火炮駐退桿變深度溝槽測量專機設計與應用

譚勝龍 龔運環

(中國兵器工業第五八研究所，四川綿陽 621000)

反后坐裝置被喻為火炮的心臟，是現代火炮的核心機構之一。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動性之間的矛盾［1］。因此，在現代火炮研制過程中，反后坐裝置的研究顯得尤為重要。駐退機作為火炮反后坐裝置的重要組件，更是倍受關注［2］，而影響駐退機性能的關鍵結構件駐退桿在生產制造過程中必須嚴格控制質量，駐退桿結構如圖1所示，其溝槽深度H隨長度L變化，生產中駐退桿變深度溝槽尺寸H的測量是檢測難點。當前檢測裝置為手動調節，通過調節測量桿上的調節螺母，拉動錐桿軸向運動，錐桿頂開測量夾頭，使夾頭分別接觸駐退桿內孔表面和溝槽底，通過游標尺讀取測量直徑，手動調節工作效率低，影響生產效率，而且測量是間接測量，換算引入了駐退桿內孔直徑誤差，測量誤差大。針對此問題，本文介紹1種火炮駐退桿變深度溝槽自動化測量的專機，該專機使用過程中測量誤差小，效率高。

1 專機總體設計

專機設計時從以下幾個方面入手:

(1)測量要連續，測量行程滿足駐退桿要求;

(2)設計自動位移機構，且運動狀態可控;

(3)根據火炮駐退桿拉槽機結構，使專機與拉槽機有機結合;

(4)安裝專機時應保證測量頭與火炮駐退桿拉槽機主軸同軸。

根據以上設計要求，專機總體結構設計如圖2所示。檢測床身2安裝在調整墊鐵1上，右端設計連接法蘭與火炮駐退桿拉槽機床身連接，連接截面如圖2中A－A所示，機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0.10 mm。整機位移機構1通過矩形導軌安裝在檢測床身2上，通過伺服電動機驅動齒輪齒條機構，控制整機位移機構6在床身上運動。測量頭5完成火炮駐退桿變深度溝槽的深度測量，主要運動是沿駐退桿軸向運動、徑向運動和旋轉運動。其中，通過測量頭旋轉機構7控制測量頭5旋轉分度轉位，通過測量頭位移機構8控制測量頭5沿駐退桿軸向運動，徑向運動是依靠測量頭5的內部機構控制測量觸頭運動完成。

專機根據火炮駐退桿拉槽機結構設計，與拉槽機構成一個整體。當駐退桿在拉槽機上加工完成后，拉槽機復位，專機啟動，通過伺服電動機控制整機位移機構6運動到測量設定位置(位置通過行程開關控制)，測量頭旋轉機構7工作，使測量頭5旋轉到指定角度(通過角度編碼器控制)，然后測量頭位移機構8工作，驅動測量頭5進入火炮駐退桿，到達指定位置(位置反饋通過光柵尺構成閉環控制)，測量頭5進入測量狀態，測量頭位移機構8反向運行，拉動測量頭5連續測量，測量數據傳送到數控系統，經系統分析處理，自動生成檢測報告。

2 關鍵結構設計

2.1 測量頭設計

測量頭是最終執行機構，完成火炮駐退桿變深度溝槽深度的測量，主要依靠氣缸和彈簧傳動［3］，構成觸頭可以隨溝槽深度變化而變化的測量機構，具體結構如圖3所示。測量頭所處在駐退桿頭部，孔徑小，測量頭進入駐退桿之前必須先手動卸掉導向機構12并將觸頭3通過氣缸系統7收回座體1。檢測系統6根據轉換機構5的位置判斷觸頭3是否收回到座體1中，外部數控系統根據檢測系統6的檢測信號控制指示燈，提示測量頭是否可以進入駐退桿。測量頭在測量頭位移機構驅動下進入駐退桿，到達行程開關指定位置后，手動安裝上導向機構12，測量頭進入測量狀態。此時氣缸系統7關閉，觸頭3在彈簧回復機構2驅動下伸出座體1，觸頭3接觸駐退桿溝槽底部，長度計8實時測量觸頭3伸縮長度，同時將采集數據傳輸到數控系統。測量時，保證測量頭與駐退桿內孔同軸是保證測量有效的關鍵，如導向機構12所示，通過片彈簧和導向條支撐測量頭，在調試過程中根據使用情況選配片彈簧，實現兩者同軸度誤差不大于0.02 mm。測量頭結構上依靠兩個垂直安裝的直線滑軌為基礎，兩個滑塊通過1∶2的斜面將觸頭在駐退桿溝槽深度方向的運動轉化為駐退桿軸向方向的運動，為長度計安裝提供充足的空間，解決了檢測元件安裝困難的重大難題。為降低兩滑塊間摩擦，減小測量誤差，滑塊間選用精密滾動軸承優化設計。根據某火炮駐退桿溝槽深度需求，測量頭設計測量行程為53～62 mm，設計測量精度為0.001 mm，滿足駐退桿溝槽深度公差±0.10 mm的檢測要求。

2.2 測量頭位移機構設計

測量頭位移機構是控制測量頭在駐退桿軸向運動的動力機構，具體結構如圖4所示。驅動伺服電動機1安裝在電動機安裝架3上，絲杠副6通過左右2個安裝座4安裝在箱體7上，并通過推力球軸承8和深溝球軸承9配合支撐［4］。伺服電動機1與絲杠通過DJM型彈性膜片聯軸器2連接，可消除安裝誤差帶來的偏心對傳動的影響，連接可靠。支撐機構5安裝在箱體7的導軌上，導軌使用力士樂滾珠導軌系統(P級精度)，同時，配磨支撐機構5中的托板，使得整體在絲杠全行程上運行平穩，跳動不大于0.02 mm。

3 控制系統

火炮駐退桿變深度溝槽自動化測量專機使用圣維SKL3－E控制系統，調用該系統具備的電動機控制模塊、數據采集模塊、數據記錄模塊、數據顯示模塊、數據分析模塊和文件管理模塊，主要完成各軸電動機運動控制和數據采集分析任務。

4 工程應用

火炮駐退桿變深度溝槽自動化測量專機已經應用于某火炮駐退桿生產線，根據檢測要求，精度公差要求最小是在±0.10 mm，而專機使用的是精密直線導軌和高精度長度計，使專機自身測量精度很高，理論上達到±1 μm，實際應用時系統設定精度為0.01 mm，完全勝任檢測工作，和傳統手工測量相比，專機自動化測量不但精度大大提高，駐退桿的質量得到了保證，而且降低了操作人員勞動強度，減少了測量時間，提高了生產效率。同時，通過專機自動測量后，測量數據經過控制系統處理生成的駐退桿溝槽深度曲線自動保存到指定位置，可以為后續生產提供數據支持。

5 結語

火炮駐退桿變深度溝槽自動化測量專機成功應用于某火炮駐退桿加工生產線，使駐退桿變深度溝槽質量得到在線控制，有效保障了駐退桿質量。專機自動化測量效率高，測量精度高。專機的測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人員，操作工人的工作內容增加，但勞動強度卻得到了很大的降低，為企業和操作人員創造了更好的經濟效益。

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

［2］朱勝芬.節制桿式駐退機內腔壓力異常的分析與對策［J］.四川兵工學報，2003(12):34－36.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［4］現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2006.