譚勝龍 龔運(yùn)環(huán)

(中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所，四川綿陽(yáng) 621000)

反后坐裝置被喻為火炮的心臟，是現(xiàn)代火炮的核心機(jī)構(gòu)之一。反后坐裝置衰減作用在炮身上的巨大沖擊力，使其傳遞到炮架上只有原來(lái)的十幾分之一到二十幾分之一，使炮架可以更加輕便，從而大大緩解了火炮威力和機(jī)動(dòng)性之間的矛盾［1］。因此，在現(xiàn)代火炮研制過(guò)程中，反后坐裝置的研究顯得尤為重要。駐退機(jī)作為火炮反后坐裝置的重要組件，更是倍受關(guān)注［2］，而影響駐退機(jī)性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件駐退桿在生產(chǎn)制造過(guò)程中必須嚴(yán)格控制質(zhì)量，駐退桿結(jié)構(gòu)如圖1所示，其溝槽深度H隨長(zhǎng)度L變化，生產(chǎn)中駐退桿變深度溝槽尺寸H的測(cè)量是檢測(cè)難點(diǎn)。當(dāng)前檢測(cè)裝置為手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)測(cè)量桿上的調(diào)節(jié)螺母，拉動(dòng)錐桿軸向運(yùn)動(dòng)，錐桿頂開(kāi)測(cè)量夾頭，使夾頭分別接觸駐退桿內(nèi)孔表面和溝槽底，通過(guò)游標(biāo)尺讀取測(cè)量直徑，手動(dòng)調(diào)節(jié)工作效率低，影響生產(chǎn)效率，而且測(cè)量是間接測(cè)量，換算引入了駐退桿內(nèi)孔直徑誤差，測(cè)量誤差大。針對(duì)此問(wèn)題，本文介紹1種火炮駐退桿變深度溝槽自動(dòng)化測(cè)量的專(zhuān)機(jī)，該專(zhuān)機(jī)使用過(guò)程中測(cè)量誤差小，效率高。

1 專(zhuān)機(jī)總體設(shè)計(jì)

專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)從以下幾個(gè)方面入手:

(1)測(cè)量要連續(xù)，測(cè)量行程滿(mǎn)足駐退桿要求;

(2)設(shè)計(jì)自動(dòng)位移機(jī)構(gòu)，且運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可控;

(3)根據(jù)火炮駐退桿拉槽機(jī)結(jié)構(gòu)，使專(zhuān)機(jī)與拉槽機(jī)有機(jī)結(jié)合;

(4)安裝專(zhuān)機(jī)時(shí)應(yīng)保證測(cè)量頭與火炮駐退桿拉槽機(jī)主軸同軸。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，專(zhuān)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。檢測(cè)床身2安裝在調(diào)整墊鐵1上，右端設(shè)計(jì)連接法蘭與火炮駐退桿拉槽機(jī)床身連接，連接截面如圖2中A－A所示，機(jī)床床身在垂直方向和水平方向上的全程平行度誤差不超過(guò)0.10 mm。整機(jī)位移機(jī)構(gòu)1通過(guò)矩形導(dǎo)軌安裝在檢測(cè)床身2上，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)，控制整機(jī)位移機(jī)構(gòu)6在床身上運(yùn)動(dòng)。測(cè)量頭5完成火炮駐退桿變深度溝槽的深度測(cè)量，主要運(yùn)動(dòng)是沿駐退桿軸向運(yùn)動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，通過(guò)測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7控制測(cè)量頭5旋轉(zhuǎn)分度轉(zhuǎn)位，通過(guò)測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)8控制測(cè)量頭5沿駐退桿軸向運(yùn)動(dòng)，徑向運(yùn)動(dòng)是依靠測(cè)量頭5的內(nèi)部機(jī)構(gòu)控制測(cè)量觸頭運(yùn)動(dòng)完成。

專(zhuān)機(jī)根據(jù)火炮駐退桿拉槽機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與拉槽機(jī)構(gòu)成一個(gè)整體。當(dāng)駐退桿在拉槽機(jī)上加工完成后，拉槽機(jī)復(fù)位，專(zhuān)機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)控制整機(jī)位移機(jī)構(gòu)6運(yùn)動(dòng)到測(cè)量設(shè)定位置(位置通過(guò)行程開(kāi)關(guān)控制)，測(cè)量頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)7工作，使測(cè)量頭5旋轉(zhuǎn)到指定角度(通過(guò)角度編碼器控制)，然后測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)8工作，驅(qū)動(dòng)測(cè)量頭5進(jìn)入火炮駐退桿，到達(dá)指定位置(位置反饋通過(guò)光柵尺構(gòu)成閉環(huán)控制)，測(cè)量頭5進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)8反向運(yùn)行，拉動(dòng)測(cè)量頭5連續(xù)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)分析處理，自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)量頭設(shè)計(jì)

測(cè)量頭是最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成火炮駐退桿變深度溝槽深度的測(cè)量，主要依靠氣缸和彈簧傳動(dòng)［3］，構(gòu)成觸頭可以隨溝槽深度變化而變化的測(cè)量機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。測(cè)量頭所處在駐退桿頭部，孔徑小，測(cè)量頭進(jìn)入駐退桿之前必須先手動(dòng)卸掉導(dǎo)向機(jī)構(gòu)12并將觸頭3通過(guò)氣缸系統(tǒng)7收回座體1。檢測(cè)系統(tǒng)6根據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)5的位置判斷觸頭3是否收回到座體1中，外部數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)6的檢測(cè)信號(hào)控制指示燈，提示測(cè)量頭是否可以進(jìn)入駐退桿。測(cè)量頭在測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入駐退桿，到達(dá)行程開(kāi)關(guān)指定位置后，手動(dòng)安裝上導(dǎo)向機(jī)構(gòu)12，測(cè)量頭進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。此時(shí)氣缸系統(tǒng)7關(guān)閉，觸頭3在彈簧回復(fù)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)下伸出座體1，觸頭3接觸駐退桿溝槽底部，長(zhǎng)度計(jì)8實(shí)時(shí)測(cè)量觸頭3伸縮長(zhǎng)度，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)。測(cè)量時(shí)，保證測(cè)量頭與駐退桿內(nèi)孔同軸是保證測(cè)量有效的關(guān)鍵，如導(dǎo)向機(jī)構(gòu)12所示，通過(guò)片彈簧和導(dǎo)向條支撐測(cè)量頭，在調(diào)試過(guò)程中根據(jù)使用情況選配片彈簧，實(shí)現(xiàn)兩者同軸度誤差不大于0.02 mm。測(cè)量頭結(jié)構(gòu)上依靠?jī)蓚€(gè)垂直安裝的直線滑軌為基礎(chǔ)，兩個(gè)滑塊通過(guò)1∶2的斜面將觸頭在駐退桿溝槽深度方向的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為駐退桿軸向方向的運(yùn)動(dòng)，為長(zhǎng)度計(jì)安裝提供充足的空間，解決了檢測(cè)元件安裝困難的重大難題。為降低兩滑塊間摩擦，減小測(cè)量誤差，滑塊間選用精密滾動(dòng)軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)某火炮駐退桿溝槽深度需求，測(cè)量頭設(shè)計(jì)測(cè)量行程為53～62 mm，設(shè)計(jì)測(cè)量精度為0.001 mm，滿(mǎn)足駐退桿溝槽深度公差±0.10 mm的檢測(cè)要求。

2.2 測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

測(cè)量頭位移機(jī)構(gòu)是控制測(cè)量頭在駐退桿軸向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)1安裝在電動(dòng)機(jī)安裝架3上，絲杠副6通過(guò)左右2個(gè)安裝座4安裝在箱體7上，并通過(guò)推力球軸承8和深溝球軸承9配合支撐［4］。伺服電動(dòng)機(jī)1與絲杠通過(guò)DJM型彈性膜片聯(lián)軸器2連接，可消除安裝誤差帶來(lái)的偏心對(duì)傳動(dòng)的影響，連接可靠。支撐機(jī)構(gòu)5安裝在箱體7的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌使用力士樂(lè)滾珠導(dǎo)軌系統(tǒng)(P級(jí)精度)，同時(shí)，配磨支撐機(jī)構(gòu)5中的托板，使得整體在絲杠全行程上運(yùn)行平穩(wěn)，跳動(dòng)不大于0.02 mm。

3 控制系統(tǒng)

火炮駐退桿變深度溝槽自動(dòng)化測(cè)量專(zhuān)機(jī)使用圣維SKL3－E控制系統(tǒng)，調(diào)用該系統(tǒng)具備的電動(dòng)機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和文件管理模塊，主要完成各軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集分析任務(wù)。

4 工程應(yīng)用

火炮駐退桿變深度溝槽自動(dòng)化測(cè)量專(zhuān)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于某火炮駐退桿生產(chǎn)線，根據(jù)檢測(cè)要求，精度公差要求最小是在±0.10 mm，而專(zhuān)機(jī)使用的是精密直線導(dǎo)軌和高精度長(zhǎng)度計(jì)，使專(zhuān)機(jī)自身測(cè)量精度很高，理論上達(dá)到±1 μm，實(shí)際應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)設(shè)定精度為0.01 mm，完全勝任檢測(cè)工作，和傳統(tǒng)手工測(cè)量相比，專(zhuān)機(jī)自動(dòng)化測(cè)量不但精度大大提高，駐退桿的質(zhì)量得到了保證，而且降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了測(cè)量時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，通過(guò)專(zhuān)機(jī)自動(dòng)測(cè)量后，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)處理生成的駐退桿溝槽深度曲線自動(dòng)保存到指定位置，可以為后續(xù)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)語(yǔ)

火炮駐退桿變深度溝槽自動(dòng)化測(cè)量專(zhuān)機(jī)成功應(yīng)用于某火炮駐退桿加工生產(chǎn)線，使駐退桿變深度溝槽質(zhì)量得到在線控制，有效保障了駐退桿質(zhì)量。專(zhuān)機(jī)自動(dòng)化測(cè)量效率高，測(cè)量精度高。專(zhuān)機(jī)的測(cè)量操作由該道工序的操作工人自己完成，因而省去了原該道工序的檢測(cè)人員，操作工人的工作內(nèi)容增加，但勞動(dòng)強(qiáng)度卻得到了很大的降低，為企業(yè)和操作人員創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］杜中華，狄長(zhǎng)春.某火炮復(fù)雜反后坐裝置工作特性仿真分析［J］.機(jī)械工程師，2011(2):96－99.

［2］朱勝芬.節(jié)制桿式駐退機(jī)內(nèi)腔壓力異常的分析與對(duì)策［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2003(12):34－36.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.