五十鈴汽車傳動軸三叉耳孔自動加工生產(chǎn)線是一條包含鉆、擴、锪、粗鏜、精鏜、自動測量、滾擠等工藝的自動加工生產(chǎn)線，并配有上下料裝置、前后提升裝置和排屑裝置等輔助設備。其工藝流程如圖1所示。
該自動加工生產(chǎn)線采用可編程序控制器集中控制。PLC選用OMRON公司生產(chǎn)的C200H，在中央控制臺上設有工況顯示和測量數(shù)據(jù)顯示。自動測量裝置安裝在C8工位上，在自動循環(huán)過程中，自動測量被加工的工件，其測量結(jié)果顯示在C8工位上和中央控制臺上，決定下道工序是否加工以及刀具的磨損情況。
1 測量原理
圖2是氣動量儀的氣路原理圖。具有恒定壓力P1流量為Q1的壓縮空氣從錐度玻璃管的下端流入玻璃管內(nèi)腔，通過浮標與玻璃管之間的間隙向上流出管外。由于間隙很小，起到節(jié)流作用，因此在浮標的上下形成壓差。在此壓差的作用下，浮標被托起，同時浮標與管壁的間隙隨之增大，流速減小，靜壓力增大。當浮標靜止在某一位置時，浮標上面的靜壓力為P2。此時由差壓作用在浮標上的力剛好與浮標的重量相平衡。則：
?。╬1－p2）f＝W （1）
式中：f———浮標上平面面積
W———浮標的重量
設氣體是理想氣體，而且流經(jīng)錐度玻璃管的流速比較小，因而可以不考慮氣體的可壓縮性（圖3所
示）。根據(jù)不可壓縮流體的伯努利方程，并不考慮氣體本身的重量，有：
式中：v1———Ⅰ－Ⅰ截面上的氣體平均流速
———Ⅱ－Ⅱ截面上的氣體平均流速
r1———Ⅰ－Ⅰ截面上的空氣重度
r2———Ⅱ－Ⅱ截面上的空氣重度
g———重力加速度
根據(jù)流體的連續(xù)性方程，流過截面Ⅰ－Ⅰ的空氣與流過截面Ⅱ－Ⅱ的空氣流量是相等的。即：
式中：Ff———浮標上平面位置截面的錐度玻璃管內(nèi)腔面積
F1———Ⅰ－Ⅰ截面的玻璃管內(nèi)腔面積
將（3）式代入（2）式并考慮到r1和r2相差極小，可以認為r1＝r2＝r，則可得：
考慮到實際的氣體是具有粘性的，所以通過Ⅱ－Ⅱ截面的氣體流束的實際流速v2，將小于式（4）計算所得的流速。設：
流過Ⅱ－Ⅱ截面的空氣流束的流量Q1＝v2（Ff－f）。
對于量儀來說，式（5）中的g、W、f和r都可以看成是常數(shù)，即流量Q1只與c和F成函數(shù)關(guān)系。
流量系數(shù)c與浮標的形狀和氣體的雷諾數(shù)有關(guān)，若雷諾數(shù)在一定的界限以上，流量系數(shù)就與雷諾數(shù)無關(guān)了，所以流量系數(shù)可以看成一個常數(shù)，這樣，流量Q1就只是截面積F的函數(shù)。
玻璃管的內(nèi)腔是圓錐形的，設其小端直徑為D1，錐度為K，則距玻璃管下端為H的截面的內(nèi)腔面積為：
從式（6）可知：流過玻璃管的流量Q1只是浮標高度的函數(shù)。但是，我們需要通過流量的變化來測
量工件的尺寸的變化。
設噴嘴的直徑為d，噴嘴與擋板之間的間隙為S，當S在一定的范圍時，噴嘴擋板的流出面積F可以表示成下式：
假設氣體是理想氣體，氣體流動是絕熱的。這樣，從玻璃管上端流出來的壓縮空氣，通過與直徑為d的噴嘴擋板的流出面積等效的節(jié)流孔流入大氣（圖4所示）。取截面Ⅲ－Ⅲ和Ⅳ－Ⅳ。設Ⅲ－Ⅲ截面上的靜壓力為p3≈p2，流速為v3，Ⅳ－Ⅳ截面上的靜壓力為p4≈1大氣壓，流速為
，按可壓縮性流體的伯努利方程，有：
式中：k———空氣的絕熱常數(shù)，k＝1．41；
r0———空氣的重度
因為流動過程是絕熱的，壓力和重度的關(guān)系如下式：
此外，根據(jù)壓縮性流體的連續(xù)方程，流過截面Ⅲ－Ⅲ和Ⅳ－Ⅳ的氣體的重量流量相等，即：
如果速度系數(shù)也為ξ，則流過Ⅳ－Ⅳ截面的氣體的重量流量為：
如果把大氣壓p4看作零,p2取相對壓力,則:
流經(jīng)下班管的氣體必然全部通過噴嘴流入大氣,所以:Q1=Q
即：
式(11)是表達浮標的位置H與噴嘴擋板之間隙的函數(shù)。說明了當噴嘴擋板之間的間隙改變時，就將引起浮標位置H的變化。反之，從浮標的位置就能知道噴嘴擋板之間的間隙值。這就是浮標式氣動量儀測量工件的工作原理。
從式（11）可以看到，當玻璃管內(nèi)腔成圓錐形時，H與S的關(guān)系是非線性的。實際上p2的值也不是一個常數(shù)，它也隨S值的變化而稍有變化。當玻璃管的內(nèi)腔按圓錐形和二次曲線型的復合形狀設計，這樣才能保證H和S之間的線性關(guān)系。
2 測量儀器的組成
圖5是測量儀器組成的方框圖。首先，將噴嘴來的氣動信號經(jīng)過氣電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電氣信號，便于處理。然后將電氣信號放大、整理，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）中，進行轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再將數(shù)字量送入單片計算機進行處理。測量噴嘴安裝在移動滑臺上，當測量噴嘴到達測量位置時，測量位置到控制開關(guān)閉合，同時，上位計算機（OMRONPLC）通過RS－232通訊口向下位計算機（測量裝置）發(fā)出控制命令，動測量。由于自動加工生產(chǎn)線的加工節(jié)拍為4～5分鐘，而測量工位從測量移動滑臺的原位到達測量位置并進行測量，再返回到測量原位，僅需要15～20秒時間。為了減少測量誤差，上位計算機發(fā)出測量命令開始，測量裝置重復10次測量，將所得到的測量結(jié)果進行算術(shù)平均后，作為本次測量結(jié)果，在測量裝置的顯示窗口中顯示，并通過通訊口發(fā)回上位計算機。根據(jù)測量結(jié)果判斷下道工序是否進行加工。如果測量結(jié)果在工件的允許誤差范圍以內(nèi)，則下道加工工序———滾擠加工進行。如果測量結(jié)果在工件的允許誤差范圍以外，則下道工序———滾擠加工（C7工位）不進行加工，且用聲光進行報警，提醒操作人員進行處理。
3 結(jié)束語
本自動加工生產(chǎn)線是我院專為某傳動軸廠設計、制造的專用生產(chǎn)線。并于1995年7月交付至今，運行良好。由于本測量裝置采用氣動非接觸測量，對加工測量面無損傷，保證了加工的精度。
測量裝置的測量范圍：0～200μm；
測量間隙：0．2～0．3mm；
測量精度：±1μm。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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