數控車(chē)床創(chuàng )新設計探討論文
摘要：數控車(chē)床在機械行業(yè)的應用非常廣泛，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，其特點(diǎn)及應用范圍隨著(zhù)科技的發(fā)展也在不斷地增長(cháng)擴大。通過(guò)對經(jīng)濟型CK6140數控車(chē)床刀架的分析，由于該數控車(chē)床只能對零件進(jìn)行內外圓柱、圓錐、螺紋、孔的車(chē)削，而無(wú)法實(shí)現軸上平面和槽的加工，然后應用TRIZ理論中的技術(shù)沖突矩陣來(lái)進(jìn)行創(chuàng )新，通過(guò)沖突矩陣的39個(gè)工程參數和40個(gè)發(fā)明原理的分析，證實(shí)并得出了一個(gè)帶有銑削功能的數控車(chē)床，通過(guò)獨立電動(dòng)機帶動(dòng)動(dòng)力銑頭來(lái)進(jìn)行銑削加工，加工原理是讓主軸停止轉動(dòng)即零件靜止不動(dòng)，電動(dòng)機帶動(dòng)銑刀進(jìn)行旋轉進(jìn)給銑削，從而實(shí)現軸上平面或槽的加工。
關(guān)鍵詞：數控車(chē)床；創(chuàng )新設計；TRIZ理論
1經(jīng)濟型數控車(chē)床
數控車(chē)床的結構簡(jiǎn)單，操作方便，制造成本低并且技術(shù)容易掌握，通過(guò)用微機控制的步進(jìn)電動(dòng)機來(lái)執行本身的進(jìn)給運動(dòng)，其結構是由進(jìn)給傳動(dòng)鏈最短出發(fā)，讓步進(jìn)電動(dòng)機輸出端配置減速器并與進(jìn)給系統的絲杠連接，來(lái)實(shí)現X、Z軸的進(jìn)給運動(dòng)；采用可控電動(dòng)尾座來(lái)實(shí)現對零件的頂尖頂緊工作；安裝自動(dòng)回轉刀架，通過(guò)數控系統傳遞信號來(lái)實(shí)現刀具的旋轉與進(jìn)給加工；并采用開(kāi)環(huán)控制系統，加工精度由執行元件和傳動(dòng)機構的精度來(lái)保證，雖然這種數控車(chē)床的定位精度較低，但是該數控車(chē)床的投資少，安裝調試方便，適用于精度要求不高的零件加工，也是目前機械制造業(yè)應用最普遍的一種。
2沖突分析
經(jīng)濟型數控車(chē)床采用的是螺旋轉位刀架，根據數控機床的加工特點(diǎn)，我們了解到，對于內孔的加工，只能借住車(chē)床尾座通過(guò)手動(dòng)操作來(lái)打中心孔和鉆孔從而實(shí)現內孔的加工，還有就是這種類(lèi)型的刀架只能加工出內外圓柱、圓錐、螺紋、孔等，而達不到在零件側面進(jìn)行平面、腔的加工，在這里應用TRIZ理論來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟型CK6140數控車(chē)床的刀架的創(chuàng )新。工程沖突包括技術(shù)、物理和數學(xué)這三種沖突，它的主要內容也是TRIZ研究的內容。物理沖突就是為了實(shí)現某種功能而表現出一個(gè)子系統或元件有一種特性，并且出現與此特性相反的特性。情況分析如下：當一個(gè)子系統的有用功增強時(shí)也使其系統的有害功增強；當一個(gè)子系統的有害功降低也會(huì )使其有害功降低。
3利用TRIZ理論解決沖突
應用技術(shù)沖突解決的原理又稱(chēng)發(fā)明原理，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，TRIZ團體通過(guò)對250萬(wàn)專(zhuān)利的精心研究，總結出了39條工程參數，所有的沖突問(wèn)題都可以在工程參數表中查到，同時(shí)又提出了解決技術(shù)沖突的40條發(fā)明原理。經(jīng)濟型CK6140數控車(chē)床刀架改造技術(shù)沖突：數控車(chē)床實(shí)現零件軸上平面、腔的加工，若采用車(chē)銑復合裝置的轉塔刀架和機械手，提高了加工效率，但是制造成本較高，而且結構設計比較麻煩，不易于制造和維修。從39個(gè)工程參數中選擇技術(shù)沖突的一對特征參數，由此確定標準工程參數如下：1）希望改進(jìn)的特征：速度、生產(chǎn)率；2）惡化的特征：可制造性、可維修性；3）從沖突矩陣表中可查出發(fā)明原理。
4創(chuàng )新設計
主要設計是在刀架上加上一個(gè)動(dòng)力銑頭，動(dòng)力銑頭的主軸軸線(xiàn)與數控車(chē)床中心線(xiàn)相垂直，動(dòng)力銑頭由單獨的步進(jìn)電動(dòng)機實(shí)現。若孔或腔的加工在同一母線(xiàn)上，可以把主軸電機上加個(gè)剎車(chē)即可實(shí)現。其螺旋轉位四工位刀架需要改，選用中拖板絲杠的行程，而所選用的動(dòng)力銑頭要盡量靠近中拖板的后端，使得銑頭和刀架之間的距離最大化。經(jīng)過(guò)創(chuàng )新之后經(jīng)濟型CK6140數控車(chē)床在進(jìn)行車(chē)削的加工同時(shí)，可以通過(guò)Y向步進(jìn)電動(dòng)機帶動(dòng)動(dòng)力銑頭進(jìn)行銑削加工，實(shí)現軸上平面和槽的加工。具體的設計是把M33(車(chē)削)和M34(銑削)指令加入到PLC控制程序中，當數控車(chē)床開(kāi)機時(shí)默認為車(chē)削加工狀態(tài)，數控系統對內取消對Y軸電動(dòng)機的監控和銑頭電動(dòng)機的控制指令輸出，對外輸出信號切斷Y軸電動(dòng)機的強電，這時(shí)只有X軸、Z軸參與聯(lián)動(dòng)工作。當需要對零件進(jìn)行銑削加工時(shí)，只需在加工程序的編程中輸入M34指令，就實(shí)現了系統對內恢復對Y軸電動(dòng)機的監控和銑頭電動(dòng)機的控制指令輸出，對外輸出信號接通Y軸電動(dòng)機的強電，這時(shí)數控車(chē)床就可以實(shí)現銑削功能，讓主軸停止轉動(dòng)，即工件不動(dòng)，銑刀旋轉進(jìn)給銑削。和經(jīng)濟型數控車(chē)床一樣，電動(dòng)刀架上可以安裝4把車(chē)刀，銑頭主軸上可安裝一把銑刀，加工時(shí)通常是先進(jìn)行車(chē)削加工，此時(shí)滑板上的電動(dòng)刀架靠近工件進(jìn)行車(chē)削加工，車(chē)削完成后，滑板后退，車(chē)削刀架遠離工件，銑削主軸靠近工件，Y軸按加工需要動(dòng)作，銑頭電機旋轉，進(jìn)行銑削加工，如需更換銑刀，要停機手動(dòng)換刀再繼續加工，從而完成軸的平面、槽的加工。通過(guò)對數控車(chē)床總體結構進(jìn)行創(chuàng )新設計，本文的主要研究?jì)热莺统晒麨椋海?）提出刀架需要改進(jìn)的地方，對其不足之處進(jìn)行分析確定沖突類(lèi)型屬于技術(shù)沖突，介紹了TRIZ理論中的39個(gè)工程參數和40條發(fā)明原理，主要運用TRIZ理論中的矛盾沖突矩陣,根據在刀架的設計中遇到的問(wèn)題，然后在沖突矩陣表格中選取提供的39個(gè)工程參數中的改善條件與惡化條件的關(guān)系,來(lái)初步確定可能應用到的40條發(fā)明原理中的其中一些原理，根據原理來(lái)設計預期的符合要求的刀架結構，在刀架上加上一個(gè)動(dòng)力銑頭，動(dòng)力銑頭的主軸軸線(xiàn)與數控車(chē)床中心線(xiàn)相垂直，動(dòng)力銑頭由單獨的步進(jìn)電動(dòng)機實(shí)現。（2）對設計的刀架進(jìn)行試驗，驗證它的工作原理，實(shí)現了在經(jīng)濟型數控車(chē)床上進(jìn)行軸上平面和槽的加工，一般操作過(guò)程是先進(jìn)行車(chē)削，此時(shí)切斷Y軸電動(dòng)機和動(dòng)力銑頭電動(dòng)機，當進(jìn)行銑削時(shí)，在程序中輸入M34，恢復Y軸電動(dòng)機和動(dòng)力銑頭電動(dòng)機的工作，從而進(jìn)行平面和槽的加工，工作原理是車(chē)床主軸不動(dòng)即工件不動(dòng)，讓銑刀旋轉進(jìn)給進(jìn)行銑削，到達加工的目的。
5小結
運用TRIZ理論對經(jīng)濟型數控車(chē)床的刀架進(jìn)行結構和原理上的創(chuàng )新設計，理論上具有很強的可行性，此次對刀架具體結構設計并沒(méi)有進(jìn)行詳細的計算和布局，機構設計不夠理想，需要進(jìn)一步完善該機構，才能更好地改善經(jīng)濟型數控車(chē)床的性能。
參考文獻：
[1]陳嬋娟.數控車(chē)床設計[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2006(03).
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