曲轴连杆颈圆度误差跟踪测量策略

　　1 引言

　　圆度误差属于宏观几何形状误差,它是对圆形零件在与其轴线垂直的平面内表面形状不圆程度的表征。圆度误差直接影响着零部件的配合精度、旋转精度、摩擦、振动、噪声等,它是高精度回转体零件的一项重要精度指标,也是检验回转体类零件加工质量的重要指标之一。

　　曲轴是汽车发动机关键零部件,为了适应曲轴磨削加工高精度高效率的生产要求,非圆磨削技术(也称跟踪磨削技术或C-X同步磨削技术)应运而生[1]。它的工作原理是指磨床头架C轴带动工件旋转,磨床砂轮架运动的X轴根据控制指令往复跟踪进行磨削,如图1所示。

　　非圆磨削加工过程中,曲轴连杆颈中心A与旋转中心O不重合,即曲轴连杆颈始终绕旋转中心O作偏心旋转,因此对曲轴连杆颈几何尺寸和形状误差进行在线检测就会涉及到运动学、几何量精密动态检测、误差分离技术等多项基础理论与技术。目前国内外普遍采用的方法要么是对加工后的工件进行离线测量,要么就是避开形状误差的测量难题,仅仅对几何尺寸进行在线相对测量[2]。

　　本文对曲轴连杆颈圆度误差的在线跟踪测量策略展开研究,包括:跟踪测量系统运动分析及实现均匀采样的约束条件、三点跟踪圆度误差分离方法、3个传感器安装角度与谐波抑制的关系,最后采用最小二乘法对误差分离后的测量数据进行计算,并与在圆度仪上的测量结果对比,验证了曲轴连杆颈圆度误差的在线跟踪测量策略的正确性。

　　2 曲轴连杆颈圆度误差跟踪测量

　　为了同时实现对曲轴连杆颈直径和圆度误差的在线检测和控制,本文采用图2所示的主动跟踪测量的方法[6]进行在线测量。

　　其工作原理是:跟踪摇臂跟随固定在砂轮架上的基座在X方向来回移动,跟踪摇臂摆动中心与砂轮中心重合,同时跟踪摇臂绕摆动中心O1做摆动跟踪运动,在工件加工过程中,通过非对称布置的3个测量传感器,同时获取曲轴连杆颈表面的冗余信息。

　　2.1 跟踪测量运动分析

　　测量摇臂上安装的3个传感器分别为P1、P2、P3,其中P1的安装位置处于曲轴连杆颈中心A与砂轮中心O1连线的延长线之上。在主动跟踪测量过程中,测量摇臂、砂轮架和曲轴连杆颈之间处于三轴联动状态,摇臂的回转中心与砂轮架中心重合,可以推导出位移传感器P1的运动方程:

　　式中:R为曲轴颈中心偏心距;Rs为砂轮半径;Rw为曲轴颈半径;α为曲轴颈中心绕旋转中心转动角度;β为测量摇臂绕砂轮中心摆动角度。

　　砂轮架中心(测量摇臂摆动中心)O1往复运动的方程是: