一种轴承装配游隙在线测量机及其游隙测量方法与流程

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种滚动轴承装配游隙在线测量的自动化设备及其游隙测量方法，测量的数据用于评估滚动轴承装配质量的重要指标。

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，如轴承内外圈沟道测量机、轴承合套装球一体机、轴承保持架压装机、轴承双面注脂机、轴承双面压盖机、轴承装配游隙在线测量机、以及轴承游隙控制方法和系统等，一直是亟待解决的技术难题。

轴承装配游隙在线测量机是一种滚动轴承装配游隙在线测量的自动化设备，测量的数据用于评估滚动轴承装配质量的重要指标。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装配游隙在线测量机。

本发明一种轴承装配游隙在线测量机，包括机身、工作台升降旋转机构、装夹工作台和恒压测量机构。所述的装夹工作台包括v型定位夹持块、夹持驱动组件和工作台。工作台通过工作台升降旋转机构安装在机身上。两个v型定位夹持块均与工作台构成滑动副，并由夹持驱动组件驱动进行反向同步运动。

所述的恒压测量机构包括压力检测器、横移驱动机构、安装块、导轨、测量滑块、标尺光栅和光栅读数头。所述的导轨与机身固定。所述的测量滑块与导轨构成滑动副。所述的安装块固定在测量滑块的底部，并由横移驱动机构驱动。所述的标尺光栅固定在机身内的一侧。光栅读数头固定在安装块上，且朝向标尺光栅设置。

所述的压力检测器包括压力传感器和测量杆。安装块的底面开设有压力检测槽。压力检测槽内固定有间隔设置的两个压力传感器。两个压力传感器的检测面相对设置。测量杆的顶端位于两个压力传感器之间，且与两个压力传感器的检测面均接触。

进一步地，所述测量杆的中心轴线位于v型定位夹持块的两个定位侧面的对称面内。

进一步地，所述的夹持驱动组件包括夹持丝杆和夹持电机。水平设置的夹持丝杆支承在工作台上。夹持丝杆采用双向丝杠。夹持电机固定在工作台上，且输出轴与夹持丝杆的一端固定。两个v型定位夹持块与夹持丝杆上的两个旋向相反的螺旋段分别构成螺旋副。

进一步地，所述的横移驱动机构包括测量丝杆、测量螺母和测量电机。所述的测量丝杆支承在机身内。测量电机固定在机身上，且输出轴与测量丝杆的一端固定。测量螺母固定在安装块上，且于测量丝杆构成螺旋副。

进一步地，所述的工作台升降旋转机构包括升降导柱、升降台、升降驱动组件、旋转驱动组件和升降架。所述的升降架固定在机身上。升降台上固定有升降导柱。升降导柱与机身构成滑动副。升降驱动组件包括升降螺母、升降丝杆和升降电机。竖直设置的升降丝杆支承在升降架上。升降电机在升降架上，且输出轴与升降丝杆的底端固定。固定在升降台底部的升降螺母与升降丝杆构成螺旋副。旋转驱动组件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升降台的顶部上。蜗轮减速器的输出口与旋转驱动电机的输出轴固定。蜗轮减速器输出轴竖直朝上设置，并与工作台固定。

进一步地，所述的测量杆座上开设有贯穿测量杆座的两级阶梯孔。两级阶梯孔上孔径较大的孔段位于孔径较小的孔段与安装块之间。所述的测量杆呈三级阶梯轴状。测量杆顶端轴段、底端轴段的直径均小于中间轴段的直径。测量杆的顶端轴段位于两个压力传感器之间。测量杆的中间轴段位于两级阶梯孔上孔径较大的孔段内。测量杆的底端轴段穿过两级阶梯孔上孔径较小的孔段。所述测量杆的底端轴段的外端涂覆有耐磨材料。

进一步地，所述标尺光栅上的狭缝排列方向与导轨的长度方向平行。

进一步地，两个v型定位夹持块的相对侧面开设有v型定位槽。

进一步地，两个压力传感器的排列方向与导轨的长度方向平行。

该轴承装配游隙在线测量机的游隙测量方法具体如下：

步骤一、将被测量轴承安放到工作台上的两个v型定位夹持块之间。夹持驱动组件驱动两个v型定位夹持块相向滑动，夹紧被测量轴承。

步骤二、横移驱动机构驱动测量杆移动到被测量轴承内孔的正上方。

步骤三、工作台升降旋转机构驱动工作台上升至测量杆的底端位于被测量轴承的内孔中的状态。将1赋值给i。

步骤四、横移驱动机构驱动测量杆移动，直到第一个压力传感器检测到预设压力达到预设压力。

步骤五、横移驱动机构驱动测量杆向与步骤四中相反的方向移动，直到第二个压力传感器检测到预设压力达到预设压力。光栅读数头检测到步骤五中测量杆的位移量xi。

步骤六、计算第i个游隙ci＝d+d'-xi。其中，d为被测量轴承的内径，d'为测量杆底端的直径。进入步骤七。

步骤七、若i＜n，则测量电机正转，使得测量杆与被测量轴承的内圈不接触。工作台升降旋转机构驱动工作台正向转动90°/(n-1)，将i增大1，并执行步骤四至六。否则，进入步骤八。

步骤八、计算最终游隙值

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过设计恒压测量机构和工件定位夹持装置，能解决在滚动轴承自动装配生产线中游隙的在线测量问题，不仅为滚动轴承装配质量提供评价数据，而且能对轴承装配工艺作出自适应调整，明显提高了轴承装配精度和一致性。因此，具有显著的经济、社会和环境效益。

2、本发明的恒压测量机构在检测中，先使得测量杆5左移，消除轴承内外圈的左侧间隙，并以此点作为游隙测量的零点；接着测量电机11反转，使测量杆5右移，直至消除轴承内外圈的右侧间隙，此时由光栅测得测量杆5的位移值减去被测量轴承内径，即为游隙值。

3、本发明中的测量杆5的底端(接触端)表面涂覆有耐磨材料，避免接触端磨损；测量杆5的上端嵌有压力传感器4，当达到规定的压力值时，由光栅读数头23进行读数。精密丝杠螺母副、恒压测量模式和高精度光栅的组合，提高了测量的准确性和一致性。

4、本发明中的装夹工作台通过夹持电机14驱动夹持丝杆13，由于丝杆为正反向集成式的双向丝杠，因此能够带动两个v型定位夹持块12向中心移动，从而将安放到工作台15上的被测量轴承2同心夹持在工作台上。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中装夹工作台的示意图(图1中a-a截面的剖视图)；

图3为本发明中横移驱动机构的示意图(图1中b-b截面的剖视图)；

图4为本发明中压力检测器、横移驱动机构的组合示意图(图1中c-c截面的剖视图)；

图5为本发明中压力检测器的示意图(图1中f部分的局部放大图)。

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，一种轴承装配游隙在线测量机，包括顶板1、机身8、工作台升降旋转机构、装夹工作台、恒压测量机构和控制器。工作台升降旋转机构包括升降导柱17、升降台18、升降驱动组件、旋转驱动组件16和升降架21。升降架21固定在机身8上。升降台18的四个角均固定有竖直设置的升降导柱17。固定在机身8上的四个导套与四根升降导柱17分别构成滑动副。升降驱动组件包括升降螺母、升降丝杆19和升降电机20。竖直设置的升降丝杆19支承在升降架21上。升降电机在升降架21上，且输出轴与升降丝杆19的底端固定。固定在升降台18底部的升降螺母与升降丝杆19构成螺旋副。旋转驱动组件16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升降台18的顶部。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v型定位夹持块12、夹持驱动组件和工作台15。工作台15的底部与蜗轮减速器输出轴顶端固定。两个v型定位夹持块12均与工作台15构成滑动副。两个v型定位夹持块12的相对侧面开设有v型定位槽。夹持驱动组件包括夹持丝杆13和夹持电机14。水平设置的夹持丝杆13支承在工作台15上。夹持丝杆13采用双向丝杠。夹持电机14固定在工作台15上，且输出轴与夹持丝杆13的一端固定。两个v型定位夹持块12与夹持丝杆13上的两个旋向相反的螺旋段分别构成螺旋副。当夹持丝杆13转动时，两个v型定位夹持块12相向或相背运动，从而实现对被测量轴承2的夹紧或松开。

如图1、3和4所示，恒压测量机构包括压力检测器、横移驱动机构、安装块6、导轨7、测量滑块22、标尺光栅24和光栅读数头23。顶板1固定在机身8的顶部。导轨7与顶板1的底面固定。测量滑块22与导轨7构成滑动副。安装块6固定在测量滑块22的底部。横移驱动机构包括测量丝杆9、丝杆轴承10、测量螺母和测量电机11。测量丝杆9的两端通过丝杆轴承10支承在机身8内。测量电机11固定在机身8上，且输出轴与测量丝杆9的一端固定。测量螺母固定在安装块6上，且于测量丝杆9构成螺旋副。标尺光栅24固定在机身8内的一侧。标尺光栅24上的狭缝排列方向与导轨7的长度方向平行。光栅读数头23固定在安装块6上，且朝向标尺光栅24设置。

如图1、4和5所示，压力检测器包括测量杆座3、压力传感器4和测量杆5。测量杆座3固定在安装块6的底端。安装块6的底面开设有压力检测槽。压力检测槽内固定有间隔设置的两个压力传感器4。两个压力传感器4的检测面相对设置，且两个压力传感器4的排列方向(即检测面法向量)与导轨7的长度方向平行。

测量杆座3上开设有贯穿测量杆座3的两级阶梯孔。两级阶梯孔上孔径较大的孔段位于孔径较小的孔段与安装块6之间。测量杆5呈三级阶梯轴状。测量杆5顶端轴段、底端轴段的直径均小于中间轴段的直径。测量杆5的顶端轴段位于两个压力传感器4之间，且与两个压力传感器4的检测面均接触。测量杆5的中间轴段位于两级阶梯孔上孔径较大的孔段内。测量杆5的底端轴段穿过两级阶梯孔上孔径较小的孔段。测量杆5的底端轴段的外端涂覆有耐磨材料，以减少磨损。

测量杆5的中心轴线位于v型定位夹持块12的两个定位侧面的对称面内(即当被测量轴承2被装夹后，测量杆5能够移动至的中心轴线与被测量轴承2的轴线重合的状态)。v型定位夹持块12的两个定位侧面即其上v型槽的两个侧面。

升降电机20、旋转驱动电机、夹持电机和测量电机的控制输入接口与控制器的四个电机控制接口分别通过电机驱动器连接。两个压力传感器4的信号输出接口与控制器的两个压力信号输入接口(模数转换端)分别连接。光栅读数头23的信号输出接口与控制器的位移信号输入接口连接。控制器采用单片机或plc。

该轴承装配游隙在线测量机的游隙测量方法具体如下：

步骤一、被测量轴承2安放到工作台15上的两个v型定位夹持块12之间。夹持电机14正传，使得两个v型定位夹持块12相向滑动，将被测量轴承2同心夹持在工作台上。光栅读数头23与标尺光栅24相配合，时刻检测测量杆5的当前位置。

步骤二、测量电机11转动，驱动测量杆5移动到被测量轴承2内孔的正上方。

步骤三、升降电机20正转，使得工作台15上升至测量杆5的底端伸入到被测量轴承2的内孔中的状态。将1赋值给i。

步骤四、测量电机11正转，使得测量杆5移动，直到测量杆5的底端与被测量轴承2的内圈一侧接触，且第一个压力传感器4检测到预设压力达到预设压力。此时，被测量轴承2的一侧间隙被消除。

步骤五、测量电机11反转，使得测量杆5向与步骤四中相反的方向移动，直到测量杆5的底端与被测量轴承2的内圈另一侧接触，且第二个压力传感器4检测到预设压力达到预设压力。此时，被测量轴承2的另一侧间隙被消除。控制器通过光栅读数头23检测到步骤五中，测量杆5的位移量xi。

步骤六、计算第i个游隙ci＝d+d'-xi。其中，d为被测量轴承的内径，d'为测量杆5底端的直径。

步骤七、若i＝1，则测量电机11正转，使得测量杆5与被测量轴承2的内圈不接触。旋转驱动组件16驱动工作台转动90°，将i增大1，并执行步骤四至六。否则，进入步骤八。

步骤八、计算最终游隙值