曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种工件角度测量装置和测量方法，特别涉及一种曲轴连杆颈的相位 自动在线测量装置和测量方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种曲轴连杆颈的相位 自动在线测量装置和测量方法，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。
[0007] 本发明的技术方案是： 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、接触传感器驱动装置、用 于装卡曲轴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，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作为接触传感器的 测量位置。
[0008] 进一步优选的测量位置是使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。
[0009] 所述曲轴连杆颈的相位自动在线测量装置还可以包括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。
[0010] 所述接触传感器驱动装置可以为摆动驱动装置，其回转中心优选平行于所述主转 轴的轴线，所述接触传感器远离测头的一端可直接或间接固定在所述接触传感器驱动装置 上，所述接触传感器的测头中心线垂直于所述接触传感器驱动装置的回转中心。
[0011] 所述接触传感器驱动装置优选采用液压驱动回转装置，所述接触传感器远离测头 的一端固定连接在所述接触传感器驱动装置的转轴上。
[0012] 所述接触传感器驱动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，所述接触传感器驱 动装置停止动作，使所述接触传感器保持在测量位置上。使所述接触传感器驱动装置动作 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接触传感器驱动装 置发出停止动作的指令。
[0013] 所述接触传感器驱动装置与接触传感器之间可以通过设置转臂和支架实现连接， 所述转臂通过其一端垂直固定连接在所述接触传感器驱动装置的转轴上，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。采用转臂和支架作为中间过渡件连接接 触传感器驱动装置和接触传感器，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。
[0014] 所述转臂的另一端与所述支架的上端固定连接的方式可以为：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。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。
[0015] 当用于曲轴磨床时，可以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，将 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。
[0016] 一种曲轴连杆颈相位自动在线测量方法：将曲轴装卡在主转轴上，使曲轴的 主轴颈与主转轴同轴，采用接触传感器，使所述接触传感器处于测量位置，驱动所述主 转轴带动曲轴从连杆颈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Al和A2， 根据A= (Al+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 感器应处于可以使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。如果测头为球形，该测量位置可以归结为测头中心到主转轴的轴线的距离L为 ^R2 -(d/2 + rf，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。如 果测头为沿测头中心线延伸的圆柱，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。
[0017] 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先快速旋转一定角度， 再以测量速度趋近直至接触，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。 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。 [0018] 所述初始位置优选为连杆颈竖直向上(对应大约+90° )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。
[0019] 可以通过液压驱动回转装置驱使所述接触传感器在与所述主转轴的轴线相垂直 的平面内摆上摆下。
[0020] 可将该测量方法应用于曲轴磨床，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，将所述接触传感器驱动装置固定在曲轴磨床的砂轮架上，通过所述砂轮架的移动 实现所述接触传感器的前后、左右移动，以达到测量位置。
[0021] 本发明的有益效果为： 测量装置结构简单，投资少，稳定可靠，测量误差较小。测量方法设计思路巧妙，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】
[0022] 图1是现有技术下销子定相位原理图； 图2是本发明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是本发明的相位角计算原理图； 图6是本发明的工件旋转角度计算原理图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明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、接触传感器驱动装置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接触传感器驱动装置的转轴上，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 述接触传感器驱动装置的转轴平行于所述主转轴的轴线。
[0024] 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。
[0025] 所述接触传感器驱动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接触传感器驱动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。所述接触传感器驱动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，所述接触传感器驱动装置也由NC系统控制开始动作或停 止。
[0026] 所述接触传感器驱动装置优选采用液压驱动回转装置，由其中的回转油缸实现该 装置的旋转。控制回转油缸动作的电磁阀安装在磨床的液压站上。
[0027] 由接触传感器在接触传感器驱动装置上的安装以及接触传感器驱动装置在砂轮 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。