凸轮轴测量机设计文献综述.docx
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凸轮轴测量机设计文献综述
凸轮轴测量仪文献综述
摘要
在凸轮轴的大批量生产中,为了保证产品质量,产品的测量变得非常重要。
凸轮轴的轴向尺寸较多并且精度较高,用传统的测量方法无法保证每一件产品的测量精确、且容易造成测量成本过高,因此需要一台专用的测量设备才能保证产品的质量控制。
这次设计的凸轮轴测量仪运用了现在比较热门的机器视觉作为测量手段,又采用了步进电机光栅等元件,因此对信号采集,图像处理,运动控制等方面有较高的要求。
导致影响最后测量精度的因素太多,因此调试过程会比较复杂。
本设计中的机械结构相对比较简单,但是关键零件精度要求非常高,对加工工艺以及设备要求较高,装配精度也要求较高,因此装配调试也比较复杂。
该设备必须具备精确测量凸轮轴轴向的节面尺寸的功能,并且必须满足以下型号的凸轮轴(轴向尺寸范围450~800mm)尺寸的测量:
ISD6B3954099、6B欧Ⅱ3283179、4B欧Ⅱ3929885、ISD4B电喷凸轮轴……
关键词:
测量手段,步进电机光栅,精度高,测量凸轮轴轴向尺寸
1前言凸轮轴是工程中常用的零件,在凸轮轴的大批量生产中,为了保证产品质量,产品的测量变得非常重要。
凸轮轴的轴向尺寸较多并且精度较高,用传统的测量方法无法保证每一件产品的测量精确、且容易造成测量成本过高,因此需要一台专用的测量设备才能保证产品的质量控制。
所以我设计了一台凸轮轴专用测量仪。
采用方案是利用CCD传感器识别边界,进行非接触式测量。
这在现阶段的测量技术领域还属于比较新颖的测量技术。
因为CCD传感器的视角范围很小,不能直接利用它来测量这样大尺寸的工件。
因此在本测量仪中,只利用它作为一个识别工件边界的工具,再利用光栅记录CCD传感器移动的距离,这样也可以得到精确的测量结果。
而且成本也比较低。
但是这种测量方法受环境光源的影响较大,因此对环境有一定的要求。
2国内外主要的一些凸轮测量仪
凸轮机构是常用机构,应用范围很广。
因此,对凸轮工作性能的要求就越来越高,而凸轮工作性能的好坏主要由相关的凸轮形线参数来决定。
因此,目前国内外对凸轮参数的测量仪的研究和开发也越来越广泛和深入。
下面将对此进行一下简要的介绍。
2.1中外合资广州威而信精密仪器有限责任公司研发的凸轮轴测量仪
如图1所示,为该公司研发的凸轮轴测量仪的实物图。
左边为凸轮测量仪器的安装和测量平台,右边为数据采集与处理平台。
该厂家研发的这套凸轮轴测量仪器,采用凸轮轴立式安装测量结构。
旋转轴由精密气浮主轴与气浮顶尖构成,双气浮直线运动导轨立柱做为直线运动基准,由进口电机驱动;电器部分由高级计算机及进口精密圆光栅传感器、精密光栅位移传感器组成。
测量软件采用基于中文版WINDOWS操作系统平台的WILSON测量软件,完成参数输入、测量选择、数据采集、处理及测量数据管理和测量结果打印输出等工。
这款测量仪器目前在国内还算是比较先进的,它主要有以下一些优点:
(1)立式主机测量结构:
凸轮轴垂直安装,避免重力因素影响对测量造成的误差;
(2)高精度:
机械运动部件和工件的定位(超精密气浮主轴与气浮顶尖、双气浮直线运动导轨立柱)均采用气浮结构,主轴精度高达0.08um;
(3)长寿命:
主轴、导轨均采用气浮结构,故永不磨损、精度保持长久、仪器精度寿命长达十年以上;
(4)数据采集采用世界上最著名的德国海德汉公司的精密光栅传感器(旋转、位移)及其相关技术,准确度高,稳定性好;
(5)工作平台和立柱导轨均采用精密花岗岩材料制成,可抑制周围环境的噪声和震动;
(6)可放置在企业计量室和生产车间现场使用
图1威尔信凸轮轴检测仪装置图2.2瑞士TRIMOS多功能轴类检测仪
如图2所示,瑞士TRIMOS公司生产的TWINNER多功能轴类测量系统可完成以下测量任务:
长度、直径、距离、递增尺寸、槽宽、槽径、中点距离、角度、孔的位置、曲轴和凸轮轴冲程、跳动、基于工件轴线的跳动、圆度、端面跳动、同心度、对称度、平行度、直线度、圆锥角度、最大最小值/差值、交点尺寸等。
TWINNER仪器特点:
1.稳定性高(仪器基体都由花岗岩制成),精度高、重复性好、操作简便
2.在车间环境下,长度、直径和跳动的测量精度能得到保证
3.一般情况下,仪器不必经常标定
4.更换工件后,无需对仪器进行重新标定
5.导轨直线度好<=0.002mm
6.顶针头座和尾座可以自由移动,工件可装夹在任意位置
7.特殊顶针座可选,可安放于两标配顶针座之间,这样可同时装夹两种工件,可同时测量
8.导轨和顶针座间平行度调整方便,在一些情况下(如顶针座受到撞击后)方便调整
9.长度和直径测量模块固定于测量支架上,与导轨垂直度好
10.测力固定,极大的减少了人为误差
11.长度和直径测量模块上装有特殊的机电机构,测量时所有测量结果和测量信息(如测量位置)有自动采集提示
12.仪器基本上有3个支架,第一个安放可选测量模块,第二个为长度测量系统,第三个为直径和跳动测量系统
13.另有各种测头、测量系统可选,例如:
孔测头,角度测量系统等,可为客户定做
图2TWINNER多功能轴类测量系统
以上简要介绍了一下,目前国内外关于凸轮轴测量仪器产品研发的一些情况,可见目前,凸轮轴测量仪器的发展越来越趋向于全自动化、高精度的要求。
3凸轮轴测量仪的组成采用顶尖定位被测工件、步进电机驱动、齿轮变速、丝杠传动,从而带动CCD座移动,CCD镜头瞄准工件边界通过软件识别边界,用反射式光栅记录轴向距离、通过运算,得到所需要的精确测量结果。
如图3所示。
3.1CCD传感器以及镜头的选择
根据用户要求,被测量的工件有多种型号,各型号产品的径向尺寸各不相同,就需要不同的焦距。
因此,我们选择了0.8-4.5倍变倍镜头以及型号为12V1E-EX的CCD传感器。
3.2导轨的选择
在本测量仪中,测量精度以及重复性的要求比较高,并且采用的是CCD传感器采样,因此要求导轨的行走平行度比较高,行走平稳。
因此,普通导轨就不能达到要求。
因此我选择了HIWIN台湾上银科技股份有限公司的导轨。
其型号为HGH35HA1R1160Z2P.其详细描写参照设计计算说明书。
3.3长光栅的选择
根据1)测量精度<0.005+L/30000(㎜)
2)重复性<0.008㎜的要求
我们选择了RENISHAW公司的光栅传感器:
RGH22,分辨率=0.001mm。
该传感器精度高,分辨率高,信号稳定,抗干扰强,能满足工程的需要。
3.4.电机的选择
本测量仪中使用电机的基本情况如下,需要一个初步定位(定位精度p<0.1mm),启动和停留的时间间隔较小(t<3s)。
因此我们就选择了步进电机作为驱动电机。
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行组件。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。
步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。
步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。
因此,步进电机非常适合在本测量仪中使用。
步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。
步进电机的型号我选择了DM5676B电机。
其详细描写参照设计计算说明书。
3.5齿轮设计
齿轮传动具有如下特点:
1)瞬时传动比恒定。
非圆齿轮的瞬时传动比又能按需要的变化规律来设计。
2)传动比范围大。
可用于减速或増速。
3)速度(指节圆圆周速度)和传递功率的范围大,可用于高速(v>40m/s)、中速和低速(v<25m/s)的传动;功率可从小于1w到105kw。
4)传动效率高。
一对高精度的渐开线圆柱齿轮,效率可达99%以上。
5)结构紧凑。
适用于近距离传动。
其中,渐开线圆柱齿轮的应用非常广泛。
它传动的速度和功率范围很大;传动效率高,一对齿轮可达98%~99.5%,精度越高,效率越高;对中心距的敏感性小,装配和维修比较简便;可以进行变位切削及各种维修?
、修缘,以适应提高传动质量的要求;易于进行精确加工;单级传动比为1~8。
在我们的设计中,对结构的要求比较严格。
丝杠的直径、电机的大小等都是定好的。
而且我们所需的仅是一级齿轮传动,传动比为4,根据以上特点,再根据总体功能要求,整个传动部件只起传动作用,为了节约成本,加工方便,因此我们最后选定外啮合的渐开线圆柱齿轮传动。
其详细描写参照设计计算说明书。
3.6滚动轴承的选择及计算
根据几何安装尺寸,查表7-2-52,
试选轴承代号6202,
d=15,Cr=7.65KN,
Dw=5.953mm,Z=8,C0r=3.72KN
0,
0
查表7-2-51:
e=0.19,
=1*(147+30)/2+0 =88.5N 查表7-2-8~表7-2-11,得: fd=1,fT=1,fn=0.303,fh=3.87,fm=1.5, 所以 = =1695.52N 轴承6202的Cr=7650N>1695.52N 故选取合适。 四.设计小结 4.1.仪器的优缺点、及有待解决的问题 作为一个测量仪器,要求的精度以及重复性是非常高的,这次设计的凸轮轴测量仪运用了现在比较热门的机器视觉作为测量手段,又采用了步进电机光栅等元件,因此对信号采集,图像处理,运动控制等方面有较高的要求。 导致影响最后测量精度的因素太多,因此调试过程会比较复杂。 本设计中的机械结构相对比较简单,但是关键零件精度要求非常高,对加工工艺以及设备要求较高,装配精度也要求较高,因此装配调试也比较复杂。 本设计中需要提高的地方有: 活动顶尖部件的锁紧结构的优化,齿轮传动比、电机、丝杠参数选择的优化。 4.22.项目小结 在设计过程中,要实现真正意义上的并行设计很难,vault提供了一种在inventor下的协同设计。 在实际的设计过程中,也发现了很多的问题,包括了我们自己对vault以及inventor的机制的理解及应用,也包括了vault以及inventor的某些机制或者功能的缺失。 通过这个项目,我对Inventor及Vault的理解及应用得到了提高。 五.参考资料目录 1北京有色冶金设计研究总院成大先主编.机械设计手册.第四版. 北京: 化学工业出版社,2002 2HIWIN台湾上银科技股份有限公司的选型样本 3RENISHAW公司的选型样本 4Parker公司的选型样本 5杨可桢程光蕴主编.机械设计基础.第四版.高等教育出版社 毕业设计 文献综述 院(系)名称 工学院机械系 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 高小欢 指导教师 王平诸 2013年03月19日
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- 关 键 词:
- 凸轮轴 测量 设计 文献 综述