應(yīng)用TRIZ理論解決外鏜機(jī)加工面不能滿足大型工件的問題

胡艷軍

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司 天津300459)

應(yīng)用TRIZ理論解決外鏜機(jī)加工面不能滿足大型工件的問題

胡艷軍

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司 天津300459)

鋼結(jié)構(gòu)工件在進(jìn)行加工制作過程中要對(duì)鏜孔位置和焊接位置進(jìn)行磨平處理，但是當(dāng)待加工工件特別巨大，吊車根據(jù)加工要求移動(dòng)待加工工件費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且需要較多人工進(jìn)行輔助。外鏜機(jī)由電機(jī)和圓形刀具組成，圓形刀片的加工范圍不能滿足大型鋼結(jié)構(gòu)的加工面。如果一直加大刀片的半徑尺寸，會(huì)使刀具邊緣與軸中心距離變大，離心率也會(huì)隨之變大，導(dǎo)致刀具被毀壞，且加工質(zhì)量也會(huì)變粗糙。如果將整個(gè)外鏜機(jī)位置進(jìn)行移動(dòng)，則不能保證移動(dòng)前后加工精度的一致性。應(yīng)用TRIZ理論，解決了外鏜機(jī)加工面不能滿足大型工件的問題。

外鏜機(jī) 離心率 加工精度

1 問題的背景

鋼結(jié)構(gòu)工件在進(jìn)行加工制作過程中要對(duì)鏜孔位置和焊接位置進(jìn)行磨平處理。當(dāng)工件外形尺寸較大時(shí)可以選擇銑床、車床等進(jìn)行加工。但是當(dāng)待加工工件特別巨大，長度達(dá)到數(shù)十米甚至上百米，有時(shí)長度要大于加工車間長度，吊車不能根據(jù)加工要求移動(dòng)待加工工件，即使可以移動(dòng)也會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且需要較多人工進(jìn)行輔助，且對(duì)加工車間環(huán)境要求較高，需空間較大，稍有不慎可能會(huì)對(duì)車間其他機(jī)床設(shè)備等造成破壞，損失較大。此外，加工廠不具備足夠強(qiáng)的加工條件也會(huì)無法滿足大工件的磨面機(jī)加工處理。此時(shí)，我們需選擇外形尺寸較小且能被靈活移動(dòng)的外鏜機(jī)。這樣能保證巨大待加工工件保持不動(dòng)，將外鏜機(jī)放置到需加工位置。使用這種方法不需要將巨大工件搬移至車間內(nèi)部，在廠區(qū)即可進(jìn)行加工處理，省去了大量的時(shí)間和資源。

如圖1所示，外鏜機(jī)由電機(jī)和圓形刀具組成，在加工大型鋼結(jié)構(gòu)工件的過程中，圓形刀片的加工范圍不能滿足大型鋼結(jié)構(gòu)的加工面。如果一直加大刀片的半徑尺寸，會(huì)使刀具邊緣與軸中心距離變大，離心率也會(huì)隨之變大，導(dǎo)致刀具被毀壞，且加工質(zhì)量也會(huì)變粗糙。如果將整個(gè)外鏜機(jī)位置進(jìn)行移動(dòng)，則不能保證移動(dòng)前后加工精度的一致性。

2 問題的描述

2.1 定義技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鏜孔位置或焊接位置進(jìn)行磨平處理。

2.2 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作原理

外鏜機(jī)的電機(jī)帶動(dòng)刀片，讓刀片與待加工面接觸將待加工面進(jìn)行磨平處理。

2.3 當(dāng)前技術(shù)系統(tǒng)存在的問題(見圖2)

圖2 技術(shù)系統(tǒng)存在的問題Fig.2 Existing problems of technical system

當(dāng)待加工工件較大時(shí)外鏜機(jī)刀具的面積不能滿足需加工的面積，如果加大刀具尺寸會(huì)使加工面不能滿足要求或者破壞刀具，且外鏜機(jī)電機(jī)功率可能無法帶動(dòng)尺寸變大后的刀片。如果加大點(diǎn)擊功率必定會(huì)使電機(jī)體積變大，不能實(shí)現(xiàn)外鏜機(jī)任意移動(dòng)至需加工位置，且刀具直徑達(dá)到一定長度后離心率會(huì)過大，從而毀壞刀具。

2.4 問題出現(xiàn)的條件和時(shí)間

當(dāng)加工工件特別巨大甚至超過加工車間長度，無法使用銑床或車床進(jìn)行加工時(shí)，需讓大型工件固定，移動(dòng)外鏜機(jī)進(jìn)行工作。

2.5 問題或類似問題的現(xiàn)有解決方案及其缺點(diǎn)

將外鏜機(jī)底部不斷加墊片或墊板使外鏜機(jī)在上下方向進(jìn)行移動(dòng)，當(dāng)左右方向需要移動(dòng)時(shí)則需要人工或吊車直接搬移，此時(shí)產(chǎn)生的后果是移動(dòng)前后磨面會(huì)有較大誤差，不能滿足精度要求。

2.6 新系統(tǒng)的要求

能讓外鏜機(jī)加工面滿足大尺寸待加工面的要求，且能保證加工精度。

3 問題分析

3.1 功能分析(見圖3)

圖3 功能分析Fig.3 Functional analysis

3.2 因果分析(見圖4)

圖4 因果分析Fig.4 Analysis of cause and effect

3.3 沖突區(qū)域確定

問題關(guān)鍵點(diǎn)1：加工刀具直徑不能無限加大，如圖5所示：

圖5 加工刀具直徑不能無限加大Fig.5Diameter of processing tool cannot be enlarged without a limit

圖6 外鏜機(jī)不能在一個(gè)加工面的加工范圍內(nèi)任意移動(dòng)Fig.6Boring machine cannot move freely within the processing range of a machining face

問題關(guān)鍵點(diǎn)2：外鏜機(jī)不能在一個(gè)加工面的加工范圍內(nèi)任意移動(dòng)，如圖6所示。

4 問題解決

4.1 技術(shù)沖突解決過程(沖突1)

4.1.1 沖突描述

為了加大外鏜機(jī)的加工面積，保證加工精度的要求，使外鏜機(jī)和被加工工件都保持不動(dòng)，以增大刀具直徑來增加機(jī)床的加工面積，當(dāng)?shù)毒咧睆匠^一定的數(shù)額后離心率會(huì)迅速變大，毀壞刀具，加工精度達(dá)不到要求。

4.1.2 轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突

改善的參數(shù)為靜止物體的面積；惡化的參數(shù)為制造精度。

4.1.3 查找沖突矩陣

得到如下發(fā)明原理：分離、振動(dòng)、氣動(dòng)與液壓結(jié)構(gòu)、狀態(tài)變化。

4.2 技術(shù)沖突解決過程(沖突2)

4.2.1 沖突描述

為了加大外鏜機(jī)的加工面積，在刀具直徑大小無法改變的情況下需要將外鏜機(jī)進(jìn)行左右和上下位置的移動(dòng)，在移動(dòng)過程中外鏜機(jī)刀具磨面的精度就會(huì)發(fā)生變化，不能達(dá)到加工要求。

4.2.2 轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突

改善的參數(shù)為可操作性；惡化的參數(shù)為制造精度。

4.2.3 查找沖突矩陣

得到如下發(fā)明原理：分割、改變顏色、參數(shù)變化、反饋。

4.2.4 依據(jù)選定的發(fā)明原理，得到問題的解

方案1：依據(jù)No.2發(fā)明原理，得到解如下，根據(jù)分離原理將外鏜機(jī)的一個(gè)大刀具變成兩個(gè)或以上的小刀具，此種方法需要對(duì)外鏜機(jī)床本身進(jìn)行較大幅度的變化，由于條件和費(fèi)用限制實(shí)行較為困難。

方案2：依據(jù)No.18發(fā)明原理，得到解如下，根據(jù)振動(dòng)原理將外鏜機(jī)整體進(jìn)行幅度非常小的移動(dòng)，使其精度誤差在非常小的范圍內(nèi)變化。此時(shí)需要一個(gè)外力平臺(tái)或電機(jī)帶動(dòng)外鏜機(jī)進(jìn)行非常小尺寸范圍內(nèi)的移動(dòng)。

5 創(chuàng)新解的評(píng)估與成果

根據(jù)振動(dòng)原理將外鏜機(jī)置于一個(gè)平臺(tái)上，讓平臺(tái)能做上下左右移動(dòng)，且能保證一定的精度，可以將平臺(tái)使用較重材質(zhì)，與外鏜機(jī)連接固定后能保證外鏜機(jī)在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生震動(dòng)移動(dòng)，方案匯總?cè)绫?所示：

表1 方案匯總Tab.1 Summary of schemes

圖7 平臺(tái)整體圖Fig.7 Overall structure of platform

平臺(tái)整體如圖7所示，大致分為3部分：端面立柱、橫向座和端面底座。將外鏜機(jī)置于系統(tǒng)上后，外鏜機(jī)能在端面立柱上進(jìn)行上下方向的移動(dòng)。端面立柱方向與橫向臂方向進(jìn)行連接，使外鏜機(jī)在橫向臂的方向也能進(jìn)行移動(dòng)，端面底座與端面立柱的連接處也有移動(dòng)軌道，當(dāng)左右方向位移仍然不足時(shí)，可移動(dòng)端面立柱，使整個(gè)系統(tǒng)的上半部分移動(dòng)。此平臺(tái)系統(tǒng)的主要原理是：在端面立柱位置設(shè)置軌道，使橫向臂系統(tǒng)能在電機(jī)的作用下在端面立柱方向進(jìn)行移動(dòng)；外鏜機(jī)放置在橫向臂系統(tǒng)上，橫向臂上設(shè)置軌道，使外鏜機(jī)在電機(jī)的作用下能在橫向臂方向進(jìn)行移動(dòng)；在端面底座上設(shè)置軌道，使端面立柱系統(tǒng)能在電機(jī)的作用下進(jìn)行端面底座方向的移動(dòng)。在整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合作用下將外鏜機(jī)調(diào)節(jié)至準(zhǔn)確位置使其正常工作?！?/p>

［1］ 檀潤華. TRIZ及應(yīng)用：技術(shù)創(chuàng)新過程與方法[M]. 北京：高等教育出版社，2011.

［2］ 檀潤華，孫建廣. 發(fā)明問題解決原理[M]. 北京：科學(xué)出版社，2004.

［3］ 劉鴻文. 材料力學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

Using TRIZ to Tackle Machining Face of Boring Machine to Meet the Demand of Large-sized Workpieces

HU Yanjun
(Tianjin Heavy Steel Mechanical Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300459，China)

During the machining of steel structure work pieces, the boring position and welding position need to be rubbed down. However, for extraordinarily large work pieces, crane will be used to move the pieces, which is not only timeconsuming, laborious, but also requires more manpower. Boring machine is composed of motor and circular knives and its circular blade machining range cannot meet the needs of large steel structure. If keep increasing the radius size of blade, the distance between tool edge and shaft center will be expanded, then the eccentricity will follow, leading to tool damage and rough machining quality. If the location of the whole boring machine is moved, the precision before and after the processing will not be consistent. By using TRIZ, this problem has been solved.

boring machine；centrifugal rate；machining accuracy

G304

：A

：1006-8945(2016)10-0070-03

2016-09-02