噴油嘴針閥體中孔圓度在線測(cè)量系統(tǒng)的研究

張路軍，孫 哲

(煙臺(tái)大學(xué) 機(jī)電汽車工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

噴油嘴針閥體中孔圓度在線測(cè)量系統(tǒng)的研究

張路軍，孫 哲

(煙臺(tái)大學(xué) 機(jī)電汽車工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

針對(duì)目前噴油嘴針閥體中孔磨削不能實(shí)現(xiàn)中孔圓度在線測(cè)量的問(wèn)題，研發(fā)了一套針閥體中孔圓度在線測(cè)量系統(tǒng)。論述了組成該在線測(cè)量系統(tǒng)的三部分：即氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)部分、機(jī)械系統(tǒng)部分以及控制系統(tǒng)部分。

針閥體；中孔；圓度；在線測(cè)量

噴油嘴偶件是由針閥和針閥體共同組成的，由于針閥體和針閥的配合間隙很小，且配合的精度要求很高，所以對(duì)針閥體的中孔的配合表面的加工要求很高。通?？趶?mm的中孔的公差在5絲以下，而對(duì)圓度的要求更高，通常在0.5絲左右。如此高的圓度要求，對(duì)加工工藝提出了很高的要求。[1]35-37

我國(guó)從事噴油嘴針閥體中孔磨床生產(chǎn)的公司都不能實(shí)現(xiàn)中孔圓度的在線測(cè)量。因?yàn)椴荒茉诰€測(cè)量，為了知道工件是否達(dá)到了合格的加工尺寸，只能停機(jī)將工件拿下來(lái)進(jìn)行人工測(cè)量。如果測(cè)得工件尺寸未達(dá)到合格的加工尺寸，就要重新裝夾加工。工人的勞動(dòng)強(qiáng)度很大。而且人工重復(fù)裝夾工件的精度僅為0.05mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求的0.001mm。

由此可見，針閥體中孔圓度的在線測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)迫在眉睫，其研制成功對(duì)工程實(shí)際有巨大的幫助。

1 測(cè)量方法

針閥體中孔采用磨削加工的方法，磨削期間內(nèi)部溫度較高，且有大量的粉末狀廢屑。由于磨削加工的散熱較難，所以在磨桿的中間需要通大量的冷卻液。而氣動(dòng)測(cè)量恰好具有自潔功能，強(qiáng)大的氣流沖擊可以自動(dòng)把廢屑以及冷卻液吹開，達(dá)到合適的精度。[2]53-55所以本系統(tǒng)采用氣動(dòng)測(cè)量的方法測(cè)量中孔的尺寸。

1.1 氣動(dòng)測(cè)量原理

從圖1可以看出，穩(wěn)壓后壓力為P1的壓縮空氣進(jìn)入穩(wěn)壓氣室1，經(jīng)孔徑為d1的主噴嘴2進(jìn)入背壓氣室3后，由測(cè)量噴嘴4和擋板之間的間隙S流入大氣。背壓氣室的壓力P2和S有關(guān)。

圖1 測(cè)量原理示意圖

P2和S的關(guān)系大致為：[3]29-31

圖2 P2和S的關(guān)系曲線圖

圖2中，S0之前為粘性部，S0-S1為線性部，S1之后為水平部。為保證測(cè)量的精度，測(cè)量噴頭和工件的距離應(yīng)保持在線性部。

1.2 氣動(dòng)測(cè)量回路

回路基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。在測(cè)量回路和調(diào)零回路的主噴嘴和測(cè)量噴嘴之間都有背壓氣室，氣室里面裝有壓力傳感器。由于調(diào)零噴嘴沒(méi)有擋板，而測(cè)量噴嘴有工件阻擋，所以兩氣路的背壓氣室有壓差，反應(yīng)的是工件距工件內(nèi)壁的距離。壓力傳感器經(jīng)過(guò)氣—電轉(zhuǎn)換，把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，輸入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算，在LED顯示器輸出距離。

圖3 回路基本結(jié)構(gòu)

為了測(cè)中孔圓度，需要在孔壁的四個(gè)均布點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。因此需要四個(gè)測(cè)頭以及四條氣路。實(shí)際氣路如圖4所示。

圖4 實(shí)際氣路圖

此種設(shè)計(jì)是給每一個(gè)測(cè)量氣路單獨(dú)配一個(gè)調(diào)零氣路，這樣完全可以做到無(wú)起始誤差，精度大大的提高。但是缺點(diǎn)是體積增大，回路復(fù)雜。從性價(jià)比上考慮，此種方式最合適，最終確定采用此回路。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

圖5 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖5所示。測(cè)量噴頭和背壓氣室是固連在磨桿上的，這樣就可以利用數(shù)控磨床的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量，省去了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，減小了總體體積。

背壓氣室是用于測(cè)量氣壓差用的，內(nèi)部裝有壓差傳感器。背壓氣室的前面就是測(cè)量噴頭，用于伸進(jìn)中孔，進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)量噴頭處的結(jié)構(gòu)局部放大如圖6所示。

圖6 局部放大圖

3 控制系統(tǒng)圖

控制系統(tǒng)圖如圖7所示。采用壓差式壓力傳感器，當(dāng)測(cè)頭靠近中孔內(nèi)壁時(shí)，由于內(nèi)壁對(duì)氣體的阻礙作用，會(huì)使背壓腔的壓力產(chǎn)生變化，從而與調(diào)零氣路的背壓腔產(chǎn)生壓力差，這個(gè)壓力差便以4—20mA電信號(hào)的形式傳遞出來(lái)。經(jīng)過(guò)放大電路轉(zhuǎn)換成0—5V的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，便可以輸入到單片機(jī)之中。這個(gè)反映中孔圓度的電信號(hào)與單片機(jī)中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)圓度信號(hào)進(jìn)行比較，如果兩者相等停止磨削。如果不相等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一步磨削，直至標(biāo)準(zhǔn)圓度。

圖7 控制系統(tǒng)圖

本論文主要從機(jī)械系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行了在線測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)，三個(gè)部分彼此相依，聯(lián)系緊密，構(gòu)成一個(gè)整體。在功能上完成了在線測(cè)量噴油嘴針閥體中孔圓度的任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。

[1]胡生清，王永紅.基于背壓式氣動(dòng)測(cè)量的噴油嘴偶件自動(dòng)分選、選配機(jī)[J].工具技術(shù)，2001(10).

[2]劉軍,王廣林，潘旭東.滑閥內(nèi)孔圓柱度誤差氣動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(1).

[3]牛賈睿，楊慕升.零件內(nèi)孔的高精度測(cè)量方法應(yīng)用[J].山東理工學(xué)報(bào)，2009(5).

Class No.:TH16 Document Mark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

On-line Measurement for Bore Roundness of Nozzle Needle Valve Body

Zhang Lujun，Sun Zhe

(Yantai University, Yantai, Shandong 264005，China)

When grinding the bore of the nozzle needle valve body, bore roundness cannot be measured on-line. To solve this problem, on-line measurement for bore roundness of nozzle needle valve body is studied. This paper introduces three part of this on-line measurement: the part of pneumatic gauging, the part of mechanical system and the part of control system.

needle valve body; bore; roundness; on-line measurement

張路軍，博士，副教授，煙臺(tái)大學(xué)機(jī)電汽車工程學(xué)院。

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目號(hào)：2013GGB01265)。

1672-6758(2017)06-0048-3

TH16

A