CN111380483A - 内燃机凸轮轴外轮廓检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机凸轮轴外轮廓检测仪及检测方法，是在水平基座上利用三爪卡盘和顶针安装待测凸轮轴，使待测凸轮轴能够由三爪卡盘带动定轴旋转，在待测凸轮轴的一侧设置直线光学尺，直线光学尺上可伸缩的测杆的轴线与待测凸轮轴的轴线成正交，检测状态下的测杆前端的测头抵于待测凸轮轴的凸轮的表面。本发明采用伺服电机通过三爪卡盘带动待测凸轮轴旋转一周，即可根据直线光学尺的输出信号获得凸轮轴上一个凸轮的升程和相位角，实现快速高精度检测，满足现代化生产的产品在线检测要求。

Description

内燃机凸轮轴外轮廓检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机凸轮轴外轮廓精度检测装置，具体地说涉及一种内燃机凸轮轴上非圆凸轮的形状精度和尺寸精度检测。

背景技术

凸轮轴是内燃机的一个核心部件，内燃机的使用寿命很大程度上取决于凸轮轴的精度。凸轮轴中凸轮的升程和相位角是两项关键的技术指标；在凸轮轴的制造过程中，针对升程和相位角的检测，行业生产厂家大多采用阿贝测长仪和光学分度头进行。这些检测仪虽然精度高，但设备投资大、专业化程度高、操作繁琐、通用性差，并且在实际生产的检测过程中效率很低。如对一根单缸凸轮轴进、排气凸轮的升程、油泵凸轮的升程以及键槽中心线对凸轮中心平面的夹角检测一次，其示值定位和读数需要花费4～5个小时的时间，检测效率不能适应现代化生产的需要，尤其不能适应凸轮轴在线抽检需要。

发明内容

本发明是为避免现有技术所存在的不足之处，提供一种能够广泛适用于多品种、多系列、多规格的凸轮轴检测的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪及检测方法，以高效的检测方式适应现代化生产的需要。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点是：

呈水平设置基座，在所述基座上设置纵向导轨，在所述基座的一侧固定设置支承箱体，在所述基座的另一侧设置尾座滑台，并有检测滑台位于所述支承箱体和尾座滑台之间；所述尾座滑台和检测滑台分别与纵向滑轨形成滑移副，所述尾座滑台和检测滑台能够通过在所述纵向滑轨上的移动调整各自的纵向位置；

在所述支承箱体上设置三爪卡盘，在所述尾座滑台上设置顶针，待测凸轮轴安装在三爪卡盘和顶针之间，待测凸轮轴的轴线呈纵向，利用转动的三爪卡盘带动待测凸轮轴定轴转动，并针对三爪卡盘的转轴设置旋转编码器，用于检测三爪卡盘的转动角度；

在所述检测滑台上设置检测装置，所述检测装置采用直线光学尺，所述直线光学尺上可伸缩的测杆的轴线呈水平且与待测凸轮轴的轴线正交，检测状态下的测杆前端的测头抵于待测凸轮轴的凸轮的表面，所述直线光学尺的输出信号是与凸轮升程相关联的检测信号。

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点也在于：在所述检测滑台上固定设置横向滑轨，并在所述横向滑轨上配合设置能够沿所述横向滑轨移动的横向滑台，形成横向滑移机构，所述直线光学尺的尺座固定安装在所述横向滑台上，利用所述横向滑移机构调整横向滑台的横向位置，使检测状态下的测头抵于待测凸轮轴的凸轮的表面，非检测状态下的测头离开待测凸轮轴的凸轮的表面。

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点也在于：在所述检测滑台上设置第一伺服电机，并设置第一丝杠螺母传动机构，由所述第一伺服电机通过第一丝杠螺母传动机构驱动横向滑台在横向滑轨上移动；所述第一丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由所述第一伺服电机驱动转动，所述第一丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在横向滑台上。

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点也在于：在所述基座设置第二伺服电机，并设第二丝杠螺母传动机构，由所述第二伺服电机通过第二丝杠螺母传动机构驱动检测滑台在纵向滑轨上移动，所述第二丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由第二伺服电机驱动，所述第二丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在检测滑台上。

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点也在于：在所述支承箱体上设置第三伺服电机，并设置由小同步轮、同步带和大同步轮构成的带传动机构，由所述第三伺服电机通过带传动机构驱动三爪卡盘旋转；所述旋转编码器设置在第三伺服电机的输出轴上；

本发明内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构特点也在于：在所述尾座滑台上固定设置尾座，所述顶针安装在尾座上，设置长度可伸缩的顶针，由手轮通过手动丝杠螺母机构调整顶针在尾座上的伸出长度；设置第一锁紧机构，用于锁定顶针在尾座上的伸出长度；设置第二锁紧机构，用于锁定尾座滑台在基座上的纵向位置。

利用本发明检测仪实现内燃机凸轮轴外轮廓的检测的方法是按如下步骤进行：

步骤1、将待测凸轮轴的一端轴颈用三爪卡盘夹紧，另一端轴颈端面的中心孔用顶针顶紧，完成待测凸轮轴的安装；

步骤2、调整横向滑台和检测滑台，使得直线光学尺的测头抵靠在距离三爪卡盘最近的第一只凸轮的基圆柱面上；

步骤3、控制三爪卡盘带动待测凸轮轴逆时针旋转360°，测头随着凸轮旋转产生伸缩运动，并在直线光学尺中输出与凸轮升程相关联的检测信号；记录待测凸轮轴每转过1°时的直线光学尺的输出值，在所述待测凸轮轴转过360°时，即完成一个凸轮的升程检测；

步骤4、调整横向滑台和检测滑台，将测头抵靠在距离三爪卡盘的第二只凸轮的基圆柱面上，按照步骤3的方式完成针对第二个凸轮的升程的检测；并以相同的方式完成该待测凸轮轴上所有凸轮的检测。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明测量精度高，采用直线光学尺检测凸轮的升程，分辨力可达0.001mm，采用伺服电机轴上的旋转编码器检测相位角，分辨力可达30″；

2、本发明测量效率高，采用伺服电机控制凸轮快速旋转一周，即可测出一个凸轮的升程和相位角；批量测量时可以采用测控系统编程后进行自动检测，无需人工干预；

3、本发明适应范围宽，可用于检测不同类型的凸轮、凸轮轴或内燃机铝活塞裙部的中突变椭圆；

4、本发明测量结果直观，通过配套设置数据处理系统，实现检测数据的实时显示和打印输出；

5、本发明通过配套设置计算机系统，将检测数据传输到计算机中，生成凸轮的实测模型，其与理论模型进行比较，实现可视化检测。

附图说明

图1为本发明整体结构主视示意图；

图2为本发明整体结构后视示意图；

图3为本发明中检测状态示意图。

图中标号：1基座、2第二伺服电机、3尾座、4顶针、5直线光学尺、6第一伺服电机、7横向滑台、8三爪卡盘、9支承箱体、10大同步轮、11同步带、12小同步轮、13第三伺服电机、14纵向滑轨、15待测凸轮轴、16横向滑轨、17检测滑台、18尾座滑台、19测头、20可伸缩测杆、21手轮、22第一锁紧机构、23第二锁紧机构。

具体实施方式

参见图1和图2，本实施例中内燃机凸轮轴外轮廓检测仪的结构形式是：

呈水平设置基座1，在基座1上设置两道平行的纵向滑轨14，图1和图2中所示的纵向为Z向，在基座1的一侧固定设置支承箱体9，在基座1的另一侧设置尾座滑台18，并有检测滑台17位于支承箱体9和尾座滑台18之间；尾座滑台18和检测滑台17分别与纵向滑轨14形成滑移副，尾座滑台18和检测滑台17能够通过在纵向滑轨14上的移动调整各自的纵向位置。

在支承箱体9上设置三爪卡盘8，在尾座滑台18上设置顶针4，待测凸轮轴15安装在三爪卡盘8和顶针4之间，待测凸轮轴15的轴线呈纵向，与纵向导轨14相互平行，利用转动的三爪卡盘8带动待测凸轮轴15定轴转动。

在检测滑台17上设置检测装置，检测装置采用直线光学尺5，直线光学尺5上可伸缩的测杆20的轴线呈水平且与待测凸轮轴15的轴线正交，检测状态下的测杆20前端的测头19抵于待测凸轮轴15的凸轮的表面，如图3所示。

具体实施中，相应技术措施也包括：

在检测滑台17上固定设置横向滑轨16，并在横向滑轨16上配合设置能够沿横向滑轨16移动的横向滑台7，形成横向滑移机构，图1和图2中所示的横向为X向，直线光学尺5的尺座固定安装在横向滑台7上，利用横向滑移机构调整横向滑台7的横向位置，使检测状态下的测头19抵于待测凸轮轴15的凸轮的表面，非检测状态下的测头19离开待测凸轮轴15的凸轮的表面。为了实现自动控制，在检测滑台17上设置第一伺服电机6，并设置第一丝杠螺母传动机构，由第一伺服电机6通过第一丝杠螺母传动机构驱动横向滑台17在横向滑轨16上移动；第一丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由第一伺服电机6驱动转动，第一丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在横向滑台7上。

在基座1上设置第二伺服电机2，并设第二丝杠螺母传动机构，由第二伺服电机2通过第二丝杠螺母传动机构驱动检测滑台17在纵向滑轨14上移动，第二丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由第二伺服电机2驱动，第二丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在检测滑台17上。

在支承箱体9上设置第三伺服电机13，并设置由小同步轮12、同步带11和大同步轮10构成的带传动机构，由第三伺服电机13通过带传动机构驱动三爪卡盘8旋转，如图2中所示的旋转示意C向指示。

本实施例中，在尾座滑台18上固定设置尾座3，顶针4安装在尾座3上朝向三爪卡盘8所在的一侧，呈水平的待测凸轮轴15一端固定安装在三爪卡盘8上，另一端由顶针4顶撑，以此保证待测凸轮轴15的稳定旋转。设置长度可伸缩的顶针4，由手轮21通过手动丝杠螺母机构调整顶针4在尾座3上的伸出长度；手动丝杠螺母机构中的丝杠沿纵向支撑在尾座3中，手轮21用于转动丝杠，并带动手动丝杠螺母机构中的螺母沿纵向移动，以此调整顶针4在尾座3上的伸出长度。

为了保证待测凸轮轴15安装牢固、旋转稳定，设置锁紧机构对顶针4的纵向位置进行锁定，包括第一锁紧机构22和第二锁紧机构23，第一锁紧机构22和第二锁紧机构23均采用偏心凸轮锁紧方式；其中，第一锁紧机构22用于锁定顶针4在尾座3上的伸出长度；第二锁紧机构23用于锁定尾座滑台18在基座1上的纵向位置。

利用本发明检测仪实现内燃机凸轮轴外轮廓的检测方法是按如下步骤进行：

步骤1、首先将待测凸轮轴15的一端轴颈用三爪卡盘8夹紧，然后分别调整尾座滑台18在纵向导轨14上的纵向位置，以及调整顶针4的伸出长度，使待测凸轮轴15的另一端轴颈端面的中心孔由顶针4顶紧，锁定顶针4的纵向位置即完成待测凸轮轴15的安装。

步骤2、调整横向滑台7和检测滑台17，使得直线光学尺5的测头19抵靠在距离三爪卡盘8最近的第一只凸轮的基圆柱面上。

步骤3、控制三爪卡盘8带动待测凸轮轴15逆时针旋转360°，测头19随着凸轮旋转产生伸缩运动，并在直线光学尺5中输出与凸轮升程相关联的检测信号；记录待测凸轮轴15每转过1°时的直线光学尺5的输出值，在所述待测凸轮轴15转过360°时，即完成一个凸轮的升程检测。

步骤4、调整横向滑台7和检测滑台17，将测头19抵靠在距离三爪卡盘8的第二只凸轮的基圆柱面上，按照步骤3的方式完成针对第二个凸轮的升程的检测；并以相同的方式完成该待测凸轮轴15上所有凸轮的检测。

本实施例中需要设置相应的测控系统，用于控制第一伺服电机、第二伺服电机以及第三伺服电机的工作，并接受直线光学尺关于凸轮升程位移的检测输出信号以及旋转编码器关于凸轮相位角的检测输出信号。

Claims (7)

1.内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：

呈水平设置基座(1)，在所述基座(1)上设置纵向导轨(14)，在所述基座(1)的一侧固定设置支承箱体(9)，在所述基座(1)的另一侧设置尾座滑台(18)，并有检测滑台(17)位于所述支承箱体(9)和尾座滑台(18)之间；所述尾座滑台(18)和检测滑台(17)分别与纵向滑轨(14)形成滑移副，所述尾座滑台(18)和检测滑台(17)能够通过在所述纵向滑轨(14)上的移动调整各自的纵向位置；

在所述支承箱体(9)上设置三爪卡盘(8)，在所述尾座滑台(18)上设置顶针(4)，待测凸轮轴(15)安装在三爪卡盘(8)和顶针(4)之间，待测凸轮轴(15)的轴线呈纵向，利用转动的三爪卡盘(8)带动待测凸轮轴(15)定轴转动，并针对三爪卡盘(8)的转轴设置旋转编码器，用于检测三爪卡盘(8)的转动角度；

在所述检测滑台(17)上设置检测装置，所述检测装置采用直线光学尺(5)，所述直线光学尺(5)上可伸缩的测杆(20)的轴线呈水平且与待测凸轮轴(15)的轴线正交，检测状态下的测杆(20)前端的测头(19)抵于待测凸轮轴(15)的凸轮的表面，所述直线光学尺(5)的输出信号是与凸轮升程相关联的检测信号。

2.根据权利要求1所述的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：在所述检测滑台(17)上固定设置横向滑轨(16)，并在所述横向滑轨(16)上配合设置能够沿所述横向滑轨(16)移动的横向滑台(7)，形成横向滑移机构，所述直线光学尺(5)的尺座固定安装在所述横向滑台(7)上，利用所述横向滑移机构调整横向滑台(7)的横向位置，使检测状态下的测头(19)抵于待测凸轮轴(15)的凸轮的表面，非检测状态下的测头(19)离开待测凸轮轴(15)的凸轮的表面。

3.根据权利要求2所述的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：在所述检测滑台(17)上设置第一伺服电机(6)，并设置第一丝杠螺母传动机构，由所述第一伺服电机(6)通过第一丝杠螺母传动机构驱动横向滑台(17)在横向滑轨(16)上移动；所述第一丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由所述第一伺服电机(6)驱动转动，所述第一丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在横向滑台(7)上。

4.根据权利要求1所述的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：在所述基座(1)设置第二伺服电机(2)，并设第二丝杠螺母传动机构，由所述第二伺服电机(2)通过第二丝杠螺母传动机构驱动检测滑台(17)在纵向滑轨(14)上移动，所述第二丝杠螺母传动机构中的滚珠丝杠由第二伺服电机(2)驱动，所述第二丝杠螺母传动机构中的螺母固定设置在检测滑台(17)上。

5.根据权利要求1所述的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：在所述支承箱体(9)上设置第三伺服电机(13)，并设置由小同步轮(12)、同步带(11)和大同步轮(10)构成的带传动机构，由所述第三伺服电机(13)通过带传动机构驱动三爪卡盘(8)旋转；所述旋转编码器设置在第三伺服电机(13)的输出轴上。

6.根据权利要求1所述的内燃机凸轮轴外轮廓检测仪，其特征是：在所述尾座滑台(18)上固定设置尾座(3)，所述顶针(4)安装在尾座(3)上，设置长度可伸缩的顶针(4)，由手轮(21)通过手动丝杠螺母机构调整顶针(4)在尾座(3)上的伸出长度；设置第一锁紧机构(22)，用于锁定顶针(4)在尾座(3)上的伸出长度；设置第二锁紧机构(23)，用于锁定尾座滑台(18)在基座(1)上的纵向位置。

7.利用权利要求1所述的检测仪实现内燃机凸轮轴外轮廓的检测，其方法特征是按如下步骤进行：

步骤1、将待测凸轮轴(15)的一端轴颈用三爪卡盘(8)夹紧，另一端轴颈端面的中心孔用顶针(4)顶紧，完成待测凸轮轴(15)的安装；

步骤2、调整横向滑台(7)和检测滑台(17)，使得直线光学尺(5)的测头(19)抵靠在距离三爪卡盘(8)最近的第一只凸轮的基圆柱面上；

步骤3、控制三爪卡盘(8)带动待测凸轮轴(15)逆时针旋转360°，测头(19)随着凸轮旋转产生伸缩运动，并在直线光学尺(5)中输出与凸轮升程相关联的检测信号；记录待测凸轮轴(15)每转过1°时的直线光学尺(5)的输出值，在所述待测凸轮轴(15)转过360°时，即完成一个凸轮的升程检测；

步骤4、调整横向滑台(7)和检测滑台(17)，将测头(19)抵靠在距离三爪卡盘(8)的第二只凸轮的基圆柱面上，按照步骤3的方式完成针对第二个凸轮的升程的检测；并以相同的方式完成该待测凸轮轴(15)上所有凸轮的检测。

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