引信擰緊技術(shù)在某槍彈中的研究及應(yīng)用

童　卓，韓銀泉，熊長江

(中國兵器工業(yè)第五八研究所 彈藥中心，綿陽　621000)

引信擰緊技術(shù)在某槍彈中的研究及應(yīng)用

童卓，韓銀泉，熊長江

(中國兵器工業(yè)第五八研究所 彈藥中心，綿陽621000)

摘要：根據(jù)某槍彈引信擰緊的特點(diǎn)及擰緊過程中出現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)，介紹一種引信擰緊技術(shù)的基本組成結(jié)構(gòu)和主要控制方式，突出引信預(yù)擰過程中采用的柔性定位及扭力閉環(huán)控制技術(shù)，引信擰緊過程中采用的雙伺服同步控制技術(shù)；通過實(shí)際應(yīng)用表明：采用該引信擰緊技術(shù)滿足某槍彈引信擰緊的裝配及工藝要求，具有安全可靠、操作方便、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于其他同類擰緊裝配系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：真空抓??；柔性定位；同步控制；閉環(huán)控制

某槍彈主要由底螺、藥筒、彈體和引信組成。引信和彈體間的擰緊是某槍彈裝配的一個重要環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)的槍彈引信擰緊裝配多采用人工來完成，自動裝配技術(shù)落后，人工勞動強(qiáng)度大，危險性高，一致性差，效率低等。引入自動化設(shè)備后，由于某槍彈采用鋁制引信、藥筒和彈體，引信多為圓錐體，無特定的自動化設(shè)備工藝定位結(jié)構(gòu)，所以在裝配過程中，容易出現(xiàn)表面劃傷、變形、螺紋燒死等現(xiàn)象，在引信擰緊過程中還存在內(nèi)外螺紋嚙合困難，同軸度難以保證等問題。針對自動化設(shè)備在槍彈引信擰緊中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究，采用真空抓取、浮動定位、通過伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及扭力回饋、制造特定的工裝夾具、通過雙伺服的同步控制，并采用防爆隔離措施，成功實(shí)現(xiàn)了某槍彈的引信自動裝配，具備安全性高，一致性好，操作方便，自動化程度高等特點(diǎn)。

1組成結(jié)構(gòu)

本文槍彈引信自動擰緊設(shè)備主要由機(jī)械部分和控制部分組成。機(jī)械部分主要由多工位轉(zhuǎn)臺、預(yù)擰機(jī)構(gòu)、擰緊機(jī)構(gòu)、操作盒及防爆罩等組成，其設(shè)備外觀圖及組成示意如圖1所示。控制部分主要由人機(jī)交互、控制器、伺服電機(jī)及傳感器等組成，其組成示意如圖2所示。

圖1　某槍彈引信自動擰緊設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖2　某槍彈引信自動擰緊設(shè)備控制系統(tǒng)組成示意圖

2工作過程

某槍彈的引信和彈體通過物料輸送結(jié)構(gòu)進(jìn)入多工位轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)動至預(yù)擰機(jī)構(gòu)后，采用真空抓取技術(shù)抓取引信，用浮動夾持機(jī)構(gòu)夾緊彈體，通過伺服電機(jī)柔性旋轉(zhuǎn)進(jìn)行螺紋對絲，扭力閉環(huán)進(jìn)行預(yù)擰過程控制，實(shí)現(xiàn)引信與彈體的預(yù)擰。然后旋轉(zhuǎn)至擰緊機(jī)構(gòu)，通過特殊工裝夾持彈體及引信，采用升降伺服與旋轉(zhuǎn)伺服的同步控制及過程扭力閉環(huán)控制，完成擰緊。

3研究的主要內(nèi)容及方法

針對某槍彈引信自動擰緊裝配中出現(xiàn)的問題和難點(diǎn)進(jìn)行研究，研究的主要內(nèi)容如下：

1) 預(yù)擰引信嚙合的可靠性。引信預(yù)擰就是彈體與引信的內(nèi)外螺紋相結(jié)合的過程，在內(nèi)外螺紋剛結(jié)合時在此稱為“嚙合”。彈體和引信為鋁制螺紋，材質(zhì)較軟，螺紋加工的一致性、彈體和引信的定位夾持機(jī)構(gòu)的裝配公差以及“嚙合”時的應(yīng)力變化，都會對彈體與引信的“嚙合”造成影響，會出現(xiàn)螺紋“嚙邊”、偏心和“燒死”等現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)擰可靠性不高。采用引信專用抓取工裝，彈體夾持浮動定位，伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)及扭力閉環(huán)控制，增強(qiáng)了引信“嚙合”的可靠性。

2) 擰緊彈體和引信的柔性夾持及定位方式。擰緊時彈體和引信的夾持力需求比預(yù)擰時大，夾持力量過大容易使鋁制彈體變形，同時導(dǎo)致螺紋出現(xiàn)“燒死”現(xiàn)象，夾持力過小容易“打滑”，導(dǎo)致擰緊不到位，夾具與引信或彈體相互摩擦后，也容易損傷表面。因此，需要到一種合適的夾持方式及夾持材料來滿足擰緊的基本條件，并且要有可靠的定位方式來保證同軸度。通過對不同材料的裝夾測試，采用厚薄適當(dāng)?shù)钠べ|(zhì)材料和橡膠，定制專用工裝進(jìn)行柔性夾持，并安裝定位套，保證了擰緊時的裝夾和定位要求。

3) 擰緊過程控制及到位控制方式。擰緊過程中，進(jìn)給量和轉(zhuǎn)動量不匹配，很容易出現(xiàn)螺紋“燒死”現(xiàn)象；擰緊到位后不及時停止轉(zhuǎn)動與進(jìn)給，容易“過盈”而損傷彈體。采用有效的擰緊過程和到位控制方式才能確保擰緊的順利進(jìn)行并保證擰緊質(zhì)量。使用定位精度高的伺服電機(jī)對進(jìn)給和轉(zhuǎn)動進(jìn)行同步控制，采用扭力檢測作為到位超限保護(hù)，更好地實(shí)現(xiàn)了擰緊的過程及到位控制。

4采用的關(guān)鍵技術(shù)

4.1　柔性定位及扭力閉環(huán)控制技術(shù)

引信預(yù)擰時，引信與彈體的一致性，預(yù)擰機(jī)構(gòu)的裝配精度等因素都會影響到引信預(yù)擰“嚙合”及預(yù)擰過程中的軸向?qū)π?，偏差稍大或者一致性不高，預(yù)擰過程中就會出現(xiàn)內(nèi)外螺紋無法“嚙合”、鋁制螺紋“嚙邊”、“燒死”等現(xiàn)象。采用柔性定位及扭力閉環(huán)控制技術(shù)，有效地避免了以上現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高了預(yù)擰可靠性。預(yù)擰的柔性定位主要通過彈體夾具的浮動和“嚙合”時伺服電機(jī)的反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。彈體夾緊機(jī)構(gòu)如圖3所示。

1限位螺釘；2夾緊氣缸

用圖3中定制的限位螺釘固定夾緊氣缸，保持氣缸的中心在一定范圍內(nèi)，同時氣缸也有微小的可移動空間，達(dá)到浮動定位的目的。通過伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)也能使引信與藥筒更好地“嚙合”，在預(yù)擰過程中通過扭力回饋，超限時反轉(zhuǎn)，能夠減少“燒死”故障率，提高預(yù)擰的可靠性。伺服電機(jī)控制流程如圖4所示。

圖4　預(yù)擰伺服電機(jī)控制流程

引信擰緊時，藥筒和引信的夾持方式、夾持材料使用不當(dāng)，會出現(xiàn)“打滑”、變形、“燒死”等現(xiàn)象。使用薄橡膠墊附在藥筒夾持手爪的內(nèi)壁，使用硅橡膠定制成引信定位面一致的模具來夾持引信，可達(dá)到柔性夾持的目的，增加定位套可以在柔性夾持的同時又能保證中心定位。

在擰緊過程中，用扭力回饋，設(shè)定超限值，控制電機(jī)停止，既可以防止“燒死”，又能在擰緊到位后指令電機(jī)停止。

4.2　雙伺服同步控制技術(shù)

在擰緊過程中，藥筒上升時候的進(jìn)給量與轉(zhuǎn)動量如果不一致，螺紋在受到過大拉、壓力的時候很容易損傷，出現(xiàn)“燒死”現(xiàn)象。一個伺服電機(jī)執(zhí)行整個彈體的上升運(yùn)動，另一個電機(jī)執(zhí)行引信的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，對這兩個電機(jī)進(jìn)行同步控制，使上升的位移量與旋轉(zhuǎn)時的下降位移量保持一致。控制結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖5　雙伺服控制結(jié)構(gòu)示意圖

用上升軸作為主軸，用旋轉(zhuǎn)軸作為從軸，進(jìn)行位置跟隨，如果位置偏差進(jìn)行補(bǔ)償：

(ERSYN)t=(ERSYN)(t-1)+(主動軸位置-從動軸位置)t

其中(ERSYN)t表示t時刻的同步補(bǔ)償值，(ERSYN)(t-1)表示t-1時刻的補(bǔ)償值。(主動軸位置-從動軸位置)t表示t時刻主動軸的位置差。

5應(yīng)用結(jié)果與分析

實(shí)際應(yīng)用后，通過1 000發(fā)35mm口徑的引信進(jìn)行擰緊裝配，合格率為100%，擰緊間隙能控制在0.01mm以內(nèi)，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。以下是實(shí)測間隙柱狀圖如圖6。

圖6　間隙變化

6結(jié)束語

通過對某槍彈引信擰緊中存在的問題和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究，引入以上某槍彈引信自動擰緊技術(shù)，采用柔性定位、真空抓取、扭力閉環(huán)控制技術(shù)、雙伺服同步控制技術(shù)以及靜電防護(hù)和隔離防爆技術(shù)后，通過實(shí)際應(yīng)用表明，該槍彈引信擰緊技術(shù)能夠滿足槍彈引信擰緊的生產(chǎn)需要，并具有安全可靠、操作方便、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于其他同類擰緊裝配系統(tǒng)中。

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(責(zé)任編輯唐定國)

收稿日期：2015-02-10

作者簡介：童卓(1979—)，男，工程師，主要從事自動控制研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.037

中圖分類號：TJ411

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0707(2015)07-0148-03

本文引用格式：童卓，韓銀泉，熊長江.引信擰緊技術(shù)在某槍彈中的研究及應(yīng)用[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(7):148-150.

Citationformat:TONGZhuo,HANYin-quan,XIONGChang-jiang.TightenFuzeTechnologyResearchandApplicationinBullet[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(7):148-150.

TightenFuzeTechnologyResearchandApplicationinBullet

TONGZhuo,HANYin-quan,XIONGChang-jiang

(CenterofAmmunition,No.58ResearchInstituteofChinaOrdnanceIndustries,Mianyang621000,China)

Abstract:Based on characters and technology difficulties of bullet fuse tightening, a fuse tightening technology was introduced. Beside equipment structure and the control pattern, we mainly illustrated technologies such as flexible location in the process of fuse pre-tightening, vacuum gripping and torsion closed-loop control, twin-servo-based synchronization control during fuse tightening. Practice shows that with security and reliability, accessible operation and high level of automation, along with other advantages, the technology can meet assembly and technical requirements of fuse tightening for bullet cartridges and can be promoted in similar fuse tightening and assembly system.

Key words:vacuum gripping; flexible location; synchronization control; closed-loop control

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【機(jī)械制造與檢測技術(shù)】