CN205085829U - 曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置 - Google Patents

曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置 Download PDF

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刘金铎
柴艳华
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Abstract

本实用新型涉及一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,包括接触传感器、支架、转臂、液压驱动回转装置和用于装卡曲轴且与曲轴的主轴颈同轴的主转轴,所述转臂的一端固定连接在所述液压驱动回转装置的转轴上,且所述转臂与所述转轴垂直,所述转臂的另一端固定连接在所述支架的上端,所述接触传感器的远离测头的一端固定连接在所述支架的下端,所述转臂和接触传感器的测头中心线相平行,所述液压驱动回转装置的转轴平行于所述主转轴的轴线。本实用新型定位准确、效率高,很好地解决了曲轴连杆颈自动化加工中自动定相位的问题,并且能够满足自动化加工下的柔性和高效要求。

Description

曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种工件角度测量装置,特别涉及一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置。
背景技术
目前在曲轴连杆颈的磨削加工中,一般使用定位销孔定相位,如图1所示,在曲轴专用卡具1上,设计定位销2,按曲轴3上定位销孔的位置固定定位销,装卡工件时利用定位销实现角相定位,从而保证磨削时连杆颈的角度准确。
销孔定位的缺点是灵活性差,由于不同型号的曲轴销孔的大小和销孔距工件的中心尺寸不同,每次换型都需要重新更换卡具体,增加了换型成本和周期,满足不了自动化加工下“柔性、高效”的要求。
随着曲轴生产线自动化程度的提高,越来越多的生产线使用机械手自动上下料,在曲轴装卡时,使用定位销孔定位,难度较大,例如如果卡具上的定位销和曲轴上的销孔位置有偏差,就会出现装卡不上,造成夹具或机械手损坏。而使用机械手抓取工件时依靠工装料台定相位的方法,只能做到粗定位,还远达不到精确定位的程度。
如果连杆颈的相位误差较大,在磨削加工时会出现连杆颈的磨削余量不均,更严重者会尺寸到位而还有没磨削到的地方。如果相位不正确,连杆颈磨削时的位置不对,就会出现砂轮快速碰撞上曲轴的现象。在切点跟踪磨削曲轴磨床中,砂轮的线速度高达120m/s,巨大的冲击力会造成工件折断或者飞出,砂轮也会碎裂,后果相当严重。
发明内容
为了克服现有技术下的上述缺陷,本实用新型的目的在于提供一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,不仅测量准确度高,而且能够满足自动化加工下的柔性和高效要求。
本实用新型的技术方案是:
一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,包括接触传感器、支架、转臂、液压驱动回转装置和用于装卡曲轴且与曲轴的主轴颈同轴的主转轴,所述转臂的一端固定连接在所述液压驱动回转装置的转轴上,且所述转臂与所述转轴垂直,所述转臂的另一端固定连接在所述支架的上端,所述接触传感器的远离测头的一端固定连接在所述支架的下端,所述转臂和接触传感器的测头中心线相平行,所述液压驱动回转装置的转轴平行于所述主转轴的轴线。采用转臂和支架作为中间过渡件连接液压驱动回转装置和接触传感器,能够使二者处于特定的空间位置关系,既便于所述接触传感器驱动装置的安装,又能保证测量装置不与其他结构件发生干涉。
所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置还可以包括丝杆,所述转臂的另一端设有中心螺孔,所述支架的上端设有光孔,所述丝杆穿过所述光孔并旋接在所述中心螺孔中,所述支架的上端通过一螺母锁紧固定在所述转臂的另一端上。该结构拆装方便,调节支架在垂直于转臂的平面内的角度也容易,必要时,可以方便地调节角度或更换不同长短的支架来适应不同规格的曲轴连杆颈的测量。
所述液压驱动回转装置可以采用液压回转油缸。
所述液压驱动回转装置上优选设有用于采集并发出其转轴转动到位信号的发讯装置。当所述接触传感器摆动到测量位置时,发讯装置发出到位信号,所述液压驱动回转装置停止动作,使所述接触传感器保持在测量位置上。
所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置还可以包括主转轴转角传感器。
所述主转轴转角传感器可以为旋转编码器。
所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置还可以包括主转轴驱动装置和可用于向主转轴驱动装置发出控制指令以及输出主转轴的角度坐标的数控系统,主转轴转角传感器以及接触传感器的信号输出端各自接入所述数控系统的相应传感信号输入端。数控系统可以很好地将接触传感器的动作与主转轴的动作协调统一起来。使所述液压驱动回转装置动作或停止动作的控制指令可以由数控系统发出,这种情况下,所述发讯装置的信号输出端可以接入所述数控系统的相应传感信号输入端,以便数控系统知道何时向液压驱动回转装置发出停止动作的指令。
将所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置应用于曲轴磨床上,以曲轴磨床的主轴及其配套的驱动装置和转角检测装置作为所述主转轴及其驱动装置和转角传感器,以曲轴磨床的NC系统作为所述数控系统,所述接触传感器驱动装置固定在曲轴磨床的砂轮架上。接触传感器在砂轮架的带动下前后、左右移动。
控制所述液压驱动回转装置动作的电磁阀安装在曲轴磨床的液压站上。
以所述接触传感器的测头中心线与主转轴的轴线处于同一水平面内且垂直的位置作为接触传感器的测量位置。
进一步地,将所述接触传感器的测头中心到所述主转轴的轴线的距离等于时的位置作为测量位置,其中R为连杆颈的偏心距,r为连杆颈的半径,d为测头的直径。此时,曲轴连杆颈转到靠近测头一侧接近水平时能够与测头相切,使触动传感器发讯的误差最小。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型结构简单,投资少,测量方法稳定可靠,测量误差较小。相应的测量方法相当于对曲轴相位进行了精确的校准,由于单次测量中可以抵消掉曲轴的初始放置位置误差,因此对单件加工来说,基本不需要考虑曲轴的初始相位,对于批量加工来说,即使考虑到同一批次曲轴间的尺寸形状偏差,相比现有的测量方法,也显著降低了对曲轴的初始放置位置误差要求,采用单次或少量次数的测量即可。并且,该测量装置和测量方法不受曲轴规格的限制,完全能够适应曲轴连杆颈磨削加工的柔性和高效的要求,解决了曲轴自动化生产线加工中的连杆颈定相位的难题。
附图说明
图1是现有技术下销子定相位原理图;
图2是本实用新型的在线测量装置的一个实施例的结构示意图;
图3是曲轴连杆颈触动接触传感器发讯的第一次位置;
图4是曲轴连杆颈触动接触传感器发讯的第二次位置;
图5是本实用新型的相位角计算原理图;
图6是本实用新型的工件旋转角度计算原理图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置(简称为测量装置),作为一个实施例,如图2所示,包括接触传感器9、液压驱动回转装置5、转臂6、支架7、丝杆8、用于装卡曲轴3且与曲轴的主轴颈同轴的主转轴、主转轴驱动装置和主转轴转角传感器。所述转臂通过其一端垂直固定连接在所述液压驱动回转装置的转轴上,所述转臂的另一端设有中心螺孔,所述支架的上端设有光孔,一丝杆穿过所述光孔并旋接在所述中心螺孔中,所述支架的上端通过一螺母锁紧固定在所述转臂的另一端上,所述接触传感器远离测头的一端固定连接在所述支架的下端,所述接触传感器的测头中心线与所述转臂平行,所述液压驱动回转装置的转轴平行于所述主转轴的轴线。
该测量装置可应用于曲轴磨床上,采用磨床的主轴作为所述主转轴,相应地,主转轴驱动装置、主转轴转角传感器(例如旋转编码器)、数控系统均采用磨床上与主轴配套的驱动装置、转角检测装置、磨床的NC系统,用NC系统作为测量装置的控制系统向主转轴驱动装置发出控制指令以及输出主转轴的角度坐标,主转轴转角传感器以及接触传感器的信号输出端各自接入NC系统的相应传感信号输入端。
所述液压驱动回转装置优选固定在曲轴磨床的砂轮架4上面,其回转中心线与砂轮主轴中心线平行,使所述接触传感器在所述液压驱动回转装置的带动下在垂直于所述主转轴的轴线的平面内摆上摆下。所述液压驱动回转装置上还可以设有用于采集并发出其转轴转动到位信号的发讯装置,所述发讯装置的信号输出端也可以接入所述数控系统的相应传感信号输入端,相应地,所述液压驱动回转装置也由NC系统控制开始动作或停止。
所述液压驱动回转装置优选采用液压回转油缸实现该装置的旋转。控制液压回转油缸动作的电磁阀安装在磨床的液压站上。
由接触传感器在液压驱动回转装置上的安装以及液压驱动回转装置在砂轮架上的安装保证接触传感器的测头中心线位于垂直于主转轴的轴线的平面内,且当接触传感器摆下处于水平时正好与主转轴的轴线处于同一水平面内。测量前,电磁阀控制液压驱动回转装置回转,使接触传感器下降至呈水平位置,此时,接触传感器的测头中心线与主转轴的轴线处于同一水平面内且垂直,这时发讯装置发出信号,液压驱动回转装置停止回转。
如图3-6所示,采用本实用新型的曲轴连杆颈相位自动在线测量装置进行测量的方法是:将曲轴装卡在主转轴上,使曲轴的主轴颈与主转轴同轴,使接触传感器9处于测量位置,驱动所述主转轴带动曲轴从连杆颈(例如连杆颈A)与接触传感器的测头不相接触的一个初始位置先后从两个方向转到使该连杆颈与测头接触的位置,分别记录这两个位置时所述主转轴的角度坐标A1和A2,根据A=(A1+A2-360)/2计算出连杆颈旋转至水平位置时的主转轴的角度坐标A,由此实现连杆颈相位测量。
所述测量位置是所述接触传感器的测头中心线与主转轴的轴线处于同一水平面内且垂直的位置,作为进一步优选的测量位置,所述接触传感器位于曲轴连杆颈转到靠近测头一侧接近水平时能够与测头相切的位置。当测头为球形时,该测量位置是测头,该测量位置是测头中心到主转轴的轴线的距离L等于的位置,其中R为连杆颈的偏心距,r为连杆颈的半径,d为测头的直径;当测头为沿着测头中心线延伸的圆柱时,只要保证连杆颈转到接近水平时能够与测头的圆柱面接触即可。
所述初始位置优选为连杆颈竖直向上(对应大约+90°,如图6所示)或向下(对应大约-90°)的位置。由于测量时,主转轴从两个方向分别转动并接触测头,对应了两个角度坐标,初始位置的误差可以相互抵消,因此初始位置粗定位即可,无论机械手自动上料或者人工手动上料都很容易满足初始位置要求。
在所述主转轴从初始位置转到与测头接触的位置的过程中最好先快速旋转一定角度,再以测量速度趋近直至接触。快速旋转可以提高测量效率,以测量速度接近可以减小测头与连杆颈接触瞬间的冲击。
以测量速度趋近直至接触的过程所转过的角度优选为5度。
下面以采用所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置在曲轴磨床上实施为例对所述测量方法进行进一步的具体说明。测量前,接触传感器处于摆上(即测头一端抬起)的状态,先通过机械手或人工将曲轴装卡在磨床主轴上,使待测连杆颈处于初始位置。
测量的整个工作循环是:
1、启动液压驱动回转装置带动接触传感器摆下,直至接触传感器与主轴的轴线位于同一水平面内且垂直的位置(垂直关系是由接触传感器、液压驱动回转装置的安装保证的,为的是每次触动接触传感器发讯的误差最小),发讯装置发出信号,液压驱动回转装置停止,使接触传感器保持该水平状态。
2、磨床的NC系统给出砂轮架前后、左右移动指令,砂轮架移动带动所述接触传感器到达测量位置,其中,左右方向(对应于图2中垂直于纸面的方向)上要使测头对应待测连杆颈所在范围,前后方向(对应于图2中左右方向)上要移动到使测头中心到主转轴的轴线的距离L为的位置。机床和测量装置一旦装配固定完毕,各零部件的相对位置也就确定了,在初始设置时要确定传感器放下时,传感器测头前进到工件旋转中心的X轴坐标值X1,所以测量时传感器前进到位的X轴坐标X2为X2=X1+L。
关于传感器测量时Z轴坐标的自动计算:由于测量装置固定在砂轮架上,测量装置与砂轮的轴向距离是固定不变的,根据磨削时的Z轴坐标可以计算出测量装置测量时的Z轴坐标。
3、NC系统给出C轴(即主轴)旋转指令,C轴带动工件旋转,C轴先逆时针旋转至图3位置,连杆颈接触接触传感器9的测头,接触传感器把信号转化成电信号,传输给NC系统,NC系统给出C轴旋转停止的指令,C轴停止,NC系统记忆此时C轴的位置角度,给出C轴角度坐标A1。
C轴再顺时针旋转至图4位置,连杆颈接触接触传感器9的测头,接触传感器把信号转化成电信号,传输给NC系统,NC系统给出C轴旋转停止的指令,C轴停止,NC系统记忆此时C轴的位置角度,给出C轴角度坐标A2。
根据A=(A1+A2-360)/2计算(可以通过NC系统计算)出连杆颈旋转至靠近测头一侧的水平位置时的C轴的角度坐标A,由此实现曲轴连杆颈相位自动在线测量。
连杆径旋转至传感器发讯位置时与水平面的夹角α为α=arcsin[(d/2+r)/R](如图6)。
每次装卡工件时,被测量的连杆颈竖直向上放置,装卡工件时C轴的角度固定在一定范围之内(一般在90°左右),这样就能保证被测量的连杆颈旋转至砂轮侧水平位置时C轴的坐标的角度为0°左右,机械手自动上料或者人工手动上料时,先有一个粗定相位,角度误差在5°之内,所以测量第一点时C轴逆时针旋转到达至传感器的角度W1=90-α,考虑到装卡误差,要留有一定的安全量,快速旋转的角度W设为W1-5即90-α-5,再以测量速度趋近传感器,直至触动传感器发讯。然后顺时针旋转,旋转到达至传感器的角度W2=360-2*α,留有一定的安全量,快速旋转的角度W设为W2-5即360-2*α-5,以测量速度趋近传感器,直至触动传感器发讯。
实践中,可将以上计算全部用NC语言编制成程序段,镶嵌在NC宏程序里,曲轴磨削加工前,NC系统自动调取测量程序,驱动测量装置工作,完成曲轴连杆颈相位角的测量,然后把测量结果自动直接应用到后续的连杆颈磨削加工中。
经试验,该测量装置稳定可靠,测量误差较小,完全能满足曲轴连杆颈磨削需要。该实用新型可成功应用于生产中,解决了曲轴自动化生产线加工中的连杆颈定相位的难题。

Claims (11)

1.一种曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于包括接触传感器、支架、转臂、液压驱动回转装置和用于装卡曲轴且与曲轴的主轴颈同轴的主转轴,所述转臂的一端固定连接在所述液压驱动回转装置的转轴上,且所述转臂与所述转轴垂直,所述转臂的另一端固定连接在所述支架的上端,所述接触传感器的远离测头的一端固定连接在所述支架的下端,所述转臂和接触传感器的测头中心线相平行,所述液压驱动回转装置的转轴平行于所述主转轴的轴线。
2.如权利要求1所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于还包括丝杆,所述转臂的另一端设有中心螺孔,所述支架的上端设有光孔,所述丝杆穿过所述光孔并旋接在所述中心螺孔中,所述支架的上端通过一螺母锁紧固定在所述转臂的另一端上。
3.如权利要求2所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于所述液压驱动回转装置采用液压回转油缸。
4.如权利要求3所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于所述液压驱动回转装置上设有用于采集并发出其转轴转动到位信号的发讯装置。
5.如权利要求4所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于还包括主转轴转角传感器。
6.如权利要求5所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于所述主转轴转角传感器为旋转编码器。
7.如权利要求5所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于还包括主转轴驱动装置和可用于向主转轴驱动装置发出控制指令以及输出主转轴的角度坐标的数控系统,主转轴转角传感器以及接触传感器的信号输出端各自接入所述数控系统的相应传感信号输入端。
8.如权利要求7所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于以曲轴磨床的主轴及其配套的驱动装置和转角检测装置作为所述主转轴及其驱动装置和转角传感器,以曲轴磨床的NC系统作为所述数控系统,所述接触传感器驱动装置固定在曲轴磨床的砂轮架上。
9.如权利要求8所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于控制所述液压驱动回转装置动作的电磁阀安装在曲轴磨床的液压站上。
10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于以所述接触传感器的测头中心线与主转轴的轴线处于同一水平面内且垂直的位置作为接触传感器的测量位置。
11.如权利要求10所述的曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置,其特征在于将所述接触传感器的测头中心到所述主转轴的轴线的距离等于时的位置作为测量位置,其中R为连杆颈的偏心距,r为连杆颈的半径,d为测头的直径。
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