4R曲軸主軸磨床在線測量精度恢復(fù)

張 鋒，盧浩鵬，馬金衛(wèi)

（一拖（洛陽）柴油機有限公司，河南洛陽 471003）

0 引言

一拖（洛陽）有限公司一臺正在使用的日本進(jìn)口4R曲軸主軸磨在線測量系統(tǒng)精度不夠，在線測量系統(tǒng)顯示合格的主軸頸，經(jīng)過螺旋測微器的測量顯示該直徑已經(jīng)超差工藝要求的尺寸。

1 故障現(xiàn)象

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)測量儀表上顯示主軸直徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大1μm，但是實際測量主軸直徑比標(biāo)準(zhǔn)大將近10μm。該設(shè)備在線測量系統(tǒng)用標(biāo)準(zhǔn)尺寸軸作基準(zhǔn)對測量系統(tǒng)進(jìn)行對零設(shè)置，在線測量時儀表顯示的尺寸是被測軸實際尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的差值。在線測量系統(tǒng)顯示尺寸比真實測量出來的尺寸小，說明被測軸的直徑與標(biāo)準(zhǔn)軸的直徑的差值被縮小，設(shè)備的精度降低，設(shè)備加工過顯示合格的零件實際測量已經(jīng)嚴(yán)重超差。在線測量精度太低，曲軸加工中的直徑的橢圓度不能準(zhǔn)確表現(xiàn)出來，不便于機床加工程序調(diào)整，導(dǎo)致廢品率上升，嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2 故障分析

反復(fù)在加工過的廢品軸上測量觀察儀表指針動作，發(fā)現(xiàn)指針移動很穩(wěn)定。測量儀顯示正在加工軸直徑的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)據(jù)差值很小，再誤差允許范圍之內(nèi)，但是正加工軸的實際尺寸和標(biāo)準(zhǔn)軸尺寸小很多，遠(yuǎn)超誤差允許范圍，問題相當(dāng)嚴(yán)重。為方便分析儀表顯示數(shù)值與真實值的差別有多大，讓生產(chǎn)人員加工一根6缸曲軸，其中第一個軸徑是標(biāo)準(zhǔn)尺寸（曲軸主軸工藝尺寸85.0-0.02 mm，標(biāo)準(zhǔn)尺寸按加工標(biāo)準(zhǔn)取85-0.01 mm）（方便對零），第二個軸徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大11.5μm、第三個軸徑比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大22μm。測量結(jié)果見表1。

反復(fù)用在線測量儀手動測量這三個軸徑，各個軸數(shù)值穩(wěn)定，排除測量卡爪位置不穩(wěn)的因素。從表1中數(shù)值的比較可以看出，儀表顯示尺寸是實際尺寸的一半。根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪圖對比，如圖1所示，可以看出測量尺寸的斜率雖然小于實際尺寸（實際軸徑與標(biāo)準(zhǔn)尺寸差值），但是相對于實際尺寸的變化成線性變化。可以看出是測量信號倍率偏低，需要放大測量信號的倍率。

表1 測量儀測量尺寸差值與實際尺寸差值對比 μm

圖1 測量儀測量尺寸差值與實際尺寸差值對比

3 原理分析

在線測量是在磨床加工過程中，曲軸軸徑被磨削到大約比標(biāo)準(zhǔn)尺寸大500μm后，測量裝置始終測量著工件的尺寸，并將其尺寸變化量隨時傳遞給信號轉(zhuǎn)換控制儀，再由信號轉(zhuǎn)換控制儀發(fā)出信號（如粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號）控制機床的動作。使操作人員無需停機就知道被加工件尺寸，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率，降低廢品率，同時加工出的工件尺寸一致性較高。其基本組成是測量裝置和信號轉(zhuǎn)換控制儀兩部分。對于4R磨床來說，由于它的對中傳感器和直徑尺寸測量共用一套信號裝換控制儀，因此測量裝置與信號轉(zhuǎn)換控制儀中間加入一個信號選擇器。

3.1 測量裝置

在砂輪磨削工件的過程中，裝置的兩個金剛石測子始終接觸工件表面，將工件直徑的變化量通過測子、杠桿，轉(zhuǎn)化為位移傳感器鐵芯和電感線圈相對運動，從而將尺寸的變化轉(zhuǎn)換為電感量的變化。在線測量的傳感器，起把被測位移的變化量轉(zhuǎn)化為電信號變化的作用，是測量儀的主體。

3.2 信號轉(zhuǎn)換控制儀

信號轉(zhuǎn)換控制儀將裝置輸出的電感信號經(jīng)過相敏整流、放大，發(fā)出粗磨、精磨、光磨、到尺寸等信號給磨床PLC，磨床PLC接收到信號后經(jīng)過處理和NC系統(tǒng)共同控制機床砂輪進(jìn)給的距離和速度，達(dá)到控制工件尺寸的目的，如圖2、圖3所示。

圖2 信號轉(zhuǎn)換儀

圖3 信號轉(zhuǎn)換儀功能說明

3.3 信號選擇器

信號選擇器如圖4所示，其作用是選擇對中傳感器，或者直徑測量傳感器的測量信號傳送給轉(zhuǎn)換控制儀，并且設(shè)定測量系統(tǒng)的目標(biāo)點（零點）。

圖4 信號選擇器及旋鈕說明

4 故障處理

要調(diào)整測量信號的測量倍率，需要從信號轉(zhuǎn)換控制儀入手。查閱信號裝換控制儀說明書，?和?是信號調(diào)整旋鈕，功能說明翻譯如下：

?零點調(diào)節(jié)旋鈕。當(dāng)機械調(diào)零測量裝置首次接觸道零件時，儀表指針和零點之間可能會有一段偏差，零點調(diào)節(jié)按鈕用來糾正這一偏差。

?放大調(diào)節(jié)器。這個電位器的順時針旋轉(zhuǎn)增加放大倍率。請不要觸碰這個電位器，除非需要不同的放大倍數(shù)。

根據(jù)說明書需要調(diào)整?旋鈕中心孔內(nèi)的?電位器，來實現(xiàn)測量信號放大倍數(shù)的改變。把測量儀卡在11.5μm的徑上，調(diào)整?電位器，儀表黑色指針最多只能向左右各偏1μm（1小格），遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到從6μm調(diào)到11μm的目的。

說明書中提到信號轉(zhuǎn)換控制儀內(nèi)部的TD7507號線路印刷板，板上有6個DIP開關(guān)，可以調(diào)節(jié)放大倍率，打開后發(fā)現(xiàn)開關(guān)已經(jīng)放置在最大倍率上。嘗試調(diào)整該開關(guān)并測試，同一個軸徑測量結(jié)果調(diào)試后比調(diào)試前更小，因此此法不能解決問題。

至此，機床說明書中提到的調(diào)節(jié)方法已經(jīng)用盡，但是依然不能解決問題。想要恢復(fù)該機床測量系統(tǒng)的精度，只有換信號轉(zhuǎn)換控制儀，但是由于4R磨床使用已經(jīng)超過30年，東京精密該型號的換信號轉(zhuǎn)換控制儀已經(jīng)停產(chǎn)，找不到該型號的相關(guān)信息。

堅信問題一定有其他辦法解決，在仔細(xì)研究在線測量系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換控制儀和信號選擇器，發(fā)現(xiàn)信號選擇器的直徑測量調(diào)零旋鈕中心也有一個孔，并且有一個類似信號裝換控制儀的電位器。記住電位器（記該電位器為?，用來和信號轉(zhuǎn)換控制儀上?電位器進(jìn)行區(qū)分。）的初始位置，把測量儀卡在11.5μm的軸頸上，調(diào)整該電位器，儀表指針隨電位器角度移動。

調(diào)整?電位器，使儀表黑表針指向12μm。然后把測量儀卡在0的軸頸上，儀表顯示-10μm（儀表零點左邊10μm的位置），零點偏向負(fù)值方向。按正常設(shè)置零點方法重新設(shè)定零點，再次把測量儀卡在11.5μm軸頸上，測量儀顯示大于12μm。這次調(diào)整?電位器，發(fā)現(xiàn)?電位器的調(diào)節(jié)范圍變大，最終把儀表指針調(diào)整到指向11.5μm。測量儀卡在0的軸頸上，儀表顯示0，零點位置不變。最后測量儀卡在22μm的軸頸上，儀表顯示22μm，至此調(diào)整完成，調(diào)整結(jié)果見表2。

表2 測量儀調(diào)整前后測量數(shù)據(jù)對比 μm

5 結(jié)論

經(jīng)過調(diào)整后，把加工過的曲軸放入4R曲軸磨床上進(jìn)行測量，針對曲軸不同的主軸頸反復(fù)測量，連續(xù)測量多根曲軸，在線測量結(jié)果和螺旋測微器測量的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的差值相同。用該曲軸主軸磨床加工零件，加工多根曲軸后檢測曲軸主軸頸，測量結(jié)果都在加工工藝規(guī)定的尺寸之內(nèi)，與標(biāo)準(zhǔn)尺寸相差很少。可見，4R曲軸主軸磨床的在線測量精度已經(jīng)恢復(fù)，可以穩(wěn)定生產(chǎn)出滿足加工工藝要求的零件。