一種曲軸自動(dòng)校直液壓機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崖華青，翟 華

（1.合肥合鍛機(jī)床股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件。其生產(chǎn)工藝需進(jìn)行多次校直才能符合設(shè)計(jì)和實(shí)際要求，而曲軸的變形是校直決策的重要依據(jù)，因此，可靠、精確、高速地獲取零件的變形是曲軸校直機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的重要任務(wù)。測(cè)量系統(tǒng)要根據(jù)傳感器測(cè)得的大量數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后，求取零件的變形及坐標(biāo)位置，這是確保精密校直成套設(shè)備矯形精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文依據(jù)最小二乘法原理設(shè)計(jì)了曲軸自動(dòng)校直機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，測(cè)量效率大大提高，測(cè)量精度滿足設(shè)計(jì)要求。

1 原有檢測(cè)裝置

原有曲軸檢測(cè)系統(tǒng)如圖1、2 所示，采用三組曲軸專(zhuān)用檢測(cè)裝置，需三名工人同時(shí)工作，花費(fèi)30min才能準(zhǔn)確檢測(cè)一根曲軸，耗時(shí)、費(fèi)力，檢測(cè)結(jié)果完全憑借工人經(jīng)驗(yàn)。

2 新型檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖3 所示，該新型檢測(cè)系統(tǒng)由一套檢測(cè)裝置組成，分別裝于主軸頸后側(cè)，用于檢測(cè)曲軸的校直結(jié)果。其穩(wěn)定與否直接關(guān)系校直精度。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示，該檢測(cè)裝置由傳感器、檢測(cè)支架、測(cè)量杠桿支架、測(cè)量杠桿臂、調(diào)整螺釘、鎖緊螺釘?shù)冉M成。在該結(jié)構(gòu)中，機(jī)床檢測(cè)傳感器調(diào)整主要應(yīng)用在機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)零件之前，是保證檢測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要步驟。傳感器調(diào)整到0 位附近，傳感器線性度最好，保證檢測(cè)系統(tǒng)能精確檢測(cè)零件的跳動(dòng)量。

檢測(cè)電氣系統(tǒng)主要為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和采集板卡組建的檢測(cè)電路。工業(yè)計(jì)算機(jī)采用研華機(jī)箱，配置研華主板及弘格采集卡，該采集卡具有16 位分辨率，能將檢測(cè)傳感器傳來(lái)的模擬量精密細(xì)分，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

檢測(cè)傳感器是本檢測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，本項(xiàng)目采用中原量?jī)xDG03 型差動(dòng)電感式直線位移傳感器，其檢測(cè)精度準(zhǔn)確可靠。

3 檢測(cè)原理

工件在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下，以1、9 兩主軸頸的外圓為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)測(cè)量 2、3、4、5、6、7、8 軸頸，每個(gè)軸頸測(cè)量180 個(gè)點(diǎn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)按最小二乘法擬合出截面圓心，計(jì)算過(guò)程如下。

工件每旋轉(zhuǎn)一周，環(huán)軸壁上各傳感器分別環(huán)繞不同的圓截面上測(cè)量180 次，環(huán)軸壁上的傳感器數(shù)為9，設(shè)ΔRij為傳感器采樣值，θij為傳感器測(cè)量時(shí)位于圓截面上的對(duì)應(yīng)角度，采樣數(shù)據(jù)為（ΔRij，θij），其中i 為各傳感器所環(huán)繞的圓截面號(hào)，i=1，2，…，K，j 為采樣點(diǎn)數(shù)，j=1，2，…M，按下式計(jì)算每一截面的最小二乘圓心坐標(biāo)Oi（Xi，Yi，Zi）：

式中：Zi——各個(gè)傳感器所環(huán)繞的圓截面軸向距離。

以工件上首尾兩個(gè)傳感器所環(huán)繞的圓截面圓心連線為基準(zhǔn)軸線，中間7 個(gè)傳感器所環(huán)繞的圓截面相對(duì)該軸線彎曲度Wi為：

則直線度 S 為：S=max（W2，W3，W4，…W8），與設(shè)定的S 的閾值比較，確定工件直線度是否符合要求，判定工件是否合格。

4 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)

4.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成

本檢測(cè)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由檢測(cè)傳感器、放大器、A/D 板卡、工業(yè)計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，其信息流如圖4 所示。

圖4 檢測(cè)系統(tǒng)硬件構(gòu)成

其中，檢測(cè)傳感器采用中原量?jī)x公司生產(chǎn)的DZS-05 型電感式檢測(cè)傳感器，放大器采用DZ 型放大器，A/D 板卡采用1602 型電感傳感器，工業(yè)計(jì)算機(jī)采用研華IPS610 型工業(yè)計(jì)算機(jī)。

4.2 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

本檢測(cè)系統(tǒng)采用WINDOWS 98 系統(tǒng)為操作系統(tǒng)，應(yīng)用DELPHI 高級(jí)編程軟件編寫(xiě)系統(tǒng)程序，根據(jù)前述檢測(cè)系統(tǒng)的原理，可以得到檢測(cè)系統(tǒng)流程如圖5 所示。

圖5 檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程

操作過(guò)程：系統(tǒng)上電，計(jì)算機(jī)進(jìn)入曲軸校直機(jī)控制系統(tǒng)主界面，旋轉(zhuǎn)“自動(dòng)/調(diào)整”旋鈕至“調(diào)整”位，操作臺(tái)上“手動(dòng)”燈亮，計(jì)算機(jī)界面進(jìn)入圖6 所示界面。

按“Tab”鍵移動(dòng)光標(biāo)到“機(jī)床檢測(cè)傳感器調(diào)整”按鈕，按下“Enter”鍵進(jìn)入“機(jī)床檢測(cè)傳感器調(diào)整”界面。如圖7 所示。

參考該界面，對(duì)每一路傳感器的位置進(jìn)行微調(diào)，調(diào)試方法如圖8 所示。

圖6 檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入界面

圖7 進(jìn)入機(jī)床調(diào)整界面

圖8 傳感器調(diào)整界面

松開(kāi)鎖緊螺釘，調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘，直到界面上對(duì)應(yīng)傳感器通道的顏色由紅變綠。然后擰緊鎖緊螺釘。也可以松開(kāi)傳感器鎖緊螺釘，微微移動(dòng)傳感器，直到界面上對(duì)應(yīng)傳感器通道的顏色由紅變綠，擰緊傳感器鎖緊螺釘。當(dāng)所有通道的顏色都變成綠色后，機(jī)床檢測(cè)傳感器調(diào)整工作完成，按“Tab”鍵后移動(dòng)按鈕至“返回”，按“Enter”至圖 7 界面。旋轉(zhuǎn)“自動(dòng)/調(diào)整”旋鈕至“自動(dòng)”位，操作臺(tái)上“自動(dòng)”燈亮，“手動(dòng)”燈不亮。旋轉(zhuǎn)“檢測(cè)/單步”旋鈕至“檢測(cè)”位，系統(tǒng)進(jìn)入零件旋轉(zhuǎn)檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。如“檢測(cè)/單步”旋鈕在“單步”位，系統(tǒng)進(jìn)入單步運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文利用最小二乘法研究了曲軸校直機(jī)檢測(cè)原理，依據(jù)杠桿檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)接觸式檢測(cè)裝置，采用差動(dòng)電感式傳感器設(shè)計(jì)了電路系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)。并開(kāi)發(fā)出檢測(cè)系統(tǒng)的界面，介紹了檢測(cè)系統(tǒng)的使用方法，實(shí)踐表明，此檢測(cè)系統(tǒng)能大大減少曲軸檢測(cè)時(shí)間，提高了工作效率。

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