在大批量生產(chǎn)場(chǎng)合,自動(dòng)校直是重要的軸、桿類零件制造過(guò)程中的關(guān)鍵工序之一,也是平衡校正技術(shù)在轎車工業(yè)的一個(gè)典型應(yīng)用,對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大作用。本文從自動(dòng)校直的工作機(jī)理剖淀、基本系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)例等幾方面,作簡(jiǎn)明的介紹。

自動(dòng)校直是平衡校正技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域,指的是機(jī)械產(chǎn)品中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)軸肌辑、桿類零件,在加工或熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲變形,通過(guò)高精度測(cè)量后迅速地予以校正,使工件恢復(fù)直線狀態(tài)的一組自動(dòng)進(jìn)行的操作足渔。自動(dòng)校直工序在汽車工業(yè),特別是轎車工業(yè)中用得最多,如發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸、凸輪軸,變速箱中的傳動(dòng)軸等軸類零件以及轉(zhuǎn)向機(jī)中的轉(zhuǎn)向拉桿,減振器中的連桿等桿類零件均需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校直齿雕。相比之下,機(jī)床等工業(yè)產(chǎn)品中的某些軸類零件,雖然也有很嚴(yán)的直線性要求,需在制造中設(shè)置校直工序,但很少用自動(dòng)校正方式条馍。其原因是轎車為大批量生產(chǎn)方式,除了確保質(zhì)量外,還必須有很高的效率和較低的成本。

圖1是幾種有代表性的零件的示意圖赂相。盡管形狀寓鳄、尺寸各異,但對(duì)所有這些工件的校直,性質(zhì)都是相類似的,甚至都可以在同一種但不同規(guī)格的自動(dòng)校直機(jī)上進(jìn)行校正。軸類晋挑、桿類零件的自動(dòng)校直過(guò)程包括自動(dòng)測(cè)定工件的校直量跛孕、自動(dòng)實(shí)施校直操作和事后的檢驗(yàn)。盡管這類設(shè)備有很多品種,結(jié)構(gòu)肄寻、性能各不相同,但基本形式卻頗多共同處,最主要的一點(diǎn)就是上述三項(xiàng)功能一般都在一個(gè)工位上實(shí)現(xiàn),不象另一些自動(dòng)校正設(shè)備,如動(dòng)平衡舟鲁、稱重去重自動(dòng)機(jī)的總體布置那么形式繁多。按自動(dòng)化程度的高低,它們被分成全自動(dòng)和半自動(dòng)兩類串锁。主要差別在于工件的上坡沿、下料方式。對(duì)后一種情況,被校正的軸類零件進(jìn)入和退出工位由操作者人工進(jìn)行,工件到位后,操作人員按下按鈕,以下的測(cè)量钾埂、校正和檢驗(yàn)工作全部由機(jī)器自動(dòng)完成河闰。全自動(dòng)校直機(jī)的上、下料多數(shù)采用抬起步伐式輸送方式褥紫。這是一種同步作用的多工位梁式輸送裝置,不但具有較高的輸送速度,而且動(dòng)作可靠姜性。驅(qū)動(dòng)源為液壓,但也有用氣動(dòng)和機(jī)械的瞪慧。圖2是這類自動(dòng)校直機(jī)中的一種。

根據(jù)工件的不同規(guī)格,即使同一專業(yè)生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也分成多個(gè)品種部念、若干個(gè)系列,不僅表現(xiàn)在工作壓力上(適應(yīng)規(guī)格不同的軸類零件),而且在主機(jī)形式和工作驅(qū)動(dòng)方式等方面也有所區(qū)別弃酌。以主機(jī)形式為例,目前主要有兩種:C型類似于硬度機(jī)樣式,門型則類似于壓力機(jī)。前一種形式的機(jī)型在大小不等的各種自動(dòng)校直機(jī)上都有應(yīng)用,而后一種主要用在中儡炼、大型校直機(jī)上妓湘。表1所示為三種系列化自動(dòng)校直機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)。

圖1

圖2

表被校工件外徑(mm)10～3020～4030～60被校工件長(zhǎng)度(mm)≤540≤900≤1300主機(jī)型式C型門型測(cè)量點(diǎn)數(shù)1～32～4校正點(diǎn)數(shù)12～4測(cè)量精度(μm)±2．5測(cè)量循環(huán)時(shí)間(s)1～3工件轉(zhuǎn)速(r/min)30～120工件驅(qū)動(dòng)方式兩頂尖夾持旋轉(zhuǎn)最大工作壓力(kN×10)1020502自動(dòng)校直過(guò)程的實(shí)現(xiàn)及典型自動(dòng)校直機(jī)剖析乌询。

下面通過(guò)剖析上表中第二種自動(dòng)校直機(jī)(在轎車生產(chǎn)中用得較多的一個(gè)品種),對(duì)這類設(shè)備的動(dòng)作原理以及測(cè)量多柑、校正過(guò)程作些介紹。圖3是其結(jié)構(gòu)示意圖楣责。這種門型全自動(dòng)校直設(shè)備適用于圖1中的各種零件,包括轎車發(fā)動(dòng)機(jī)中的凸輪軸和曲軸。雖然圖3所示的是一種驅(qū)動(dòng)軸的校正情況,但動(dòng)作原理宋泊、過(guò)程與校正凸輪軸玻温、曲軸完全一樣,只是測(cè)量點(diǎn)數(shù)和校正點(diǎn)數(shù)有所區(qū)別(可參見(jiàn)圖1中的箭頭標(biāo)識(shí))。操作者只需將工件放入輸送裝置中的定梁缺口上,抬起步伐式機(jī)構(gòu)動(dòng)作,由動(dòng)梁把工件托起,前移一段距離,再降下時(shí)就將它置于測(cè)量湃改、校正工位了级闭。與此同時(shí),原來(lái)在測(cè)量/校正工位上已經(jīng)校直的工件被移走,送至機(jī)器出口處。圖3中的13丧足、14本洁、15即為包括驅(qū)動(dòng)部分在內(nèi)的輸送裝置。當(dāng)被校工件就位后,一側(cè)的接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作,帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)蜗胖。圖中所示的驅(qū)動(dòng)方式為雙頂尖8向中間移動(dòng),夾持工件回轉(zhuǎn)方式,利用一套電機(jī)和齒形帶帶動(dòng)搔片。另一種時(shí)有采用的驅(qū)動(dòng)方式是在測(cè)量工位上方設(shè)置一由電機(jī)帶動(dòng)的滾輪,當(dāng)其下降并壓緊工件時(shí)通過(guò)摩擦力帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。但在這種情況下,工件的支承宜考慮兩種方式:旋轉(zhuǎn)時(shí)利用V型滾動(dòng)支承,校直時(shí)則必須為V型固定支承10袄雷。確定凸輪軸脸缆、曲軸、驅(qū)動(dòng)軸等工件的彎曲程度和方向,是進(jìn)行校直的基礎(chǔ),這在自動(dòng)校直機(jī)上是通過(guò)測(cè)量幾個(gè)規(guī)定截面上的徑向跳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的跑事。所采用的傳感器為電感式直線位移傳感器,有差動(dòng)電感型和差動(dòng)變壓器型别粮。它們被放置在測(cè)量單元中,如圖3中9,那里共安排了二個(gè)單元。測(cè)量單元的具體結(jié)構(gòu)雖各有不同,但跳動(dòng)量至傳感器的傳遞過(guò)程都很相似蛇耀。圖4是一種有代表性的單元,其中包含兩個(gè)電感傳感器,跳動(dòng)測(cè)量信號(hào)取二者之平均值辩诞。為了測(cè)出最大跳動(dòng)量發(fā)生的位置,亦即工件彎曲的方向(位),該機(jī)除了配備上述位移量檢測(cè)單元,實(shí)行位移量檢測(cè)以外,還進(jìn)行角度檢測(cè)。那是一個(gè)光電編碼器,位于右側(cè)被動(dòng)頂尖內(nèi),當(dāng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)左側(cè)的主動(dòng)頂尖帶著被測(cè)軸回轉(zhuǎn)6～8轉(zhuǎn)時(shí),在測(cè)出了規(guī)定截面最大跳動(dòng)值的同時(shí),也確定了它們?cè)趫A周上的方位,并通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)使工件在實(shí)施校正前,其工件彎曲截面處于垂直狀態(tài),且凸部向上纺涤。

圖3

圖4

對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行判斷,若每個(gè)截面的實(shí)測(cè)徑向跳動(dòng)量都在允許公差范圍以內(nèi),則此工件為合格品,不需再進(jìn)行校直译暂。這種情況下,兩夾持頂尖退回,步伐式輸送機(jī)構(gòu)動(dòng)作,動(dòng)梁托起工件移出測(cè)量、校正工位洒琢。反之,若每個(gè)跳動(dòng)量的實(shí)測(cè)值既超出公差范圍,也超出了可校直的上秧秉、下限臨界點(diǎn),則該軸為廢品,由輸送裝置移走,并被推入一專門盛放不合格品的料箱中褐桌。只有當(dāng)工件的測(cè)量結(jié)果介于校直范圍,即超出合格品界限,但小于廢品臨界點(diǎn)時(shí),才真正開(kāi)始按校正程序?qū)ぜ?zhí)行校直。此時(shí),脫離兩頂尖夾持狀態(tài)的軸被支承在固定V型架和中間若干個(gè)可移動(dòng)的支承11(根據(jù)需要確定工作位置,圖3中有一個(gè)活動(dòng)支承)上,對(duì)準(zhǔn)工件第一個(gè)校正截面的壓頭7在液壓缸2的驅(qū)動(dòng)下快速下移(圖3中3為液壓缸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置)象迎。當(dāng)距離接觸表面6～7mm時(shí),由一接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào),使壓頭轉(zhuǎn)而以很慢的且很精確的速度下降,在壓頭接觸軸上表面的一瞬間,一個(gè)零位檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出精確的觸發(fā)信號(hào),使微機(jī)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地測(cè)出壓頭的工作行程,而且消除了由于壓頭磨損可能引起的誤差荧嵌。壓頭的校正量(工作行程)是由工件的自身特性和截面所在位置的彎曲程度決定的。另外,除軸兩端的固定支承外,中間支承的數(shù)量和位置也是預(yù)先確定的砾淌。因?yàn)閷?shí)施校正時(shí),在壓頭加力時(shí),只有鄰近兩支承真正起作用啦撮。第一次校正操作完成后,壓頭上升至起始點(diǎn)與工件的中間位置,然后工件在靜止?fàn)顟B(tài)下由測(cè)量單元對(duì)經(jīng)校正的工件彎曲度進(jìn)行檢查。如果測(cè)得結(jié)果已在允差以內(nèi),則這一點(diǎn)(截面)的校正就暫告結(jié)束汪厨。微機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)圖3中的電機(jī)6,利用滾珠絲杠5驅(qū)動(dòng)壓頭裝置沿導(dǎo)軌移至軸上的第二個(gè)校正位置,類似第一個(gè)那樣進(jìn)行作業(yè)例是。若實(shí)測(cè)結(jié)果顯示仍處在允差以外,即原有彎曲度未得到有效的校正,這就意味著第一次校正時(shí)壓頭行程太小,此時(shí)微機(jī)系統(tǒng)會(huì)對(duì)原來(lái)行程量加以修正,確定一個(gè)新的合適的工作行程,然后對(duì)工件的這個(gè)截面進(jìn)行新一輪校直作業(yè)。反之,假如檢測(cè)后表明校正過(guò)量,則說(shuō)明壓頭的工作行程太大,微機(jī)控制系統(tǒng)一方面將根據(jù)實(shí)際過(guò)量情況作修正,再次確定對(duì)這個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校正的壓頭工作行程蛙檐；另一方面,通過(guò)機(jī)器又一次啟動(dòng),重復(fù)前面的步驟,經(jīng)雙頂尖相向移動(dòng)狐怯、重新夾持工件旋轉(zhuǎn)以及測(cè)量、定位等動(dòng)作過(guò)程,仍從第一點(diǎn)起實(shí)施校正贪犁。需要指出的是,軸類零件的校直往往有反復(fù)現(xiàn)象,即同一點(diǎn)(截面)常需經(jīng)過(guò)數(shù)次校正颜肥。上面介紹的兩種情況還是比較簡(jiǎn)單的,有時(shí)還存在校正完畢后,前面點(diǎn)的彎曲度又超差,再得返回作業(yè)的情況。

在批量生產(chǎn)情況下,為保證必要的效率,一般都在自動(dòng)校直時(shí)規(guī)定了每個(gè)點(diǎn)最多校正次數(shù),超過(guò)次數(shù)仍未達(dá)到要求的工件,作廢品處理檀氏。圖5是自動(dòng)校直的程序框圖,反映了整機(jī)的主要工作過(guò)程及其相互關(guān)系退厕。

圖5

圖3所示的自動(dòng)校直機(jī)還具有以下9項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析的功能:1)經(jīng)過(guò)校正工件的總數(shù)；2)合格品總數(shù)纳帽；3)廢品總數(shù)寸颇；4)合格品所占百分比；5)一批被校工件中,每個(gè)點(diǎn)的最大跳動(dòng)值挣呛；6)一批被校工件中,每個(gè)點(diǎn)的最小跳動(dòng)值础健；7)一批被校工件中,每個(gè)點(diǎn)在校正前的平均跳動(dòng)值；8)各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差嫡纠；9)各點(diǎn)的CP值烦租。

3 自動(dòng)校直的機(jī)理簡(jiǎn)介

校直的機(jī)理涉及工件的變形規(guī)律,而工件的變形規(guī)律直接與其幾何形狀、材料和熱處理等因素有關(guān)除盏。事實(shí)上,即使在批量生產(chǎn)情況下,兩根任意抽取的工件的負(fù)荷/變形特性曲線之間也總有微小差別,因此,自動(dòng)校直機(jī)在校正程序設(shè)計(jì)過(guò)程中,只能采取統(tǒng)計(jì)分析的方法,以確定壓頭工作行程叉橱、行程補(bǔ)償?shù)葦?shù)值。另一方面,在軸類工件中,有相當(dāng)部分并非在圓周各個(gè)方向都是對(duì)稱的,如凸輪軸者蠕、曲軸等窃祝。為簡(jiǎn)化程序,凸輪軸還是作為全對(duì)稱工件來(lái)處理的,而曲軸則比較復(fù)雜。圖6a是一種四缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸及其相應(yīng)的負(fù)荷/變形特性曲線圖(圖6b)踱侣。在圖中,顯示了在工件同一截面X粪小、Y、Z三個(gè)方向施加壓力后的變形規(guī)律抡句。其中,工件在Z方向的剛度最大,故其在彈性區(qū)內(nèi)線性段的斜率也最大探膊；X杠愧、Y兩個(gè)方向的剛性很接近。

圖6b還說(shuō)明了一批工件力學(xué)性能之間客觀上存在的差別,圖中幾根曲線分別反映編號(hào)為1逞壁、2流济、3的三組工件的負(fù)荷/變形規(guī)律。由于斜率較大,故確定它們的彈性極限和對(duì)應(yīng)的變形量還較容易债轰。如圖中工件在Z方向的變形量超過(guò)1.67mm铆糙、在Y方向超過(guò)2.19mm時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形,X方向的彈性極限介于Y和Z之間,故壓頭的工作行程必須大于1.67mm或2.19mm。在此基礎(chǔ)上,再疊加校正值,且考慮一些其他因素的影響丐闲。由此可見(jiàn),壓頭對(duì)工件的校正完全是以上述這些基本情況為基礎(chǔ)的械琴。當(dāng)測(cè)量結(jié)果表明,最大跳動(dòng)發(fā)生的平面(即校正面)位于圖6a中X、Y和Z軸以外的方位時(shí),校正過(guò)程就比較復(fù)雜索官。一種方法是把彎曲度分解到X(Y)狰了、Z兩個(gè)方向,分量的確定既要依據(jù)偏轉(zhuǎn)度,又要考慮相鄰兩方向的不同剛度值,然后再在X、Y和Z三個(gè)方向通過(guò)壓頭校正势瘤；另一種方法是類似一般工件,在任意方向進(jìn)行校正,但必須先經(jīng)過(guò)微機(jī)運(yùn)算確定此時(shí)工件的負(fù)荷變形規(guī)律,只有在此基礎(chǔ)上,壓頭的工作行程才是合理的凯辆。

圖6

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