的臂身上，摆臂油缸11的缸体则铰连于油缸支架12的顶端位置。摆臂油缸11可以驱动测量摆动臂10上下摆动。

在测量摆动臂10的伸出端部位固定安装有固定齿轮轴9，如图3所示，固定齿轮轴9上固定安装有中心固定齿轮8，在固定齿轮轴9上还可摆动地安装有跟随摆动架5，跟随摆动架5上安装有跟随摆动电机6，在跟随摆动电机6的输出轴上装有行星摆动齿轮7，行星摆动齿轮7与中心固定齿轮8相啮合而构成行星轮系。跟随摆动电机6为伺服电机。

在跟随摆动架5上还固定连接有测具跟随摆臂4，测具跟随摆臂4采用分段式结构，其上段通过连接螺栓固定于跟随摆动架5上，其下一段的端部固定连接有测具支架2，测具跟随摆臂4的上下两摆臂段以螺栓可调节地相互锁定。测量摆臂10和测具跟随摆臂4均以铝合金为材料且采用肋板结构，以减轻其重量。

测具支架2也以铝合金为材料，大体呈弧形架结构。如图4所示，在测具支架2上安装有两测量卡块1和一位移动传感器3，测量卡块1为两块耐磨金属块，测量卡块1的工作平面为分别位于V形基准面的两斜面上，位移传感器3则位于V形基准面的对称线上。实际使用时构成V形基准面的两块测量卡块1始终卡接支撑于被测的曲轴连杆颈上，位于V形基准面中心线位置的位移传感器3也始终与曲轴连杆颈表面相接触。V形基准面的斜面夹角α对测量圆度误差有着重要作用，本实施例中，V形基准面的斜面夹角α=70°，优选地，α=68°—72°。跟随摆臂4的摆动平面与V形基准面任一中心线平行，测量摆动臂10所在的摆动平面也平行于摆臂支座14所在的摆动平面。

上述仅是本发明较佳的实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的基本原理之内所作任何修改、等同替换和改进等，均应包含于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种曲轴随动磨削在线测量仪，包括测量仪底座（18），其特征在于：在所述测量仪底座（18）上滑动地支承有摆臂支座（14），摆臂支座（14）由平移驱动机构驱动，该平移驱动机构安装于测量仪底座（18）上；在摆臂支座（14）上铰支有测量摆臂（10），摆臂支座（14）上还固定安装有油缸支架（12），在油缸支架（12）顶端与测量摆臂（10）之间连接有摆臂油缸（11）；在测量摆臂（10）的伸出端部固定设置有中心固定齿轮（8），在测量摆臂（10）的伸出端还安装有可摆动的跟随摆动架（5），跟随摆动架（5）上安装有跟随摆动电机（6），安装于跟随摆动电机（6）输出轴端的行星摆动齿轮（7）与中心固定齿轮（8）相啮合；在所述跟随摆动架（5）上固定连接有测具跟随摆臂（4），测具跟随摆臂（4）上固定安装有测具支架（2），该测具支架（2）上安装有两块测量卡块（1）和一位移传感器（3），两测量卡块（1）分别位于V形基准面的两斜面上，位移传感器（3）位于V形基准面的对称线上，该V形基准面的斜面夹角α=68°到72°；测量摆臂（10）的摆动平面平行于测具跟随摆臂（4）所在的摆动平面。

2.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述平移驱动机构包括丝杠螺母副（17），以及驱动丝杠螺母副（17）的移动电机（16），移动电机（16）安装于测量仪底座（18）上，丝杠螺母副（17）的丝杠与移动电机（16）输出轴连接，丝杠螺母副（17）的螺母固定安装于摆臂支座（14）上。

3.根据权利要求1或2所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述摆臂支座（14）通过滑动导轨（19）滑动支承于测量仪底座（18）上。

4.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测量摆臂（10）的铰支端固定连接有摆臂配重（13），该摆臂配重（13）与测量摆臂（10）分别向铰支点两侧延伸。

5.根据权利要求4所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测量摆臂（10）和摆臂配重（13）均固定连接于摆臂支轴（20）上，摆臂支轴（20）通过摆臂铰支座（21）摆动支承于摆臂支座（14）上。

6.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测量摆臂（10）的伸出端固定安装有固定齿轮轴（9），在固定齿轮轴（9）上固定安装有中心固定齿轮（8），所述跟随摆动架（5）摆动安装于固定齿轮轴（9）上。

7.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测具跟随摆臂（4）由两段相互锁定的上下摆臂构成。

8.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测量卡块（1）构成的V形基准面的斜面夹角α= 70°。

9.根据权利要求2所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述跟随摆动电机（6）和移动电机（16）均为伺服电机。

10.根据权利要求1所述的曲轴随动磨削在线测量仪，其特征在于：所述测量仪底座（18）固定安装于磨削动力头（23）上。