CN107345797A - 一种数控不落轮镟床自动测量系统及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种数控不落轮镟床自动测量系统，包括外罩和对称安装在外罩左右两侧的测量机构，所述的测量机构包括固定座、气缸、测量滚轮、测量探针、刀架，所述固定座安装在外罩上并设置有气缸，所述固定座上设置有与测量电机连接的测量组件丝杆副，所述测量组件丝杆副上端设置带有编码器的测量滚轮，所述测量滚轮通过测量组件丝杆副沿固定座上下移动，所述测量探针由气缸驱动实现升降运动，所述固定座还设有能沿上下方向运动的刀架，所述固定座能实现左右方向的运动。本发明实现了标准轨距在机车与轮对不解体的情况下，在线对轮对的轮圆和踏面进行自动测量、自动加工修整的设备，大大减小了人工测量带来的误差，并节省了人力劳动，提高了工作效率。

Description

一种数控不落轮镟床自动测量系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种机车数控不落轮镟床技术领域，尤其是一种数控不落轮镟床自动测量系统及其测量方法。
背景技术
随着铁路交通事业的飞速发展，越来越多的客、货机车都进行了提速改造，但与铁路列车配套的相应设备却仍然停留在原有加工、修理的低水平内，这种情况严重约束了铁路车速的提升进度。另一方面，铁路交通的大提速使机车车轮的磨损也同时加快，大大增加了车辆轮对的修理量。轮对是机车车辆转向架的重要组成部件，轮对的加工检测对车辆运行安全有着至关重要的意义。目前，目前国内生产厂检测轮对参数大致采用两种方式：1、手工测量：主要应用车轮直径检查尺，轮背内侧距离检查尺，轮对检查器等，测量过程劳动强度大，准确度低；2、是采用三坐标机：该方法虽然测量精度高，但需解体轮对后再测量，并对测量的环境和条件要求较高。对于整机列车轮对这样的大型部件所消耗的测量时间较长。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种对机车轮对内侧的轮对内侧距、轮缘厚度、QR值、轮对直径、轮缘外形轮廓等进行自动测量的数控不落轮镟床自动测量系统。
本发明的技术方案为：一种数控不落轮镟床自动测量系统，包括外罩和对称安装在外罩左右两侧的测量机构，所述的测量机构包括固定座、气缸、测量滚轮、编码器、测量探针、刀架，所述固定座安装在外罩上并设置有气缸，所述固定座上设置有与测量电机连接的测量组件丝杆副，所述测量组件丝杆副上端设置带有编码器的测量滚轮，所述测量滚轮通过测量组件丝杆副沿固定座上下移动，所述测量探针由气缸驱动实现升降运动，所述固定座还设有通过X轴电机及X轴丝杆副实现上下方向（X轴方向）运动的刀架，所述固定座通过外罩上的Z轴电机及Z轴丝杆副实现左右方向（Z轴方向）的运动。
所述测量探针通过继电器的常闭触点连接到控制系统PLC的快速输入输出接口。
一种数控不落轮镟床自动测量系统的测量方法，包括如下测量方法：
1）轮对内侧距测量，其步骤为：左侧刀架和右侧刀架的X轴方向（上下方向）和Z轴方向（左右方向）首先回到零点位置，升起测头探针，这时测头探针正处在轮对内侧距内，测头探针以较高的进给速度向轮对内侧面接近，开始进行测头探针的粗定位测量，当测头探针触发后，反向退回，再以较低的进给速度向轮对内侧面接近，进行测头探针的精定位测量，当测头探针再次触发后，自动记录下当前Z轴坐标值送入参数中，再反向退回，下降测头探针，然后测头探针沿X轴方向回到零点位置，此时实测值为数据中的绝对值，经计算获得轮对内侧距的测量值。
2）轮缘厚度及QR值测量，其步骤为：刀架首先回到初始位置，首先控制刀架移动到机车轮对下方，通过气缸控制测量探针升起，使测量探针处于轮对内侧面内，测量探针向上运动到达轮对踏面的初始位置a点，确定X轴（上下方向）初始位置a点坐标后，测量探针移动搜寻轮对内侧面的初始位置b点，记录Z轴（左右方向）初始位置b点坐标，测量探针向下移动到c点，测量轮缘高度的测量并记录第一点位置c点坐标，再根据记录的c点位置坐标，测量探针向上移动探测轮对内侧面d点的位置，通过机车轮对的旋转来探测轮对内侧面不同点的位置，计算最小值和最大值的差值得到轮对的端面跳动和轮对Z方向的初始值，根据轮对Z方向的初始值，向轮对踏面方向移动并测量轮缘高度的第二点位置e点，并记录第二点位置e点的坐标，根据第一点位置c点X坐标与第二点位置e点X坐标计算轮缘高度测量点的差值得到轮缘高度，再根据记录第二点位置e点的X轴方向坐标，测量探针向下移动到达第三点位置f点并测量该点的坐标，通过第三点位置f点的Z轴坐标与初始位置b点的Z轴坐标计算得到轮缘厚度，根据第一个点位置c点测量探针向上移动到第四点位置g点并测量第四点位置g点坐标，通过第三点位置f点和第四点位置g点的Z方向坐标计算得到QR值。
3）轮对直径测量，其步骤为：当轮对测量完成后，刀架沿Z轴方向（左右方向）移动定位到所测轮圆直径下方后，沿X轴方向（上下方向）定位到测量起始点，通过气缸升起测量滚轮（其升降高度为长度计检测），测量电机驱动测量组件丝杆副从而驱动测量滚轮沿X轴方向向轮圆接近，当设置在测量滚轮下方的线性位移传感器被压迫滑动发出电流信号并将该信号输入PLC高速模块，经PLC处理并读出此数值，若该数值小于程序设定数值，测量组件丝杆副继续驱动测量滚轮沿X轴方向向轮圆接近，当此数值大于程序设定值时，测量电机停止，此时测量滚轮与轮圆紧密接触足以被轮圆带动旋转，这时通过驱动轮电机驱动摩擦驱动轮从而带动轮对正向转动，轮对轮圆带动测量滚轮反向旋转，当机床光电信号装置接收到贴在轮对侧面的反射胶贴时，与测量滚轮同轴的编码器可以记录当轮圆转动一圈时测量滚轮转动的圈数，从而可以计算出所测点的车轮直径。
4）轮对外形轮廓测量，其步骤为：在轮对重新修整加工完成后，需要对轮对的外形轮廓进行测量，把测量后所生成的轮廓曲线与图纸上的轮廓曲线进行比较，首先将工件轮缘最高点确定为坐标系原点XZ（0，0），其中X轴为上下方向，Z轴为左右方向，然后启动测量程序，测量探头先定位到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），之后测量探头快速向Z轴左方向移动到XZ（0，-1）或向Z轴右方向移动到XZ（0，1）位置进行测量粗定位，完成粗定位后，测头后退到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），再以慢速向XZ（0，-1）或XZ（0，1）移动，进行测量精定位，然后测量探头向下移动2-3个单位后再向Z轴左方向移动1个单位即XZ（（-2、-3），-2）进行下一个点的测量，或测量探头向下移动2-3个单位后再向Z轴右方向移动1个单位即XZ（（-2、-3），2）进行下一个点的测量，其它点位测量方法同上。
本发明的有益效果为：采用高精度传感器、编码器及高精度测量探头对轮对的内侧距、直径、轮缘外形轮廓等进行自动测量和记录，该测量系统具有高精度、高效率、高自动化及高可靠性为一体的特点，数控系统采用西门子840D SL，可实现标准轨距在机车与轮对不解体的情况下，在线对轮对的轮圆和踏面进行自动测量、自动加工修整的设备，对轮对的内侧距、直径、轮缘外形轮廓等进行自动测量，可大大减小由于人工测量所带来的误差，并节省了人力劳动，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2本发明的测量过程示意图；
图中，1-外罩，2-气缸，3-测量滚轮，4-编码器，5-测量探针，6-固定座，7-刀架，8-摩擦驱动轮，9-机车轮对。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1和图2所示，一种数控不落轮镟床自动测量系统，包括外罩1和对称安装在外罩1左右两侧的测量机构，所述的测量机构包括固定座6、气缸2、测量滚轮3、编码器4、测量探针5、刀架7，所述固定座6安装在外罩1上并设置有气缸2，所述固定座6上设置有与测量电机连接的测量组件丝杆副，所述测量组件丝杆副上端设置带有编码器4的测量滚轮3，所述测量滚轮3通过测量组件丝杆副沿固定座6上下移动，所述测量探针5由气缸2驱动实现升降运动，所述固定座6还设有通过X轴电机及X轴丝杆副实现上下方向（X轴方向）运动的刀架7，所述固定座6通过外罩1上的Z轴电机及Z轴丝杆副实现左右方向（Z轴方向）的运动。
所述测量探针5通过继电器的常闭触点连接到控制系统PLC的快速输入输出接口；左侧的测量探针5连接到X122的DI11端子，右侧的测量探针5连接到X132的DI13端子。
如下以左轮为例，说明本发明自动测量系统的测量方法，包括如下步骤：
1）轮对9内侧距测量：左侧刀架7和右侧刀架7的X轴和Z轴首先回到零点位置，升起测头探针，这时测头探针正处在轮对内侧距内，测头探针以较高的进给速度向轮对内侧面接近，开始进行测头探针的粗定位测量，当测头探针触发后，反向退回，再以较低的进给速度向轮对内侧面接近，进行测头探针的精定位测量，当测头探针再次触发后，自动记录下当前Z轴坐标值送入参数中，再反向退回，下降测头探针，然后测头探针沿X轴方向回到零点位置，此时实测值为数据中的绝对值，经计算获得轮对内侧距的测量值。
2）轮缘厚度及QR值测量：刀架7首先回到初始位置，根据刀架7安装后的刀具的参考尺寸和实际尺寸，能决定X位置和Z位置的尺寸，首先控制刀架7移动到机车轮对9下方，通过气缸2控制测量探针5升起，使测量探针5处于轮对内侧面内，测量探针5以10m/min的速度上升400mm的距离，再以0.25m/min的速度测量轮对踏面上下方向（X轴方向）的初始位置a点，确定X轴初始位置a点坐标后，测量探针5向下并且向右移动，然后再向上并以0.25m/min的速度搜寻轮对内侧面左右方向（Z轴方向）的初始位置b点，记录Z轴初始位置b点坐标，测量探针5向下移动到c点，测量轮缘高度的测量并记录第一点位置c点坐标，再根据记录的c点位置坐标，测量探针5先以10m/min的速度向轮对内侧面移动，再以0.25m/min的速度到达轮对内侧面d点的位置，通过机车轮对9的旋转来探测轮对内侧面不同点的位置，计算最小值和最大值的差值得到轮对的端面跳动和轮对Z方向的初始值，根据轮对Z方向的初始值，向左侧的轮对踏面方向移动70mm的距离测量轮缘高度的第二点位置e点，并记录第二点位置e点的坐标，根据第一点位置c点X坐标与第二点位置e点X坐标计算轮缘高度测量点的差值得到轮缘高度，再根据记录第二点位置e点X方向坐标，测量探针5沿X轴向下移动12mm后到第三点位置f点并测量该点的坐标，通过第三点位置f点的Z轴坐标与初始位置b点的Z轴坐标计算得到轮缘厚度，根据第一个点位置c点测量探针5向上移动2mm到第四点位置g点并测量第四点位置g点坐标，通过第三点位置f点和第四点位置g点的Z方向坐标计算得到QR值。
3）轮对9直径测量：当轮对测量完成后，刀架7沿Z轴方向移动定位到所测轮圆直径下方后，沿X轴方向定位到测量起始点，通过气缸2升起测量滚轮3（其升降高度为长度计检测），测量电机驱动测量组件丝杆副从而驱动测量滚轮3以0.7m/min的速度沿X轴方向向轮圆接近，当设置在测量滚轮3下方的线性位移传感器被压迫滑动发出电流信号并将该信号输入PLC高速模块，经PLC处理并读出此数值，若该数值小于程序设定数值，测量组件丝杆副继续驱动测量滚轮3沿X轴方向向轮圆接近，当此数值大于程序设定值时，测量电机停止，此时测量滚轮3与轮圆紧密接触足以被轮圆带动旋转，这时通过驱动轮电机驱动摩擦驱动轮8从而带动轮对正向转动，轮对轮圆带动测量滚轮3反向旋转，当机床光电信号装置接收到贴在轮对侧面的反射胶贴时，与测量滚轮3同轴的编码器4可以记录当轮圆转动一圈时测量滚轮3转动的圈数，从而可以计算出所测点的车轮直径。
4）轮对9外形轮廓测量：轮对9重新修整加工完成后，需要对轮对的外形轮廓进行测量，把测量后所生成的轮廓曲线与图纸上的轮廓曲线进行比较，首先将工件轮缘最高点（右侧）确定为坐标系原点XZ（0，0），然后启动测量程序，测量探头先定位到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），之后测量探头快速向Z轴左方向移动到XZ（0，-1）位置进行测量粗定位，完成粗定位后，测头后退到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），再以慢速向XZ（0，-1）移动，进行测量精定位，测量数值传入R参数，然后测量探头向下移动2-3个单位后再向左移动1个单位即XZ（（-2、-3），-2）进行下一个点的测量，其它点位测量方法同上。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种数控不落轮镟床自动测量系统，包括外罩和对称安装在外罩左右两侧的测量机构，其特征在于：所述的测量机构包括固定座、气缸、测量滚轮、编码器、测量探针、刀架，所述固定座安装在外罩上并设置有气缸，所述固定座上设置有与测量电机连接的测量组件丝杆副，所述测量组件丝杆副上端设置带有编码器的测量滚轮，所述测量滚轮通过测量组件丝杆副沿固定座上下移动，所述测量探针由气缸驱动实现升降运动，所述固定座还设有通过X轴电机及X轴丝杆副实现上下方向运动的刀架，所述固定座通过外罩上的Z轴电机及Z轴丝杆副实现左右方向的运动。
2.根据权利要求1所述的一种数控不落轮镟床自动测量系统，其特征在于：所述测量探针通过继电器的常闭触点连接到控制系统PLC的快速输入输出接口。
3.一种数控不落轮镟床自动测量系统的轮对内侧距测量方法，其特征在于，包括如下步骤：左侧刀架和右侧刀架的X轴方向（上下方向）和Z轴方向（左右方向）首先回到零点位置，升起测头探针，这时测头探针正处在轮对内侧距内，测头探针以较高的进给速度向轮对内侧面接近，开始进行测头探针的粗定位测量，当测头探针触发后，反向退回，再以较低的进给速度向轮对内侧面接近，进行测头探针的精定位测量，当测头探针再次触发后，自动记录下当前Z轴坐标值送入参数中，再反向退回，下降测头探针，然后测头探针沿X轴方向回到零点位置，此时实测值为数据中的绝对值，经计算获得轮对内侧距的测量值。
4.一种数控不落轮镟床自动测量系统的轮缘厚度及QR值测量方法，其特征在于，包括如下步骤：刀架首先回到初始位置，首先控制刀架移动到机车轮对下方，通过气缸控制测量探针升起，使测量探针处于轮对内侧面内，测量探针向上运动到达轮对踏面的初始位置a点，确定X轴（上下方向）初始位置a点坐标后，测量探针移动搜寻轮对内侧面的初始位置b点，记录Z轴（左右方向）初始位置b点坐标，测量探针向下移动到c点，测量轮缘高度的测量并记录第一点位置c点坐标，再根据记录的c点位置坐标，测量探针向上移动探测轮对内侧面d点的位置，通过机车轮对的旋转来探测轮对内侧面不同点的位置，计算最小值和最大值的差值得到轮对的端面跳动和轮对Z方向的初始值，根据轮对Z方向的初始值，向轮对踏面方向移动并测量轮缘高度的第二点位置e点，并记录第二点位置e点的坐标，根据第一点位置c点X坐标与第二点位置e点X坐标计算轮缘高度测量点的差值得到轮缘高度，再根据记录第二点位置e点的X轴方向坐标，测量探针向下移动到达第三点位置f点并测量该点的坐标，通过第三点位置f点的Z轴坐标与初始位置b点的Z轴坐标计算得到轮缘厚度，根据第一个点位置c点测量探针向上移动到第四点位置g点并测量第四点位置g点坐标，通过第三点位置f点和第四点位置g点的Z方向坐标计算得到QR值。
5.一种数控不落轮镟床自动测量系统的轮对直径测量方法，其特征在于，包括如下步骤：刀架沿Z轴方向（左右方向）移动定位到所测轮圆直径下方后，沿X轴方向（上下方向）定位到测量起始点，通过气缸升起测量滚轮，测量电机驱动测量组件丝杆副从而驱动测量滚轮沿X轴方向向轮圆接近，当设置在测量滚轮下方的线性位移传感器被压迫滑动发出电流信号并将该信号输入PLC高速模块，经PLC处理并读出此数值，若该数值小于程序设定数值，测量组件丝杆副继续驱动测量滚轮沿X轴方向向轮圆接近，当此数值大于程序设定值时，测量电机停止，此时测量滚轮与轮圆紧密接触足以被轮圆带动旋转，这时通过驱动轮电机驱动摩擦驱动轮从而带动轮对正向转动，轮对轮圆带动测量滚轮反向旋转，当机床光电信号装置接收到贴在轮对侧面的反射胶贴时，与测量滚轮同轴的编码器可以记录当轮圆转动一圈时测量滚轮转动的圈数，从而可以计算出所测点的车轮直径。
6.一种数控不落轮镟床自动测量系统的轮对外形轮廓测量方法，其特征在于，包括如下步骤：在轮对重新修整加工完成后，需要对轮对的外形轮廓进行测量，把测量后所生成的轮廓曲线与图纸上的轮廓曲线进行比较，首先将工件轮缘最高点确定为坐标系原点XZ（0，0），其中X轴为上下方向，Z轴为左右方向，然后启动测量程序，测量探头先定位到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），之后测量探头快速向Z轴左方向移动到XZ（0，-1）或向Z轴右方向移动到XZ（0，1）位置进行测量粗定位，完成粗定位后，测头后退到工件轮缘最高点坐标系原点 XZ（0，0），再以慢速向XZ（0，-1）或XZ（0，1）移动，进行测量精定位，然后测量探头向下移动2-3个单位后再向Z轴左方向移动1个单位进行下一个点的测量，或测量探头向下移动2-3个单位后再向Z轴右方向移动1个单位进行下一个点的测量，其它点位测量方法同上。
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