韓少軍，李政天

(武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北武漢 430070)

1 概述

在研發(fā)在線發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸全自動(dòng)圓角滾壓機(jī)床過(guò)程中，筆者遇到了需要對(duì)曲軸直線度進(jìn)行精確測(cè)量的問(wèn)題。機(jī)床在完成各軸徑的滾壓后，需要對(duì)圓角滾壓后的曲軸變形量自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和分析，需要自動(dòng)測(cè)量曲軸各主軸徑的徑向跳動(dòng)，并將所測(cè)量的數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī)校直專家系統(tǒng)分析后給出滾壓校直參數(shù)，機(jī)床根據(jù)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)提供的校直參數(shù)對(duì)曲軸進(jìn)行滾壓校直［1］。曲軸滾壓校直的效果如何直接取決于測(cè)量數(shù)據(jù)。由于機(jī)床自動(dòng)加工的需要，機(jī)床上檢測(cè)時(shí)曲軸采取的是中心孔兩端定位的方式，但是被加工曲軸的圓角滾壓強(qiáng)化是產(chǎn)品最終加工工序，曲軸的精加工基準(zhǔn)頂尖孔已經(jīng)被破壞，軸端大頭頂尖頂在曲軸大端的軸承孔倒角上［2］。曲軸直線度檢測(cè)布置圖如圖1所示。

由于采用大頭頂尖頂住裝配用的倒角對(duì)曲軸定位，而曲軸大端定位用的裝配倒角的中心與主軸頸的加工中心孔基準(zhǔn)的同心度不高，其偏心情況如圖2所示。采用該孔作為定位基準(zhǔn)，機(jī)床測(cè)量曲軸直線度時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差，使得曲軸在機(jī)床上校直后無(wú)法通過(guò)V型塊的臺(tái)架檢測(cè)和ADCOL檢測(cè)儀的檢測(cè)。因此找出一種能消除曲軸大端定位誤差并且能將中心孔定位轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的V架檢測(cè)的方法對(duì)曲軸直線度檢測(cè)是非常重要的［3］。筆者采用了一種直線度測(cè)量基準(zhǔn)變化的方法較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

圖2 大頭頂尖偏心示意圖

2 模型分析

2.1 測(cè)量系統(tǒng)模型

考察圖1所示四缸曲軸檢測(cè)情況。四缸曲軸被測(cè)主軸頸共5個(gè)［4］，要測(cè)量的是主軸徑的徑向跳動(dòng)(擺差)及其相位，將擺差A(yù)和相位角φ的向量記成為:

該測(cè)量值包含第5主軸徑大頭頂尖的偏心和曲軸軸線擺動(dòng)的綜合影響。

2.2 系統(tǒng)分析

在第1和第5主軸頸為測(cè)量基準(zhǔn)的V架曲軸直線度檢測(cè)系統(tǒng)中［5］，考慮到曲軸主軸頸加工采用精磨，軸頸的圓柱度在0.01 mm以內(nèi)，為了分析問(wèn)題方便，可以將1、5主軸頸在V架測(cè)試跳動(dòng)幅值視為0，即認(rèn)為軸線跳動(dòng)擺差完全由軸線誤差引起。為了減小大端倒角偏心造成的曲軸各主軸頸擺差測(cè)量結(jié)果的影響，并且使所測(cè)得的結(jié)果盡可能接近V架測(cè)量情況，對(duì)模型作如下處理:將曲軸在機(jī)床實(shí)際測(cè)量軸線定義為Ⅰ，大端倒角偏心引起的曲軸中線為Ⅱ［6］。由于第1主軸頸靠近尾座頂尖，其擺差一般很小，而且在臺(tái)架測(cè)量時(shí)是V架的支點(diǎn)，可以認(rèn)為第1主軸頸的擺差主要是由于大端倒角偏心引起的。為了消除大端倒角偏心對(duì)第1主軸頸的影響，將軸線Ⅱ平移到第1主軸頸中心，如圖3所示。

圖3 大端倒角偏心平移圖

平移后考察任意主軸頸i和大端主軸頸5相對(duì)于平移后的軸線Ⅲ的測(cè)量值可根據(jù)圖4得到［7］。

根據(jù)圖4可推導(dǎo)出:

圖4 轉(zhuǎn)化后任意主軸頸i相對(duì)軸線Ⅲ的關(guān)系圖

求出以Ⅲ軸為軸線的第i軸擺差后，繼續(xù)消除大端頂尖偏心對(duì)第i主軸頸的影響［8］。求出大端主軸頸偏心引起的擺差A(yù)′5在第i個(gè)主軸頸的分量A′5i，轉(zhuǎn)化后實(shí)際擺差計(jì)算圖如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)化后實(shí)際擺差計(jì)算圖

由圖5可知:

再由擺差的矢量關(guān)系可得:

式中，i=2，3，4。

3 測(cè)量結(jié)果

利用上述方法編程在全自動(dòng)曲軸圓角滾壓機(jī)上和V鐵臺(tái)架以及ADCOL檢測(cè)儀對(duì)滾壓強(qiáng)化并進(jìn)行校直的樣本曲軸上進(jìn)行測(cè)試，所測(cè)到的主軸徑最大跳動(dòng)量如表1所示。

表1 主軸徑最大跳動(dòng)量 mm

樣本曲軸經(jīng)ADCOL檢測(cè)儀檢測(cè)的直線度報(bào)告界面圖如圖6所示。

圖6 直線度報(bào)告界面圖

4 結(jié)論

對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)用該方法處理后機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的主軸頸最大跳動(dòng)量與V架和美國(guó)ADCOL檢測(cè)儀檢測(cè)結(jié)果極為相近。采用該方法成功地處理了在線發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸全自動(dòng)圓角滾壓機(jī)直線度檢測(cè)問(wèn)題，取得了滿意的結(jié)果。實(shí)踐證明，該方法在工程實(shí)際應(yīng)用中可滿足使用要求的精度，是完全可行的。

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