普什宁江：NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备
2023-2-3 来源：机床协会 作者：-
2022年10月10日，中国机床工具工业协会公布了“关于2021年度中国机床工具工业协会先进会员（十佳）的表彰决定”，共计20家会员企业榜上有名（含10家“自主创新十佳”，10家“产品质量十佳”）。为了更好地宣传这些先进会员企业，协会传媒部针对十佳企业及其产品组织了系列专题宣传报道，以协会行业发展部提供的资料为素材，经与相关企业确认后在协会主办的全媒体平台公开发布，与业界同仁相互交流，共同进步。
—— 中国机床工具工业协会传媒部
NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备
NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备（见图1），采用机电一体化的立式布局，配置广州数控GSK25i系列数控系统，可以控制X、Z两个直线轴和S一个伺服主轴，其中X、Z轴为联动轴。
机床可满足球头SΦ3～SΦ10范围内的柱塞组件收口。柱塞组件收口后，柱塞应摆动灵活且摆动角度不小于±30°，柱塞的轴向游隙不大于0.025mm，拉脱力不小于2500N，一次合格率大于90%，单件生产节拍约10～15秒，换装时间8-10分钟。
图1 申报产品图片
1.结构特点
针对航空航天、汽车、工程机械等行业柱塞泵核心组件旋合加工装备的需求，以精密、高效、稳定、柔性、智能的旋合工艺为总体目标，提出了基于双向协同进给的旋压收口方案；进而以模块化设计与数字化设计方法为指导思想，以高档数字制造装备及其智能化关键技术为基础，通过对柱塞座和柱塞旋合工艺、精密微进给施合、多轴伺服驱动同步及多通道数控、旋合力监控、数据采集管理等关键技术的研究，成功研制出多轴智能控制、机械手自动上下料集成一体的NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备。
2.技术创新点
（1）提出了一种基于双向（径向、轴向）协同进给的高效柔性旋压工艺。如图2所示，通过对双向进给参数进行精准调整与优选匹配，可完成不同收口曲线的多轴联动旋压工艺，提升了装备面向复杂几何特征柱塞组件旋压收口需求时的工艺柔性与生产效率。目前，NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备可同时满足球头直径Φ3mm~Φ10mm等规格柱塞组件旋压收口工艺要求，最高旋压效率为6件/min（球头Φ7.4mm），相较于国内、外同类产品，效率分别提升500%与30%。
图2 双向协同进给精密高效旋压工艺示意
（2）提出并研制了一类具有自定心特性的数字化精密旋压机构。借助我司成熟的数字制造装备精密进给系统解决方案及实施技术，形成了多轴旋压运动全闭环伺服靶向调控技术体系，使得如图3所示旋压机构具备精密微量进给特性，且其单向重复定位精度达到0.01mm。根据产品试验数据，该精密旋压机构各向滚轮进给同步误差小于5μm，表明其各轴进给运动具备较优越的同步性与稳定性，有利于提升旋压质量及其一致性；同时，基于我司成熟的高性能主轴系统成套关键技术，着力提升了该旋压机构主轴系统静、动态性能。其中，工件主轴（S轴）径、轴向刚度均大于500N/μm，径向跳动≤4μm，轴向窜动≤2μm，为确保旋压精度奠定了较坚实的支撑技术基础。经国家机床质量监督检验中心鉴定（如图5所示），该装备所检项目均符合标准和科技重大专项课题任务合同书的要求，旋压合格率较国内、外同类设备均取得了重大突破，一次旋合合格率大于90%。
图3 基于全闭环伺服靶向调控技术的精密旋压机构
（3）设计开发了一套旋压工艺参数智能管控系统。面向旋压毛坯成批制造质量的波动问题，以旋压质量保障为目标，以伺服进给系统压力反馈为感知（如图4所示），基于公司成熟的数字制造装备智能化升级解决方案及实施技术，实现了旋压工艺状态精准测评、旋压工艺参数高效分析、旋压进给运动自适应补偿。同时，利用数字化旋压车间多机智能网联及工业互联网技术（如图5所示），可不断更新与补充旋压工艺大数据，利用基于深度学习的分析与挖掘技术，有利于创成旋压工艺方案自主学习机制，为最终实现柱塞组件智能旋合提供知识工程支撑。
图4 旋合工艺状态感知与评价系统
图5 数字化车间多旋合机床智能网联技术
3.技术水平
该设备的研制具有完全独立自主知识产权，并获得发明专利授权1项。该设备较好地解决了国外现有旋合装备在旋压工艺柔性、旋压效率、旋压质量及其一致性，以及旋压过程智慧管控方面存在的局限性，并填补了国内在柱塞泵核心组件高端数字制造装备研发领域的空白，有望解决我国空天装备中柱塞组件制造科学的“卡脖子”问题。经四川省科学技术厅组织相关专家鉴定，一致认定NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备总体技术达到国际先进水平。其技术水平先进性主要体现在以下几方面：
（1）高精度。NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备具有国际领先的精度水平。在采用合理的切削规范，可实现旋合后的柱塞组件轴向游隙不大于0.025mm，且能灵活摆动，而国外设备的收口精度指标要求为不大于0.1mm。
（2）高效率。本项目NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备采用数控系统进行控制，并配以机械手上、下料，尽可能的缩短加工时间和辅助时间，提高生产效率，单件加工节拍可控制在10~15秒内，与国外滚轮收口设备相比，具有更高的加工效率。
（3）高合格率。通过采用高精度三爪卡盘来保证滚轮组件径向进给的一致性，使产品的合格率较传统手工的方式得到较大幅度的提高，可达90%以上；而国外收口设备的在收口精度要求不高的场合下，合格率最高可达90%。
4.应用前景
该装备的成功研发，将形成航空、航天等军用领域油泵核心关键元部件的加工方案和实际应用经验，解决型号研制与批产的瓶颈。通过推进本成果在其他航空、航天等军用领域设备制造企业的推广应用，可整体提升国内航空、航天等军用领域设备制造企业的技术和制造水平，有效促进国内制造业快速发展，是振兴重大技术装备制造业和国防军工现代化的物质保障，对国民经济发展和国防建设具有重要战略作用。
NJ-K084小直径油泵柱塞组件数控精密旋合装备目前处于国内首创，通过国家机床质量监督检验中心及使用单位检验、验收，各项精度指标均满足技术协议要求并已通过验收。通过推进本成果在其他航空、航天等军用领域设备制造企业的推广应用，可整体提升国内航空、航天等军用领域设备制造企业的技术和制造水平，打破国外柱塞泵厂家的技术封锁，实现核心技术自主可控。
该精密旋合装备目前国内市场上暂无同类型的高精度数控旋合设备生产厂家，国内用户需求旺盛，未来市场需求潜力巨大。
（来源：协会行业发展部 责编：李华翔）
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