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1、602000年9月机械设计与制造工程第29卷 第5期批量工件球心位置的快速检测朱正德（上海大众汽车有限公司质保部计量中心，上海 201805）摘要：介绍了一种工件球心位置专 用检具,适用于轿车等速万向节中保持器这一类批量生产零件的工序间快速检测。详细描述了这种专用检测装置的工作原理和结构特点，并通过误差分析证明了它所具有的足够的测量精度关键词：球心位置；专用检具；测量精度中图分类号：TG80文献标识码：B文章编号:1007- 9483（ 2000） 05- 0060- 02The Effectual Measurment about the Center Position of Part in
2、 Batch ProductionZHU Zheng- de(Shangnai Volkswagen Co. Ltd. , Shanfai, 201805, China)0 05mm收稿日期：2000- 03- 06;修订日期:2000- 05- 29作者简介：朱正德（1945-）,男,上海人，上海大众汽车有限公司教授级高工，从事大批量生产中的在线检测技术工作。 994-2010 China Academic Journal ElectronicHou迪 All rishU reserved. http:wwcnki Hi图1是两种轿车等速万向节中的保持器，其内、外面都 为球面的一部分，它们的
3、球心位置，即0点至端面的距离 有较高的精度要求，成品公差为 0 02mm,半成品公差为图1被测工件示意图为解决在批量生产情 况下,对这类工件的工序间检测 乃至最终检测的有效方 法,从经济性、实用性的原则岀发, 研制了一种高效的专用检 测装置,较好地满足了批量工件 外球面球心位置的快速检测的需要。1专用检测装置的概况所研制的专用检测装置为一台式检具，图2是其结构 示意图。底座4右端的立柱2起着圆柱导轨的作用，测量 架3夹固在其上，并可沿垂直方向上下移动。测臂7是一 回转杠杆，采用过盈配合的微型轴承 8为枢轴，固定在测架 3的左侧。测臂7的左端为测量头，它由上下两个小圆柱 组成，为便于这一对触 点
4、的夹紧，从图2中可见,在测臂的 设计上采取了相应的措 施。底座4上固定的工作台11用 于承载工件10并将其定位，该台面由对称的两部分组成, 中间的凹槽是为了适 应测量规格较小的工件，此时测架3 将下降,测头可能会低于工作台 11的定位面P。该检测装置采用比较 测量方式,故在检测前需先用一 个标准件对装置校零。标 准件为鼓状实心球台,球径和球 心至端面的距离都为 额定值。针对不同规格的工件,测架 3需要调节到相应 的位置，使回转中心C与标准件的球心 Oo处于同一水平线。虽然要精确地做到这一点不太容易， 但从后面介绍的测量原理 可知，测头中心C和工件中心0 的微小高度差,对检测结果影响很小。校准
5、时,将工作台上 的标准件推向测量头，使两测柱9稳定地与工件右侧的圆 弧母线相贴合，此时对千分表1进行对零。夹持 千分表1 的表架5固定在测座3 上,由螺钉6紧固。然后再在工作 台上放置被测工件，千分表上显示的实测值是工件球心高 相对额定值的偏差。I2；.q I' JI I1098?4图2专用检具的结构与组成1千分表 2立柱 3测量架 4底座 5表架 6螺钉 7测臂 8微型轴承9测柱 10工件 11工作台 12限位挡块由此可见，这种检测装置具有很强的通 用性,能适用于 多种型号规格的工件。而在品种单一，大批量使用的场合, 为提高效率，还可在工作台上设置两限位挡块12,给快速 连续操作带来
6、很大方便。若再在千分表上配以弧形公差带 标志,则将使操作工人作岀合格与否的判断更为快捷。2测量原理与误差分析上述检测装置的工作原理如图 3所示，图中00为标准 件的球心，C为测臂的回转中心,双圆柱测头与标准件右?检测与技术朱正德批量工件球心位置的快速检测61侧球面的接触点为 Mi。和M2。为简化分析计 算，把图2 中测柱9的半径r折算到工件的半 径中去，设工件的实际 半径为R ,则图3的测量原理示意中的当量半径！ R?为：R? = R+ r。当工作台上为标准件时，与测头对应那一侧 测臂相接触的千分表 被调到零位。然后,换上从生产线上 其表面在M i和M2点相接触。由于此时工件的中心 。1低 于
7、(或高于)。,测头为了与偏离中 心位置的球 面贴合，必 须偏转一个 角度,从而使测臂发生倾斜，如图3中虚线所 示。此时，右侧千分表读数将不再为零，设其为I。下面建 立工作球心位置的变化量e与千分表读数I之间的关系。图3检具测量原理示意图b+ . (R + r)2- a2L(2) 94-2->1(: I e= k?*腿用ublishitm Mouji吐.AH riII(下转第63页)从图3可见，被测工件球心。并不在标准件中心0。 的垂直线上，而在水平方向有一偏移量=COo (1 - cos )式中：为测臂倾斜角,#°o00。由于球心变动量远小 于测臂长度COO,故在计算中仍把。1
8、认为在。的垂线 上由此可得。1。I=C。CG(1)式中：COo=CB+BOo,BOo=r-(R+r) - (72M 1oM 2o),设 CB = b,M 1 oM2O =2 a, CG = L ,而R为被测工件的球 径,公差为 0 02mm。 在导岀式(1)的过程中，视测量中心与工件中心。为等 高,即 阪与定位面P平行,其实这是不太可能的，但由于 两者的高差h相比C。小得多，且对同一规格的一批工 件，h值很接近。在采用比较测量的情况下，完全可忽略其 影响设球心位置变动量 。1。= e,则从式(1)可得式中：R取决于被测工件的规格,当R = 30mm时,根据图 2所示检测装置的结构参数，经计算得
9、e= 1 355I ,也就是 说,若检测装置上的千分表显示值为+ 10 m(或-10 m) 时,被测工件球心的实际位置误差为e = 13 35 m(或-13 35 m)。在图纸规定球心允差为 0 02mm时，从式(2) 可知，千分表上的显示范围为 0 015mm,即 15 m。在 批量生产时，若在千分 表盘上加上弧形标识，能方便、迅速 地进行合格与否的判断。将式(2)改写成式中：k是取决于被测工件规格的系数,如上例中R = 30mm时，k = 1 335。表1列出了最常用的几种工件的R- k!对应值。表1常用修正系数kR29303132333435k1 3131 3351 3581 3811
10、4041 4261 449在生产批量很大的情 况下，可以根据所加工的工件按 不同的R值对千分表表盘进行适当 处理,除设置公差标识 外,还可换上专门绘 制的表盘。但对 于一些主营配件的生 产厂，虽然产量很高，但品种、规格相对较多，这时,安排2 台图2所示的检测装置，分别用于中小规格(R = 29 32) 和中大规格(R = 3235)的工件。从表1可见，在这样的 区间里，系数k的变化范围很小，均只有0 068,由此引起 的测量误差小于5% ,若e = 0 01mm,偏差只在0 3 0 4 m之间。从安全起见，k取值时均向大的一侧靠，例如 对于中小 型规格,k取为1 381,而对于中大型,则取k
11、= 1 449。事实上，以上做法在实际操作中有很大意义，因为 保持架的品种、规格虽多，但大部分都集中在表1所示的区 间里，R的真实尺寸一般也不是整数，如D = 69 65, 68 07,64 56, 61 34, 60 75, 58 82, % %(习惯上用直径表 示),故除了大批量 生产的企业外，其它零配件生产厂采用 如上方式 是合理的。参照图3,把式(2)改写成H = H。- &b+ ' (R + r) - a ? I (4) 式中：I前的系数就是式(3)中的k,它实质上是检具的杠 杆比，取决于检具的结构参数和被测工件的规格。对式(4)进行微分，可得其误差式! H = !
12、H。- k? ! I - I ? ! k(5)严格地讲，！ k是一项独立的随机误差，k表达式中的R ,即?工场技术肖龙干 祁立标 变频调速装置在罗茨鼓风机系统中的应用63系统运行时，随着用气量下降，气压则升高,通过自动 调节、变频器输岀频率 降低,气压即可回落；当变频器输岀 频率减少到起动频率fs时,气压仍高于设定值，可编程控 制器发岀指令，接在变频器上运行的第三台M3风机被切 除,第二台M2风机由电网切换至变频器，通过系统调节, 变频器输岀频率从50Hz继续下降，使压力重新达到设定 值。同样，当流量继续 下降,气压继续升高时,可编程控制 器使变频器接至第一台风机 Mi运行，通过系统调节，使气
13、 压降至设定值。3变频器容量选择原则输岀电流是表达 变频器输岀能力的重要参数。所以, 容量选择的基本原则，即所选变频器的额定输岀电流必须 大于电动机的额定电流。同样，对于电动 机来说，不是看其 容量的值，而是用其额定电流与变频器额定输岀电流进行 比较。另外，由于变频器的过载能力受电流大小和时间长 短两个因素的限制，为了减小起动容量，只好采用 低频低压 软起动，电动机的起动 转矩要比工频电源直接起动时低得 多,引入变频器后能否 起动恒转矩负载和飞轮转矩大的负 载,便成了选择变频器时值得研究的另一问题。所以，选择 变频器容量时，除了考虑变频器和电动机 特性外，还必须考 虑负载的性质和起动要求。根据
14、上述原则和对连续运转的风机泵类负载所需变频器容量p0必须满足如下3点。(1) 变频器容量必须大于负载所要求的输岀，即kPM?cos#(2) 变频器容量不能低于电动机容量，即Po (匕.3 Vm|m ) 10 3(3) 变频器电流I 0应大于电机额定电流，即I o ( kl M起动时变频器容量应满足下式：2knGD、_n_.Po ( 973?cos#(Tl+ 375)tA )以上各式中：GD2为电机轴端换算GD2 ,kgm2; tA为加速 时间,s; k为电流波形补偿系数(1 05 1 1); Tl为负载转 矩,kgm; ?为电动机效率(通常取0 85) ; cos#为电动机功 率因素(通常取0
15、 75) ; Pm为负载所要求的 电机输出，kW;|m电机额定电流，A; Vm为电机额定电压，V; n为电动机额定转速，r/ min 4软件设计PLC软件设计采用梯 形图语言,实现各种逻辑顺序控 制，风压闭环控制等，程序框图如图2所示。在软件设计中 利用PLC定时中断功能完成数据采样、数字滤波、PID运算 及控制输岀。图2软件设计流程图5结束语变频调速装置安 装投入运行后,实际运行工况在以下 几方面有明显改善：(1) 可节能降耗，以2台45kW风机为例，其每天输出 功率仅相当于2台风机以额定功 率连续运 转8h,以每天两 班,每年按340天计,年节约电能2) 45kW ) 8h ) 340=
16、244 800kWh,按0 5元/kWh计算,全年节约电 费12 24万 元，一年即可收回全部投入，经济效益显著。(2) 噪声由80dB降低为30dB。(3) 风量(压力)控制自动化,降低了劳动强度，设备故 障率降低，运行参数 直观,可同时显示压力、频率、转速、电 压、电流等运行参数。参考文献：1刘 锋,魏 青 变频调速恒压供水集成控制系统J电气自动化,1999, (6) : 14- 172李学旺 变频器在港口机械设备中的 应用J电气传动, 1999, (6) : 27- 29?工场技术肖龙干 祁立标 变频调速装置在罗茨鼓风机系统中的应用63?工场技术肖龙干 祁立标 变频调速装置在罗茨鼓风机系
17、统中的应用63(上接第61页)使对同一规格的工件，其值也是一个变量，变动范围为工件 的球径公差。当然,检具的结构参数L, b, a, r等也有制 造公差,但从前面介绍的工作原理可知，只有测臂回转枢钮 岀现的配合间隙才会直接 带来测量 误差，而采用过盈的微 型轴承则排除了这个问 题。由此 可见,! k虽不为零，但其 对检具杠杆比的影响，也就是对测量结果的影 响极小，可忽 略不计。这样，式(5)就可简化为! H = ! H O- k? ! I(6)© 1994-2010 China Academic Journal Electronic 1根据误差理论，这种检测装置测量工件球心位置，即球 心高时的极限误差为! H =.(! H o)2+ ( k? ! I)2(7)式中:! H o为标准件制造公 差,当选用量程 为0 1mm的 0级千分表时，在全量程范围内的 示值误差为4 m,在任一 圈(0 2mm)内的示值误差不超过 3 m。以生产批量很大的 R = 30mm这一规格的工 件为例，此时k = 1 335,代入式 (7),则有! H = 0 005mm。由此可见,该检具的精度足以保证工件测得值的准确性。uh1i*ihiiia Housie. All riahts reserved, httpjnki.!ii