曲轴的中心孔确定方法及中心孔确定装置 |
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| 申请号 | CN200980127063.0 | 申请日 | 2009-06-25 | 公开(公告)号 | CN102089118A | 公开(公告)日 | 2011-06-08 |
| 申请人 | 小松工机株式会社; | 发明人 | 义本明广; | ||||
| 摘要 | 一种 曲轴 的中心孔确定方法及中心孔确定装置，能够容易且适合地确定曲轴的中心孔的 位置 ，该中心孔确定方法用于确定由上模和下模成型得到的曲轴毛坯的中心孔，包含第一步骤至第四步骤。第一步骤，分别获取由上模和下模成型的各部位的形状数据。第二步骤，通过将各部位的测定数据与相对应的设计数据进行比较，算出因模具偏移而产生的各部位的偏移量。第三步骤，基于偏移量插补与偏移量对应的数据，从而再现实际形状数据。第四步骤，基于实际形状数据，以使曲轴毛坯的旋转平衡在规定范围内的方式确定中心孔。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种曲轴的中心孔确定方法，该方法用于确定由第一模具及第二模具成型得到的曲轴毛坯的中心孔，其特征在于，包含以下步骤： |
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| 说明书全文 | 曲轴的中心孔确定方法及中心孔确定装置技术领域背景技术[0002] 由于曲轴被组装在发动机中使用，因此，如果曲轴存在旋转不平衡，则在发动机旋转时会产生振动等问题。因此，需要将曲轴的旋转不平衡量(以下，简称为不平衡值)控制在规定的容许值内。为了将该曲轴的不平衡值控制在容许值内，作为曲轴的加工基准的中心孔的位置显得非常重要。 [0003] 于是，例如利用平衡测定器，实际使毛坯(素材)状态的曲轴(曲轴毛坯)旋转，进行毛坯的平衡测定，确定曲轴毛坯的平衡中心轴，并在该中心轴上的曲轴两端面加工中心孔。并且，在加工的最终阶段，再次利用平衡测定器，进行绕中心轴旋转的平衡测定，当存在不平衡时，通过在平衡重上打孔来进行平衡调整。 [0004] 这里，如果将毛坯状态的曲轴(曲轴毛坯)加工成符合设计数据的理想的形状，能够通过在主轴颈的中心形成中心孔，容易地将不平衡值控制在容许值内。假设，即使因其后的加工而导致失衡，最终也能够在平衡重上打孔而容易地进行平衡调整。 [0005] 但是，实际上，由于铸造模具、锻造模具的问题或者修整、起模时的影响等，存在曲轴毛坯上产生厚度偏差(偏肉)的情况。这里，由于曲轴毛坯的几乎所有加工均对主轴颈圆柱部及连杆轴颈圆柱部进行，因此各圆柱部的厚度偏差被消除，但是，几乎没有被加工的平衡重存在厚度偏差，作为整体依然存在质量不平衡。 [0006] 其结果是，最终在进行平衡调整时，即使在平衡重上打孔来进行调整，曲轴整体也依然不平衡。另外，例如在规定的作业周期时间内不能够调整平衡而被视为次品的情况下，由于在平衡调整时能够打孔的量有限，因此，不能将不平衡值控制在容许值内。 [0007] 另外，存在由于不能去掉曲轴的不可或缺的部位而不能够将不平衡值控制在容许值内的情况。 [0008] 这样，在不能够将曲轴的不平衡值控制在容许值内的情况下，需要通过平衡测定来算出中心孔加工位置的偏移量，并将该偏移量反馈到中心孔加工工序中而修正中心孔加工工序的处理。在此情况下，在偏移量被反馈之前加工有中心孔的曲轴毛坯已成为次品。另外，如果毛坯生产批次变化，则需要在每当批次变化时反馈偏移量，从而存在需要花费大量工时的问题。 [0009] 这里，作为曲轴的中心孔位置的确定技术，已知专利文献1公开的方法。在此，抽取多个毛坯作为样本，对中心孔加工时的轴中心与加工后的中心孔位置的差等对于加工完成后的不平衡量产生的影响进行统计处理，由此获取确定中心孔位置时的补正量。 [0010] 另外，在专利文献2中公开了以下技术：通过动平衡试验求出曲轴毛坯两端面中的动平衡点，其后测定曲轴毛坯的轴颈部等的形状，根据该测定结果算出加工后产生的不平衡量，并在从动平衡点仅移动不平衡量的修正位置形成中心孔。 [0011] 专利文献1：(日本)特开平9-174382号公报 [0012] 专利文献2：(日本)特开昭51-76682号公报 [0013] 在专利文献1中，必须事先对多个样本进行加工等并收集统计数据，因此需要花费劳力、时间、成本。另外，当生产批次变化时，统计倾向发生很大变化。 [0014] 对此，根据专利文献2，能够不使用样本而确定中心孔。但是，为了检测出作为用于确定中心孔的基准的位置，首先必须进行动平衡试验。为了进行动平衡试验，必须事先准备价格高昂的平衡测定器。 发明内容[0015] 本发明的目的在于，提供一种能够容易且适合地确定曲轴的中心孔的位置的技术。 [0016] 为了在曲轴的适合位置形成中心孔，需要准确掌握曲轴毛坯的实际形状。因此，本发明通过简单的方法准确地求出曲轴毛坯相对于设计值的误差，根据其结果再现曲轴毛坯的实际形状。 [0017] 这里，曲轴毛坯通常利用上模和下模通过锻造或者铸造成型。曲轴毛坯的误差大多因成型时上模与下模相互间的偏移而产生。因此，将用于再现曲轴毛坯的实际形状的解析分为由上模成型的部位和由下模成型的部位来进行效果更好。 [0018] 另一方面，根据经验可知，由各模具成型的各部位的形状本身基本上按照模具形状成型。另外，虽然弯曲也是导致产生毛坯误差的主要原因，但是，该弯曲不会使由各模具成型的各部位的形状本身发生变形。因此，只要对曲轴整体分析出各部位如何移动，便能够准确地求出毛坯误差。 [0019] 于是，第一发明提供曲轴的中心孔确定方法，用于确定由第一模具及第二模具成型得到的曲轴毛坯的中心孔，包含以下第一步骤至第四步骤。第一步骤，分别获取由第一模具及第二模具成型的各部位的形状数据。第二步骤，通过将各部位的测定数据与相对应的设计数据进行比较，算出因模具偏移而产生的各部位的偏移量。第三步骤，基于偏移量插补与该偏移量对应的数据，从而再现实际形状数据。第四步骤，基于实际形状数据，以使曲轴毛坯的旋转平衡在规定范围内的方式确定中心孔。 [0020] 在该发明中，测定由各模具成型的各部位的形状数据，根据该测定数据与设计数据求出偏移量，插补与偏移量对应的数据，从而再现实际形状数据。因此，能够通过较少的测定数据获得有效的实际形状数据。并且，无需使用价格高昂的平衡测定器。 [0021] 第二发明的曲轴的中心孔确定方法在第一发明的方法的基础上，在第一步骤中，获取多个平衡重中的每一个的由第一模具成型的部分和由第二模具成型的部分的除轴向形状以外的二维形状数据。 [0022] 这里，可以明确在通过铸造或者锻造成型曲轴时，各部位的形状按照模具形状成型，几乎不产生误差。另外，还可以明确轴颈部位不对不平衡造成影响。因此，在该第二发明中，获取平衡重的除轴向形状以外的二维形状数据。 [0023] 这里，只要获取对旋转平衡影响最大的平衡重的形状数据即可，而且，只要获取二维形状数据即可，因此使处理简单化。 [0024] 第三发明的曲轴的中心孔确定方法在第一发明的方法的基础上，在第一步骤中，获取轴向上的至少四个部位的形状数据。 [0025] 这里，能够通过测定轴向上的至少四个部位的形状数据，测定因弯曲而产生的毛坯误差。 [0026] 第四发明的曲轴的中心孔确定方法在第一发明的方法的基础上，在第二步骤中，利用最小二乘法求出测定数据与设计数据最接近的位置，由此算出偏移量。 [0027] 第五发明的曲轴的中心孔确定方法在第一发明的方法的基础上，在第三步骤中，在由第一模具成型的部分与由第二模具成型的部分重叠时除去重叠部分的数据，而在两部分分离时在分离的部分填补数据，由此再现实际形状数据。 [0028] 第六发明的曲轴的中心孔确定方法在第一发明的方法的基础上，在第四步骤中，求出绕中心线的惯性积等于0的惯性中心线，由此确定中心孔。 [0029] 第七发明提供曲轴的中心孔确定装置，用于确定由第一模具及第二模具成型得到的曲轴毛坯的中心孔，具有形状数据获取装置、偏移量算出装置、实际形状数据再现装置、中心孔确定装置。形状数据获取装置分别获取由第一模具及第二模具成型的各部位的形状数据。偏移量算出装置通过将各部位的测定数据与相对应的设计数据进行比较，算出因模具偏移而产生的各部位的偏移量。实际形状数据再现装置基于偏移量插补与偏移量对应的数据，从而再现实际形状数据。中心孔确定装置基于实际形状数据，以使曲轴毛坯的旋转平衡在规定范围内的方式确定中心孔。 [0031] 图1是适用本发明实施方式的曲轴的一例的外观立体图。 [0032] 图2是表示曲轴毛坯以及使该曲轴毛坯成型的上模和下模的外观立体图。 [0033] 图3是曲轴毛坯的加工系统的结构图。 [0035] 图5是用于说明各部位的偏移量的计算方法的图。 [0036] 图6是用于说明各部位的数据插补处理的图。 [0037] 图7是用于说明算出重心的处理的图。 [0038] 附图标记说明 [0039] 1曲轴毛坯 [0040] 2上模 [0041] 3下模 [0042] 10中心孔加工机 [0043] 11形状测定机 [0044] 20计算机 [0045] 21CPU 具体实施方式[0046] [曲轴毛坯] [0047] 图1表示曲轴毛坯的一例，这里表示的是直列四缸发动机用曲轴毛坯。如图2所示，该曲轴毛坯1使用上模2与下模3锻造成型。需要说明的是，本发明能够同样适用于铸造成型的曲轴毛坯。 [0048] 曲轴毛坯1具有主轴颈J(J1～J5)、连杆轴颈P(P1～P4)、平衡重CW(CW1～CW8)。在曲轴毛坯1中，在Z轴方向上依次排列有主轴颈J1、平衡重CW1、连杆轴颈P1、平衡重CW2、主轴颈J2、平衡重CW3、连杆轴颈P2、平衡重CW4、主轴颈J3、平衡重CW5、连杆轴颈P3、平衡重CW6、主轴颈J4、平衡重CW7、连杆轴颈P4、平衡重CW8、连杆轴颈P5。 [0049] [曲轴加工系统] [0051] 曲轴加工系统100具有：在曲轴毛坯1的两端面上加工中心孔的加工装置的一例的中心孔加工机10、在曲轴毛坯1的两端面上加工的中心孔的确定处理装置一例的计算机20以及对于加工有中心孔的曲轴毛坯进行规定加工的曲轴加工机30。 [0052] 中心孔加工机10具有用于测定曲轴毛坯形状的测定装置一例的形状测定机11。 [0053] 形状测定机11具有例如激光位移计、红外线位移计、LED式位移传感器等非接触位移计，或者差动变压器等接触式位移计，基于来自位移计的测定值测定曲轴毛坯1的形状。在本实施方式中，如后面所述，仅测定曲轴毛坯1的平衡重的外形形状。形状测定机11也可以是通过从多个不同位置测定测定对象而将曲轴毛坯的整体形状生成为三维形状数据的三维数字转换器(图像扫描器)。 [0054] 计算机20具有中央处理器(Central Processing Unit，CPU)21、只读存储器(Read Only Memory，ROM)22、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)23。 [0055] ROM22存储由CPU21执行的各种程序、各种信息。在本实施方式中，ROM22存储后述的曲轴毛坯1的中心孔位置确定处理的程序。另外，ROM22存储曲轴毛坯1的设计三维形状数据(以下称为三维形状设计数据)。从该三维形状设计数据能够获得曲轴毛坯1的各平衡重的设计外形形状数据。另外，ROM22存储由曲轴加工机30对曲轴毛坯1进行的加工内容。 [0056] RAM23被用作存储程序、数据的区域，或者存储CPU21的处理所使用的数据的作业区域。 [0057] 如图3(b)所示，通过由CUP21向RAM23读取并执行存储在ROM22中的程序，因此计算机20具有形状数据获取装置20a、偏移量算出装置20b、实际形状再现装置20c及中心孔确定装置20d的功能。随后对要执行的各处理进行说明。 [0058] [关于毛坯误差] [0059] 如上所述，曲轴毛坯的误差因成型时上模与下模相互间的偏移而产生。该模具偏移产生的误差分为以下情况：在曲轴的轴向(Z轴方向)上偏移的情况，在横向(X轴方向)上偏移的情况，模具彼此分离的情况，合模面减小而模具彼此靠近的情况，模具彼此之间存在角度偏移的情况，以及上述情况合成的情况。不论在哪种情况下，分别由上模和下模成型的各部位大致按照模具的形状成型。因此，在本实施方式中，通过掌握由各模具成型的各部位如何位移，能够容易且准确地再现实际形状，从而实现有效的中心孔确定。 [0060] 另外，毛坯误差包含因毛坯弯曲而产生的误差。该因弯曲而产生的误差分为以下情况。 [0061] (1)成型时的弯曲 [0062] 在通过上模和下模使毛坯成型后，将上模和下模上下分开并取出完成的毛坯，在该上模和下模分离时，因毛坯未从模具中一方分离而产生弯曲。 [0063] (2)去毛刺时的弯曲 [0064] 在毛坯成型后实施上模与下模的接合面的去毛刺工序，在该去毛刺时，产生弯曲。 [0065] (3)加热时或者冷却时的弯曲 [0066] 在毛坯成型时，毛坯的温度达到1000℃以上的高温。成型后被冷却，在该冷却过程中产生弯曲。另外，成型后通过淬火处理来提高毛坯强度，在该工序中产生弯曲。 [0067] 但是，毛坯的以上的弯曲不会使各部位的形状变形，但是作为整体有较大地弯曲的倾向。因此，当产生弯曲误差时，能够通过得知各部位的位移来再现实际形状。 [0068] 而且，在V6、V8发动机用曲轴中，作为毛坯误差，在扭曲(ツイスト)时产生角度误差。 [0069] [关于各部位] [0070] 从以上的说明中可知，为了再现曲轴毛坯的实际形状，将曲轴分成多个部位的处理更为有效。这里，如图4所示，将曲轴分为各圆柱部及各平衡重，进一步将这些部位分为上模与下模成型的部位进行分析。然后，由于各轴颈几乎不对不平衡造成影响，因此，在本实施方式中，仅对各平衡重实施处理。 [0071] [实际形状数据的再现处理] [0072] 以下，对实际形状数据的再现处理进行说明。 [0073] <毛坯的实际形状测定处理> [0074] 首先，使用形状测定机11测定曲轴毛坯1的形状。测定部位设定在可测得曲轴的各部位的位移量的位置。具体而言，如图5的●所示，测定部位是各平衡重的外周轮廓位置及侧面轴向位置。即，通过该测定，能够获得各平衡重中的每一个的由上模成型的部位和由下模成型的部位的除轴向形状以外的二维形状。在图5中示意性地表示了测定位置，实际上，在更多的位置上测定形状。 [0075] 另外，可以使用以下测定方法，例如，在工件四周配置位移计并使工件旋转，或者不使工件旋转而使位移计绕工件旋转，或者以从上下夹入的方式使传感器直线移动。 [0076] <偏移量计算> [0077] 为了算出因模具偏移而产生的各部位的偏移量，利用最优满足法(ベストフイツト法)。即，如图5所示，由于通过测定而得到的数据相对于设计值存在位置、角度的偏，因此，对于该测定值与设计值适用最小二乘法。具体而言，为了使设计数据与测定值一致而进行移动、旋转，算出数据误差的平方和达到最小的位置。 [0078] 通过上述最优满足法，求出对象部位的重心的位移量。在图5中，示出了垂直方向的位置位移及水平方向的位置位移。然后，对各部位即各平衡重的由上模成型的部位与由下模成型的部位进行以上处理，求出各自的重心的位移量。在图5中也示出了角度位移，该角度位移用于后述的数据插补处理。 [0079] 另外，当以外周形状的最优满足结果为基础使设计形状移动、旋转时，在符合设计值的形状以保持原样的状态被移置的前提下进行计算。 [0080] <各部位间的数据插补处理> [0081] 如图6(a)、(b)所示，通过上述处理，平衡重的各部位移动的结果，各部位U、D在几何上不连续。即，如图6(a)所示各部位彼此分离，或者如图6(b)所示各部位彼此重叠。在多数情况下，上模部位U与下模部位D有分离倾向，为了再现实际形状数据，需要对该几何上不连续的部位进行数据插补。 [0082] 在各部位彼此分离的情况下，在实际形状中，由于材料也应当存在于彼此分离的各部位之间，因此，为了再现实际形状数据，需要补偿数据。在该插补处理中，能够根据之前的偏移量算出处理求得的各部位的位置位移及角度位移进行计算。 [0083] 并且，在各部位彼此重叠的情况下，由于重叠部位的材料为一个，因此，在数据插补处理中需要去除数据中重叠的部分。与上述各部位彼此分离的情况同样，在该处理中也能够根据各部位的位置位移及角度位移进行计算。 [0084] 这里，在进行数据插补处理时，由于未测定平衡重的轴向形状数据，因此中央部截面形状(参考图7(b))利用设计数据本身。在上模及下模不存在角度偏移的情况下，基于平衡重的中央部截面形状单纯地进行数据插补处理(这里的“插补”是包含数据的追加及去除两方面的概念)即可。但是，如果上模和下模存在角度偏移，由于截面的厚度不均匀，因此，即使基于中央部截面形状单纯地进行数据插补处理，也不能够进行正确的插补处理。 [0085] 于是，如图7(b)及7(c)所示，当存在角度偏移时，将平衡重中央部截面分成微小区域，得到其面积分布。然后，利用平衡重的厚度分布(图7(d))，将各微小区域的截面积和相对应的厚度相乘而算出其总和，由此进行数据插补(图7(e))。 [0086] 如图6(a)所示，通过以上处理，对于所有平衡重算出上模区域U、下模区域D、上模中央区域Mu、下模中央区域Md的质量及重心，由此能够准确地再现实际形状数据。 [0087] [中心孔位置的确定] [0088] 接着，将各部位(U、D、Mu、Md)作为质点，根据在之前的处理中得到的各部位的质量及重心，通过以绕惯性中心线的惯性积等于0(零)为条件求解三维线性方程，求出32个质点(这里，由于是直列四缸用曲轴，因此为4×8＝32个)的惯性中心线。 [0089] 然后，通过将曲轴毛坯的轴向两端面位置的z轴坐标代入上述求得的惯性中心线的x、y式中，求出中心孔位置。将该信息传送至中心孔加工机10，在曲轴毛坯1的两端面位置加工中心孔。 [0090] 并且，在曲轴加工机30中，对形成有中心孔的曲轴毛坯主要实施轴颈部的加工。 [0091] <特征> [0092] 如上所述的本实施方式具有以下特征。 [0093] (a)由于注意到曲轴毛坯的大部分误差因模具偏移而产生，因此，对模具成型的各部位分别进行形状数据测定并算出偏移量，由此进行数据插补处理，因此，用于获得实际形状数据的形状测定及用于得到实际形状数据的数据处理被简化。 [0094] (b)由于注意到轴向的成型大致按照模具的形状完成，几乎不产生误差，因此，对于除轴向形状以外的二维数据进行测定并处理，因此，能够使数据处理进一步简单化。 [0095] (c)在轴颈中，即使存在模具偏移，也可以通过切削加工在完成品中消除该影响，因此可以忽略轴颈的模具偏移。因此，无需对轴颈进行数据处理，从而使数据处理进一步简单化。 [0096] (d)在上述实施方式中，对于直列四缸发动机用曲轴进行了说明，但是，也能够完全同样地形成扭曲(ツイスト)的V6、V8发动机用曲轴。此时，把扭曲误差也当做角度误差进行处理而已。进一步，通过在计算上增加理论上的平衡重而算出惯性中心线。 [0097] [其他实施方式] [0098] (a)在上述实施方式中，只对平衡重进行了数据处理，而未对轴颈进行数据处理，但是，也可以对这些部分均进行处理。相反，也可以测量轴颈的位置偏移，根据该位置偏移推测平衡重的位置偏移。 [0099] (b)在形状测定处理中获取了二维数据，但是，也可以获取三维数据。 [0100] (c)在确定中心孔的位置时求出了惯性中心线，但是，并不限于该处理。 [0101] (d)可以对所有的平衡重进行平衡重的形状测定，但是，只要对轴向上的至少四个部位进行形状测定，就能够把握包含弯曲的毛坯误差。 [0102] 工业实用性 [0103] 根据本发明，能够使用较少的测定数据容易且准确地再现曲轴的实际形状，从而能够确定适合的中心孔位置。 |
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