一种轴承内外圈沟道测量机及其测量方法与流程

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种滚动轴承内外圈沟道尺寸测量的自动化设备，测量的数据用于滚动轴承内外圈配对装配时的分档参考。

背景技术：

轴承是重要的机械基础部件，其性能和质量在一定程度上决定了机器设备的性能和质量。我国是各类轴承的最大制造国和消费国，但与国外技术和质量水平相比存在较大的差距。目前，在轴承制造过程中，车、磨自动线已比较普遍使用。而装配自动线由于工序多、动作复杂，大多由人工完成。由于轴承装配质量对其整体质量影响很大，故目前轴承的装配一方面效率低，另一方面装配质量不一致，因此轴承自动装配生产线中的单元加工方法和设备一直是亟待解决的技术难题。

轴承内外圈沟道测量是一种滚动轴承内外圈沟道尺寸测量的自动化设备，测量的数据用于滚动轴承内外圈配对装配时的分档参考。由于轴承内外圈沟道加工过程中存在的尺寸误差不同，在内外圈装配时，会导致游隙不一致，甚至超差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种轴承内外圈沟道测量机及其测量方法。

本发明一种轴承内外圈沟道测量机，包括机身、导轨安装板、沟道测量机构、工作台两轴驱动装置、工作台旋转驱动装置和装夹工作台。所述的工作台两轴驱动装置安装在机身上。工作台旋转驱动装置安装在工作台两轴驱动装置安装在机身上。

所述的装夹工作台包括盘丝驱动组件、双向夹持块、螺旋盘丝和工作台箱体。工作台箱体安装在工作台旋转驱动装置上。螺旋盘丝支承在工作台箱体内。螺旋盘丝由盘丝驱动组件驱动。两个双向夹持块均与工作台箱体构成滑动副。双向夹持块的底面开设有弧形槽。双向夹持块上的弧形槽与螺旋盘丝上的两条螺旋凸起的分别配合。两个双向夹持块对中设置的螺旋盘丝中心轴线的两侧。

所述的沟道测量机构包括测量导轨、标尺光栅、双向测量头和双向驱动组件。所述的测量导轨及标尺光栅均与机身固定。双向测量头包括测量安装架、测量杆电机、测量杆、对中移动块、中间隔板、限位板、误差补偿弹簧和光栅读数头。所述的测量安装架与测量导轨构成滑动副。对中移动块与测量安装架构成滑动副。对中移动块上固定有中间隔板。测量安装架的两端均固定有限位板。中间隔板位于两块限位板之间。两根误差补偿弹簧的一端均与中间隔板固定，另一端与两块限位板分别固定。光栅读数头固定在测量安装架上，且朝向标尺光栅。测量杆的顶端支承在测量安装架上。测量杆由测量杆电机驱动。测量杆的底端设置有触杆。触杆的外端设置有压电传感器。

所述的双向测量头共有两个。两个双向测量头内的对中移动块通过双向驱动组件同步反向驱动。

进一步地，所述的双向驱动组件包括测量头丝杠、测量螺母和测量驱动电机。所述的测量头丝杠支承在机身的顶部。测量驱动电机固定在机身上，且输出轴与测量头丝杠的一端固定。测量头丝杠为双向丝杠。两个测量螺母与两个对中移动块分别固定，且与测量头丝杠上两个旋向相反的螺旋段分别构成螺旋副。

进一步地，所述螺旋盘丝的中心轴线与工作台箱体的回转轴线重合，且位于两个对中移动块的对称面内。

进一步地，所述的两轴驱动装置包括y向支撑台、y向测量导轨、y向驱动组件、z向支撑台和z向驱动组件。z向支撑台与机身构成滑动副，并由z向驱动组件驱动。y向测量导轨固定在z向支撑台上。y向支撑台与y向测量导轨构成滑动副。y向支撑台由y向驱动组件驱动。

进一步地，所述的z向驱动组件包括z向丝杠、z向轴承、z向螺母和z向电机。竖直设置的z向丝杠的底端通过z向轴承支承在机身的底部上。z向电机在机身上，且输出轴与z向丝杠的底端固定。固定在y向支撑台底部的z向螺母与z向丝杠构成螺旋副。y向驱动组件包括y向丝杠、y向螺母和y向电机。y向丝杠支承在z向支撑台上。y向电机固定在z向支撑台上，且输出轴与y向丝杠的一端固定。固定在y向支撑台上的y向螺母与y向丝杠构成螺旋副。

进一步地，所述的工作台旋转驱动装置包括蜗轮减速器和旋转驱动电机。蜗轮减速器及旋转驱动电机均固定在y向支撑台上。蜗轮减速器的输出口与旋转驱动电机的输出轴固定。蜗轮减速器的输出轴竖直朝上设置。

进一步地，所述的盘丝驱动组件包括从动伞齿轮、主动伞齿轮、主动轴和盘丝驱动电机。主动轴支承在工作台箱体内。盘丝驱动电机固定在工作台箱体上，且输出轴与主动轴的一端固定。主动伞齿轮固定在主动轴上。从动伞齿轮与螺旋盘丝固定。主动伞齿轮与从动伞齿轮啮合。

进一步地，所述双向夹持块的顶部均设置有夹持凸起。靠近螺旋盘丝中心轴线的侧面为内凹的圆弧面，远离螺旋盘丝中心轴线的侧面为外凸的圆弧面。

进一步地，所述标尺光栅上的狭缝排列方向与测量导轨的长度方向平行。

该轴承内外圈沟道测量机的测量方法包括外圈沟道测量方法和内圈沟道测量方法。

外圈沟道测量方法具体如下：

步骤一、将被测工件放置到工作台箱体的顶板上，并使得被测轴承内圈位于各双向夹持块之间。被测工件为轴承外圈。

步骤二、盘丝驱动组件驱动螺旋盘丝转动，使得各双向夹持块向螺旋盘中心轴线滑动，将被测轴承外圈从外侧面定位并夹紧。

步骤三、两个双向测量头内的测量杆电机转动，使得两根测量杆上的触杆的外端相背设置。

步骤四、工作台两轴驱动装置驱动工作台箱体升高，直到被测工件内侧面的沟道最低处与两个双向测量头的触杆对齐。

步骤五、双向驱动组件驱动两个双向测量头相背运动，直到两根测量杆的触杆上的压电传感器均检测到压力。记录下两根测量杆的触杆外端与螺旋盘丝中心轴线的距离，两个距离分别记为r1、r2。

步骤六、双向驱动组件驱动两根测量杆的触杆均与被测工件分离。工作台旋转驱动装置驱动工作台箱体旋转90°。

步骤七、双向驱动组件驱动两个双向测量头相背运动，直到两根测量杆的触杆上的压电传感器均检测到压力。记录下两根测量杆的触杆外端与螺旋盘丝中心轴线的距离，两个距离分别记为r3、r4。

步骤八、计算被测工件沟道直径d＝(r1+r2+r3+r4)/2；被测工件沟道同心度误差

内圈沟道测量方法具体如下：

步骤一、将被测工件放置到工作台箱体的顶板上，并使得各双向夹持块位于被测轴承内圈的内侧。被测工件为轴承内圈。

步骤二、盘丝驱动组件驱动螺旋盘丝转动，使得各双向夹持块向远离螺旋盘中心轴线的方向滑动，将被测轴承内圈从内侧面定位并夹紧。

步骤三、两个双向测量头内的测量杆电机转动，使得两根测量杆上的触杆的外端相对设置。

步骤四、工作台两轴驱动装置驱动工作台箱体升高，直到被测工件外侧面的沟道最低处位于两个双向测量头的触杆之间。

步骤五、双向驱动组件驱动两个双向测量头相向运动，直到两根测量杆的触杆上的压电传感器均检测到压力。记录下两根测量杆的触杆外端与螺旋盘丝中心轴线的距离，两个距离分别记为r1、r2。

步骤六、双向驱动组件驱动两根测量杆的触杆均与被测工件分离。旋转驱动电机转动，使得工作台箱体旋转90°。

步骤七、双向驱动组件驱动两个双向测量头相向运动，直到两根测量杆的触杆上的压电传感器均检测到压力。记录下两根测量杆的触杆外端与螺旋盘丝中心轴线的距离，两个距离分别记为r3、r4。

步骤八、计算被测工件沟道直径d＝(r1+r2+r3+r4)/2；被测工件沟道同心度误差

本发明具有的有益效果是：

1、本发明中的中间隔板36、限位板37、误差补偿弹簧38相配合能够使得两个测量安装架6在跟随对应对中移动块33滑动的同时，还能够与对应对中移动块33发生相对位移；使得两个双向测量头在同一动力源的驱动下完成两个不同半径的测量，大大提高了轴承沟道直径测量的效率。

2、本发明设计的装夹工作台是一个可旋转能同心夹持的工作台，其能够实现对内圈和外圈的中心定位装夹。

3、本发明中的测量杆9能够转动，使得其即能够伸入轴承外圈的沟槽，也能够伸入轴承内圈的沟槽，进而配合装夹工作台实现对轴承外圈、内圈沟道直径测量的兼容。

4、本发明提出一种滚动轴承内外圈沟道尺寸测量的自动化设备的结构方案，对轴承内外圈沟道的尺寸误差进行在线检测，根据检测结果对轴承内外圈分档，为轴承内外圈配对装配提供依据，从而提高轴承装配精度和一致性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明图1中a-a截面的剖视图；

图3为本发明中双向测量头的第一张结构示意图(其为图1中b-b截面的剖视图)；

图4为本发明图1中c-c截面的剖视图；

图5为本发明中双向测量头的第二张结构示意图；

图6为本发明的轴承外圈沟道尺寸测量原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种轴承内外圈沟道测量机，包括机身3、导轨安装板4、沟道测量机构、工作台两轴驱动装置、工作台旋转驱动装置24、装夹工作台和控制器。导轨安装板4与机身3的顶部固定。

工作台两轴驱动装置包括y向支撑台26、y向测量导轨27、y向驱动组件25、z向支撑台29、z向导柱30和z向驱动组件。竖直设置的四根z向导柱30的底端均与机身3的底部固定的。z向支撑台29的四个角与四根z向导柱30分别构成滑动副。z向驱动组件包括z向丝杠28、z向轴承31、z向螺母和z向电机32。竖直设置的z向丝杠28的底端通过z向轴承31支承在机身3的底部上。z向电机32在机身3上，且输出轴与z向丝杠28的底端固定。固定在y向支撑台26底部的z向螺母与z向丝杠28构成螺旋副。相互平行的两根y向测量导轨27均固定在z向支撑台29上。y向支撑台26的底部与两根y向测量导轨27构成滑动副。y向驱动组件25包括y向丝杠、y向螺母和y向电机。y向丝杠支承在z向支撑台29上。y向电机固定在z向支撑台29上，且输出轴与y向丝杠的一端固定。固定在y向支撑台26上的y向螺母与y向丝杠构成螺旋副。

工作台旋转驱动装置24包括蜗轮减速器和旋转驱动电机。蜗轮减速器及旋转驱动电机均固定在y向支撑台26上。蜗轮减速器的输出口与旋转驱动电机的输出轴固定。蜗轮减速器的输出轴竖直朝上设置。

如图1和2所示，装夹工作台包括盘丝驱动组件、双向夹持块13、从动轴15、盘丝轴承16、主动轴承18、螺旋盘丝20和工作台箱体21。螺旋盘丝20采用双线螺旋盘丝。工作台箱体21的底部与蜗轮减速器的输出轴固定。竖直设置的从动轴15通过盘丝轴承16支承在工作台箱体21内。螺旋盘丝20与从动轴15固定。螺旋盘丝20的中心轴线与蜗轮减速器的输出轴轴线重合。盘丝驱动组件包括从动伞齿轮14、主动伞齿轮17、主动轴19和盘丝驱动电机22。主动轴19通过主动轴承18支承在工作台箱体21内。盘丝驱动电机22固定在工作台箱体21上，且输出轴与主动轴19的一端固定。主动伞齿轮17固定在主动轴19上。从动伞齿轮14固定在从动轴15上。主动伞齿轮17与从动伞齿轮14啮合。工作台箱体21的顶板上开设有夹持滑槽。两个双向夹持块13均与夹持滑槽构成滑动副。双向夹持块13的底面开设有弧形槽。双向夹持块13上的弧形槽与螺旋盘丝20上螺旋凸起的形状对应。两个双向夹持块13的弧形槽与螺旋盘丝20上的两条螺旋凸起分别构成螺旋副。两个双向夹持块13对中设置的螺旋盘丝20中心轴线的两侧(即螺旋盘丝20的中心轴线位于两个双向夹持块13的对称面内)。双向夹持块13的顶部均设置有夹持凸起。夹持凸起伸出工作台箱体的夹持滑槽外。靠近螺旋盘丝20中心轴线的侧面为内凹的圆弧面(内凹的圆弧面能够实现对外圈外侧面的中心定位)，远离螺旋盘丝20中心轴线的侧面为外凸的圆弧面(内凹的圆弧面能够实现对内圈内侧面的中心定位)。通过螺旋盘丝20的转动，能驱动两个双向夹持块13同步相向或相背滑动，以实现被测轴承外圈或内圈的夹持。

如图1、3、4和5所示，沟道测量机构包括测量导轨5、标尺光栅35、双向测量头和双向驱动组件。测量导轨5与导轨安装板4的底面固定。标尺光栅35固定在机身3的一侧。标尺光栅35上的狭缝排列方向与测量导轨5的长度方向平行。双向测量头包括测量安装架6、测量杆电机7、导轨座8、测量杆9、测量杆轴承10、测量杆座11、对中移动块33、中间隔板36、限位板37、误差补偿弹簧38和光栅读数头34。导轨座8与测量导轨5构成滑动副。测量安装架6与导轨座8固定。测量安装架6上固定有补偿滑轨39。补偿滑轨39的中心轴线平行于测量导轨5的中心轴线。对中移动块33上固定有补偿滑块40。补偿滑块40与补偿滑轨39构成滑动副。对中移动块33上固定有中间隔板36。测量安装架6的两端均固定有限位板37。中间隔板36位于两块限位板37之间。两根误差补偿弹簧38的一端与中间隔板36的两侧面分别固定，另一端与两块限位板37的相对侧面分别固定。光栅读数头34固定在测量安装架6上，且朝向标尺光栅24设置。测量杆座11固定在测量安装架6的底部。竖直设置的测量杆9的顶端通过测量杆轴承10支承在测量杆座11上。测量杆9的底端设置有触杆。触杆水平设置，用于伸入被测轴承外圈或内圈的沟槽。触杆的外端设置有压电传感器。测量杆电机7与测量安装架固定，且输出轴与测量杆9的顶端固定。

双向测量头共有两个。螺旋盘丝20的中心轴线位于两个对中移动块33的对称面内。当触杆的外端与被测工件12接触时，压电传感器受压发出电信号。双向驱动组件包括测量轴承1、测量头丝杠2、测量螺母和测量驱动电机23。测量头丝杠2通过测量轴承1支承在机身3的顶部，且位于装夹工作台的正上方。测量驱动电机23固定在机身上3，且输出轴与测量头丝杠2的一端固定。测量头丝杠2采用双向丝杠。两个测量螺母与两个对中移动块33分别固定，且与测量头丝杠2上的两个旋向相反的螺旋段分别构成螺旋副。

测量驱动电机23转动能够驱动两个对中移动块33相向或相背同步运动，而中间隔板36、限位板37、误差补偿弹簧38相配合能够使得两个测量安装架6在跟随对应对中移动块33滑动的同时，还能够与对应对中移动块33发生相对位移；使得两个双向测量头在同一动力源的驱动下完成两个不同半径的测量。

y向电机、z向电机32、旋转驱动电机、盘丝驱动电机22、测量驱动电机23和两个测量杆电机7的控制接口均与控制器通过电机驱动器连接。两个压电传感器的信号输出接口与控制器的两个模拟信号输入接口分别连接。两个光栅读数头34的信号输出接口与控制器的两个方波信号输入接口分别连接。控制器采用单片机或plc。

该轴承内外圈沟道测量机的测量方法包括外圈沟道测量方法和内圈沟道测量方法。

外圈沟道测量方法具体如下：

步骤一、盘丝驱动电机22转动，使得各双向夹持块到驱动螺旋盘中心轴线的距离小于被测工件的外半径。被测工件12为轴承外圈。将被测工件12放置到工作台箱体21的顶板上，并使得被测轴承内圈位于两个双向夹持块13之间。

步骤二、盘丝驱动电机22正转，两个双向夹持块13相向滑动，将被测轴承外圈从外侧面定位并夹紧。

步骤三、两个双向测量头内的测量杆电机7转动，使得两根测量杆9上的触杆的外端相背设置。测量驱动电机23转动，使得两根触杆的外端距离小于被测工件12的内径。测量驱动电机23转动过程中，两个光栅读数头34持续读取自身的位移量，从而结合光栅读数头34与对应触杆外端的相对空间位置，确定触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离。

步骤四、z向电机32正转，驱动工作台箱体21升高，直到被测工件12内侧面的沟道最低处与两个双向测量头的触杆对齐。

步骤五、测量驱动电机23反转，使得两个双向测量头相背运动，直到两根测量杆9的触杆上的压电传感器均检测到压力，且两个双向测量头内均有误差补偿弹簧38被压缩0.1倍的被测轴承外圈内径以上。记录下两根测量杆9的触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离，两个距离分别记为r1、r2。r1、r2分别通过两个光栅读数头34得到。

确定r1、r2时，y向电机正反转，使得被测工件沿垂直测量导轨的方向正反各移动0.1倍的被测轴承内径，以移动过程中两个双向测量头检测到的最大值作为分别作为r1、r2。

步骤六、测量驱动电机23正转，使得两根测量杆9的触杆均与被测工件12分离。旋转驱动电机转动，使得工作台箱体旋转90°。

步骤七、测量驱动电机23反转，使得两个双向测量头相背运动，直到两根测量杆9的触杆上的压电传感器均检测到压力，且两个双向测量头内均有误差补偿弹簧38被压缩0.1倍的被测轴承外圈内径以上。记录下两根测量杆9的触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离，两个距离分别记为r3、r4。

确定r3、r4时，y向电机正反转，使得被测工件沿垂直测量导轨的方向正反各移动0.1倍的被测轴承内径，以移动过程中两个双向测量头检测到的最大值作为分别作为r3、r4。

步骤八、如图6所示，计算被测工件沟道直径d＝(r1+r2+r3+r4)/2；被测工件沟道同心度误差

内圈沟道测量方法具体如下：

步骤一、盘丝驱动电机22转动，使得各双向夹持块的外侧面中点到驱动螺旋盘中心轴线的距离小于被测工件的内外半径。被测工件12为轴承内圈。将被测工件12放置到工作台箱体21的顶板上，并使得双向夹持块13位于被测轴承内圈的内侧。

步骤二、盘丝驱动电机22反转，两个双向夹持块13相背滑动，将被测轴承内圈从内侧面定位并夹紧。

步骤三、两个双向测量头内的测量杆电机7转动，使得两根测量杆9上的触杆的外端相对设置。测量驱动电机23转动，使得两个双向测量头的间距大于被测工件12的外径。测量驱动电机23转动过程中，两个光栅读数头34持续读取自身的位移量，从而结合光栅读数头34与对应触杆外端的相对空间位置，确定触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离。

步骤四、z向电机32正转，驱动工作台箱体21升高，直到被测工件12外侧面的沟道最低处位于两个双向测量头的触杆之间。

步骤五、测量驱动电机23正转，使得两个双向测量头相向运动，直到两根测量杆9的触杆上的压电传感器均检测到压力，且两个双向测量头内均有误差补偿弹簧38被压缩0.1倍的被测轴承内圈外径以上。记录下两根测量杆9的触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离，两个距离分别记为r1、r2。

确定r1、r2时，y向电机正反转，使得被测工件沿垂直测量导轨的方向正反各移动0.1倍的被测轴承内径，以移动过程中两个双向测量头检测到的最大值作为分别作为r1、r2。

步骤六、测量驱动电机23反转，使得两根测量杆9的触杆均与被测工件分离。旋转驱动电机转动，使得工作台箱体旋转90°。

步骤七、测量驱动电机23正转，使得两个双向测量头相向运动，直到两根测量杆9的触杆上的压电传感器均检测到压力，且两个双向测量头内均有误差补偿弹簧38被压缩0.1倍的被测轴承内圈外径以上。记录下两根测量杆9的触杆外端与螺旋盘丝20中心轴线的距离，两个距离分别记为r3、r4。

确定r3、r4时，y向电机正反转，使得被测工件沿垂直测量导轨的方向正反各移动0.1倍的被测轴承内径，以移动过程中两个双向测量头检测到的最大值作为分别作为r3、r4。

步骤八、计算被测工件沟道直径d＝(r1+r2+r3+r4)/2；被测工件沟道同心度误差