曲軸直線度測量基準變化誤差的處理

韓少軍，李政天

(武漢理工大學機電工程學院，湖北武漢 430070)

1 概述

在研發(fā)在線發(fā)動機曲軸全自動圓角滾壓機床過程中，筆者遇到了需要對曲軸直線度進行精確測量的問題。機床在完成各軸徑的滾壓后，需要對圓角滾壓后的曲軸變形量自動進行測量和分析，需要自動測量曲軸各主軸徑的徑向跳動，并將所測量的數(shù)據(jù)提供給計算機校直專家系統(tǒng)分析后給出滾壓校直參數(shù)，機床根據(jù)計算機專家系統(tǒng)提供的校直參數(shù)對曲軸進行滾壓校直［1］。曲軸滾壓校直的效果如何直接取決于測量數(shù)據(jù)。由于機床自動加工的需要，機床上檢測時曲軸采取的是中心孔兩端定位的方式，但是被加工曲軸的圓角滾壓強化是產品最終加工工序，曲軸的精加工基準頂尖孔已經被破壞，軸端大頭頂尖頂在曲軸大端的軸承孔倒角上［2］。曲軸直線度檢測布置圖如圖1所示。

由于采用大頭頂尖頂住裝配用的倒角對曲軸定位，而曲軸大端定位用的裝配倒角的中心與主軸頸的加工中心孔基準的同心度不高，其偏心情況如圖2所示。采用該孔作為定位基準，機床測量曲軸直線度時會產生較大誤差，使得曲軸在機床上校直后無法通過V型塊的臺架檢測和ADCOL檢測儀的檢測。因此找出一種能消除曲軸大端定位誤差并且能將中心孔定位轉換為對應的V架檢測的方法對曲軸直線度檢測是非常重要的［3］。筆者采用了一種直線度測量基準變化的方法較好地解決了這個問題。

圖2 大頭頂尖偏心示意圖

2 模型分析

2.1 測量系統(tǒng)模型

考察圖1所示四缸曲軸檢測情況。四缸曲軸被測主軸頸共5個［4］，要測量的是主軸徑的徑向跳動(擺差)及其相位，將擺差A和相位角φ的向量記成為:

該測量值包含第5主軸徑大頭頂尖的偏心和曲軸軸線擺動的綜合影響。

2.2 系統(tǒng)分析

在第1和第5主軸頸為測量基準的V架曲軸直線度檢測系統(tǒng)中［5］，考慮到曲軸主軸頸加工采用精磨，軸頸的圓柱度在0.01 mm以內，為了分析問題方便，可以將1、5主軸頸在V架測試跳動幅值視為0，即認為軸線跳動擺差完全由軸線誤差引起。為了減小大端倒角偏心造成的曲軸各主軸頸擺差測量結果的影響，并且使所測得的結果盡可能接近V架測量情況，對模型作如下處理:將曲軸在機床實際測量軸線定義為Ⅰ，大端倒角偏心引起的曲軸中線為Ⅱ［6］。由于第1主軸頸靠近尾座頂尖，其擺差一般很小，而且在臺架測量時是V架的支點，可以認為第1主軸頸的擺差主要是由于大端倒角偏心引起的。為了消除大端倒角偏心對第1主軸頸的影響，將軸線Ⅱ平移到第1主軸頸中心，如圖3所示。

圖3 大端倒角偏心平移圖

平移后考察任意主軸頸i和大端主軸頸5相對于平移后的軸線Ⅲ的測量值可根據(jù)圖4得到［7］。

根據(jù)圖4可推導出:

圖4 轉化后任意主軸頸i相對軸線Ⅲ的關系圖

求出以Ⅲ軸為軸線的第i軸擺差后，繼續(xù)消除大端頂尖偏心對第i主軸頸的影響［8］。求出大端主軸頸偏心引起的擺差A′5在第i個主軸頸的分量A′5i，轉化后實際擺差計算圖如圖5所示。

圖5 轉化后實際擺差計算圖

由圖5可知:

再由擺差的矢量關系可得:

式中，i=2，3，4。

3 測量結果

利用上述方法編程在全自動曲軸圓角滾壓機上和V鐵臺架以及ADCOL檢測儀對滾壓強化并進行校直的樣本曲軸上進行測試，所測到的主軸徑最大跳動量如表1所示。

表1 主軸徑最大跳動量 mm

樣本曲軸經ADCOL檢測儀檢測的直線度報告界面圖如圖6所示。

圖6 直線度報告界面圖

4 結論

對檢測結果進行分析，發(fā)現(xiàn)用該方法處理后機床測量系統(tǒng)測量的主軸頸最大跳動量與V架和美國ADCOL檢測儀檢測結果極為相近。采用該方法成功地處理了在線發(fā)動機曲軸全自動圓角滾壓機直線度檢測問題，取得了滿意的結果。實踐證明，該方法在工程實際應用中可滿足使用要求的精度，是完全可行的。

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