普什寧江：NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備
2023-2-3 來源：機(jī)床協(xié)會(huì) 作者：-
2022年10月10日，中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)公布了“關(guān)于2021年度中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)先進(jìn)會(huì)員（十佳）的表彰決定”，共計(jì)20家會(huì)員企業(yè)榜上有名（含10家“自主創(chuàng)新十佳”，10家“產(chǎn)品質(zhì)量十佳”）。為了更好地宣傳這些先進(jìn)會(huì)員企業(yè)，協(xié)會(huì)傳媒部針對十佳企業(yè)及其產(chǎn)品組織了系列專題宣傳報(bào)道，以協(xié)會(huì)行業(yè)發(fā)展部提供的資料為素材，經(jīng)與相關(guān)企業(yè)確認(rèn)后在協(xié)會(huì)主辦的全媒體平臺(tái)公開發(fā)布，與業(yè)界同仁相互交流，共同進(jìn)步。
—— 中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)傳媒部
NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備
NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備（見圖1），采用機(jī)電一體化的立式布局，配置廣州數(shù)控GSK25i系列數(shù)控系統(tǒng)，可以控制X、Z兩個(gè)直線軸和S一個(gè)伺服主軸，其中X、Z軸為聯(lián)動(dòng)軸。
機(jī)床可滿足球頭SΦ3～SΦ10范圍內(nèi)的柱塞組件收口。柱塞組件收口后，柱塞應(yīng)擺動(dòng)靈活且擺動(dòng)角度不小于±30°，柱塞的軸向游隙不大于0.025mm，拉脫力不小于2500N，一次合格率大于90%，單件生產(chǎn)節(jié)拍約10～15秒，換裝時(shí)間8-10分鐘。
圖1 申報(bào)產(chǎn)品圖片
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
針對航空航天、汽車、工程機(jī)械等行業(yè)柱塞泵核心組件旋合加工裝備的需求，以精密、高效、穩(wěn)定、柔性、智能的旋合工藝為總體目標(biāo)，提出了基于雙向協(xié)同進(jìn)給的旋壓收口方案；進(jìn)而以模塊化設(shè)計(jì)與數(shù)字化設(shè)計(jì)方法為指導(dǎo)思想，以高檔數(shù)字制造裝備及其智能化關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對柱塞座和柱塞旋合工藝、精密微進(jìn)給施合、多軸伺服驅(qū)動(dòng)同步及多通道數(shù)控、旋合力監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集管理等關(guān)鍵技術(shù)的研究，成功研制出多軸智能控制、機(jī)械手自動(dòng)上下料集成一體的NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備。
2.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
（1）提出了一種基于雙向（徑向、軸向）協(xié)同進(jìn)給的高效柔性旋壓工藝。如圖2所示，通過對雙向進(jìn)給參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整與優(yōu)選匹配，可完成不同收口曲線的多軸聯(lián)動(dòng)旋壓工藝，提升了裝備面向復(fù)雜幾何特征柱塞組件旋壓收口需求時(shí)的工藝柔性與生產(chǎn)效率。目前，NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備可同時(shí)滿足球頭直徑Φ3mm~Φ10mm等規(guī)格柱塞組件旋壓收口工藝要求，最高旋壓效率為6件/min（球頭Φ7.4mm），相較于國內(nèi)、外同類產(chǎn)品，效率分別提升500%與30%。
圖2 雙向協(xié)同進(jìn)給精密高效旋壓工藝示意
（2）提出并研制了一類具有自定心特性的數(shù)字化精密旋壓機(jī)構(gòu)。借助我司成熟的數(shù)字制造裝備精密進(jìn)給系統(tǒng)解決方案及實(shí)施技術(shù)，形成了多軸旋壓運(yùn)動(dòng)全閉環(huán)伺服靶向調(diào)控技術(shù)體系，使得如圖3所示旋壓機(jī)構(gòu)具備精密微量進(jìn)給特性，且其單向重復(fù)定位精度達(dá)到0.01mm。根據(jù)產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該精密旋壓機(jī)構(gòu)各向滾輪進(jìn)給同步誤差小于5μm，表明其各軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)具備較優(yōu)越的同步性與穩(wěn)定性，有利于提升旋壓質(zhì)量及其一致性；同時(shí)，基于我司成熟的高性能主軸系統(tǒng)成套關(guān)鍵技術(shù)，著力提升了該旋壓機(jī)構(gòu)主軸系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能。其中，工件主軸（S軸）徑、軸向剛度均大于500N/μm，徑向跳動(dòng)≤4μm，軸向竄動(dòng)≤2μm，為確保旋壓精度奠定了較堅(jiān)實(shí)的支撐技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心鑒定（如圖5所示），該裝備所檢項(xiàng)目均符合標(biāo)準(zhǔn)和科技重大專項(xiàng)課題任務(wù)合同書的要求，旋壓合格率較國內(nèi)、外同類設(shè)備均取得了重大突破，一次旋合合格率大于90%。
圖3 基于全閉環(huán)伺服靶向調(diào)控技術(shù)的精密旋壓機(jī)構(gòu)
（3）設(shè)計(jì)開發(fā)了一套旋壓工藝參數(shù)智能管控系統(tǒng)。面向旋壓毛坯成批制造質(zhì)量的波動(dòng)問題，以旋壓質(zhì)量保障為目標(biāo)，以伺服進(jìn)給系統(tǒng)壓力反饋為感知（如圖4所示），基于公司成熟的數(shù)字制造裝備智能化升級解決方案及實(shí)施技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了旋壓工藝狀態(tài)精準(zhǔn)測評、旋壓工藝參數(shù)高效分析、旋壓進(jìn)給運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)補(bǔ)償。同時(shí)，利用數(shù)字化旋壓車間多機(jī)智能網(wǎng)聯(lián)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如圖5所示），可不斷更新與補(bǔ)充旋壓工藝大數(shù)據(jù)，利用基于深度學(xué)習(xí)的分析與挖掘技術(shù)，有利于創(chuàng)成旋壓工藝方案自主學(xué)習(xí)機(jī)制，為最終實(shí)現(xiàn)柱塞組件智能旋合提供知識(shí)工程支撐。
圖4 旋合工藝狀態(tài)感知與評價(jià)系統(tǒng)
圖5 數(shù)字化車間多旋合機(jī)床智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)
3.技術(shù)水平
該設(shè)備的研制具有完全獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并獲得發(fā)明專利授權(quán)1項(xiàng)。該設(shè)備較好地解決了國外現(xiàn)有旋合裝備在旋壓工藝柔性、旋壓效率、旋壓質(zhì)量及其一致性，以及旋壓過程智慧管控方面存在的局限性，并填補(bǔ)了國內(nèi)在柱塞泵核心組件高端數(shù)字制造裝備研發(fā)領(lǐng)域的空白，有望解決我國空天裝備中柱塞組件制造科學(xué)的“卡脖子”問題。經(jīng)四川省科學(xué)技術(shù)廳組織相關(guān)專家鑒定，一致認(rèn)定NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。其技術(shù)水平先進(jìn)性主要體現(xiàn)在以下幾方面：
（1）高精度。NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備具有國際領(lǐng)先的精度水平。在采用合理的切削規(guī)范，可實(shí)現(xiàn)旋合后的柱塞組件軸向游隙不大于0.025mm，且能靈活擺動(dòng)，而國外設(shè)備的收口精度指標(biāo)要求為不大于0.1mm。
（2）高效率。本項(xiàng)目NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備采用數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，并配以機(jī)械手上、下料，盡可能的縮短加工時(shí)間和輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，單件加工節(jié)拍可控制在10~15秒內(nèi)，與國外滾輪收口設(shè)備相比，具有更高的加工效率。
（3）高合格率。通過采用高精度三爪卡盤來保證滾輪組件徑向進(jìn)給的一致性，使產(chǎn)品的合格率較傳統(tǒng)手工的方式得到較大幅度的提高，可達(dá)90%以上；而國外收口設(shè)備的在收口精度要求不高的場合下，合格率最高可達(dá)90%。
4.應(yīng)用前景
該裝備的成功研發(fā)，將形成航空、航天等軍用領(lǐng)域油泵核心關(guān)鍵元部件的加工方案和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，解決型號研制與批產(chǎn)的瓶頸。通過推進(jìn)本成果在其他航空、航天等軍用領(lǐng)域設(shè)備制造企業(yè)的推廣應(yīng)用，可整體提升國內(nèi)航空、航天等軍用領(lǐng)域設(shè)備制造企業(yè)的技術(shù)和制造水平，有效促進(jìn)國內(nèi)制造業(yè)快速發(fā)展，是振興重大技術(shù)裝備制造業(yè)和國防軍工現(xiàn)代化的物質(zhì)保障，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)具有重要戰(zhàn)略作用。
NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備目前處于國內(nèi)首創(chuàng)，通過國家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心及使用單位檢驗(yàn)、驗(yàn)收，各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足技術(shù)協(xié)議要求并已通過驗(yàn)收。通過推進(jìn)本成果在其他航空、航天等軍用領(lǐng)域設(shè)備制造企業(yè)的推廣應(yīng)用，可整體提升國內(nèi)航空、航天等軍用領(lǐng)域設(shè)備制造企業(yè)的技術(shù)和制造水平，打破國外柱塞泵廠家的技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控。
該精密旋合裝備目前國內(nèi)市場上暫無同類型的高精度數(shù)控旋合設(shè)備生產(chǎn)廠家，國內(nèi)用戶需求旺盛，未來市場需求潛力巨大。
（來源：協(xié)會(huì)行業(yè)發(fā)展部 責(zé)編：李華翔）
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