高分辨率监测速度轴承压合

变速器、变速箱或差速器可能包含4到6个轴承，这些轴承在装配线上按下安装到位，每天生产多达3000个变速器，因此在汽车动力总成总成中，零件安装到位时自动找到准确的终点的问题尤其普遍。压合件也广泛用于涡轮机械，飞机，工业机械，运动控制系统和精密医疗设备的组装或重建。许多这些大批量的压力机装配操作受到慢速监视器的阻碍，这些监视器不能准确地拾取终点。把零件压得太紧几微米就会毁了它。另一方面，停止得太快，零件就不能正确地定位，导致过多的报废或返工，早期服务故障，保修问题或性能不佳。放慢过程以确保适当的座位会损害吞吐量和竞争力。

所述压合机包括一个液压缸，用于提供压合力，其位置由位移传感器感知。气缸压在力传感器上，力传感器通过称为压合工具的适配器驱动轴承或衬套进入外壳的孔中。

马萨诸塞州马尔伯勒的HBM公司开发了一种高分辨率的压合监测系统，该系统可以在50秒内拾取过程的终点。这个速度足够快，可以在不危及零件的情况下加速自动压合操作。该系统已经在美国和欧洲的几条装配线上运行，这些装配线的零件公差在一微米范围内，力公差小于尺寸的0.5%。

HBM的高级应用工程师史蒂夫•韦伯表示:“这基本上是多年来在压合监测中使用的‘窗口’技术的改进。”HBM在全球拥有超过1万套设备。“不同之处在于数据采集速度快得多，并且可以真正同时测量力和位移，从而更精确地获取终点。”

与大多数在线测试不同，压合监测是动态的——感兴趣的参数是力和位移随时间的关系。在开窗过程中，压力和位移在压合周期中被监测，并在PC屏幕上以曲线形式显示。该曲线必须通过屏幕上一系列规定的力/位移窗口:初始接触窗口、拟合窗口和结束窗口。(参见“力监测的窗口技术”插图。)

初始接触窗口显示一个力尖峰，因为待压的插入件首先与将被压入的外壳中的孔的边缘接触。当压力机和零件对齐时，力会上升，以使零件滑入外壳，然后随着零件开始滑入孔而下降。

配合接触窗口显示了将零件推入孔内所需的或多或少的稳定力。由于它是典型的过盈配合，当零件滑进时，外壳和插入件都需要轻微变形。摩擦不太重要，因为滑动表面通常是润滑的。

末端窗口显示了当零件达到其行程极限时，突然的指数力上升。

系统必须在衬套或轴承被压回家的精确瞬间停止压机，否则部件可能被压碎。在周期结束时，力的指数上升发生在不到一毫秒的时间内。

“如果处理得当，精密轴承可能会持续一生，但在装配过程中，它们对过度压力的容忍度不是很高，”韦伯说。“使它们如此耐磨的特性也使它们容易受到损坏。”然而，压合仍然是安装轴承的选择方法，因为没有人找到更好的方法。

旧的压合监测系统使用多路复用或“采样并保持”方法来获取数据，按照今天的标准，这是非常缓慢的。这两种系统都可能在力和位移读数之间产生数据漂移或滞后，从而在如此快速移动的过程中呈现出无法描绘现实的曲线。

新系统依赖于MGCplus精密测量放大器，在3到5秒的压合周期内，每50秒进行一次真正的力和位移同时测量。“显示的曲线反映了快速移动过程中每毫秒的真实情况，”韦伯说，“数据是精确的。终点被快速感知，以避免以更高的线速度损坏零件。”

窗口屏幕突出了压合操作的三个关键阶段:初始接触，配合和结束停止。

24位级别的高分辨率监控成本是8至16位范围的主流系统的5倍，为更紧密地控制许多过程中的任何“问题”操作、更高的吞吐量和更通用的压合机器打开了大门。“许多用户需要保持微米级的尺寸公差和力公差优于尺度的0.5%。这些精度水平在以前的压合中是根本不可能的，”韦伯说。

至于多功能性，韦伯说，MGCplus放大器可以容纳各种传感器类型，旧的DAQ放大器不能。这可以将专用压力机转变为通用机器。

一个恰当的例子

在美国的首批应用中，一个高分辨率压合监测系统在东南部的一家领先的动力总成工厂每天运行6400个循环。该系统在4秒的周期内沿着特征曲线跟踪200个点，以保持尺寸公差在0.003英寸以内。在名义上的3%以内的力量，并选择最重要的终点。在整个周期内，力的范围从0到15,000牛。

每个压力配合试验站由一个高度先进的HBM型WA四分之一桥位移传感器安装在压力滑块上，以及一个HBM力传感器组成。两个输入馈送到HBM MGCplus测试放大器，专为压合监测而设计。放大屏幕显示实际的力-位移曲线和它应该通过的公差“窗口”。软件在HBM放大器提供100%的可追溯性。

现在是第三代，MGCplus DAQ系统为每个通道提供24位A/D转换器，以及所有通道的同步和同步测量。包括自动检查，自动校准和增强的数据信心(ECID)，以实现完整的可追溯性。它可以作为一个独立的设备或与PC轻松配对，并与所有catman, LabView, Diadem和BEAM软件兼容。标准软件包包括MGCplus Assistant，其中包含向导，以方便启动和配置。

Webb说，尽管工厂中有许多干扰源，但传感器固有的稳定性和坚固耐用的放大器使测量几乎不受外来噪声的影响。他补充说，该系统已被证明非常稳定，工厂已将校准检查的间隔时间从每月一次延长到每季度一次。

韦布说:“‘窗口式’印刷机本身并不是什么新鲜事物。”几十年来，HBM在全球拥有超过10,000个安装。“这里的新特点是更高的数据密度，提高了线速度的潜力，对尺寸和力的控制更紧密，对工件的保护也更大。”

作者信息

C.G. Masi是控制工程。打电话给他。charlie.masi@reedbusiness.com。

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