大直径在线测量新方法研究

　　0　引言

　　依据国家标准规定,大直径常指大于500 mm的直径。大直径在线测量存在诸多的难点:如测量只能在现场,测量环境差;加工中的工件体积大,工件为非等温体,温度变化对测量结果影响较大。因此,在大直径回转体工件的切削加工过程中,工件直径的在线测量问题仍然是机械加工领域中尚未解决的世界性难题之一。本文介绍了基于“多滚压轮”法测量原理的大直径工件在线测量新方法;介绍了所设计的具有特殊结构的滚压轮测量头。采用多滚压轮测量法,有效地解决了传统单滚压轮法存在的滚压轮打滑、滚压轮变形直接影响测量结果准确性问题;多路信号融合技术和误差修正技术的使用,减少了误差对测量的影响,提高了滚轮法测量大直径的准确度。

　　1　滚压轮法测量大直径工作原理

　　滚压轮法测量大直径,原理如图1所示。利用已知直径为d的标准滚压轮与被测轴类工件无滑动的对滚,用大轴转数测量系统精确测量被测工件的转动圈数N,用滚压轮转角光栅测量系统测出标准滚压轮的相应转角θ,由公式⑴即可求得被测工件的直径D:

　　采用传统的单滚压轮法测量大直径,因其测量装置装调简便、测量数据自动处理、测量效率比较高等优点,所以应用广泛。但是,该方法因为没有解决所存在的滚压轮打滑、滚压轮受压力变形和温度场变化等因素的影响,所以测量准确度不高。

　　课题组基于滚压轮法测量原理,自主创新,提出了大直径多滚压轮在线测量的新方法。

　　2　大直径多滚压轮测量系统设计

　　2·1　测量系统整体结构设计

　　所设计的大直径多滚压轮测量系统结构如图2所示。其共有三套相对独立的滚压轮测量子系统,测量时,每套滚压轮测量子系统都能独立地获取压力、温度、微位移、大轴转数、滚压轮转角等测量信息。测量装置系统通过对多路信号融合,当打滑现象发生时,能够及时识别和剔除打滑信息,对其导致的测量误差予以修正,这样就降低了传统的单滚压轮测量装置存在的滚压轮打滑对测量准确度的影响。

　　2·2　滚压轮测量头特殊结构设计

　　所设计的滚压轮测量系统结构示意图如图3所示,分为三部分:浮动机构、施力和测力机构、外围框架。浮动机构由滚轮3、U型支架2、滚动轴承及直线滚动导轨副构成,滚轮上嵌橡皮圈可增加摩擦系数;施力和测力机构由压缩弹簧6、测力传感器7及调节螺钉8组成,施力和测力机构可通过调节螺钉8和压缩弹簧6产生所需的测量力,同时由于大轴的径向跳动会使测量力不断改变,测力传感器7可实时测得测量力的大小;外围框架由左右侧板,传感器、调节螺钉8组成,它使整个测量系统成一个密封装置,以防止在线测量过程中灰尘等杂物的落入,同时支撑整个测量头的支架通过左右两侧板与测量圆光栅传感器4与滚轮3同轴安装,同步旋转,可精确测量滚轮3的转角。在外围框架的左右两侧分别装有光电传感器1和电感位移传感器5,光电传感器1测量被测大轴的转数,电感位移传感器5测量被测大轴的圆度误差。