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基于TRIZ理论的机床浮动主轴的方案设计

2012年08月22日 11:39中国机床商务网点击:4555

  jc35导读:TRIZ是由被誉为TRIZ之父的前苏联海军部专家GenrichS.Altshuller创立的。其目的是研究人类在进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理、方法和规律。掌握了这些,人们就能能动地进行产品开发设计,预测未来发展趋势。
  
  TRIZ理论与计算机辅助创新集成已成为目前技术和产品创新的研究热点。文章针对常用玻璃加工方法及其存在的问题,应用TRIZ技术矛盾解决矩阵,结合TechOptimizer软件创造性地设计出玻璃加工机床浮动主轴系统,较好地解决了主轴既要高速旋转又必须具有自适应性的技术难题。其研究结果表明应用TRIZ理论和TechOptimizer技术创新软件,确实可以有效地解决技术创新、产品创新中的技术难题。
  
  产品创新的主要任务是不断解决过时产品和市场需求之间的矛盾。产品之所以不能满足市场需求,就是因为其内部存在阻碍更新换代的矛盾。在TRIZ理论中,称这类矛盾为技术矛盾。所谓技术矛盾是指用已知的原理和方法去改进系统某部分或参数时,不可避免的会出现系统的其它部分或参数变坏的现象。例如:质量和强度、汽车的速度和燃料耗费等等。技术矛盾解决矩阵所提供的原理往往并不能直接使问题得到解决,而是提供了最有可能解决问题的探索方向。解决问题时,还必须根据所提供的原理及所要解决问题的特定条件,提出解决问题的具体方法。
  
  1TechOptimizer技术创新软件
  
  TechOptimizer软件是以TRIZ为理论基础,结合创造性设计方法,辅助工程技术人员、科研人员以及企业经营者进行产品改进、新产品开发以及获得突破性创新技术的计算机辅助创新软件。它能帮助不同工程领域技术人员在产品的概念设计阶段,根据市场需求正确地发现并迅速解决产品开发中的关键问题,高质量、高效率地提出可行的创新设计方案,将设计引向正确方向。该软件是由美国InventionMachine公司开发的,是一种基于知识的创新工具。
  
  TechOptimizer软件由产品分析、流程分析、特征传递、科学原理检索、创新原理、预测和网络助手等功能模块组成。其主要特点是:可根据用户需求,快速发现现有产品或流程中存在的问题,并给出高质量解决方案;帮助设计者解决技术矛盾,避免妥协设计;加速新产品和工艺研发过程;在概念设计阶段进行成本分析,有效降低产品成本;扩展用户的知识领域;智能化的向导随时给出操作提示,软件使用更容易;以及自动生成分析报告等。
  
  2玻璃加工机床浮动主轴的创新方案设计
  
  2.1常用玻璃加工方法及其存在的问题
  
  平板玻璃的磨边加工,玻璃棱边被加工成一定的形状,如平直边、圆边或C形边等,通常采用能在一次性操作中完成的生产线。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、抛光等由装在多达六个工位上的金刚石砂轮连续进行。对于玻璃工艺制品和水晶玻璃的装饰性磨削加工,则多用手动或在多轴自动专用磨床上进行装饰性加工。光学透镜的粗磨,一般在专用磨床上采用轮缘为圆弧的杯形砂轮。
  
  目前,由于机床主轴在加工玻璃时,自身不能对刀具所受外力的变化快速地进行自我调整,致使玻璃产品和刀具容易破碎。
  
  2.2应用技术矛盾解决矩阵提出创新方案
  
  玻璃在进行磨削加工时,砂轮主轴必须高速旋转。但由于玻璃不平整会导致对砂轮施加压力的变化,而玻璃是脆性材料,受力不当容易破裂,这就要求主轴能随着所受压力的变化而快速调整,即其既要高速旋转又必须具有自适应性,在受力变大时能够自行退让。
  
  现应用技术矛盾解决矩阵来解决这种矛盾,并提出相应的解决方案。
  
  在表1改善的技术特性栏中选择第9项“速度”,在恶化的技术特性栏中选择第14项“强度”。可以看出,为了解决这一矛盾,TRIZ提供了4种解决原理,其编号分别为8、3、26、14。通过对这些原理的比较,选择原理14“回转、椭圆性”,即改直线运动为回转运动,将立方体变成椭圆体,使用滚筒及球状、螺旋状的物体。通过筛选,选择例子CONTACTOVERASPHERICALSUFACE。由此,可以考虑用点接触来替代物体的面接触。显然,这种替代可以大大减少接触物体间的摩擦力。
  
  在改善的技术特性栏中选择第1项“运动物体质量”,在恶化的技术特性栏中选择第3项“运动物体尺寸”。在提供的4个解决原理中选择原理15“动态性”,即自动调节物体。使其在各动作、阶段的性能最佳;将物体分割成既可变化又可相互配合的数个构成要素;使不动物体可动或可相互交换。由此考虑用“气浮”,因为“气浮”对主轴受力变化的响应迅速,且主轴所受切削力较小,因此所需气体压力也不会很大。
  
  如果在改善的技术特性栏中选择第9项“速度”,在恶化的技术特性栏中选择第14项“强度”。在提供的4个解决原理中选择原理3“部分改变”,即将物体的均一构成或外部环境及作用改为不均一;让物体的不同部分各具有不同功能;让其各部分处于各自动作的最佳状态。根据原理3和15以及软件所给相关例子的启发,可提出另一种解决方案2(如图2所示):转子5与主轴2一体,定子绕组4与外壳一体。主轴2的高速旋转功能,通过定子绕组4与转子5的作用来实现,而其上下浮动功能,则与方案1相同,仍由“气浮”来实现。对于轴承,仍选用径向空气轴承。其结构更简单、紧凑,便于维护。
(来源:中华机床网)

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