張 鋒，盧浩鵬，馬金衛(wèi)

（一拖（洛陽）柴油機(jī)有限公司，河南洛陽 471003）

0 引言

一拖（洛陽）有限公司一臺(tái)正在使用的日本進(jìn)口4R曲軸主軸磨在線測(cè)量系統(tǒng)精度不夠，在線測(cè)量系統(tǒng)顯示合格的主軸頸，經(jīng)過螺旋測(cè)微器的測(cè)量顯示該直徑已經(jīng)超差工藝要求的尺寸。

1 故障現(xiàn)象

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表上顯示主軸直徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大1μm，但是實(shí)際測(cè)量主軸直徑比標(biāo)準(zhǔn)大將近10μm。該設(shè)備在線測(cè)量系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)尺寸軸作基準(zhǔn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)零設(shè)置，在線測(cè)量時(shí)儀表顯示的尺寸是被測(cè)軸實(shí)際尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的差值。在線測(cè)量系統(tǒng)顯示尺寸比真實(shí)測(cè)量出來的尺寸小，說明被測(cè)軸的直徑與標(biāo)準(zhǔn)軸的直徑的差值被縮小，設(shè)備的精度降低，設(shè)備加工過顯示合格的零件實(shí)際測(cè)量已經(jīng)嚴(yán)重超差。在線測(cè)量精度太低，曲軸加工中的直徑的橢圓度不能準(zhǔn)確表現(xiàn)出來，不便于機(jī)床加工程序調(diào)整，導(dǎo)致廢品率上升，嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2 故障分析

反復(fù)在加工過的廢品軸上測(cè)量觀察儀表指針動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)指針移動(dòng)很穩(wěn)定。測(cè)量?jī)x顯示正在加工軸直徑的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)據(jù)差值很小，再誤差允許范圍之內(nèi)，但是正加工軸的實(shí)際尺寸和標(biāo)準(zhǔn)軸尺寸小很多，遠(yuǎn)超誤差允許范圍，問題相當(dāng)嚴(yán)重。為方便分析儀表顯示數(shù)值與真實(shí)值的差別有多大，讓生產(chǎn)人員加工一根6缸曲軸，其中第一個(gè)軸徑是標(biāo)準(zhǔn)尺寸（曲軸主軸工藝尺寸85.0-0.02 mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸按加工標(biāo)準(zhǔn)取85-0.01 mm）（方便對(duì)零），第二個(gè)軸徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大11.5μm、第三個(gè)軸徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大22μm。測(cè)量結(jié)果見表1。

反復(fù)用在線測(cè)量?jī)x手動(dòng)測(cè)量這三個(gè)軸徑，各個(gè)軸數(shù)值穩(wěn)定，排除測(cè)量卡爪位置不穩(wěn)的因素。從表1中數(shù)值的比較可以看出，儀表顯示尺寸是實(shí)際尺寸的一半。根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪圖對(duì)比，如圖1所示，可以看出測(cè)量尺寸的斜率雖然小于實(shí)際尺寸（實(shí)際軸徑與標(biāo)準(zhǔn)尺寸差值），但是相對(duì)于實(shí)際尺寸的變化成線性變化。可以看出是測(cè)量信號(hào)倍率偏低，需要放大測(cè)量信號(hào)的倍率。

表1 測(cè)量?jī)x測(cè)量尺寸差值與實(shí)際尺寸差值對(duì)比 μm

圖1 測(cè)量?jī)x測(cè)量尺寸差值與實(shí)際尺寸差值對(duì)比

3 原理分析

在線測(cè)量是在磨床加工過程中，曲軸軸徑被磨削到大約比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大500μm后，測(cè)量裝置始終測(cè)量著工件的尺寸，并將其尺寸變化量隨時(shí)傳遞給信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀，再由信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀發(fā)出信號(hào)（如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)）控制機(jī)床的動(dòng)作。使操作人員無需停機(jī)就知道被加工件尺寸，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低廢品率，同時(shí)加工出的工件尺寸一致性較高。其基本組成是測(cè)量裝置和信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀兩部分。對(duì)于4R磨床來說，由于它的對(duì)中傳感器和直徑尺寸測(cè)量共用一套信號(hào)裝換控制儀，因此測(cè)量裝置與信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀中間加入一個(gè)信號(hào)選擇器。

3.1 測(cè)量裝置

在砂輪磨削工件的過程中，裝置的兩個(gè)金剛石測(cè)子始終接觸工件表面，將工件直徑的變化量通過測(cè)子、杠桿，轉(zhuǎn)化為位移傳感器鐵芯和電感線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而將尺寸的變化轉(zhuǎn)換為電感量的變化。在線測(cè)量的傳感器，起把被測(cè)位移的變化量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)變化的作用，是測(cè)量?jī)x的主體。

3.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀

信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀將裝置輸出的電感信號(hào)經(jīng)過相敏整流、放大，發(fā)出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號(hào)給磨床PLC，磨床PLC接收到信號(hào)后經(jīng)過處理和NC系統(tǒng)共同控制機(jī)床砂輪進(jìn)給的距離和速度，達(dá)到控制工件尺寸的目的，如圖2、圖3所示。

圖2 信號(hào)轉(zhuǎn)換儀

圖3 信號(hào)轉(zhuǎn)換儀功能說明

3.3 信號(hào)選擇器

信號(hào)選擇器如圖4所示，其作用是選擇對(duì)中傳感器，或者直徑測(cè)量傳感器的測(cè)量信號(hào)傳送給轉(zhuǎn)換控制儀，并且設(shè)定測(cè)量系統(tǒng)的目標(biāo)點(diǎn)（零點(diǎn)）。

圖4 信號(hào)選擇器及旋鈕說明

4 故障處理

要調(diào)整測(cè)量信號(hào)的測(cè)量倍率，需要從信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀入手。查閱信號(hào)裝換控制儀說明書，?和?是信號(hào)調(diào)整旋鈕，功能說明翻譯如下：

?零點(diǎn)調(diào)節(jié)旋鈕。當(dāng)機(jī)械調(diào)零測(cè)量裝置首次接觸道零件時(shí)，儀表指針和零點(diǎn)之間可能會(huì)有一段偏差，零點(diǎn)調(diào)節(jié)按鈕用來糾正這一偏差。

?放大調(diào)節(jié)器。這個(gè)電位器的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)增加放大倍率。請(qǐng)不要觸碰這個(gè)電位器，除非需要不同的放大倍數(shù)。

根據(jù)說明書需要調(diào)整?旋鈕中心孔內(nèi)的?電位器，來實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)放大倍數(shù)的改變。把測(cè)量?jī)x卡在11.5μm的徑上，調(diào)整?電位器，儀表黑色指針最多只能向左右各偏1μm（1小格），遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到從6μm調(diào)到11μm的目的。

說明書中提到信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀內(nèi)部的TD7507號(hào)線路印刷板，板上有6個(gè)DIP開關(guān)，可以調(diào)節(jié)放大倍率，打開后發(fā)現(xiàn)開關(guān)已經(jīng)放置在最大倍率上。嘗試調(diào)整該開關(guān)并測(cè)試，同一個(gè)軸徑測(cè)量結(jié)果調(diào)試后比調(diào)試前更小，因此此法不能解決問題。

至此，機(jī)床說明書中提到的調(diào)節(jié)方法已經(jīng)用盡，但是依然不能解決問題。想要恢復(fù)該機(jī)床測(cè)量系統(tǒng)的精度，只有換信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀，但是由于4R磨床使用已經(jīng)超過30年，東京精密該型號(hào)的換信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀已經(jīng)停產(chǎn)，找不到該型號(hào)的相關(guān)信息。

堅(jiān)信問題一定有其他辦法解決，在仔細(xì)研究在線測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀和信號(hào)選擇器，發(fā)現(xiàn)信號(hào)選擇器的直徑測(cè)量調(diào)零旋鈕中心也有一個(gè)孔，并且有一個(gè)類似信號(hào)裝換控制儀的電位器。記住電位器（記該電位器為?，用來和信號(hào)轉(zhuǎn)換控制儀上?電位器進(jìn)行區(qū)分。）的初始位置，把測(cè)量?jī)x卡在11.5μm的軸頸上，調(diào)整該電位器，儀表指針隨電位器角度移動(dòng)。

調(diào)整?電位器，使儀表黑表針指向12μm。然后把測(cè)量?jī)x卡在0的軸頸上，儀表顯示-10μm（儀表零點(diǎn)左邊10μm的位置），零點(diǎn)偏向負(fù)值方向。按正常設(shè)置零點(diǎn)方法重新設(shè)定零點(diǎn)，再次把測(cè)量?jī)x卡在11.5μm軸頸上，測(cè)量?jī)x顯示大于12μm。這次調(diào)整?電位器，發(fā)現(xiàn)?電位器的調(diào)節(jié)范圍變大，最終把儀表指針調(diào)整到指向11.5μm。測(cè)量?jī)x卡在0的軸頸上，儀表顯示0，零點(diǎn)位置不變。最后測(cè)量?jī)x卡在22μm的軸頸上，儀表顯示22μm，至此調(diào)整完成，調(diào)整結(jié)果見表2。

表2 測(cè)量?jī)x調(diào)整前后測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比 μm

5 結(jié)論

經(jīng)過調(diào)整后，把加工過的曲軸放入4R曲軸磨床上進(jìn)行測(cè)量，針對(duì)曲軸不同的主軸頸反復(fù)測(cè)量，連續(xù)測(cè)量多根曲軸，在線測(cè)量結(jié)果和螺旋測(cè)微器測(cè)量的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的差值相同。用該曲軸主軸磨床加工零件，加工多根曲軸后檢測(cè)曲軸主軸頸，測(cè)量結(jié)果都在加工工藝規(guī)定的尺寸之內(nèi)，與標(biāo)準(zhǔn)尺寸相差很少?？梢姡?R曲軸主軸磨床的在線測(cè)量精度已經(jīng)恢復(fù)，可以穩(wěn)定生產(chǎn)出滿足加工工藝要求的零件。