不落輪車床全輪廓自動測量方法與流程
2023-05-24 09:13:46
本發明涉及本發明涉及數控車床技術領域，具體而言，涉及一種不落輪車床全輪廓自動測量方法。
背景技術：
我國鐵路運輸系統已經進了幾次大面積提速，高速鐵路運營佔比大幅度擴大，運營裡程穩居世界第一。由於高速鐵路發展時間短、速度快，普速列車、地鐵列車運用量巨大，維護裝備相對落後，因此高速列車、動車組、機車、客貨車車輛、地鐵列車、城市輕軌列車的運輸安全面臨許多新的課題，其中高速列車輪對加工的幾何精度，直接關係高速列車運行品質和乘坐舒適度等運行平穩度；特別是幾何精度不合格的輪對運行，嚴重威脅人民群眾的生命安全和國家財產安全。
現有的不落輪車床加工輪對採用輪形樣板、輪徑尺等測量工具人工對該輪對輪緣、踏面及直徑進行測量；或者部分車床設置有測量裝置的，也只是有針對性地設置了4-5個測量點，定點測量輪緣厚、內側距、踏面及直徑數據值。這樣測量所得的數據值僅僅是幾個「點」的值，不是車床全輪廓的「全覆蓋」值，其準確度不全面、也不高，因而不能有效地配合提高車床加工輪對的幾何精度。
本發明代之採用的不落輪車床全輪廓的自動測量的方法，通過全自動測量裝置的水平(Z向)方向滑動位移和垂直(X向)方向滑動位移組成的坐標系；結合輪對的自動旋轉，可持續測量輪對全輪廓50-800個點，完成對輪對的輪廓、輪緣高度、輪緣厚度、磨耗量及Qr值的測量；該測量方法經車床強大的數控系統運算，可顯示出全面準確的數據值，有力地配合車床提高輪對加工幾何精度，以適應我國高速鐵路發展要求，特別是確保我國動車組列車、高速列車的運行安全，降低或杜絕人民群眾生命和財產損失。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種不落輪車床全輪廓自動測量方法，採用連續接觸掃描方式測量輪對踏面的實際輪廓，測量點數據可在50-800個之間進行調整，採用全圓周接觸方式自動測量輪對和內側面跳動，並根據測量數據自動確定輪對起刀位置，實現自動對刀；以達到列車輪對的不落輪輪對加工前與加工後結果數據測量、網絡傳輸和分析管理、實現了車床加工管理自動化、提高輪對加工幾何精度和效率、保證列車運行平穩度的目的，解決現有不落輪車床在不解體輪對和帶軸箱輪對的加工過程中測量其加工結果數據值為間接比較值或依靠人工測量的方式，造成被加工輪對輪緣、踏面及踏面直徑的加工數據無法直接快捷地精確測量、網絡傳輸和分析管理的問題。
為實現本發明目的，採用的技術方案為：一種不落輪車床全輪廓自動測量方法，包括車輪輪對、工具機、以及位於工具機上的X、Z向坐標，其特徵在於，採用驅動裝置、回位裝置、X、Z向線性位移傳感器直線尺、X、Z向精密直線導軌副、盤型接觸輪、可彈性壓縮測量頭以及數控系統以組成不落輪車床的全輪廓自動測量裝置，本發明的不落輪車床全輪廓自動測量方法採用連續接觸掃描方式測量輪對踏面的實際輪廓，測量點數據可在50-800個之間進行調整，採用全圓周接觸方式自動測量輪對和內側面跳動，並根據測量數據自動確定輪對起刀位置，實現自動對刀；具體包括以下內容：
(1)X向線性位移傳感器直線尺定位在X向精密直線導軌副上，Z向線性位移傳感器直線尺定位在Z向精密直線導軌副上；
(2)Z向運動：全輪廓自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，數控系統接收到反饋信息後，使位於全輪廓自動測量裝置的測量頭移動至車輪輪對的Z向測量點對應位置上；
X向運動：測量頭在工具機的X向精密直線導軌副上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，數控系統接收到反饋信息後，使測量頭移動至車輪輪對的X向測量點對應位置上；
通過全輪廓自動測量裝置在X、Z兩個方向上的運動，使測量頭與車輪輪對的測量位置相接觸，測量頭完成數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
(3)數控系統將接收的測量數據進行處理，運算出車輪輪對直徑、踏面跳動、輪廓、輪緣高度、輪緣厚度、磨耗量及Qr值，通過屏幕顯示及遠程網絡傳輸、列印測量結果。
進一步地，所述的測量頭包括盤型接觸輪和可彈性壓縮測量頭；
其中：測量輪對直徑時，盤型接觸輪抵住輪對，並跟隨輪對同時旋轉，通過測量輪對的周長來計算出輪對的直徑；
在輪對旋轉的同時，由輪緣頂部向輪對外側移動，通過測量輪對的周長來計算出輪對的直徑以及可連續接觸掃描方式測量輪對踏面的實際輪廓；位於工具機上的車輪輪對做高速轉動，工具機帶動刀架拖板使全輪廓自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，此過程中Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪位移至車輪輪對的測量點對應位置上；數控系統接收到反饋信息後，控制驅動裝置使盤型接觸輪在工具機的X向精密直線導軌副上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪與車輪輪對的測量位置相接觸，車輪輪對帶動盤型接觸輪轉動，盤型接觸輪完成數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
測量輪對內側面時，可彈性壓縮測量頭始終貼靠輪對內側面，在輪對旋轉的狀態下測量內側面全圓周的跳動量，使跳動值真實可信；
數控系統控制驅動裝置使全輪廓自動測量裝置在工具機的X向精密直線導軌副上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪脫離輪對車輪的輪廓踏面；工具機帶動刀架拖板使全輪廓自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，此過程中Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，使可彈性壓縮測量頭位移與車輪輪對的內側面相貼靠的位置，可彈性壓縮測量頭完成數據測量後，通過回位裝置使可彈性壓縮測量頭復位，並將測量數據反饋到數控系統；
測量輪廓磨耗及輪廓時，盤型接觸輪始終抵住輪對輪廓，在輪對旋轉的同時，由輪緣頂部向輪對外側移動，可連續接觸掃描方式測量輪對踏面的實際輪廓；
所述測量頭在與輪對受力接觸且輪對旋轉的情況下工作時，測量結果不會受表面質量、汙染物影響，測量數據精準。
進一步地，所述的全輪廓自動測量裝置位於工具機的刀架拖板上；所述Z向運動通過工具機的刀架拖板完成，所述X向運動通過驅動裝置完成。
進一步地，所述的測量頭包括盤型接觸輪和可彈性壓縮測量頭。
進一步地，所述全輪廓自動測量裝置完成所述Z向運動後，使測量頭的盤型接觸輪移動至車輪輪對的Z向測量點對應位置上，數控系統接收到反饋信息後，數控系統使驅動裝置進行所述X向運動，使測量頭的盤型接觸輪與車輪輪對的測量位置相接觸，車輪輪對帶動盤型接觸輪轉動，盤型接觸輪完成車輪輪對的輪廓數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
所述驅動裝置完成所述X向運動後，使測量頭的可彈性壓縮測量頭移動至車輪輪對的X向測量點對應位置上，數控系統接收到反饋信息後，數控系統使工具機的刀架拖板帶動全輪廓自動測量裝置進行所述Z向運動，使測量頭的可彈性壓縮測量頭與車輪輪對內側面的測量位置相貼靠，可彈性壓縮測量頭完成車輪輪對的內側面數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
進一步地，所述全輪廓自動測量裝置的外部設有防護罩盒，防護罩盒的頂部設有活動門，活動門連接有液壓缸。
本發明還提供了一種不落輪車床的全輪廓自動測量裝置，包括刀架拖板，其特徵在於，所述刀架拖板上設有X向精密直線導軌副和Z向精密直線導軌副，X向精密直線導軌副上滑動設置有滑座，滑座上固定連接有固定塊，固定塊的X軸方向上設有驅動裝置，固定塊上設有Z向精密直線導軌副，Z向精密直線導軌副滑動設置有滑塊，滑塊上設有支架，支架連接有回位裝置，支架的一端設有支架座孔，支架座孔固定連接有碼盤固定體和軸承套，所述碼盤固定體上設有編碼器，軸承套的兩側分別設有盤型接觸輪和可彈性壓縮測量頭。
進一步地，所述回位裝置包括位於固定塊上的Z向軸杆，所述Z向軸杆與支架滑動連接且Z向軸杆上套設有復位彈簧，復位彈簧的一端抵在支架上，另一端抵在固定塊上。
進一步地，所述的驅動裝置設為液壓油缸或氣缸。
採用本發明具有如下優點：
1、解決現有不落輪車床在不解體輪對和帶軸箱輪對的加工過程中測量其加工結果數據值為間接比較值或依靠人工測量方式問題，解決了被加工輪對輪緣、踏面及踏面直徑的加工數據無法直接地快捷精確測量、又不能通過網絡傳輸加以分析管理的問題；
2、配合單軸不落輪車床或雙軸不落輪車床加工過程，本發明的車床全輪廓自動測量的方法對被加工輪對加工前的精度狀態和加工後的精度狀態都可「直映」顯示出來，有利於精確地提高輪對加工質量和外形幾何精度，為列車的行車安全、高速動車組走行部輪軌關係的改善拓展新的研究領域，並最終為我國高鐵維護車床設備標準制定作出貢獻；
3、本發明可以廣泛應用於鐵路列車、動車組、城市輕軌列車及地鐵列車的車床輪對加工過程中。本發明的車床全輪廓自動測量的方法融合於車床機械電子技術，測量傳感技術、數字控制技術、計算機信息處理技術和接口技術實現了不落輪車床的自動化加工，實時在線。
附圖說明
圖1是本發明提供的不落輪車床的全輪廓自動測量裝置的結構示意圖；
圖2是本發明提供的不落輪車床的全輪廓自動測量裝置的結構示意圖的A向視圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例子並結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
本發明提供的不落輪車床全輪廓自動測量方法，均可用於單軸或雙軸不落輪車床設計、製造，以填補車床加工測量方法的空白，提高車床的自動化程度和加工效率；本發明提供的不落輪車床全輪廓自動測量方法，包括車輪輪對、工具機、以及位於工具機上的X、Z向坐標，其特徵在於，採用驅動裝置2、回位裝置、X、Z向線性位移傳感器直線尺、X、Z向精密直線導軌副、盤型接觸輪7、可彈性壓縮測量頭6以及數控系統以組成不落輪車床的全輪廓自動測量裝置，本發明的不落輪車床全輪廓自動測量方法採用連續接觸掃描方式測量輪對踏面的實際輪廓，測量點數據可在50-800個之間進行調整，採用全圓周接觸方式自動測量輪對和內側面跳動，並根據測量數據自動確定輪對起刀位置，實現自動對刀；具體包括以下內容：
(1)不落輪車床的全輪廓自動測量裝置固定於工具機的刀架拖板1上，X向線性位移傳感器直線尺通過工具機的X向坐標定位在X向精密直線導軌副14上，Z向線性位移傳感器直線尺通過工具機的Z向坐標定位在Z向精密直線導軌副12上；
(2)Z向運動：全輪廓自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，數控系統接收到反饋信息後，使位於全輪廓自動測量裝置的測量頭移動至車輪輪對的Z向測量點對應位置上；
X向運動：測量頭在工具機的X向精密直線導軌副上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，數控系統接收到反饋信息後，使測量頭移動至車輪輪對的X向測量點對應位置上；
通過全輪廓自動測量裝置在X、Z兩個方向上的運動，使測量頭與車輪輪對的測量位置相接觸，測量頭完成數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
(3)所述的數控系統具有較強的車床抗幹擾能力；數控系統將接收的測量數據進行處理，運算出車輪輪對直徑、踏面跳動、輪廓、輪緣高度、輪緣厚度、磨耗量及Qr值，通過屏幕顯示及遠程網絡傳輸、列印測量結果。
測量車輪輪對直徑和輪廓磨耗及輪廓時，盤型接觸輪7抵住車輪輪對，在車輪輪對旋轉的同時，由車輪輪對的輪緣頂部向車輪輪對外側移動，通過測量車輪輪對的周長來計算出車輪輪對的直徑以及可連續接觸掃描方式測量車輪輪對踏面的實際輪廓；
位於工具機上的車輪輪對做高速轉動，工具機帶動刀架拖板1使自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，此過程中Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪7位移至車輪輪對的測量點對應位置上；數控系統接收到反饋信息後，控制驅動裝置2使盤型接觸輪7在工具機的X向精密直線導軌副14上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪7與車輪輪對的測量位置相接觸，車輪輪對帶動盤型接觸輪7轉動，盤型接觸輪7完成數據測量，並將測量數據反饋到數控系統；
測量車輪輪對內側面時，可彈性壓縮測量頭6始終貼靠車輪輪對內側面，在車輪輪對旋轉的狀態下測量內側面全圓周的跳動量，使跳動值真實可信；
數控系統控制驅動裝置2使自動測量裝置在工具機的X向精密直線導軌副14上移動，X向線性位移傳感器直線尺將X向的位置信息反饋到數控系統，使盤型接觸輪7脫離輪對車輪的輪廓踏面；工具機帶動刀架拖板1使自動測量裝置在工具機的Z軸方向上移動，此過程中Z向線性位移傳感器直線尺將Z向的位置信息反饋到數控系統，使可彈性壓縮測量頭6位移到與車輪輪對的內側面相貼靠的位置，可彈性壓縮測量頭6完成數據測量後，通過回位裝置使可彈性壓縮測量頭6復位，並將測量數據反饋到數控系統。
驅動裝置2、盤型接觸輪7以及可彈性壓縮測量頭6均與數控系統電連接，數控系統接收到反饋信息後做出相應的動作，完成車輪輪對的數據測量。
全輪廓自動測量裝置的外部設有防護罩盒11，防止了鐵屑、塵埃的侵入，防護罩盒11的頂部設有活動門，活動門連接有液壓缸或氣缸，其動作由液壓油缸或氣缸控制，該活動門的開啟、關閉與測量頭7伸出、縮回節奏同步。
盤型接觸輪7和可彈性壓縮測量頭6在與輪對受力接觸，且輪對旋轉的情況下工作，測量結果不會受表面質量、汙染物影響，測量數據精準；
圖1、圖2還提供了一種不落輪車床的全輪廓自動測量裝置的結構示意圖，包括刀架拖板1，其特徵在於，所述刀架拖板1上設有X向精密直線導軌副14和Z向精密直線導軌副12，X向精密直線導軌副14上滑動設置有滑座13，滑座13上固定設置有固定塊9，固定塊9的X軸方向上設有驅動裝置2，固定塊9上設有Z向精密直線導軌副12，Z向精密直線導軌副12滑動設置有滑塊10，滑塊10上設有支架4，支架4連接有回位裝置，支架4的一端設有支架座孔，支架座孔固定連接有碼盤固定體和軸承套16，所述碼盤固定體上設有編碼器，所述編碼器是將信號(如比特流)或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備，編碼器用於記錄盤型接觸輪7和可彈性壓縮測量頭6的跳動位移變量、角位移變量、周向位移變量等，運算出車輪輪對直徑、踏面跳動、輪廓、輪緣高度、輪緣厚度、磨耗量及Qr值，軸承套16的兩側分別設有盤型接觸輪7和可彈性壓縮測量頭6。
回位裝置包括位於固定塊9上的Z向軸杆15，所述Z向軸杆15與支架4滑動連接且Z向軸杆15套設有復位彈簧，復位彈簧的一端抵在支架4上，另一端抵在固定塊9上；
驅動裝置2設為液壓油缸或氣缸作為本發明的具體實施例的一種優選方案。
自動測量裝置的垂直X向精密直線導軌副14固定在車床刀架部分刀架拖板1上(即X向)，滑座13位於該X向精密直線導軌副14上，這樣，X向滑座13可沿垂直方向(X向)任意滑動位移；水平方向(Z向)精密導軌副12固定在X向滑座13上，而Z向支架4位於該精密直線導軌副12上，這樣，Z向支架4可沿水平方向(Z向)任意滑動位移；綜合起來，就形成了該測量方法所需的垂直(X向)方向、水平(Z向)方向平面坐標系。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。