凸轮轴加工的误差在线测量方法研究

    引　言

    发动机凸轮轴的检测一般是根据凸轮的运动规律设计要求,直接测量凸轮的升程误差[1]。凸轮的升程误差是指实际凸轮对应理论角度上的实际升程与理论升程的代数差。根据升程误差的定义,测量凸轮升程时,测量的应是凸轮理论转角对应测点的实际升程,必须确定测量数据与标准数据相对应的升程段,对应上的偏差直接影响被测凸轮的升程误差的大小及符号。实际测量数据中一般含有转角误差(系统性误差)、测量误差的影响,必须剔除测量数据中的误差影响,才可能得出正确的测量结果。这就提出了如何进行凸轮测量和数据处理方法的问题。

    测量凸轮相对于标准凸轮的位置,及凸轮桃尖角度的确定一直是凸轮测量数据处理中的重点,现有的方法一般分为两类,一是孤立地确定被测凸轮的某些特征点,从而找到与标准凸轮相对应的位置,如转折点法、敏感点法、顶点对称中心法[2-3]等,这些方法的共同点是在确定被测凸轮的位置时,直接根据被测数据计算凸轮的升、回程段和桃尖顶点,而不需要使用标准数据;另一类是用标准数据与被测数据相比较,确定被测凸轮的位置,比如最小条件法、最小二乘法[4-5]等,其方法是基于“表面形状和位置公差”国家标准中规定“测量时,理想形状相对于实际形状的位置,应按最小条件确定”。此类方法的精度和抗干扰能力明显要高于第1类方法。

    在线测量是指在凸轮加工现场(车削或磨削)直接测量凸轮加工误差,并作出评判,指导下一步加工,保证加工质量,优化加工过程,提高效率。加工过程一般是批量的,是按设计参数即标准数据执行加工的。且加工过程中,局部误差可能较大,故采用第2种方法——对比法更能抵抗表面质量差和局部畸变等风险,实现更高精度的测量。本文提出了基于信号相关法进行加工凸轮与标准凸轮参数的比对,重点研究基于低廉的抗冲击、抗污染的传感器实现较高精度的测量的理论及方法。

    1　测量原理及系统

    根据摩托车凸轮轴的特点、结构及加工现场的工况,采用编码器加直线位移传感器式凸轮轴检测方法,即凸轮轴正常安装于加工机床两顶尖之间,选用中孔式、有零位信号的旋转编码器,由主轴带动同心匀速旋转。自恢复直线位移传感器的测头与凸轮接触,由编码器转角脉冲触发数据采集,实现等角度间隔采样升程值,如图1所示。旋转编码器的零位信号作为角度基准信号,无论检测凸轮桃尖顶点,还是检测键槽中心、油孔中心皆以此零位信号为基准。

    所采用的旋转编码器每转1周输出2 048个分度脉冲和1个零位脉冲。分度脉冲作为采样脉冲,即1个分度脉冲,数据采集系统对直线位移传感器读1次数。零位脉冲作为数据起始标识和中断信号,向嵌入计算机系统传输测量1周2 048点数据。