CN111964614A - 一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法，包括基座、伸缩机构、导向机构、测量机构。导向机构为燕尾移动台，可在基座的导轨内滑动；伸缩机构为往复式气缸安装在基座末端，其活塞杆与燕尾移动台相互固定，带动燕尾移动台在导轨内滑动；测量机构的气动测量头通过连杆安装在燕尾移动台上，并可实现水平方向小幅滑动和竖直方向小幅摆动；测量机构的气动测量仪通过导管连接到气动测量头实现对凸轮轴各轴颈外径的测量。本发明通过气动装置实现对凸轮轴各外径的自适应自动测量，减少了人工参与度和劳动强度，提高了测量效率和质量。

Description

一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于精密测量设备领域，具体涉及一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法。

背景技术

凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门的开启与关闭，作用是保证发动机在工作中定时为气缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出汽缸。如果凸轮轴外径过大或过小均将导致气门开启规律遭到破坏，影响配气工作的准确性，并给气门杆端和挺杆的间隙调整带来困难。现凸轮轴外径测量有气动测量仪、千分尺和专用凸轮轴测量仪。气动测量仪应用较广，但高频次测量易造成测量头碰撞、磨损，从而影响测量精度，且通常需要人工手持操作，劳动强度大、测量效率低。千分尺精度较高，但效率低，不适合大批量的测量场景。专用凸轮轴测量仪可较好满足测量效率与精度要求，但造价非常昂贵。

例如中国专利申请201620869306.5，名称为《凸轮轴径向测量装置》，该装置以顶升气缸作为驱动源，通过基座组件与活动板的可调式连接实现不同轴径凸轮轴测量。该测量装置未涉及气动测量头的位置自适应调整及接触区耐磨处理问题。

中国专利申请2017205777826.3，名称为《一种凸轮轴轴径直径测量检具》，该装置通过两个同轴线的顶尖实现凸轮轴的固定，在两个顶尖之间的支撑座上设置多个百分表，通过一次装夹即可测得多个轴颈直径，但该装置测量效率低、劳动强度大。

中国专利申请201721677396.9，名称为《一种新型易操作的凸轮轴测量仪》，该装置通过控制系统控制电机转动来驱动丝杠转动，测量传感器通过固定座安装在丝杠上，可随丝杠上下移动，在水平方向设置电动推杆，推动测量传感器接触凸轮轴表面，完成轴颈直径测量。该装置控制系统复杂，且不能进行多处轴径同时测量。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种凸轮轴外径自适应测量装置及其测量方法，通过气动装置实现对凸轮轴外径的自适应自动测量，减少了人工参与度和劳动强度，提高了测量效率和质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种凸轮轴外径自适应测量装置，包括基座、伸缩机构、导向机构、测量机构。所述测量机构包括用于测量凸轮轴外径的气动测量头和气动测量仪，气动测量头通过连杆安装于导向机构上，所述气动测量仪通过导管与气动测量头连接。

上述方案中，所述伸缩机构包括气缸及活塞杆，气缸通过固定螺钉固定在基座上，活塞杆末端通过螺钉与导向机构中的燕尾移动台固定。

上述方案中，所述导向机构包括燕尾移动台及其后端盖、缓冲弹簧；所述燕尾移动台上端设置有安装孔，孔内设置键槽，连杆一端通过键与安装孔内的键槽相连，起到周向定位和轴向限位作用，实现前后方向微调；所述燕尾移动台底部与基座的燕尾滑轨滑动配合；所述缓冲弹簧位于安装孔内，并置于后端盖、连杆之间；所述后端盖通过螺纹旋入安装孔端部，达到固定气动测量头连杆和调节弹簧松紧的作用。

上述方案中，所述气动测量头设有供连杆安装的凹槽，连杆头部插入该凹槽，通过带孔销连接及固定气动测量头。销与孔之间采用间隙配合，以适应测量头微摆要求。所述气动测量头的凹槽内设有上下两个微调弹簧，连杆头部上下侧分别通过微动弹簧连接到气动测量头，使气动测量头实现微幅摆动，以适应待测件轴线高度变化要求。所述气动测量头与工件接触部分分别镶嵌硬质合金块。气动测量仪通过导管连接气动测量头，实现凸轮轴外径测量。

上述方案中，在带T型槽的测量系统工作台上通过基座的安装孔，利用T型螺钉联结安装一定数量的凸轮轴外径自适应测量装置，以满足凸轮轴不同轴颈多点同时测量的要求。

一种凸轮轴外径自适应测量装置的测量方法，其特征在于，将待测件凸轮轴定位固定，利用气缸驱动导向机构朝待测件移动，气动测量头通过带孔销连接连杆，利用上下两个微调弹簧实现气动测量头的微幅周向摆动，以适应凸轮轴轴线位置变化要求；利用连杆与导向机构之间的缓冲弹簧，防止测量时测量头与工件产生刚性冲击；导向机构继续移动直至气动测量头进入凸轮轴的测量位置后，气动测量仪上即可读出凸轮轴外径数值。

本发明的创新点如下：

1）通过改进气动测量头，在其易磨损位置镶嵌硬质合金，达到耐磨目的；

2）气动测量头通过带孔销连接连杆，并通过上下两个微调弹簧实现气动测量头的周向微幅摆动，以适应凸轮轴轴线位置变化要求，消除了凸轮轴轴线安装位置误差的影响；

3）连杆通过键连接燕尾移动台上的安装孔，并在孔内装有缓冲弹簧，防止测量时的刚性冲击，缓冲弹簧可通过带螺纹的后盖调节松紧程度，以此实现气动测量头水平方向小幅移动；

4）燕尾移动台通过气缸伸缩实现前后自动移位，到测量位后气动测量仪上即可读出凸轮轴外径数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明采用一种凸轮轴外径自适应气动测量方法，可实现测量头气动自动驱动进给和与工件的相互定位，避免了人工手持操作，大大减轻劳动强度，提高了工作效率，同时可以避免手动操作引起的测量头碰撞，减小磨损，延长测量仪器使用寿命；

2）本凸轮轴外径自适应测量装置通过三个弹簧，分别实现了气动测量头的周向微摆和水平方向前后微调缓冲，可适应凸轮轴轴线位置变化的要求，并有效降低测量过程的接触冲击；

3）本凸轮轴外径自适应测量装置全部采用气动方式，通过气缸推动气动测量头完成测量，整个过程易于实现自动化，提升了测量效率；

4）本发明的气动测量头在与工件接触位置镶嵌硬质合金，提高了气动测量头的耐磨性能和使用寿命；

5）本凸轮轴外径自适应测量装置可以根据具体应用需求（如四缸或六缸发动机凸轮轴等）在不同轴颈位置实现多点同时测量，测量效率得到大幅度提升。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明凸轮轴外径自适应测量装置的结构示意图；

图2是本发明凸轮轴外径自适应测量装置的局部剖视图；

图中： 101、基座、102安装孔；201、气缸；202、固定螺钉；203、活塞杆；301、燕尾移动台；302后端盖；303、缓冲弹簧；401、气动测量头；402、微调弹簧；403带孔销；404、键；405、连杆；406、进气孔；407、硬质合金块；408、气动测量仪。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、 “内”、“外”、 “尾部”、“头部”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和2所示为本发明所述凸轮轴外径自适应测量装置一种实施方式，包括基座、伸缩机构、导向机构、测量机构；伸缩机构通过固定螺钉固定于基座上，导向机构在伸缩机构活塞杆推动下可在基座的燕尾导轨内前后移动。测量机构的气动测量头通过连杆安装在导向机构的安装孔内，连杆一端通过键在安装孔的键槽内小幅前后移动，通过安装孔内的弹簧减少气动测量头与工件接触时的刚性冲击。气动测量头通过带孔销连接连杆，通过上下两个微调弹簧实现微幅摆动，以适应待测零件不同安装轴线位置误差要求。测量机构的气动测量仪通过导管连接气动测量头的进气孔，实现凸轮轴径测量。

根据本实施例，优选的，所述伸缩机构适用于推或拉动燕尾移动台前后移动进而带动气动测量头前后移动，包括气缸201、固定螺钉202、活塞杆203；

所述气缸201通过固定螺钉202固定于基座101上；所述活塞推杆203在气缸201进气和排气过程中实现前后伸缩。

根据本实施例，优选的，所述导向机构适用于带动测量机构的气动测量头前后移动，包括燕尾移动台301、缓冲弹簧303、后端盖302。

所述燕尾移动台301上端设置有安装孔，安装孔靠近后端盖302端开有槽，燕尾移动台301可在基座101的燕尾导轨内前后滑动，后端盖302通过螺纹旋入安装孔，缓冲弹簧303连接后端盖和测量机构的连杆，通过调整后端盖旋入安装孔长度可以调整缓冲弹簧的松紧。

根据本实施例，优选的，所述测量机构包括气动测量头401、微调弹簧402、带孔销403、键404、连杆405、进气孔406、硬质合金块407、气动测量仪408；

所述连杆通过键连接燕尾移动台，所述气动测量头通过带孔销403连接连杆405，从而保证气动测量头周向旋转以及前后移动；所述连杆与气动测量头连接处上下分别安装微调弹簧，以实现气动测量头的周向微摆。在气动测量头与工件接触的位置分别镶嵌硬质合金块407，减少磨损，提高寿命。所述气动测量仪通过导管连接进气孔406。

根据本实施例，优选的，所述气动测量头的中心轴线应与待测凸轮轴的轴线保持基本垂直。

本发明中导向机构为燕尾移动台，可在基座的导轨内滑动；伸缩机构为往复式气缸安装在基座末端，其活塞杆与燕尾移动台相互固定，带动燕尾移动台在导轨内滑动；测量机构的气动测量头通过连杆安装在燕尾移动台上，并可实现水平方向小幅滑动和周向微幅摆动；测量机构的气动测量仪通过导管连接到气动测量头实现对凸轮轴外径的测量。本发明通过气动装置实现对凸轮轴外径的自适应自动测量，减少了人工参与度和劳动强度，提高了测量效率和质量。

下面结合某13L柴油发动机7轴颈凸轮轴的直径测量，阐明该测量装置具体使用方法及步骤：

1)通过工作台上T型槽及安装孔102采用T型螺钉联结安装7台凸轮轴外径自适应测量装置；

2）针对气动量仪设置凸轮轴轴颈公称尺寸（φ40mm）、上下偏差+/-0.02mm，通过凸轮轴颈校准件进行上下限校正，校准件公差+/-0.001mm；

3）调整气动量仪气源压力至合适值（0.4-0.6Mpa）,并接通气动量仪（分度值0.5μm）；

4）擦净轴颈表面，采用双顶尖对待测凸轮轴进行定位固定；

5）通过气缸驱动，实现各测量头自动进给，并与工件各待测轴颈实现相互定位；

6）进行凸轮轴各轴颈尺寸测量，并记录测量结果；

7）测量结束，对测量头用清洁的棉纱或软布进行擦净，并涂油保护。

主轴颈直径是凸轮轴的重要关键特性，直接影响发动机的性能，这个尺寸会有过程能力的要求，目前现状是，操作工手工测量轴颈直径，并将数值记录在检验记录本上，测量工程师定期对关键特性的能力进行计算，能力不足时反馈加工现场做改进，这样的节奏是有滞后性的，而且数据的记录会有人为因素导致的偏差。

自动测量的主轴颈直径数值，通过数据传输，实时输入SPC控制站，在SPC控制站显示器上，出现当前数据产生的图形，我们会提前根据合格的过程能力设定上下控制线，当检测的数据超出了控制线，系统将在显示屏上出现NOK报警，提醒操作人员，主轴颈直径不合格，那么操作工就会实时的对加工过程进行调整，将尺寸控制在控制线要求的范围内，使得整个过程处于受控状态。更好的指导现场。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，包括基座（101）、伸缩机构、导向机构和测量机构；所述伸缩机构包括气缸（201）、活塞杆（203），所述气缸固定安装于基座，所述活塞杆末端通过螺钉连接导向机构，所述导向机构与基座（101）间隙滑动配合；所述测量机构包括用于测量凸轮轴外径的气动测量头（401）和气动测量仪（408），气动测量头通过连杆（405）安装于导向机构上，所述气动测量仪通过导管与气动测量头连接。

2.根据权利要求1所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，所述导向机构包括燕尾移动台（301）、后端盖（302）、缓冲弹簧（303）；所述燕尾移动台（301）上端设置有安装孔，孔内设置键槽，所述连杆（405）一端通过键（404）与安装孔内的键槽相连，起到周向定位和轴向限位作用；所述燕尾移动台（301）底部与基座（101）的燕尾滑轨滑动配合；所述后端盖（302）通过螺纹旋入安装孔端部，用于调节缓冲弹簧（303）的松紧；所述缓冲弹簧位于安装孔内，并置于后端盖、连杆之间。

3.根据权利要求1所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，所述气动测量头（401）与凸轮轴接触的位置镶嵌硬质合金块（407），以提高易接触面的耐磨性能。

4.根据权利要求2所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，所述气动测量头设有供连杆安装的凹槽，所述连杆（405）另一端插入该凹槽，并通过带孔销（403）与气动测量头（401）连接，带孔销（403）与其对应的销孔之间采用间隙配合，以适应气动测量头微摆要求。

5.根据权利要求4所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，所述气动测量头的凹槽内设有微调弹簧（402），所述微调弹簧分（402）为上下两个，分别布置于连杆的上、下侧，并与气动测量头（401）连接，实现测量时上下微调，以适应待测件轴线高度变化要求。

6.根据权利要求3所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，所述气动测量头设有进气孔（406），所述气动测量仪通过导管与气动测量头（401）上的进气孔（406）连接，实现轴径测量。

7.根据权利要求1所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置，其特征在于，在带T型槽的测量系统工作台上通过基座（101）的安装孔（102），利用T型螺钉联结安装一定数量的凸轮轴外径自适应测量装置，以满足凸轮轴不同轴颈多点同时测量的要求。

8.根据权利要求1所述的一种凸轮轴外径自适应测量装置的测量方法，其特征在于，将待测件凸轮轴定位固定，利用气缸驱动导向机构朝待测件移动，气动测量头通过带孔销连接连杆，利用上下两个微调弹簧实现气动测量头的微幅周向摆动，以适应凸轮轴轴线位置变化要求；利用连杆与导向机构之间的缓冲弹簧，防止测量时测量头与工件产生刚性冲击；导向机构继续移动直至气动测量头进入凸轮轴的测量位置后，气动测量仪上即可读出凸轮轴外径数值。

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