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      數(shù)控車床上軸類零件圓柱度誤差的快速測(cè)量方法研究

      2017-03-30 04:17:53俞凌
      科技資訊 2016年30期
      關(guān)鍵詞:數(shù)控車床測(cè)量

      俞凌

      摘 要:本文以圓柱度誤差測(cè)量方法為研究對(duì)象,對(duì)現(xiàn)有的數(shù)控車床加工的零件圓柱度誤差進(jìn)行測(cè)量分析,提出通過(guò)位移傳感器的方法進(jìn)行圓柱度誤差測(cè)量。通過(guò)該方法的使用,可以實(shí)現(xiàn)零件加工過(guò)程中,不需要取下零件,直接在車床上進(jìn)行圓柱度誤差的測(cè)量,有效的提高了數(shù)控車床零件表面圓柱度測(cè)量的精度和效率。

      關(guān)鍵詞:圓柱度、測(cè)量、數(shù)控車床、位移傳感器

      中圖分類號(hào): Tg519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2016)10 (C)-0000-00

      0 導(dǎo)言

      零件在生產(chǎn)加工過(guò)程中,其精度是決定產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。軸類零件在數(shù)控車床上生產(chǎn)和加工過(guò)程中,其表面精度控制主要體現(xiàn)在表面粗糙度,圓柱度,直線度等,而又以圓柱度的控制為表面精度控制的難點(diǎn)。一般現(xiàn)有的加工軸類零件中,往往在圓柱度誤差上存在較大的矯正難點(diǎn)。圓柱度的誤差也往往會(huì)影響到表面的配合性質(zhì),定位精度,從而也直接或間接地影響到了設(shè)備的回轉(zhuǎn)精度、零件的振動(dòng)、噪聲、密封性等[1]?。

      本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量方法的綜述和分析,總結(jié)不足,提出通過(guò)位移傳感器的方法進(jìn)行圓柱度誤差測(cè)量。通過(guò)該方法的使用,可以實(shí)現(xiàn)零件加工過(guò)程中,不需要取下零件,直接在車床上進(jìn)行圓柱度誤差的測(cè)量,有效的提高了數(shù)控車床零件表面圓柱度測(cè)量的精度和效率。

      1 常見(jiàn)測(cè)量方法

      目前常見(jiàn)的測(cè)量方法有半徑測(cè)量法,三坐標(biāo)測(cè)量法,兩點(diǎn)法,三點(diǎn)法等測(cè)量方法,其特點(diǎn)均需要將零件取下車床進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量,進(jìn)而確定圓柱度誤差。

      (1)半徑測(cè)量法;半徑測(cè)量法在測(cè)量過(guò)程中,以側(cè)頭相對(duì)于被測(cè)圓柱面移動(dòng)的軌跡,模擬理想圓柱面。半徑變化量即為實(shí)際圓柱面上采樣點(diǎn)相對(duì)于理想圓柱面的偏離量。(2)三坐標(biāo)測(cè)量法;通常是在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上按要求測(cè)量被測(cè)零件各個(gè)截面輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)值,再利用計(jì)算機(jī)計(jì)算圓柱度誤差。(3)兩點(diǎn)法;通常利用檔鐵依靠被測(cè)零件,百分表側(cè)頭緊貼零件表面,在給定截面上回轉(zhuǎn)零件,測(cè)得該截面內(nèi)百分表的最大值和最小值,通過(guò)做差法計(jì)算零件的圓柱度誤差值。(4)三點(diǎn)法;通常利用V型塊固定零件,百分表側(cè)頭百分表側(cè)頭緊貼零件表面,在給定截面上回轉(zhuǎn)零件,測(cè)得該截面內(nèi)百分表的最大值和最小值,通過(guò)做差法計(jì)算零件的圓柱度誤差值。該方法和兩點(diǎn)法的區(qū)別在于固定零件的方式上。

      目前,在在位測(cè)量上,國(guó)內(nèi)外技術(shù)相對(duì)比較成熟,同時(shí)也有相應(yīng)的案例。比如使用V型塊法測(cè)量大型軸類零件的圓柱度,該方法需要V型塊對(duì)零件進(jìn)行接觸,存在對(duì)零件表面的細(xì)微磨損,同時(shí)也存在導(dǎo)軌的直線度誤差、導(dǎo)軌對(duì)于被測(cè)工件主軸的平行度誤差等缺陷[2]。

      2 位移傳感器法的原理

      本文提出一種簡(jiǎn)易的測(cè)量方法,可以實(shí)現(xiàn)在車床上加工軸類零件過(guò)程中,不需要卸下零件,直接通過(guò)設(shè)置于機(jī)床刀架上的一組相對(duì)設(shè)置的位移傳感器,在主軸慢轉(zhuǎn)的條件下,感應(yīng)零件表面的細(xì)小變化。該方法可以實(shí)現(xiàn)精度達(dá)到10-100μm左右精度,滿足現(xiàn)有大部分零件精度要求。

      如圖1所示,傳感器為位移傳感器,定距離相對(duì)180度設(shè)置兩個(gè),距離為L(zhǎng)0。該組傳感器利用傳感器基座進(jìn)行固定,為便于移動(dòng)測(cè)量不同截面圓柱度誤差,改組傳感器基座可通過(guò)磁鐵吸附于機(jī)床刀架,確保了直線位移的精確性。

      以位置X1為例,當(dāng)測(cè)量該截面時(shí),傳感器通過(guò)刀架位移至位置1,同時(shí)主軸可用S50的速度旋轉(zhuǎn)。位移傳感器1檢測(cè)改點(diǎn)與零件表面的數(shù)據(jù)集合L1,位移傳感器2檢測(cè)改點(diǎn)與零件表面的數(shù)據(jù)集合L2,可計(jì)算出該截面的直徑集合L:

      L=L0-L1-L2

      該結(jié)果通過(guò)計(jì)算可以得到實(shí)際零件表面在該截面上的圓柱度誤差制值。

      假設(shè)機(jī)床機(jī)床中心軸和零件中心軸為重合的。要計(jì)算零件表面到零件中心軸Z之間的半徑R,應(yīng)該考慮傳感器中心位置Z0與零件中心軸Z之間的水平偏差Ea,以及兩個(gè)傳感器中心位置Z0與零件中心軸Z之間的垂直偏差Ev。

      對(duì)于水平偏差Ea,因?yàn)樗鶞y(cè)零件為軸類零件,直徑處即為量數(shù)值最大處,故可以通過(guò)在測(cè)量之前手工調(diào)整的方式進(jìn)行找正。具體方式為使用手輪控制刀架機(jī)床X軸方向移動(dòng),時(shí)事關(guān)注L量的變化,最大處即為直徑處(Ea量控制到接近0)。

      因?yàn)榇怪狈较蚱繜o(wú)法通過(guò)手動(dòng)找正,但為恒定量。同時(shí)考慮到傳感器1和傳感器2之間是呈180度相對(duì)設(shè)置的,故在計(jì)算過(guò)程中可將兩組數(shù)據(jù)L1和L2作差,得出的結(jié)果存在一個(gè)恒定的偏量Ev,該偏量即為傳感器中心位置Z0和Z之間的垂直方向偏差,在計(jì)算圓柱度誤差過(guò)程中,該偏量Ev對(duì)誤差值不受影響,如果需要確定實(shí)際半徑R的時(shí)候可以通過(guò)減去Ev量進(jìn)行校正。

      最終取該截面零件實(shí)際半徑R值集合為:

      R=L/2

      取改組數(shù)據(jù)中最大與最小值差值可得到該截面圓度誤差:

      Ci=Rmax-Rmin=(Lmax-Lmin)/2

      取多組數(shù)據(jù)(一般取4-8組)半徑集合R,可測(cè)得該零件的圓柱度誤差CY,即為Ci中最大值。

      CY=Cimax

      3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程即數(shù)據(jù)處理

      通過(guò)對(duì)位移傳感器法測(cè)量軸類零件的圓柱度方式的原理分析,以實(shí)際加工零件一組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本次采用的零件為Φ150-Φ100*200臺(tái)階圓軸。使用的機(jī)床為CK6140發(fā)耐克數(shù)控系統(tǒng)車床,進(jìn)給量0.04-2.16mm。同時(shí),考慮到測(cè)量溫度對(duì)零件膨脹的影響,在接近20 ℃,零件線膨脹量最?。ń^對(duì)值)[3]。本次實(shí)驗(yàn)室車間室內(nèi)溫度為20℃。

      如圖所示,分別在Φ150和Φ100圓柱外表面選取四個(gè)測(cè)量截面直徑(L),通過(guò)Ci=Rmax-Rmin=(Lmax-Lmin)/2

      計(jì)算得到該截面圓度Ci,數(shù)據(jù)如表1及表2。

      此處圓度Ci取0.057。所以該表面的圓柱度為CY=0.057mm=57μm。

      同時(shí),該零件Φ150和Φ100兩處圓柱表面用專業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)得圓柱度值為68μm和64μm??梢?jiàn)該方法測(cè)量圓柱度是可靠的。

      4 誤差分析

      運(yùn)用位移傳感器法測(cè)量軸類零件的圓柱度主要誤差來(lái)源包括位移傳感器固定基座在刀架移動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)等因素均可引起圓柱度測(cè)量誤差。其主要誤差來(lái)源和解決方法如下:

      (1)基座在跟隨刀架移動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)引起的誤差,可通過(guò)減小刀架進(jìn)給量來(lái)減小。

      (2)水平方向偏差找正過(guò)程中人工讀數(shù)存在的誤差,該誤差可通過(guò)多次往復(fù)找正實(shí)現(xiàn)誤差最小化。

      (3)機(jī)床導(dǎo)軌等機(jī)械設(shè)備的誤差,偶然誤差的存在,該誤差為必然存在的誤差,可通過(guò)多次測(cè)量實(shí)現(xiàn)誤差最小化。

      5 結(jié)語(yǔ)

      運(yùn)用位移傳感器法測(cè)量軸類零件的圓柱度可以有效得到可靠的圓柱度誤差數(shù)據(jù),與現(xiàn)有的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x得出的結(jié)論精度相近。同時(shí)該方法可以實(shí)現(xiàn)零件在數(shù)控車床上在位測(cè)量,減小了零件拆裝對(duì)誤差測(cè)量的影響,可實(shí)現(xiàn)即測(cè)即加工,實(shí)現(xiàn)在車床加工過(guò)程中快速測(cè)量零件圓柱度的效果。

      參考文獻(xiàn):

      [1] Shaway A M,Elbestawi M A.In-proeess evaluation of workpiece geometrical tolerance in bar turning[J].International of Machine Tools and Manufacture,1996( 36):33-46.

      [2] 鐘茜,徐向紘. 基于V 型塊法的大型軸類零件圓柱度在位測(cè)量機(jī)構(gòu)的研究[J].現(xiàn)代制造工程,2015(6):128-131.

      [3] 楊武成,胡玲玲,孫俊茹. 溫度變化對(duì)零件測(cè)量誤差的影響[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù).2008(35):46-48.

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