[发明专利]切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法及装置

权利要求书

1.切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于：充分利用曲轴数控磨床C轴、X轴和Z轴的高精度运动以及机床各轴所配光栅尺测得的轴位置数据，通过控制砂轮架的移动使得测头定位在有效测量区域，然后利用头架旋转，使得曲轴连杆颈以顺时针和逆时针两个方向分别与测头接触两次，并通过机床数控系统读取两次接触时的C轴角度坐标值；在测量结束后，对两次测量的数据进行处理、计算，即可得到使加工使用的机床坐标系与编程使用的工件坐标系重合的机床头架C轴的坐标偏移量，从而实现曲轴的角向定位；具体操作步骤为：

1). 测量装置随砂轮架沿机床Z轴移动到曲轴的被测档位，由气缸推动连接杆将测头放下到测量状态，通过伺服电机驱动测量装置沿直线导轨                                                轴由初始位置运动到测量位置，使得测头位于有效测量区域内，并由数控系统读取、记录该测量位置时机床X轴及直线导轨轴坐标；

2). 由头架驱动曲轴绕C轴先以较高的速度沿逆时针旋转，当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐标；然后头架驱动曲轴以低速退回一定角度，并再次切换至较高的速度沿顺时针旋转，当曲轴连杆颈接近测头时切换至低速，慢慢靠近直至接触到测头，再次由数控系统读取并记下当前机床C轴角度坐标值；

3). 测量完成后，测量机构由伺服电机驱动沿直线导轨轴退回至初始位置，再由气缸拉动连接杆将测头竖起至加工状态；

4). 根据记录的X轴、轴坐标以及求解和的公式可求出测头处于测量位置时，测头中心在坐标系中的坐标(，)；

5).根据两次测得的C轴角度坐标值、，可求出两次触碰时，连杆颈中心坐标()和()的数学表达式；

6). 根据已得到的数据和几何关系，建立求解和rp的方程组；其中

rp为连杆颈半径；

7). 利用数值迭代的方法求解该非线性方程组，即可得到和rp，根据设置机床头架C轴的坐标偏移量，即可使加工使用的机床坐标系与编程使用的工件坐标系重合，从而实现曲轴的角向定位。

2.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于：所述步骤4) 中测头中心在坐标系中坐标(，)的计算方法如下：

以曲轴回转中心为坐标原点，砂轮架进给方向为Xc轴，竖直方向为Yc轴，建立曲轴角向定位坐标系，测量装置安装在砂轮架上，使用前需要先利用标准曲轴工件对测头中心在坐标系中的位置(，)进行标定，其中：

仅与测头安装位置有关，可通过标定得到：=，其中，Cy是测头在Yc轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变；

除了与安装常量有关，还与测量时机床X轴及直线导轨轴坐标相关，标定后可得到：          =+X+ ，其中，Cx是测头在Xc轴方向的安装常数，随测头安装位置的不同而变化，但测头安装完毕后即固定不变。

3.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于：所述步骤5) 中连杆颈中心坐标的计算方法如下：

式中=-=-机床头架C轴位于零时，连杆颈与主轴颈中心的连线与XC轴正半轴之间的夹角，为所求未知量；LS为已知的所测曲轴的曲柄半径。

4.根据权利要求1所述的切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量方法，其特征在于：所述步骤6)中建立和rp的方程组的方法如下：

在直角三角形中，满足，即： 

                      

在直角三角形中，满足，即：

                      

式中，rp为所求连杆颈半径，d为所用测头直径

由上述表达式可以整理得到求解和rp的方程组：

   。

5.一种切点跟踪磨削中曲轴角向定位测量装置，包括触发式测头系统、伺服电机、直线导轨、气缸及其他辅助机构；其特征在于：

1). 伺服电机与直线导 轨组成的直线运动机构固定在悬臂支架上，装有触发式测头系统的底座与导轨相连接，而悬臂支架则固定在砂轮架上，因此整个装置能随砂轮架沿机床的X、Z轴方向运动，测量范围可覆盖整根曲轴；

2). 伺服电机与导轨的组合，可实现测量装置在X轴方向上的灵活移动，更方便地调整测头位置；触发式测头安装在具有一定长度的连接杆上，在气缸的驱动下收起和放下；

3). 为了防止磨削时测量装置与工件发生干涉，故加工时可利用气缸将测头翻转至竖直位置，并沿着直线导轨缩回，不会对正常磨削产生影响。