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：機床協(xié)會 作者：-
2022年10月10日，中國機床工具工業(yè)協(xié)會公布了“關于2021年度中國機床工具工業(yè)協(xié)會先進會員（十佳）的表彰決定”，共計20家會員企業(yè)榜上有名（含10家“自主創(chuàng)新十佳”，10家“產品質量十佳”）。為了更好地宣傳這些先進會員企業(yè)，協(xié)會傳媒部針對十佳企業(yè)及其產品組織了系列專題宣傳報道，以協(xié)會行業(yè)發(fā)展部提供的資料為素材，經(jīng)與相關企業(yè)確認后在協(xié)會主辦的全媒體平臺公開發(fā)布，與業(yè)界同仁相互交流，共同進步。
—— 中國機床工具工業(yè)協(xié)會傳媒部
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兩個直線軸和S一個伺服主軸，其中X、Z軸為聯(lián)動軸。
機床可滿足球頭SΦ3～SΦ10范圍內的柱塞組件收口。柱塞組件收口后，柱塞應擺動靈活且擺動角度不小于±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%，單件生產節(jié)拍約10～15秒，換裝時間8-10分鐘。
圖1 申報產品圖片
1.結構特點
針對航空航天、汽車、工程機械等行業(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，提出了基于雙向協(xié)同進給的旋壓收口方案；進而以模塊化設計與數(shù)字化設計方法為指導思想，以高檔數(shù)字制造裝備及其智能化關鍵技術為基礎，通過對柱塞座和柱塞旋合工藝、精密微進給施合、多軸伺服驅動同步及多通道數(shù)控、旋合力監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集管理等關鍵技術的研究，成功研制出多軸智能控制、機械手自動上下料集成一體的NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備。
2.技術創(chuàng)新點
（1）提出了一種基于雙向（徑向、軸向）協(xié)同進給的高效柔性旋壓工藝。如圖2所示，通過對雙向進給參數(shù)進行精準調整與優(yōu)選匹配，可完成不同收口曲線的多軸聯(lián)動旋壓工藝，提升了裝備面向復雜幾何特征柱塞組件旋壓收口需求時的工藝柔性與生產效率。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、外同類產品，效率分別提升500%與30%。
圖2 雙向協(xié)同進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)字化精密旋壓機構。借助我司成熟的數(shù)字制造裝備精密進給系統(tǒng)解決方案及實施技術，形成了多軸旋壓運動全閉環(huán)伺服靶向調控技術體系，使得如圖3所示旋壓機構具備精密微量進給特性，且其單向重復定位精度達到0.01mm。根據(jù)產品試驗數(shù)據(jù)，該精密旋壓機構各向滾輪進給同步誤差小于5μm，表明其各軸進給運動具備較優(yōu)越的同步性與穩(wěn)定性，有利于提升旋壓質量及其一致性；同時，基于我司成熟的高性能主軸系統(tǒng)成套關鍵技術，著力提升了該旋壓機構主軸系統(tǒng)靜、動態(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≤4μm，軸向竄動≤2μm，為確保旋壓精度奠定了較堅實的支撐技術基礎。經(jīng)國家機床質量監(jiān)督檢驗中心鑒定（如圖5所示），該裝備所檢項目均符合標準和科技重大專項課題任務合同書的要求，旋壓合格率較國內、外同類設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)伺服靶向調控技術的精密旋壓機構
（3）設計開發(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量的波動問題，以旋壓質量保障為目標，以伺服進給系統(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施技術，實現(xiàn)了旋壓工藝狀態(tài)精準測評、旋壓工藝參數(shù)高效分析、旋壓進給運動自適應補償。同時，利用數(shù)字化旋壓車間多機智能網(wǎng)聯(lián)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術（如圖5所示），可不斷更新與補充旋壓工藝大數(shù)據(jù)，利用基于深度學習的分析與挖掘技術，有利于創(chuàng)成旋壓工藝方案自主學習機制，為最終實現(xiàn)柱塞組件智能旋合提供知識工程支撐。
圖4 旋合工藝狀態(tài)感知與評價系統(tǒng)
圖5 數(shù)字化車間多旋合機床智能網(wǎng)聯(lián)技術
3.技術水平
該設備的研制具有完全獨立自主知識產權，并獲得發(fā)明專利授權1項。該設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，并填補了國內在柱塞泵核心組件高端數(shù)字制造裝備研發(fā)領域的空白，有望解決我國空天裝備中柱塞組件制造科學的“卡脖子”問題。經(jīng)四川省科學技術廳組織相關專家鑒定，一致認定NJ-K084小直徑油泵柱塞組件數(shù)控精密旋合裝備總體技術達到國際先進水平。其技術水平先進性主要體現(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先的精度水平。在采用合理的切削規(guī)范，可實現(xiàn)旋合后的柱塞組件軸向游隙不大于0.025mm，且能靈活擺動，而國外設備的收口精度指標要求為不大于0.1mm。
（2）高效率。本項目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)進行控制，并配以機械手上、下料，盡可能的縮短加工時間和輔助時間，提高生產效率，單件加工節(jié)拍可控制在10~15秒內，與國外滾輪收口設備相比，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給的一致性，使產品的合格率較傳統(tǒng)手工的方式得到較大幅度的提高，可達90%以上；而國外收口設備的在收口精度要求不高的場合下，合格率最高可達90%。
4.應用前景
該裝備的成功研發(fā)，將形成航空、航天等軍用領域油泵核心關鍵元部件的加工方案和實際應用經(jīng)驗，解決型號研制與批產的瓶頸。通過推進本成果在其他航空、航天等軍用領域設備制造企業(yè)的推廣應用，可整體提升國內航空、航天等軍用領域設備制造企業(yè)的技術和制造水平，有效促進國內制造業(yè)快速發(fā)展，是振興重大技術裝備制造業(yè)和國防軍工現(xiàn)代化的物質保障，對國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設具有重要戰(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首創(chuàng)，通過國家機床質量監(jiān)督檢驗中心及使用單位檢驗、驗收，各項精度指標均滿足技術協(xié)議要求并已通過驗收。通過推進本成果在其他航空、航天等軍用領域設備制造企業(yè)的推廣應用，可整體提升國內航空、航天等軍用領域設備制造企業(yè)的技術和制造水平，打破國外柱塞泵廠家的技術封鎖，實現(xiàn)核心技術自主可控。
該精密旋合裝備目前國內市場上暫無同類型的高精度數(shù)控旋合設備生產廠家，國內用戶需求旺盛，未來市場需求潛力巨大。
（來源：協(xié)會行業(yè)發(fā)展部 責編：李華翔）
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