切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置。测量装置安装在砂轮架上，整个装置随砂轮架一起移动，由气缸推动连接杆将测头放下到测量状态，使得测头位于有效测量区域内，利用头架的旋转，带动曲轴连杆颈分别以顺、逆时针两个方向与测头接触两次，由数控系统记下两次接触时的头架C轴的角度坐标值。在测量结束后，对两次测量的数据处理、求解，即可得到机床头架C轴的坐标偏移量，使加工使用的机床坐标系与编程使用的工件坐标系重合，实现曲轴的角向定位。本发明利用安装在砂轮架上的测量机构和曲轴磨床本身的运动，即可完成人工定位所完成的工作，结构简单，稳定可靠，提高了定位的精度及效率。
【专利说明】切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置。
【背景技术】
[0002]采用切点跟踪磨削方法加工曲轴必须通过角向定位使得加工时使用的机床坐标系与编程时使用的工件坐标系重合或接近，才能使磨削余量分布均匀、保证曲轴各档相位角的加工精度。一旦曲轴角向定位存在偏差，圆周上变化的余量会影响曲轴连杆颈轮廓加工精度；当角向定位偏差大时，还可能产生负磨削余量的情况，此时将无法磨出要求的连杆颈半径尺寸，产生较大的尺寸误差。基于曲轴角向定位的重要性，我们希望寻求一种兼具高效率和高精度的测量、定位方法，以保证后续加工的效率和精度。目前，曲轴数控磨床上普遍采用的人工定位，即利用塞片、千分表等量具凭经验进行位置调整的方法，不仅效率较低而且定位精度不高，所使用的测量工具也有一定的局限性。因此，切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量装置及方法的发明对保证曲轴连杆颈尺寸和轮廓精度非常有必要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置，利用安装在砂轮架上的测量机构和曲轴磨床本身的运动，即可完成人工定位所完成的工作，该装置的机械结构简单，稳定可靠。
[0004]为了达到上述目的，该发明的构思是:充分利用曲轴数控磨床C轴、X轴和Z轴的高精度运动以及机床各轴所配光栅尺测得的轴位置数据，通过控制砂轮架的移动使得测头定位在有效测量区域，然后利用头架旋转，使得曲轴连杆颈以顺时针和逆时针两个方向分别与测头接触两次，并通过机床数控系统读取两次接触时的C轴坐标。在测量结束后，对两次测量的数据进行处理、计算，即可得到曲轴初始零位，实现曲轴的角向定位。该装置及方法，可以很好的替代人工定位，提高定位精度及效率。
[0005]根据上述构思，本发明采用以下技术方案:
一种切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，该方法以曲轴回转中心为坐标原点，砂轮架进给方向为Xe轴，竖直方向为Yc轴，建立如图5所示的曲轴角向定位坐标系
XcOcFc ,测量装置安装在砂轮架上，使用前需要先利用标准曲轴工件对测头中心在坐标系中的位置Oj31 ( , Vb1 )进行标定，其中:
^^仅与测头安装位置有关，可通过标定得到:
Vfll = cV (I)
其中，Cy是测头在Yc轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变。
[0006]除了与安装常量有关，还与测量时机床X轴及直线导轨Z5.轴坐标相关，标定后可得到:
Xfll =Cx +X+J9 (2)
其中，Cx是测头在Xe轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变。
[0007]完成测头标定后，角向定位测量的操作步骤为:
I).测量装置随砂轮架沿机床Z轴移动到曲轴的被测档位，由气缸推动连接杆将测头
放下到测量状态，通过伺服电机驱动测量装置沿直线导轨J5轴由初始位置运动到测量位置，使得测头位于有效测量区域内，并由数控系统读取、记录该测量位置时机床X轴及直线导轨Xr9轴坐标。
[0008]2).由头架驱动曲轴绕C轴先以较高的速度沿逆时针旋转，当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐
标值S1。然后头架驱动曲轴以低速退回一定角度，并再次切换至较高的速度沿顺时针旋转，
当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，再次由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐标值S2。
[0009]3).测量完成后，测量机构由伺服电机驱动沿直线导轨J9轴退回至初始位置，再由气缸拉动连接杆将测头竖起至加工状态。
[0010]4).根据记录的X轴、4轴坐标以及公式(I)、(2)可求出测头处于测量位置时，测头中心在坐标系Xf Ot Fe中的坐标Om (xm^ysl ) ο
[0011]5).如图5所示，根据两次测得的C轴角度坐标值S1J2,可求出两次触碰时，连杆颈中心坐标)和Ol1 ( >τκ/ι )的数学表达式(3)和(4):
【权利要求】
1.切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于:充分利用曲轴数控磨床C轴、X轴和Z轴的高精度运动以及机床各轴所配光栅尺测得的轴位置数据，通过控制砂轮架的移动使得测头定位在有效测量区域，然后利用头架旋转，使得曲轴连杆颈以顺时针和逆时针两个方向分别与测头接触两次，并通过机床数控系统读取两次接触时的C轴角度坐标值；在测量结束后，对两次测量的数据进行处理、计算，即可得到使加工使用的机床坐标系与编程使用的工件坐标系重合的机床头架C轴的坐标偏移量，从而实现曲轴的角向定位；具体操作步骤为: 1).测量装置随砂轮架沿机床Z轴移动到曲轴的被测档位，由气缸推动连接杆将测头放下到测量状态，通过伺服电机驱动测量装置沿直线导轨Z9轴由初始位置运动到测量位置，使得测头位于有效测量区域内，并由数控系统读取、记录该测量位置时机床X轴及直线导轨It5轴坐标； 2).由头架驱动曲轴绕C轴先以较高的速度沿逆时针旋转，当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐标值^ ;然后头架驱动曲轴以低速退回一定角度，并再次切换至较高的速度沿顺时针旋转，当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，再次由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐标值； 3).测量完成后，测量机构由伺服电机驱动沿直线导轨.Y5轴退回至初始位置，再由气缸拉动连接杆将测头竖起至加工状态；4).根据记录的X轴、Z5轴坐标以及求解^丨和-1^?的公式可求出测头处于测量位置时，测头中心在坐标系ArirOcr☆中的坐标(^? (xm，ym )； 5).根据两次测得的C轴角度坐标值S1A2,可求出两次触碰时，连杆颈中心坐标OjV1(λ'?*ι.>&? )和疼(.*';?,--,!)的数学表达式；6).根据已得到的数据和几何关系，建立求解和rp的方程组;其中％为巧^与Xc 正半轴之间的夹角，rp为连杆颈半径；7).利用数值迭代的方法求解该非线性方程组，即可得到^和rp，根据θ6设置机床头架C轴的坐标偏移量，即可使加工使用的机床坐标系与编程使用的工件坐标系重合，从而实现曲轴的角向定位。
2.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于:所述步骤4)中测头中心在坐标系ZcOeFe中坐标Om Um，ym )的计算方法如下:以曲轴回转中心为坐标原点，砂轮架进给方向为Xe轴，竖直方向为Yc轴，建立曲轴角向定位坐标系测量装置安装在砂轮架上，使用前需要先利用标准曲轴工件对测头中心在&OcYc坐标系中的位置Om (xB1，ym )进行标定，其中: -vM仅与测头安装位置有关，可通过标定得到:％1 =Cy，其中，Cy是测头在Yc轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变；jcM除了与安装常量有关，还与测量时机床X轴及直线导轨I9轴坐标相关，标定后可得 到=Cx +X+19，其中，Cx是测头在Xe轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变。
3.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于:所述步骤5)中连杆颈中心坐标的计算方法如下:
4.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于:所述步骤6)中建立Si^Prp的方程组的方法如下: 在直角三角形中，满足
5.一种切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量装置，包括触发式测头系统、伺服电机、直线导轨、气缸及其他辅助机构；其特征在于: 1).伺服电机与直线导轨组成的直线运动机构固定在悬臂支架上，装有触发式测头系统的底座与导轨相连接，而悬臂支架则固定在砂轮架上，因此整个装置能随砂轮架沿机床的X、z轴方向运动，测量范围可覆盖整根曲轴； 2).伺服电机与导轨的组合，可实现测量装置在X轴方向上的灵活移动，更方便地调整测头位置；触发式测头安装在具有一定长度的连接杆上，在气缸的驱动下收起和放下； 3).为了防止磨削时测量装置与工件发生干涉，故加工时可利用气缸将测头翻转至竖直位置，并沿着直线导轨缩回，不会对正常磨削产生影响。
【文档编号】B24B49/00GK103909473SQ201410084860
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】沈南燕, 李静, 叶骏, 汪学栋, 钱翔, 贾亚凯, 许海 申请人:上海大学