一種曲軸自動校直液壓機的檢測系統(tǒng)設(shè)計

崖華青，翟 華

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

0 引言

曲軸是發(fā)動機的核心部件。其生產(chǎn)工藝需進行多次校直才能符合設(shè)計和實際要求，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檢測系統(tǒng)的重要任務(wù)。測量系統(tǒng)要根據(jù)傳感器測得的大量數(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)計了曲軸自動校直機檢測系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)，測量效率大大提高，測量精度滿足設(shè)計要求。

1 原有檢測裝置

原有曲軸檢測系統(tǒng)如圖1、2 所示，采用三組曲軸專用檢測裝置，需三名工人同時工作，花費30min才能準確檢測一根曲軸，耗時、費力，檢測結(jié)果完全憑借工人經(jīng)驗。

2 新型檢測系統(tǒng)設(shè)計

如圖3 所示，該新型檢測系統(tǒng)由一套檢測裝置組成，分別裝于主軸頸后側(cè)，用于檢測曲軸的校直結(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，該檢測裝置由傳感器、檢測支架、測量杠桿支架、測量杠桿臂、調(diào)整螺釘、鎖緊螺釘?shù)冉M成。在該結(jié)構(gòu)中，機床檢測傳感器調(diào)整主要應(yīng)用在機床進行檢測零件之前，是保證檢測系統(tǒng)正常運行的重要步驟。傳感器調(diào)整到0 位附近，傳感器線性度最好，保證檢測系統(tǒng)能精確檢測零件的跳動量。

檢測電氣系統(tǒng)主要為工業(yè)控制計算機和采集板卡組建的檢測電路。工業(yè)計算機采用研華機箱，配置研華主板及弘格采集卡，該采集卡具有16 位分辨率，能將檢測傳感器傳來的模擬量精密細分，實現(xiàn)精確測量。

檢測傳感器是本檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，本項目采用中原量儀DG03 型差動電感式直線位移傳感器，其檢測精度準確可靠。

3 檢測原理

工件在驅(qū)動裝置的帶動下，以1、9 兩主軸頸的外圓為基準旋轉(zhuǎn)，同時測量 2、3、4、5、6、7、8 軸頸，每個軸頸測量180 個點，測得的數(shù)據(jù)按最小二乘法擬合出截面圓心，計算過程如下。

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為傳感器測量時位于圓截面上的對應(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，i=1，2，…，K，j 為采樣點數(shù)，j=1，2，…M，按下式計算每一截面的最小二乘圓心坐標(biāo)Oi（Xi，Yi，Zi）：

式中：Zi——各個傳感器所環(huán)繞的圓截面軸向距離。

以工件上首尾兩個傳感器所環(huán)繞的圓截面圓心連線為基準軸線，中間7 個傳感器所環(huán)繞的圓截面相對該軸線彎曲度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 計算機檢測系統(tǒng)

4.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成

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

圖4 檢測系統(tǒng)硬件構(gòu)成

其中，檢測傳感器采用中原量儀公司生產(chǎn)的DZS-05 型電感式檢測傳感器，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)計算機采用研華IPS610 型工業(yè)計算機。

4.2 軟件系統(tǒng)構(gòu)成

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

圖5 檢測系統(tǒng)軟件流程

操作過程：系統(tǒng)上電，計算機進入曲軸校直機控制系統(tǒng)主界面，旋轉(zhuǎn)“自動/調(diào)整”旋鈕至“調(diào)整”位，操作臺上“手動”燈亮，計算機界面進入圖6 所示界面。

按“Tab”鍵移動光標(biāo)到“機床檢測傳感器調(diào)整”按鈕，按下“Enter”鍵進入“機床檢測傳感器調(diào)整”界面。如圖7 所示。

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

圖6 檢測系統(tǒng)進入界面

圖7 進入機床調(diào)整界面

圖8 傳感器調(diào)整界面

松開鎖緊螺釘，調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘，直到界面上對應(yīng)傳感器通道的顏色由紅變綠。然后擰緊鎖緊螺釘。也可以松開傳感器鎖緊螺釘，微微移動傳感器，直到界面上對應(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，機床檢測傳感器調(diào)整工作完成，按“Tab”鍵后移動按鈕至“返回”，按“Enter”至圖 7 界面。旋轉(zhuǎn)“自動/調(diào)整”旋鈕至“自動”位，操作臺上“自動”燈亮，“手動”燈不亮。旋轉(zhuǎn)“檢測/單步”旋鈕至“檢測”位，系統(tǒng)進入零件旋轉(zhuǎn)檢測運行狀態(tài)。如“檢測/單步”旋鈕在“單步”位，系統(tǒng)進入單步運行狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文利用最小二乘法研究了曲軸校直機檢測原理，依據(jù)杠桿檢測系統(tǒng)設(shè)計接觸式檢測裝置，采用差動電感式傳感器設(shè)計了電路系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)。并開發(fā)出檢測系統(tǒng)的界面，介紹了檢測系統(tǒng)的使用方法，實踐表明，此檢測系統(tǒng)能大大減少曲軸檢測時間，提高了工作效率。

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