李 才，周怡婷，劉 立，牛加飛，周慶輝，陳 城

(1.婁底市中興液壓件有限公司，湖南 婁底 417000；2.西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，陜西 西安 710100；3.中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130103)

1 引 言

隨著工程機(jī)械的發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)行程液壓缸的需求越來(lái)越多，而長(zhǎng)活塞桿的加工精度一直制約著長(zhǎng)缸的生產(chǎn)效率。為了提高長(zhǎng)缸的生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少?gòu)U品率，在對(duì)長(zhǎng)活塞桿精磨之前需要對(duì)活塞桿的直線度進(jìn)行精密校直，有效減少精磨的加工余量，提高加工效率。

傳統(tǒng)校直采用人工打表檢測(cè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定支撐位置和壓點(diǎn)位置，通過(guò)手動(dòng)控制壓力機(jī)行程進(jìn)行校直。該方法工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且校直精度與穩(wěn)定性無(wú)法保證。自動(dòng)校直在智能化、自動(dòng)化、測(cè)量精度及生產(chǎn)節(jié)拍方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2 長(zhǎng)活塞桿的自動(dòng)檢測(cè)方法

針對(duì)長(zhǎng)活塞桿工件，本文主要采用多點(diǎn)接觸式測(cè)量方法。接觸式測(cè)量采樣速度快，測(cè)量精度高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境的要求低，技術(shù)成熟，具有較高的精度及可靠性。

本文所設(shè)計(jì)的長(zhǎng)活塞桿校直裝置主要包括驅(qū)動(dòng)模塊、支撐機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)和壓頭等，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。采用多個(gè)高分辨率差動(dòng)式電壓傳感器測(cè)量，兩端驅(qū)動(dòng)裝置上裝有基準(zhǔn)傳感器A-B，作為工件測(cè)量的全長(zhǎng)基準(zhǔn)。根據(jù)最小二乘法原理，將A和B兩個(gè)圓截面的圓心確定的直線作為基準(zhǔn)測(cè)量軸線[1-3]，中間各處測(cè)量點(diǎn)以此軸線計(jì)算圓心的偏離大小與偏離方向，由此可算出軸的彎曲情況。

圖1 長(zhǎng)活塞桿校直裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖

各測(cè)量點(diǎn)可互為測(cè)量基準(zhǔn)，便于分段校直。該測(cè)量布置方式可以實(shí)現(xiàn)局部和整體跳動(dòng)的測(cè)量和校直，通過(guò)局部到整體的校直模式解決工件S形彎曲的校直。

3 長(zhǎng)活塞桿的校直策略分析

長(zhǎng)活塞桿的校直過(guò)程本質(zhì)上仍是三點(diǎn)彎曲彈塑性變形的過(guò)程，即彈性和塑性共存。在長(zhǎng)活塞桿彎曲位置的兩邊布置支撐點(diǎn)，彎曲位置反方向施加載荷，通過(guò)精確控制壓點(diǎn)的加載行程，實(shí)現(xiàn)活塞桿的校直。因?yàn)閺椥宰冃问强赡娴?，塑性變形是不可逆的，所以?dāng)加載力撤銷后，彈性變形得到恢復(fù)，塑性變形部分永久保留下來(lái)[4，5]。為了便于分析，將長(zhǎng)活塞桿的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系簡(jiǎn)化為圖2所示的模型。由以上分析可知，長(zhǎng)活塞桿校直工藝最根本的問(wèn)題仍是壓點(diǎn)與支點(diǎn)的配合以及校直行程的計(jì)算問(wèn)題。

圖2 應(yīng)力-應(yīng)變

3.1 校直壓點(diǎn)與支點(diǎn)的配合分析

由于校直時(shí)，只能對(duì)工件校直點(diǎn)以及附近的局部區(qū)域產(chǎn)生影響[5]，因此需要合理布置校直壓點(diǎn)與支點(diǎn)的位置，以提高校直精度與校直節(jié)拍。

由于長(zhǎng)活塞桿的彎曲變形通常比較復(fù)雜，存在多個(gè)彎曲弧度，因此需要將長(zhǎng)活塞桿上的多個(gè)彎曲弧度分開單獨(dú)校直，將每個(gè)校直壓點(diǎn)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的單彎曲校直問(wèn)題，利用三點(diǎn)壓彎原理實(shí)現(xiàn)工件的校直，其校直力學(xué)模型可以參考材料力學(xué)中的簡(jiǎn)支梁力學(xué)模型分析，如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)支梁力學(xué)模型

在壓力P的作用下，可以求出最大撓度的位置以及最大撓度[5-8]：

當(dāng)壓點(diǎn)位置無(wú)限接近支點(diǎn)時(shí)，最大撓度位置在：

以上分析表明，最大撓度位置總是發(fā)生在兩個(gè)支點(diǎn)的中間區(qū)域。因此，壓點(diǎn)位置一般應(yīng)選擇初始彎曲量最大的地方，高點(diǎn)向上；而支點(diǎn)位置應(yīng)盡可能布置在壓點(diǎn)的兩側(cè)，對(duì)稱分布，支點(diǎn)距離盡量與工件初始彎曲變化的梯度一致。因此，本文所用長(zhǎng)活塞桿校直方法要求設(shè)備可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓點(diǎn)與支點(diǎn)的位置，以達(dá)到最佳校直效果。

3.2 校直行程的理論分析

影響校直行程的因素主要包括：零件的外形尺寸、材料特性、初始彎曲量、支點(diǎn)和壓點(diǎn)的位置。

校直行程理論計(jì)算的基礎(chǔ)仍是三點(diǎn)彎曲校直理論，因此仍然應(yīng)用圖2所示模型進(jìn)行理論計(jì)算，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系為[6]：

θ1(ε-ε0)=θ1εt+θ2(ε-εt)

即：

y=Ax+B+(n-1)C

當(dāng)同一個(gè)壓點(diǎn)一次校直未能校直到所需要的跳動(dòng)值時(shí)，此壓點(diǎn)需要連續(xù)校直以達(dá)到所需要的精度要求，每次加壓后進(jìn)行一次測(cè)量。其中，初始變形量x的值始終為上一次加載后測(cè)得的實(shí)際變形值，屈服點(diǎn)位移量B值不變，修正系數(shù)C值每次累加一個(gè)，n為同一個(gè)壓點(diǎn)的校直次數(shù)。因此，同一個(gè)壓點(diǎn)的校直位移行程，每次隨著測(cè)量點(diǎn)的變形量及校直次數(shù)實(shí)時(shí)變化。在實(shí)際生產(chǎn)中，長(zhǎng)活塞桿不允許無(wú)限次加載校直，因此，一般需設(shè)定n的上限閾值。當(dāng)達(dá)到上限閾值時(shí)，工件即判定不合格。

4 長(zhǎng)活塞桿校直試驗(yàn)分析

按照本文針對(duì)長(zhǎng)活塞桿提出的自動(dòng)檢測(cè)方法和校直策略，設(shè)計(jì)了自動(dòng)檢測(cè)校直設(shè)備，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。圖4所示為本文設(shè)計(jì)的長(zhǎng)活塞桿自動(dòng)檢測(cè)校直設(shè)備實(shí)物圖，設(shè)備主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、測(cè)量機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

對(duì)用本文設(shè)備校直后的工件在測(cè)量臺(tái)上進(jìn)行人工打表檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的自動(dòng)檢測(cè)方法和校直策略能夠精確校直長(zhǎng)活塞桿工件，校直節(jié)拍與校直精度均能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

5 結(jié) 論

本文研究了長(zhǎng)活塞桿自動(dòng)檢測(cè)校直技術(shù)，提出了適合長(zhǎng)活塞桿的自動(dòng)檢測(cè)方法和校直策略，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的校直設(shè)備，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文提出的長(zhǎng)活塞桿自動(dòng)檢測(cè)校直技術(shù)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)中校直工藝的需求，為長(zhǎng)活塞桿全自動(dòng)檢測(cè)校直機(jī)技術(shù)發(fā)展及自動(dòng)化生產(chǎn)提供了有力的支持。