CN102183209B - 一种检测曲轴轴向尺寸的档心距检具及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种检测曲轴轴向尺寸的档心距检具及其检测方法，用于发动机曲轴加工档心距检测。曲轴通过顶尖支撑，滑车通过两根直线轨道与平板相联，平板下部装有平板架，光栅尺位移传感器数显***的定尺固定在平板上，动尺与滑车相连，档心检测部分固定在滑车上，档心检测部分的位置数值通过数显显示屏显示。本发明通过采用档心距检具，检测代表两个侧面的轴向位置的轴颈档宽中心线的轴向尺寸，粗、精加工时调整机床使轴颈档宽中心线值与标准数值一致，不管档宽怎样变化，两边余量总是均匀的，避免了档宽偏磨，可有效提高砂轮轮使用寿命，并使得工艺尺寸链简化，检测范围大，检测精度高，响应速度快，操作方便快捷，记录简化，可有效提高加工质量及生产效率。

Description

一种检测曲轴轴向尺寸的档心距检具及其检测方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是在发动机曲轴加工过程中，用于检测其档心距的检具及其检测方法。

背景技术

在曲轴加工过程中，轴向尺寸是较难控制的项目之一。表现为：精加工档宽的侧面余量过小时，某些轴颈端面的加工尺寸达不到标准要求，产生废品或不合格品；精加工档宽的侧面余量过大时，造成精磨时砂轮圆角损坏，产生曲轴圆角与端面过渡处出现台阶，同时增加砂轮消耗，降低磨削效率。

造成以上现象的主要原因为热处理变形、粗加工档宽不稳定、轴向尺寸链复杂等。通常，热处理变形总是难免的；粗加工档宽不稳定主要由刀具设备等因素决定，也不可能全部消除。但档宽偏磨、轴向尺寸链复杂是可以优化的。

目前，国内外曲轴加工的检测方法均是检测曲轴止推面至被测轴颈一个侧面(因产品图均是这样标注的)。该检测方法存在以下蔽端：

1、产生档宽偏磨，影响曲轴加工质量和降低砂轮使用寿命。

如图7(以刀具磨损为例)所示，在现有的批量生产粗加工中，均是采用成型刀具加工档宽，将轴颈档宽的两侧面一次性加工出来。而传统工艺检测仅检测一个侧面的轴向尺寸(图7中L)，另一侧面的轴向位置完全由档宽尺寸来保证，档宽好则好，档宽不好，未被检测的一个侧面要么没有余量无法加工，产生不合格品和废品，要么加工余量太大产生档宽偏磨，使砂轮提前失效。

而在进行某个档位轴向尺寸的加工和检测时，轴向位置应当由该轴颈的两个侧面来决定，检测轴向尺寸应当以轴颈档宽中心线的轴向尺寸(图7中L’)为准，只有这样才能代表两个侧面的轴向位置。

2、工艺尺寸链复杂

如图8所示，传统的加工工艺一般都是按图8中的轴线上部尺寸链所示的方式检测轴向尺寸的。采用这种标注方法,只要哪一个轴颈被加工，必然产生一个新的轴向尺寸。曲轴在实际加工过程中，各个轴颈都是分批加工的，因此，有一系列相差甚微的轴向尺寸要被加工、检测，调整机床时必须进行尺寸计算和转换，加工起来很复杂。如图8上部分尺寸，一种4缸曲轴的轴向尺寸就达14个小数尺寸，很难记忆，在编制工艺、使用工艺、检测轴向尺寸、进行上下道工序间机床调整、纠正不合格品时很难记忆、换算、容易弄错。同时在对两个方向相反的尺寸进行加工余量调整时很容易搞反。

而以检测档心距方法(如图8轴线下部尺寸链所示的方式)来控制曲轴加工是比较科学的一种加工工艺方案，但目前无有效的检具付诸实施。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种检测曲轴轴向尺寸的档心距检具及其检测方法，通过采用档心距检具检测轴颈档宽中心线的轴向尺寸，以实现简化加工中的尺寸链，改变档宽偏磨，提高曲轴加工精度的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：曲轴通过左顶尖部分和右顶尖部分支撑，中心线与滑车运动方向平行，滑车通过两根直线轨道与平板相连，平板的下部装有平板架，以保持平板水平，光栅尺位移传感器数显***的定尺固定在平板上，方向平行于滑车运动方向，动尺与滑车相连，其特征在于：档心检测部分固定在滑车上，高度与曲轴中心线等高，档心检测部分的位置数值通过数显显示屏显示，这样，滑车及档心检测部分可在平板上沿直线轨道作水平直线运动，档心检测部分的位置时刻与光栅尺位移传感器数显***的显示数值保持了一一对应关系，通过数显显示屏将其数值显示出来。

所述档心检测部分的滑座通过4个螺栓、2个定位销与滑车紧固相连，耐磨衬板通过2个螺栓与滑座紧固相连，与滑套组成的配合为精密级滑动配合，盖板通过6个螺栓与滑座紧固相连，与滑套组成的配合为小间隙滑动配合，滑套以滑动配合方式安装在由盖板、衬板、滑座组成的矩形方孔中；滑套的右端装有大手柄，通过强力胶固定；端部为带对称斜面的滑杆装在滑套的矩形通孔内，为精密级滑动配合，滑杆中心线垂直于直线轨道，滑杆的右端以过渡配合装有小手柄，由圆柱销一过渡配合连接，小手柄与滑套间装有压簧，大手柄与小手柄内装有内六角螺栓，通过锁紧螺母锁紧，内六角螺栓与小手柄固定连接，与大手柄滑动连接；滑套左端的开口槽内分别装有2个可转动的摇臂，分别由1个圆柱销二小间隙配合连接，两个摇臂头部分别通过紧配合方式装有用于测量时与轴颈档宽的两侧面接触的测头，测头头部为半球球面，两个摇臂之间通过小拉簧连接，两个摇臂内侧面的球形凸台分别与滑杆的两斜面接触，在小拉簧拉力的作用下，两个摇臂的半圆弧凸起时刻与滑杆前端的两个对称斜面接触。这样，档心检测部分在测量时总能保证对准每个轴颈档宽的中心线。

本发明的操作机构为大手柄和小手柄。大手柄操纵着滑套及滑套上面的零件相对于滑座作前后滑动，以便能使滑套进入档宽检测和退出档宽后作左右移动；小手柄操纵着滑杆与滑套之间的相对运动，滑杆通过前端斜面，控制着两个摇臂转动，从而达到控制测头测量或不测量的目的。测量时，小手柄向前推并维持到读数完毕止，不测量时，松开手柄即可。

限位机构为大手柄、小手柄、内六角螺栓、锁紧螺母。通过锁紧螺母的厚度控制滑杆向前推进的极限位置，也就决定了所测量的最大档宽宽度；通过内六角螺栓调节滑杆向后的极限位置，一般调至两个测头不凸出滑套两侧面即可。

档心检测部分的测量原理：

滑杆可以在滑套中滑动，行程为0～d(如图3、图4)；两个摇臂、两个测头的尺寸相同、安装对称。因摇臂在小拉簧的作用下总是紧靠在滑杆的两个对称的斜面上，故两个测头的测点宽度B(如图4)也跟着滑杆行程的变化而变化，由B～B’(如图5)，并且宽度B的中心线始终与滑杆的中心线重合。对图6，可通过计算证明，在摇臂与滑杆的斜面相接触的范围内：

等式1：B/2＝h/2+r2+b﹡sin(A-D)

等式2：L＝a﹡cosD-r1﹡sinC+(h/2-r1﹡cosC-a﹡sinD)/tgC

式中：D为自变量，B、L为因变量，其余为常量。

等式1说明：B/2与D具有一一对应关系；等式2说明：L与D具有一一对应关系且D＝D’，综合等式1和2可以导出，B/2＝B’/2。这就保证了对于不同档宽的测量，滑杆的中心线就代表了档宽的中心线，这就是该档心距检具设计的依据。

本发明所述的检测方法为以检测曲轴各档宽中心线的方法来控制曲轴加工，检测方法如下：

A：装上曲轴，将曲轴的中心孔对准左顶尖部分和右顶尖部分，用合适的力度顶紧曲轴；

B：打开数显电源开关，观察数显显示屏显示正常；

C：向后拉动大手柄，保证滑套头部碰不到曲轴，移动滑车至曲轴止推档；

D：推动大手柄至滑套头部与所测轴颈外圆接触；

E：向前推动小手柄，带动滑杆向前推进，滑杆的两斜面带动两个摇臂同时向外扩张，此时，测头与档宽的某个侧面接触并产生推力，使滑车沿着直线轨道移动，当两个测头都接触到轴颈两个侧面时，该轴颈档宽中心线与滑杆中心线重合，滑车两侧的受力相等，滑车已定好位置无法移动，此时，按下数显显示屏上清零开关，屏幕显示数值为0；

F：松开小手柄，在压簧的推力作用下，滑杆相对滑套向后滑动，两摇臂在小拉簧的作用下同时向内收回，两测头脱离与轴颈侧面接触；当滑杆滑至内六角螺栓的大头部与大手柄沉孔台面的距离为0时，滑杆已退回原位，同时，两个测头也已退至滑套的两侧面以内,拉回大手柄至适当位置，以保证在下一步移动滑车时不碰到曲轴即可,再将滑车移动至下一个要测量的轴颈位置；

G：依次按步骤C、D、E进行，当操作完“滑车已定好位置无法移动”时，不再进行清零操作，而是从数显显示屏上读数，记录数值，此时的数值即为止推档中心至该档档宽中心的轴向距离；然后再进行步骤F的操作；

H：重复按步骤G进行，依次测量出各轴颈档宽中心线至止推档中心线的轴向尺寸，测量完毕,与各标准值对比,可知曲轴轴向尺寸是否合格，卸下曲轴。

本发明通过采用档心距检具，检测代表两个侧面的轴向位置的轴颈档宽中心线的轴向尺寸，粗、精加工时调整机床使轴颈档宽中心线值与标准数值一致，这样，不管档宽怎样变化，两边的余量总是均匀的，避免了档宽偏磨，并使得工艺尺寸链简化。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、可有效提高砂轮轮使用寿命。

在曲轴磨削中，80％以上的砂轮不是磨曲轴磨掉的，而是用金刚刀修整掉的。因为曲轴磨削时砂轮失效的主要原因是砂轮圆角与侧面过渡处变钝或损坏，一旦变钝或损坏，就不得不将同一水平线上的好的部分砂轮修整掉。因此，在工艺上应尽可能减小磨前轴颈侧面的余量，以提高砂轮利用率和磨削效率。

本发明可检测出粗、精加工档宽中心线的轴向尺寸，调整机床时，粗、精加工均按此尺寸加工、磨削，这样，不管档宽怎样变化，两边的余量总是均匀的，避免了档宽偏磨时大余量一侧损坏砂轮圆角。如图7中(L’+B新刀/2)比(L+B新刀)的变差减小了T/2，意味着在相同的情况下，可以减小档宽余量T/2，适当降低砂轮损耗和提高磨削效率。一般曲轴(除特大和特小的)的粗加工档宽变差一般在0.1～0.5毫米之间(由设备档次决定)，若按平均0.3毫米算，则可减少粗加工档宽余量0.15毫米；一般曲轴的档宽磨削余量在0.2～0.6毫米之间，因此，能够减小0.15毫米余量，将是有助于提高砂轮寿命的。

2、简化了工艺尺寸链。

本发明检测方法的改变，使得工艺尺寸链简化。图8为某四缸机曲轴四道工序的两种检测方法的工艺尺寸链的比较。下部分的档心距检测尺寸链，仅7个尺寸、4个整倍数尺寸数值，不论是粗加工、半精加工、精加工，都只有这4个尺寸数值，既便于记忆、一目了然，又不至于调整时弄错方向，同时，与现代数显类的机床得到完美统一。因此，工艺得到简化、加工变得方便。

3、本发明检测范围大，检测精度高，响应速度快，操作方便快捷，记录简化，可有效提高加工质量及生产效率。

附图说明

图1是本发明的***简图；

图2是图1的俯视图；

图3图1中档心检测部分1的结构图；

图4是图3的俯视图；

图5是图4中序号为27、28、29、30部分结构放大图；

图6为档心检测部分的测量原理说明图；

图7为传统检测方法与本发明的对照图；

图8为传统检测尺寸与本发明的对照图。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明总体布置(含安装要求)。档心检测部分1通过螺栓连接、定位销固定在滑车2上；在测量时总能保证对准每个轴颈档宽的中心线,并且垂直于曲轴6主颈中心线，垂直度应控制0.008/100mm以内；

滑车2通过两根直线轨道3(或称直线轴承)与检具台平板4相连，按零间隙调整，保证滑车2及档心检测部分1可在平板4上沿直线轨道3作水平直线运动，与平板4的平行度在全长上为0.05mm；

光栅尺位移传感器数显***5的定尺固定在平板4上，方向平行于滑车2运动方向，其水平和垂直方向的平行度控制在0.05mm，动尺通过螺栓与滑车2相连，安装动尺时应符合数显尺相应安装要求。这样，档心检测部分1的位置时刻与光栅尺位移传感器数显***5的数值保持了一一对应关系，通过数显显示屏7将其数值显示出来；

曲轴6通过左顶尖部分9(固定式)和右顶尖部分8(带手轮、可伸缩行程100毫米)支撑，曲轴6中心线与滑车2运动方向平行，通过芯棒打表，两个方向平行度应控制在0.03；高度与档心检测部分1等高，公差±0.5mm；平板架10用于支撑平板4，保持平板4水平，高度以便于操作即可。

如图3、图4、图5、图6所示，为档心检测部分的具体结构。滑座17通过4个螺栓22、2个定位销23与滑车紧固相连；滑杆19中心线垂直于曲轴中心线；

两块耐磨衬板26分别通过2个螺栓25与滑座17紧固相连，与滑套21组成的配合为精密级滑动配合，间隙0.003～0.008mm，二者的表面硬度应在HRC55以上，以保证其使用寿命，可采用配磨加工而成，滑座17与滑套21间隙若超过0.008，须重做衬块配研；盖板11通过6个螺栓24与滑座17紧固相连，盖板11与滑套21组成的配合间隙为0.01～0.03mm。这样，滑套21以滑动配合方式安装在由盖板11、2块衬板26、滑座17的面12组成的矩形孔中；滑套21的右端装有大手柄13，通过强力胶固定；

端部为带对称斜面的滑杆19以滑动配合方式安装在滑套21的矩形通孔内，为精密级滑动配合，间隙为0.003～0.008mm，间隙过大将直接影响检具的重复精度，并且二者的表面硬度应在HRC55以上，滑杆19两斜面的硬度须在HRC60以上，粗糙度应在Ra0.2以下，以保证其使用寿命；滑杆19两斜面必须光滑，Ra0.2以内，若有拉伤或过度磨损必须研磨修复；滑杆19的右端以过渡配合装有小手柄16，由圆柱销一18过渡配合连接；小手柄16与滑套21间装有压簧20，小手柄16上装有内六角螺栓14，通过锁紧螺母15锁紧；

滑套21左端的开口槽内分别装有2个可转动的摇臂28，由2个圆柱销二27小间隙配合连接，摇臂28与开口槽的间隙为0.05～0.1mm，摇臂28的硬度应控制在HRC30～35，过高会损坏滑杆斜面，过低会影响其刚性；两个摇臂28头部通过紧配合的方式分别装有测头29，测头29用于测量时与轴颈档宽的两侧面接触，测头头部为半球球面，测头29的硬度需在HRC58以上，并且其半球面需要研磨成形，以保证其耐磨性和形状精度；两个摇臂28之间通过小拉簧30连接，在小拉簧30拉力的作用下，两个摇臂28的半圆凸起弧时刻与滑杆19前端的两个对称斜面接触，两个摇臂28的半圆凸起磨损量小于0.15mm不必更换。

为实现本发明的档心检测功能，必须设置操作机构、限位机构。

操作机构为大手柄13和小手柄16。大手柄13操纵着滑套21及其上面的零件相对于滑座17作前后滑动，以便能使滑套21进入档宽检测和退出档宽后作左右移动；小手柄16操纵着滑杆19与滑套21之间的相对运动，滑杆19通过前端斜面，控制着两个摇臂28向内或外转动，从而达到控制测头29测量或不测量的目的。测量时，小手柄向前推并维持到读数完毕止，不测量时，松开手柄即可。

限位机构为大手柄13、小手柄16、内六角螺栓14、锁紧螺母15。通过锁紧螺母15的厚度控制滑杆19向前推进的极限位置，也就决定了所测量的最大档宽宽度；通过内六角螺栓14调节滑杆19向后的极限位置，一般调至两个测头29不凸出滑套21两侧面即可。

本发明润滑方式：滑套21与滑杆19采用每3个月抽出滑杆滴注一次30号机械油，滑座17与滑套21每周滴注一次30号机械油在滑套21上面并来回5次即可。

本发明检测曲轴的重复性误差应小于或等于0.02毫米。

本发明设计原理(如图6)：滑杆21可以在滑套中滑动，行程为0～d；两个摇臂28、两个测头29的尺寸相同、安装对称。因摇臂28在弹簧30的作用下总是紧靠在滑杆19的两个对称的斜面上，故两个测头29的测点宽度B也跟着滑杆19行程的变化而变化，由B～B’，并且宽度B的中心线始终与滑杆19的中心线重合。可通过计算证明，在摇臂28与滑杆19的斜面相接触的范围内：

等式1：B/2＝h/2+r2+b﹡sin(A-D)

等式2：L＝a﹡cosD-r1﹡sinC+(h/2-r1﹡cosC-a﹡sinD)/tgC

式中：D为自变量，B、L为因变量，其余为常量。

等式1说明：B/2与D具有一一对应关系；等式2说明：L与D具有一一对应关系且D＝D’，综合等式1和2可以导出，B/2＝B’/2。这就保证了对于不同档宽的测量，滑杆19的中心线就代表了档宽的中心线，这就是该档心距检具设计的依据。

本发明检测操作步骤如下：

A：装上曲轴6，将曲轴中心孔对准两顶尖，用合适的力度顶紧顶尖；

B：打开光栅尺位移传感器数显***5的电源开关，观察数显显示屏7显示正常；

C：向后拉动大手柄13，保证滑套21头部碰不到曲轴6为原则，移动滑车2至曲轴止推档；

D：推进大手柄13至滑套21头部与所测轴颈外圆接触；

E：向前推进小手柄16，带动滑杆19向前推进，滑杆19的两斜面便带动两个摇臂28同时向外扩张，此时，测头29必与档宽的某个侧面接触并产生推力，迫使滑车2沿着直线轨道3移动，当两个测头29都接触到轴颈两个侧面时，说明该轴颈档宽中心线与滑杆19中心线已重合，此时，滑车2两侧的受力相等，滑车2已定好位置无法移动，此时，按下数显显示屏7上清零开关，屏幕显示数值为0；

F：松开小手柄16，在压簧20的推力作用下，滑杆19相对滑套21向后滑动，两摇臂28在小拉簧30的作用下同时向内收回，两测头29脱离与轴颈侧面接触。当滑杆19滑至内六角螺栓14与大手柄13沉孔台面的距离为0时，滑杆19已退回原位，同时，两个测头29也已退至滑套21的两侧面以内。最后，拉回大手柄13至适当位置，以保证在下一步移动滑车2时不碰到曲轴为原则即可。将滑车2移动至下一个要测量的轴颈位置。

G：依次按步骤C、D、E进行，当操作完“滑车2已定好位置无法移动”车时，不再进行清零操作，而是从数显显示屏7上读数，记录数值。此时的数值即为止推档中心至该档档宽中心的轴向距离；然后再进行步骤F的操作。

H：重复按步骤G进行，依次在加工后测量出各轴颈档宽中心线至止推档中心线的轴向尺寸，测量完毕与各标准值对比,可知曲轴轴向尺寸是否合格，卸下曲轴6。

Claims (3)

1.一种检测曲轴轴向尺寸的检测方法，其特征在于：

所述的检测方法为：以检测曲轴各档宽中心线的方法来控制曲轴加工，检测方法如下：

A：装上曲轴（6），将曲轴（6）的中心孔对准左顶尖部分（9）和右顶尖部分（8），用合适的力度顶紧曲轴（6）；

B：打开数显电源开关，观察数显显示屏（7）显示正常；

C：向后拉动大手柄（13），保证滑套（21）头部碰不到曲轴（6），移动滑车（2）至曲轴（6）止推档；

D：推动大手柄(13)至滑套(21)头部与所测轴颈外圆接触；

E：向前推动小手柄(16)，带动滑杆(19)向前推进，滑杆(19)的两斜面带动两个摇臂(28)同时向外扩张，此时，测头(29)与档宽的某个侧面接触并产生推力，使滑车(2)沿着直线轨道（3）移动，当两个测头(29)都接触到轴颈两个侧面时，该轴颈档宽中心线与滑杆(19)中心线重合，滑车(2)两侧的受力相等，滑车(2)已定好位置无法移动，此时，按下数显显示屏(7)上清零开关，屏幕显示数值为0；

F：松开小手柄(16)，在压簧(20)的推力作用下，滑杆(19)相对滑套(21)向后滑动，两摇臂(28)在小拉簧(30)的作用下同时向内收回，两测头(29)脱离与轴颈侧面接触；当滑杆(19)滑至内六角螺栓(14)的大头部与大手柄(13)沉孔台面的距离为0时，滑杆(19)已退回原位，同时，两个测头(29)也已退至滑套(21)的两侧面以内,拉回大手柄(13)至适当位置，以保证在下一步移动滑车(2)时不碰到曲轴（6）即可,再将滑车（2）移动至下一个要测量的轴颈位置；

G：依次按步骤C、D、E进行，当操作完“滑车(2)已定好位置无法移动”时，不再进行清零操作，而是从数显显示屏(7)上读数，记录数值，此时的数值即为止推档中心至该档档宽中心的轴向距离；然后再进行步骤F的操作；

H：重复按步骤G进行，依次在加工后测量出各轴颈档宽中心线至止推档中心线的轴向尺寸，测量完毕与各标准值对比,可知曲轴轴向尺寸是否合格，卸下曲轴(6)；

所述的检测方法还包括一种档心距检具。

2.根据权利要求1所述的一种检测曲轴轴向尺寸的检测方法，其特征在于：所述档心距检具的滑车（2）通过两根直线轨道（3）与平板（4）相连，曲轴（6）通过左顶尖部分（9）和右顶尖部分（8）支撑，中心线与滑车（2）运动方向平行，平板（4）的下部装有平板架（10），光栅尺位移传感器数显***（5）的定尺固定在平板（4）上，方向平行于滑车（2）运动方向，动尺与滑车（2）相连，档心检测部分（1）固定在滑车（2）上，高度与曲轴（6）中心线等高，档心检测部分（1）的位置数值通过数显显示屏（7）显示。

3.根据权利要求2所述的一种检测曲轴轴向尺寸的检测方法，其特征在于：所述档心检测部分（1）的滑座（17）通过螺栓（22）、定位销（23）与滑车（2）紧固相连，耐磨衬板（26）通过螺栓（25）与滑座（17）紧固相连，盖板（11）通过螺栓（24）与滑座（17）紧固相连，滑套（21）以滑动配合方式安装在由盖板（11）、衬板（26）、滑座（17）组成的矩形方孔中；滑套（21）的右端装有大手柄（13）；端部为带对称斜面的滑杆（19）装在滑套（21）的矩形通孔内，滑杆（19）中心线垂直于直线轨道（3），滑杆（19）的右端装有小手柄（16），由圆柱销一（18）连接，小手柄（16）与滑套（21）间装有压簧（20），大手柄（13）与小手柄（16）内装有内六角螺栓（14），通过锁紧螺母（15）锁紧，内六角螺栓（14）与小手柄（16）固定连接，与大手柄（13）滑动连接；滑套（21）左端的开口槽内分别装有2个可转动的摇臂（28），分别由圆柱销二（27）连接，两个摇臂（28）头部分别装有用于测量时与轴颈档宽的两侧面接触的测头（29），测头头部为半球球面，两个摇臂（28）之间通过小拉簧（30）连接，两个摇臂（28）内侧面的球形凸台分别与滑杆（19）的两斜面接触。