曲轴最终测量机温度补偿的应用浅析

曲轴最终测量机温度补偿的应用浅析摘要：以某4缸曲轴的加工生产线曲轴终检测量设备为例，介绍了MARPOSS曲轴终检机的测量功能及其设备结构，并并着重描述了温度补偿方法的使用。关键词：终检机测量曲轴温度补偿引言发动机是汽车最为关键的部分，而曲轴是发动机的主要旋转机件，是其关键部件之一，其轴颈的尺寸精度和表面质量直接决定了曲轴运行时的稳定性、磨损和噪音，是决定发动机性能好坏的关键。曲轴终检机是生产线上的重要工具，是大批量生产中控制质量的重要工具。因为曲轴轴颈的公差范围都在20μm以内，所以需要关注终检机测量过程中温度的影响，并利用经验的或实验的温度补偿参数来消除或减小温度对于曲轴测量的影响。1终检测量设备简介1.1)测量参数1.2)测量设备M110测量机根据测量工件的要求，分为单工位，多工位等。附图为双工位，上面为1.5L曲轴测量工位，下面为1.2L测量工位。机械手通过设备中间的轨道自动进行上下料，设备内部上料机构拖动工件进入测量站进行测量，测量完成后拖回机械手上下料位置，并发信号给机械手，机械手根据设备发出的信号取走工件并放入另外待测量的工件。设备主要部件分为机械系统电气系统，润滑系统，E9066计算系统，控制柜和控制面板。机械系统包含：1）上/下料装置，2）测量站，3）自动校零装置，4）测量组件，4）防护网底座等。图1曲轴测量机参考图1.2.1）上下料装置工件输送线在两个测量工位的中间,曲轴由机械手自动的送到往复滑台上;往复滑台是由伺服控制,上面装有四对固定式的V型块:第一对用于工件的上下料,第二对用于放置小值标准件,第三对用于放置中值标准件,第四对用于放置大值标准件;测量机接收工件并进行自动检测.图2上料工位参考图1.2.2）测量站自动测量站安装在测量桥架上，测量桥架为刚性焊接桥架结构,立于地面。测量系统置于测量站内，包含下面项目：5个测量主轴颈的卡规,每个卡规3个测量截面,每个截面2个传感器.4个带随动装置的测量连轴颈的卡规,每个卡规3个测量截面,每个截面2个传感器.4个光栅装在上述的随动装置上用于连杆颈冲程检测.一个测量单元在第I主轴颈,另一个在第V主轴颈,用于冲程测量的补偿.4个测量单元,用于主轴颈III开档的距离垂直度测量.一个测量法兰的卡规,有一个测量截面,2个传感器.一个测量小端的卡钳,有2个测量截面,每个截面2个传感器.两个测量单元布置在法兰侧的肩部,图3测量站参考图用于测量法兰端面的跳动检测.4个测量单元用于补偿顶尖和电基准A-B间的误差.第一,二,三,四连杆径的相位角,以一,五主轴径和法兰销孔为基准.工件测量时，测量单元由机械电气驱动上下移动。工件测量时的夹装：法兰侧顶尖带有一个机械插销,作用在法兰端面的销孔或者螺纹孔用于带动工件旋转.此顶尖由气缸控制收张,并有电机控制旋转。小端侧顶尖由气缸控制收张。1.2.3）自动校零装置每个测量站配有一个自动校零装置,位于滑轨上,伺服电机驱动,用于尺寸测量的校零.测量机需要根据测量标准件来确定基准值，然后测量工件，测量后得到的是和标准值的差值。将差值和标准值经过计算，得到工件的实际数值。在这个过程中，工件的温度和标准件的温度就需要一致。而工件从清洗机出来后，温度常常受清洗机温度的影响，这时，就需要终检机具有温度补偿的功能，补偿工件因为温度关系导致工件直径的变化。图4自动校零装置参考图1.2.4）测量组件采用同类的MARPOSS的专利测量单元,采用弹性体系统(内部弯曲),在运动过程中无间隙无磨擦,不会造成磨损(与滚珠导套传感器相比).由于测量单元采用这样的原理,测量循环可尽可能地被缩短.由于测量原理中没有采用机械基准,这就意味着通过适当的测点组合而形成的基准轴线及基准点并通过测量计算机中的测量公式进行运算。一般来说,采用锥形定位部件,这些部件确保待测工件的正确定位。图5测量组件参考图2温度补偿原理2.1）测量机对于工件温度的测量要求：一个专用温度探头用于自动探测当工件到达检测工位时工件的温度.当工件温度与环境温度有差异时,将进行自动温度补偿.工件温度允许在5至45C之间变化,温差不超过1C.工件与环境之间的最大温差必须在15C以内,连续的两个工件之间的温差应在5C以内。2.2）测量过程：MARPOSS测量工件之前首先测量标准件，然后测量工件，对比工件和标准件的差异来计算出工件的测量值。如图测量前进行测量标准件，也就是校零。工件从清洗机出来后，通常和环境温度不一致，曲轴的温度变化（从清洗机出来后慢慢变化到和环境温度相同）会导致直径的变化。有时可以假定：环境温度每变化1度，主轴颈直径可能变化0.5μm左右。为测量出工件在工厂环图6E9066系统温度测量头图境温度下的直径大小，要求MARPOSS在测量时考虑工件的当前温度，并补偿工件的测量值。2.3）温度补偿系数说明：设备无须将温度补偿写入公式中，就能自动进行温度补偿。作温度补偿依据的当前数据为：•Ki考虑到环境和待测零件之间的温度差影响测量的系数。用户根据自己的判断欲直接对公式进行补偿。2.4）测量公式说明直径=测头测量的数值+标准件的相对基数值+温度变化补偿值温度变化补偿值=KI*(工件温度–环境温度)2.4.1）（工件温度–环境温度）通过温度测头得到，其中工件温度通过测量芯轴轴肩处。图7E9066系统温度补偿系统界面图测量时，测头和工件的接触速度需要适中，接触工件即可；和工件垂直接触。2.4.2）KI是校正系数,通过实际验证得到,KI=(测量差/温度差)。注意事项：不是所有的尺寸都能用温度补偿，它只能应用与线性变化的尺寸进行工件温度补偿（直径、长度等），对于形位公差（圆度、同轴度等）不能用其进行补偿。清洗完后与环境温度差别根据具体曲轴而定，一般小于15摄氏度。3温度补偿修正系数的获得首先需要对温度传感器进行计量标定。在修正检查中，应该基于基本的材料热胀冷缩系数进行修正。通常对温度补偿系数的方法如下：1）测量公式中设定经验的温度补偿系数2）将工件温度放置在清洗机中清洗并取消冷却工位以获得较高的工件和环境温差3）将此工件放入终检机进行连续测量，直至工件温度降低到环境温度4）数据处理，温度相关参数为横坐标，直径纵坐标，查看温度曲线，采用一元线性回归方法修正曲线，使曲线平直或近似平直，波动范围在4μm内即可下图为测量过程数据，可以发现随温度降低直径减小。在经验温度补偿系数基础上算术增加值，使整体温度变化范围内直径变化范围在4μm内。-4-3-2-101234114274053667992105118131144157170183196209222235248直径测量值主轴颈直径温度补偿'MainA1Pos.1Dia.'MainA1Pos.2Dia.'MainA1Pos.3Dia.'MainA2Pos.1Dia.'MainA2Pos.2Dia.'MainA2Pos.3Dia.'MainA3Pos.1Dia.3温度补偿修正系数的验证车间在10度到35度范围内任取5件工件，按实际生产过程经过终检机测量，获得数值集A。将此5件工件放置在车间环境中（如2小时），并使工件温度基本冷却到车间环境温度，再经过终检机测量，得到数值集B。将A\B数值一一对应，得到工件直径的差值，如果差值范围在4μm内，证明温度补偿系数有效。4综述曲轴终检机作为一台设备，其设备精度和测量的准确性还包括很多方面，这都需要根据实际的问题进行分析，以及优化，本文不在这里一一描述。对终检机来讲，温度补偿的功能是有限的，因为曲轴温度的变化是随时变化的，并且曲轴内部和曲轴表面的温度也不一致，最有效的还是尽可能保持温度系数和材料的经验热胀冷缩系数保持一致，如果补偿系数过大，在温差变化范围两端将使直径的测量误差变得很大，温度补偿系数反而起到了反作用。如何发挥终检机的参数参量功能并进行大批量生产尺寸控制是一项值得探讨的问题。参考文献【1】曲轴终检机，吴烨，现代零部件，2010年10期【2】曲轴终检机的精度验收和在工序检测的作用，吴烨，第十三届全国汽车检测技术讨论年会【3】MARPOSSM110设备说明书【4】曲轴在线综合测量机的原理及组成，黎新,李晓玉，装备制造技术，2012年03期【5】专用检测设备评定方法指南朱正德