1　概述

　　自動校直是平衡校正技術的一個重要領域，指的是機械產品中作旋轉運動或往復運動的細長軸、桿類零件，在加工或熱處理過程中產生的彎曲變形，通過高精度測量后迅速地予以校正，使工件恢復直線狀態的一組自動進行的操作。自動校直工序在汽車工業，特別是轎車工業中用得最多，如發動機中的曲軸、凸輪軸，變速箱中的傳動軸等軸類零件以及轉向機中的轉向拉桿，減振器中的連桿等桿類零件均需要經過嚴格的校直。相比之下，機床等工業產品中的某些軸類零件，雖然也有很嚴的直線性要求，需在制造中設置校直工序，但很少用自動校正方式。其原因是轎車為大批量生產方式，除了確保質量外，還必須有很高的效率和較低的成本。圖1是幾種有代表性的零件的示意圖。盡管形狀、尺寸各異，但對所有這些工件的校直，性質都是相類似的，甚至都可以在同一種但不同規格的自動校直機上進行校正。軸類、桿類零件的自動校直過程包括自動測定工件的校直量、自動實施校直操作和事后的檢驗。盡管這類設備有很多品種，結構、性能各不相同，但基本形式卻頗多共同處，最主要的一點就是上述三項功能一般都在一個工位上實現，不象另一些自動校正設備，如動平衡、稱重去重自動機的總體布置那么形式繁多。按自動化程度的高低，它們被分成全自動和半自動兩類。主要差別在于工件的上、下料方式。對后一種情況，被校正的軸類零件進入和退出工位由操作者人工進行，工件到位后，操作人員按下按鈕，以下的測量、校正和檢驗工作全部由機器自動完成。全自動校直機的上、下料多數采用抬起步伐式輸送方式。這是一種同步作用的多工位梁式輸送裝置，不但具有較高的輸送速度，而且動作可靠。驅動源為液壓，但也有用氣動和機械的。圖2是這類自動校直機中的一種。根據工件的不同規格，即使同一專業生產廠的產品也分成多個品種、若干個系列，不僅表現在工作壓力上(適應規格不同的軸類零件)，而且在主機形式和工作驅動方式等方面也有所區別。以主機形式為例，目前主要有兩種：C型類似于硬度機樣式，門型則類似于壓力機。前一種形式的機型在大小不等的各種自動校直機上都有應用，而后一種主要用在中、大型校直機上。表1所示為三種系列化自動校直機的主要技術指標。

圖1

圖3

圖4

　　對測量結果進行判斷，若每個截面的實測徑向跳動量都在允許公差范圍以內，則此工件為合格品，不需再進行校直。這種情況下，兩夾持頂尖退回，步伐式輸送機構動作，動梁托起工件移出測量、校正工位。反之，若每個跳動量的實測值既超出公差范圍，也超出了可校直的上、下限臨界點，則該軸為廢品，由輸送裝置移走，并被推入一專門盛放不合格品的料箱中。只有當工件的測量結果介于校直范圍，即超出合格品界限，但小于廢品臨界點時，才真正開始按校正程序對工件執行校直。此時，脫離兩頂尖夾持狀態的軸被支承在固定V型架和中間若干個可移動的支承11(根據需要確定工作位置，圖3中有一個活動支承)上，對準工件第一個校正截面的壓頭7在液壓缸2的驅動下快速下移(圖3中3為液壓缸運動導向裝置)。當距離接觸表面6～7mm時，由一接近開關發出信號，使壓頭轉而以很慢的且很精確的速度下降，在壓頭接觸軸上表面的一瞬間，一個零位檢測系統發出精確的觸發信號，使微機系統能準確地測出壓頭的工作行程，而且消除了由于壓頭磨損可能引起的誤差。壓頭的校正量(工作行程)是由工件的自身特性和截面所在位置的彎曲程度決定的。另外，除軸兩端的固定支承外，中間支承的數量和位置也是預先確定的。因為實施校正時，在壓頭加力時，只有鄰近兩支承真正起作用。第一次校正操作完成后，壓頭上升至起始點與工件的中間位置，然后工件在靜止狀態下由測量單元對經校正的工件彎曲度進行檢查。如果測得結果已在允差以內，則這一點(截面)的校正就暫告結束。微機控制系統會通過圖3中的電機6，利用滾珠絲杠5驅動壓頭裝置沿導軌移至軸上的第二個校正位置，類似第一個那樣進行作業。若實測結果顯示仍處在允差以外，即原有彎曲度未得到有效的校正，這就意味著第一次校正時壓頭行程太小，此時微機系統會對原來行程量加以修正，確定一個新的合適的工作行程，然后對工件的這個截面進行新一輪校直作業。反之，假如檢測后表明校正過量，則說明壓頭的工作行程太大，微機控制系統一方面將根據實際過量情況作修正，再次確定對這個點進行校正的壓頭工作行程；另一方面，通過機器又一次啟動，重復前面的步驟，經雙頂尖相向移動、重新夾持工件旋轉以及測量、定位等動作過程，仍從第一點起實施校正。需要指出的是，軸類零件的校直往往有反復現象，即同一點(截面)常需經過數次校正。上面介紹的兩種情況還是比較簡單的，有時還存在校正完畢后，前面點的彎曲度又超差，再得返回作業的情況。在批量生產情況下，為保證必要的效率，一般都在自動校直時規定了每個點最多校正次數，超過次數仍未達到要求的工件，作廢品處理。圖5是自動校直的程序框圖，反映了整機的主要工作過程及其相互關系。

圖5

　　圖3所示的自動校直機還具有以下9項統計分析的功能：1)經過校正工件的總數；2)合格品總數；3)廢品總數；4)合格品所占百分比；5)一批被校工件中，每個點的最大跳動值；6)一批被校工件中，每個點的最小跳動值；7)一批被校工件中，每個點在校正前的平均跳動值；8)各點的標準偏差；9)各點的C_P值。

3　自動校直的機理簡介

　　校直的機理涉及工件的變形規律，而工件的變形規律直接與其幾何形狀、材料和熱處理等因素有關。事實上，即使在批量生產情況下，兩根任意抽取的工件的負荷/變形特性曲線之間也總有微小差別，因此，自動校直機在校正程序設計過程中，只能采取統計分析的方法，以確定壓頭工作行程、行程補償等數值。另一方面，在軸類工件中，有相當部分并非在圓周各個方向都是對稱的，如凸輪軸、曲軸等。為簡化程序，凸輪軸還是作為全對稱工件來處理的，而曲軸則比較復雜。圖6a是一種四缸發動機曲軸及其相應的負荷/變形特性曲線圖(圖6b)。在圖中，顯示了在工件同一截面X、Y、Z三個方向施加壓力后的變形規律。其中，工件在Z方向的剛度最大，故其在彈性區內線性段的斜率也最大；X、Y兩個方向的剛性很接近。圖6b還說明了一批工件力學性能之間客觀上存在的差別，圖中幾根曲線分別反映編號為1、2、3的三組工件的負荷/變形規律。由于斜率較大，故確定它們的彈性極限和對應的變形量還較容易。如圖中工件在Z方向的變形量超過1.67mm、在Y方向超過2.19mm時，就會產生塑性變形，X方向的彈性極限介于Y和Z之間，故壓頭的工作行程必須大于1.67mm或2.19mm。在此基礎上，再疊加校正值，且考慮一些其他因素的影響。由此可見，壓頭對工件的校正完全是以上述這些基本情況為基礎的。當測量結果表明，最大跳動發生的平面(即校正面)位于圖6a中X、Y和Z軸以外的方位時，校正過程就比較復雜。一種方法是把彎曲度分解到X(Y)、Z兩個方向，分量的確定既要依據偏轉度，又要考慮相鄰兩方向的不同剛度值，然后再在X、Y和Z三個方向通過壓頭校正；另一種方法是類似一般工件，在任意方向進行校正，但必須先經過微機運算確定此時工件的負荷變形規律，只有在此基礎上，壓頭的工作行程才是合理的。