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數(shù)控車床創(chuàng)新設計探討論文
摘要：數(shù)控車床在機械行業(yè)的應用非常廣泛，是目前國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，其特點及應用范圍隨著科技的發(fā)展也在不斷地增長擴大。通過對經(jīng)濟型CK6140數(shù)控車床刀架的分析，由于該數(shù)控車床只能對零件進行內(nèi)外圓柱、圓錐、螺紋、孔的車削，而無法實現(xiàn)軸上平面和槽的加工，然后應用TRIZ理論中的技術沖突矩陣來進行創(chuàng)新，通過沖突矩陣的39個工程參數(shù)和40個發(fā)明原理的分析，證實并得出了一個帶有銑削功能的數(shù)控車床，通過獨立電動機帶動動力銑頭來進行銑削加工，加工原理是讓主軸停止轉動即零件靜止不動，電動機帶動銑刀進行旋轉進給銑削，從而實現(xiàn)軸上平面或槽的加工。
關鍵詞：數(shù)控車床；創(chuàng)新設計；TRIZ理論
1經(jīng)濟型數(shù)控車床
數(shù)控車床的結構簡單，操作方便，制造成本低并且技術容易掌握，通過用微機控制的步進電動機來執(zhí)行本身的進給運動，其結構是由進給傳動鏈最短出發(fā)，讓步進電動機輸出端配置減速器并與進給系統(tǒng)的絲杠連接，來實現(xiàn)X、Z軸的進給運動；采用可控電動尾座來實現(xiàn)對零件的頂尖頂緊工作；安裝自動回轉刀架，通過數(shù)控系統(tǒng)傳遞信號來實現(xiàn)刀具的旋轉與進給加工；并采用開環(huán)控制系統(tǒng)，加工精度由執(zhí)行元件和傳動機構的精度來保證，雖然這種數(shù)控車床的定位精度較低，但是該數(shù)控車床的投資少，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(shù)控車床采用的是螺旋轉位刀架，根據(jù)數(shù)控機床的加工特點，我們了解到，對于內(nèi)孔的加工，只能借住車床尾座通過手動操作來打中心孔和鉆孔從而實現(xiàn)內(nèi)孔的加工，還有就是這種類型的刀架只能加工出內(nèi)外圓柱、圓錐、螺紋、孔等，而達不到在零件側面進行平面、腔的加工，在這里應用TRIZ理論來進行經(jīng)濟型CK6140數(shù)控車床的刀架的創(chuàng)新。工程沖突包括技術、物理和數(shù)學這三種沖突，它的主要內(nèi)容也是TRIZ研究的內(nèi)容。物理沖突就是為了實現(xiàn)某種功能而表現(xiàn)出一個子系統(tǒng)或元件有一種特性，并且出現(xiàn)與此特性相反的特性。情況分析如下：當一個子系統(tǒng)的有用功增強時也使其系統(tǒng)的有害功增強；當一個子系統(tǒng)的有害功降低也會使其有害功降低。
3利用TRIZ理論解決沖突
應用技術沖突解決的原理又稱發(fā)明原理，隨著科學技術的飛速發(fā)展，TRIZ團體通過對250萬專利的精心研究，總結出了39條工程參數(shù)，所有的沖突問題都可以在工程參數(shù)表中查到，同時又提出了解決技術沖突的40條發(fā)明原理。經(jīng)濟型CK6140數(shù)控車床刀架改造技術沖突：數(shù)控車床實現(xiàn)零件軸上平面、腔的加工，若采用車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個工程參數(shù)中選擇技術沖突的一對特征參數(shù)，由此確定標準工程參數(shù)如下：1）希望改進的特征：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動力銑頭，動力銑頭的主軸軸線與數(shù)控車床中心線相垂直，動力銑頭由單獨的步進電動機實現(xiàn)。若孔或腔的加工在同一母線上，可以把主軸電機上加個剎車即可實現(xiàn)。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)過創(chuàng)新之后經(jīng)濟型CK6140數(shù)控車床在進行車削的加工同時，可以通過Y向步進電動機帶動動力銑頭進行銑削加工，實現(xiàn)軸上平面和槽的加工。具體的設計是把M33(車削)和M34(銑削)指令加入到PLC控制程序中，當數(shù)控車床開機時默認為車削加工狀態(tài)，數(shù)控系統(tǒng)對內(nèi)取消對Y軸電動機的監(jiān)控和銑頭電動機的控制指令輸出，對外輸出信號切斷Y軸電動機的強電，這時只有X軸、Z軸參與聯(lián)動工作。當需要對零件進行銑削加工時，只需在加工程序的編程中輸入M34指令，就實現(xiàn)了系統(tǒng)對內(nèi)恢復對Y軸電動機的監(jiān)控和銑頭電動機的控制指令輸出，對外輸出信號接通Y軸電動機的強電，這時數(shù)控車床就可以實現(xiàn)銑削功能，讓主軸停止轉動，即工件不動，銑刀旋轉進給銑削。和經(jīng)濟型數(shù)控車床一樣，電動刀架上可以安裝4把車刀，銑頭主軸上可安裝一把銑刀，加工時通常是先進行車削加工，此時滑板上的電動刀架靠近工件進行車削加工，車削完成后，滑板后退，車削刀架遠離工件，銑削主軸靠近工件，Y軸按加工需要動作，銑頭電機旋轉，進行銑削加工，如需更換銑刀，要停機手動換刀再繼續(xù)加工，從而完成軸的平面、槽的加工。通過對數(shù)控車床總體結構進行創(chuàng)新設計，本文的主要研究內(nèi)容和成果為：（1）提出刀架需要改進的地方，對其不足之處進行分析確定沖突類型屬于技術沖突，介紹了TRIZ理論中的39個工程參數(shù)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(jù)在刀架的設計中遇到的問題，然后在沖突矩陣表格中選取提供的39個工程參數(shù)中的改善條件與惡化條件的關系,來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(jù)原理來設計預期的符合要求的刀架結構，在刀架上加上一個動力銑頭，動力銑頭的主軸軸線與數(shù)控車床中心線相垂直，動力銑頭由單獨的步進電動機實現(xiàn)。（2）對設計的刀架進行試驗，驗證它的工作原理，實現(xiàn)了在經(jīng)濟型數(shù)控車床上進行軸上平面和槽的加工，一般操作過程是先進行車削，此時切斷Y軸電動機和動力銑頭電動機，當進行銑削時，在程序中輸入M34，恢復Y軸電動機和動力銑頭電動機的工作，從而進行平面和槽的加工，工作原理是車床主軸不動即工件不動，讓銑刀旋轉進給進行銑削，到達加工的目的。
5小結
運用TRIZ理論對經(jīng)濟型數(shù)控車床的刀架進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有進行詳細的計算和布局，機構設計不夠理想，需要進一步完善該機構，才能更好地改善經(jīng)濟型數(shù)控車床的性能。
參考文獻：
[1]陳嬋娟.數(shù)控車床設計[M].化學工業(yè)出版社,2006(03).
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