[发明专利]一种在机测量曲轴轮廓的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在机测量曲轴轮廓的测量方法及装置。

背景技术

非圆磨削技术即为                                               —轴同步协调运动的磨削技术，是近年来国外新开发的一种跟踪磨削技术，它是磨床头架（轴）带动工件旋转，同时磨床砂轮架（X轴）根据头架指令随动跟踪进行磨削的一种技术。相对于普通的曲轴磨削技术,曲轴非圆磨削技术引入了更多影响曲轴工件几何尺寸和形状误差的因素，因此有进行误差补偿的必要，进行误差补偿的前提是知道误差的具体大小，因此便需要对曲轴的轮廓误差进行测量。但目前，对曲轴轮廓的检测大多依赖于专用的曲轴轮廓测量仪，它是独立于曲轴磨床的专用检测设备，因此每次测量都需要将曲轴从磨床上拆下，然后再安装到测量仪上，如果测量结果不合格，就需要再反向重复上述过程，这种方法的效率显然不高。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，必然产生一些附加的误差，这对对精度要求很高的磨削加工而言是很不利的，应予以避免。因此，实现曲轴轮廓的在机检测成为提高曲轴非圆磨削的效率和加工质量的必要方法。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种在机测量曲轴轮廓的测量方法及装置。该方法利用安装在砂轮架上的辅助机构和曲轴磨床本身的机械结构，即可完成专用曲轴轮廓测量仪所完成的工作，且该装置的机械结构简单，有很强的可移植性。

为了达到上述目的，本发明的构思是：充分利用曲轴非圆磨床轴和轴的高精度运动性能以及机床本身自带的位置测量系统返回的位置数据，通过曲轴非圆磨削的运动模型来控制轴和轴的运动，并通过安装在测头后方的汽缸，保持测头与被测工件接触。在测量过程中，按照时间顺序采集机床轴和轴的坐标值以及测头的位移值。在测量过程结束后，对这三组数据用圆度评定方法进行处理，即可实现曲轴轮廓的在机测量。该装置及方法，方便在机对曲轴轮廓进行测量，可以取代传统曲轴轮廓测量中使用的专用测量仪器。

根据上述构思，本发明采用以下技术方案：

一种在机测量曲轴轮廓的测量方法，其操作步骤为：

1） 根据曲轴非圆磨削的几何特性，设定几何参数、、、、、、；

其中，为砂轮中心到曲轴回转中心的距离、为曲轴的偏心距、为曲轴连杆颈的半径、为轴光栅采集到的坐标值、为测头光栅采集到的坐标值、为联动轴轴的坐标值、为曲轴连杆颈转角的坐标值；

2） 求出测量时，旋转轴轴和联动轴轴的坐标值和；

3） 根据求得的和，编写模拟曲轴非圆磨削加工过程中轴、轴联动的测量程序；

4） 用油缸将测量机构推至规定位置，打开汽缸，使测头借助机床本身的运动，与被测量工件保持接触；

5） 运行测量程序，分别从轴、轴和测头光栅中采集坐标值、和；

6） 测量结束后，先控制测量机构退回原来位置,再将、和上传至上位机，采用圆度评定方法进行处理，即可得到准确的曲轴轮廓的加工误差。

上述步骤2）中计算用于确定测量曲轴工件轴和砂轮架轴的运动坐标和，其方法如下：

（1）求出曲轴回转中心到测头与曲轴连杆颈切点的距离：

（2）求出与曲轴转角对应的砂轮架轴的运动坐标：

上述步骤6）中对所测得的数据、和进行圆度评定，其方法如下：

（1）为了方便的处理数据，以曲轴回转中心为原点，在与主轴垂直的平面上，砂轮架进给方向为轴，相应垂直方向为轴，建立直角坐标系，如图6所示。

将和通过坐标转换，转化为，即为：

（2）然后求出连杆颈的偏心距；

通过对曲轴运动模型的分析，可以认为曲轴回转中心运动0度和180度对应的两个之和是的两倍，如图6所示。

所以，取对应的，对应的

则：

（3）计算出后，可以通过和计算每个点对应的连杆颈半径，在计算之前，为了方便处理，把=0的两个角度常量定义为和，处于第二象限，处于第三象限。则根据上图，可得：

          

    

    

（4）得到每个点所对应的后，以连杆颈中心为原点，曲轴回转中心与连杆颈中心的连线为轴，建立直角坐标系，如上图所示。利用和相应的计算每个点在其中的坐标，形成一个点圆。

计算方法：，

（5）最后利用最小二乘法对圆度误差进行评定，即可得到准确的曲轴轮廓的加工误差。