應用TRIZ理論解決外鏜機加工面不能滿足大型工件的問題

胡艷軍

(天津重鋼機械裝備股份有限公司 天津300459)

應用TRIZ理論解決外鏜機加工面不能滿足大型工件的問題

胡艷軍

(天津重鋼機械裝備股份有限公司 天津300459)

鋼結構工件在進行加工制作過程中要對鏜孔位置和焊接位置進行磨平處理，但是當待加工工件特別巨大，吊車根據加工要求移動待加工工件費時費力，并且需要較多人工進行輔助。外鏜機由電機和圓形刀具組成，圓形刀片的加工范圍不能滿足大型鋼結構的加工面。如果一直加大刀片的半徑尺寸，會使刀具邊緣與軸中心距離變大，離心率也會隨之變大，導致刀具被毀壞，且加工質量也會變粗糙。如果將整個外鏜機位置進行移動，則不能保證移動前后加工精度的一致性。應用TRIZ理論，解決了外鏜機加工面不能滿足大型工件的問題。

外鏜機 離心率 加工精度

1 問題的背景

鋼結構工件在進行加工制作過程中要對鏜孔位置和焊接位置進行磨平處理。當工件外形尺寸較大時可以選擇銑床、車床等進行加工。但是當待加工工件特別巨大，長度達到數十米甚至上百米，有時長度要大于加工車間長度，吊車不能根據加工要求移動待加工工件，即使可以移動也會費時費力，并且需要較多人工進行輔助，且對加工車間環境要求較高，需空間較大，稍有不慎可能會對車間其他機床設備等造成破壞，損失較大。此外，加工廠不具備足夠強的加工條件也會無法滿足大工件的磨面機加工處理。此時，我們需選擇外形尺寸較小且能被靈活移動的外鏜機。這樣能保證巨大待加工工件保持不動，將外鏜機放置到需加工位置。使用這種方法不需要將巨大工件搬移至車間內部，在廠區即可進行加工處理，省去了大量的時間和資源。

如圖1所示，外鏜機由電機和圓形刀具組成，在加工大型鋼結構工件的過程中，圓形刀片的加工范圍不能滿足大型鋼結構的加工面。如果一直加大刀片的半徑尺寸，會使刀具邊緣與軸中心距離變大，離心率也會隨之變大，導致刀具被毀壞，且加工質量也會變粗糙。如果將整個外鏜機位置進行移動，則不能保證移動前后加工精度的一致性。

2 問題的描述

2.1 定義技術系統實現的功能

對鋼結構鏜孔位置或焊接位置進行磨平處理。

2.2 現有技術系統的工作原理

外鏜機的電機帶動刀片，讓刀片與待加工面接觸將待加工面進行磨平處理。

2.3 當前技術系統存在的問題(見圖2)

圖2 技術系統存在的問題Fig.2 Existing problems of technical system

當待加工工件較大時外鏜機刀具的面積不能滿足需加工的面積，如果加大刀具尺寸會使加工面不能滿足要求或者破壞刀具，且外鏜機電機功率可能無法帶動尺寸變大后的刀片。如果加大點擊功率必定會使電機體積變大，不能實現外鏜機任意移動至需加工位置，且刀具直徑達到一定長度后離心率會過大，從而毀壞刀具。

2.4 問題出現的條件和時間

當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行加工時，需讓大型工件固定，移動外鏜機進行工作。

2.5 問題或類似問題的現有解決方案及其缺點

將外鏜機底部不斷加墊片或墊板使外鏜機在上下方向進行移動，當左右方向需要移動時則需要人工或吊車直接搬移，此時產生的后果是移動前后磨面會有較大誤差，不能滿足精度要求。

2.6 新系統的要求

能讓外鏜機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 沖突區域確定

問題關鍵點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 外鏜機不能在一個加工面的加工范圍內任意移動Fig.6Boring machine cannot move freely within the processing range of a machining face

問題關鍵點2：外鏜機不能在一個加工面的加工范圍內任意移動，如圖6所示。

4 問題解決

4.1 技術沖突解決過程(沖突1)

4.1.1 沖突描述

為了加大外鏜機的加工面積，保證加工精度的要求，使外鏜機和被加工工件都保持不動，以增大刀具直徑來增加機床的加工面積，當刀具直徑超過一定的數額后離心率會迅速變大，毀壞刀具，加工精度達不到要求。

4.1.2 轉換成TRIZ標準沖突

改善的參數為靜止物體的面積；惡化的參數為制造精度。

4.1.3 查找沖突矩陣

得到如下發明原理：分離、振動、氣動與液壓結構、狀態變化。

4.2 技術沖突解決過程(沖突2)

4.2.1 沖突描述

為了加大外鏜機的加工面積，在刀具直徑大小無法改變的情況下需要將外鏜機進行左右和上下位置的移動，在移動過程中外鏜機刀具磨面的精度就會發生變化，不能達到加工要求。

4.2.2 轉換成TRIZ標準沖突

改善的參數為可操作性；惡化的參數為制造精度。

4.2.3 查找沖突矩陣

得到如下發明原理：分割、改變顏色、參數變化、反饋。

4.2.4 依據選定的發明原理，得到問題的解

方案1：依據No.2發明原理，得到解如下，根據分離原理將外鏜機的一個大刀具變成兩個或以上的小刀具，此種方法需要對外鏜機床本身進行較大幅度的變化，由于條件和費用限制實行較為困難。

方案2：依據No.18發明原理，得到解如下，根據振動原理將外鏜機整體進行幅度非常小的移動，使其精度誤差在非常小的范圍內變化。此時需要一個外力平臺或電機帶動外鏜機進行非常小尺寸范圍內的移動。

5 創新解的評估與成果

根據振動原理將外鏜機置于一個平臺上，讓平臺能做上下左右移動，且能保證一定的精度，可以將平臺使用較重材質，與外鏜機連接固定后能保證外鏜機在工作時不會發生震動移動，方案匯總如表1所示：

表1 方案匯總Tab.1 Summary of schemes

圖7 平臺整體圖Fig.7 Overall structure of platform

平臺整體如圖7所示，大致分為3部分：端面立柱、橫向座和端面底座。將外鏜機置于系統上后，外鏜機能在端面立柱上進行上下方向的移動。端面立柱方向與橫向臂方向進行連接，使外鏜機在橫向臂的方向也能進行移動，端面底座與端面立柱的連接處也有移動軌道，當左右方向位移仍然不足時，可移動端面立柱，使整個系統的上半部分移動。此平臺系統的主要原理是：在端面立柱位置設置軌道，使橫向臂系統能在電機的作用下在端面立柱方向進行移動；外鏜機放置在橫向臂系統上，橫向臂上設置軌道，使外鏜機在電機的作用下能在橫向臂方向進行移動；在端面底座上設置軌道，使端面立柱系統能在電機的作用下進行端面底座方向的移動。在整個系統的聯合作用下將外鏜機調節至準確位置使其正常工作。■

［1］ 檀潤華. TRIZ及應用：技術創新過程與方法[M]. 北京：高等教育出版社，2011.

［2］ 檀潤華，孫建廣. 發明問題解決原理[M]. 北京：科學出版社，2004.

［3］ 劉鴻文. 材料力學[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