基于TRIZ理論改善軸類自動校直機生產(chǎn)節(jié)拍

陳 城，胥關輝，牛加飛，于 明，劉 立

(中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

軸類自動校直機是針對汽車及其他機械行業(yè)廣泛應用的各種軸類零件在熱處理過程中產(chǎn)生的變形進行校直的設備。軸類自動校直機的生產(chǎn)節(jié)拍是指校直機平均校直一根工件所用的時間。

目前，國產(chǎn)軸類自動校直機與國外軸類自動校直機相比，其生產(chǎn)節(jié)拍明顯存在不足，很多情況下滿足不了生產(chǎn)所需。由于軸類自動校直機生產(chǎn)節(jié)拍的快慢涉及多方面的因素，本文采用TRIZ理論中的創(chuàng)新方法進行全方位系統(tǒng)化研究、綜合分析，找到根本性的改善措施。

2 基于TRIZ理論創(chuàng)新方法描述問題

全自動軸類校直機主要由以下單元構成：壓直單元、測量單元、驅動單元、支撐單元(如圖1所示)。測量單元為杠桿測量機構，一端接觸工件，隨工件表面變化而擺動，反饋至杠桿另一端，通過位移傳感器檢測工件跳動量。驅動單元左端為主動端——電機+回轉頂尖，右端為從動端——回轉頂尖+編碼器。支撐單元由左右固定支撐及中間可動支撐組成。軸類校直機結構示意圖如圖2所示。

圖1 全自動軸類校直機

圖2 結構示意圖

軸類自動校直機的生產(chǎn)節(jié)拍是指校直機平均校直一個工件所用的時間?，F(xiàn)有軸類自動校直機的工作原理：主動回轉中心和從動回轉中心的頂尖將工件夾持后，頂尖由電機驅動旋轉，通過工件傳遞到從動回轉中心頂尖；與可動支撐相連的測量裝置檢測到工件表面的跳動量(TIR)，從動回轉中心的光電編碼器檢測工件表面的跳動量方向；計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷工件最大彎曲位置和方向，并發(fā)出指令，使工件最大彎曲點朝上時停止轉動，結合TIR幅值及設定的參數(shù)計算修正量[1]；程序自動判斷校直點，并將預先設定的可動支撐升起，主動回轉中心和從動回轉中心的頂尖松開工件至可動支撐上；壓頭根據(jù)計算機算出的修正量向下快進及工進加載，實現(xiàn)對工件的精密校直修正；重復測量和校直的動作，直至各測量點的跳動量達到預先設定的跳動量值之內，即完成一根軸的校直。

當前技術系統(tǒng)存在的問題：全自動校直機在自動校直過程中，需要反復多次測量及壓直，校直效率較低。

對新技術系統(tǒng)的要求：對于任何工件，全自動校直機都能根據(jù)初始設定的校直要求，在用戶要求的時間內完成校直工作。

3 資源分析

利用資源分析，可得如下技術方案：設計自動移動的支撐，提高單點校直效率(方案1)。

4 解決問題

4.1 技術矛盾

根據(jù)因果分析，校直機頂尖磨損失效的原因是采用帶軸承的活動頂尖。如果采用固定頂尖，就需要改變結構，增加軸承，這將會導致機構變得復雜。改善的參數(shù)：物體產(chǎn)生的有害因素；惡化的參數(shù)：系統(tǒng)的復雜性。采用周期性動作或脈沖代替連續(xù)動作的提示，得到如下技術方案：

高點校直完畢后需要再次測量，將原來一圈以上的旋轉改為半圈，大大減少頂尖的旋轉頻率，提高其使用壽命(方案2)。

4.2 物理矛盾

根據(jù)創(chuàng)新原理并借助中介物原理，得到以下方案：在壓頭上加裝緩沖的聚氨酯，減少高速下壓導致的工件斷裂(方案3)。

4.3 物場分析

現(xiàn)有模型完整，現(xiàn)有系統(tǒng)的有用作用不足，需要進行改進，但是不能引入新的元件，根據(jù)分析，引入電磁場來增強第一個場的作用，得到頂尖加磁場的技術方案：

在頂尖處加入電磁場使頂尖與工件間產(chǎn)生磁性，牢牢吸住工件，避免打滑，消除頂尖對工件驅動的不足(方案4)。

4.4 進化分析

為提高全自動校直機的自動校直效率，分別從壓直單元、測量單元、驅動單元、支撐單元進行了改進，該改進趨勢符合“子系統(tǒng)不均衡進化法則”。為進一步提高全自動校直機的自動校直效率，需對支撐單元進行改進，得到支撐可動智能化的技術方案：

支撐可上下定量伸縮，并配合壓頭快速校直(方案5)。

5 方案評價

運用工程經(jīng)驗及同類實例的應用情況對備選方案進行評價與決策。

5.1 方案列表

綜上，所得技術方案如表1所示。

表1 方案列表

5.2 決策

根據(jù)上述分析，選擇旋轉半圈定高點(方案2)和壓頭上加裝聚氨酯(方案3)為主要的執(zhí)行方案。首選是方案2，該方案在經(jīng)濟性、可行性等方面最優(yōu)，經(jīng)過驗證達到了改善校直節(jié)拍的目的。

6 結 論

軸類自動校直機的應用領域越來越廣，實際生產(chǎn)對校直效率的要求也越來越高。通過本研究所得技術方案，能夠有效地提高校直效率，改善校直機的使用條件。