基于TRIZ理論的水基切削液定時加注系統(tǒng)設(shè)計

1. 現(xiàn)狀分析

數(shù)控機(jī)床對機(jī)械零件進(jìn)行車削、鉆削、銑削和磨削等加工時，多數(shù)配置單機(jī)用水基冷卻裝置，以滿足迅速降低加工溫度、穩(wěn)定工件加工尺寸、延長刀具使用壽命、減少停機(jī)換刀時間、減小切削力、降低加工表面粗糙度值、有效清除加工區(qū)的切屑或微粒及防止已加工表面銹蝕等要求。一般情況下，操作者先將適量的清水注入機(jī)床的冷卻裝置，再注入定量的切削液后，形成該機(jī)床所用的水基切削液。此種添加方式不僅會造成切削液濃度不穩(wěn)定，濃度過低時產(chǎn)品發(fā)生銹蝕，濃度過高時切削液使用浪費(fèi)；還會影響車間現(xiàn)場的定置管理，每臺或多臺機(jī)床的附近懸掛/散放塑料軟管。

針對上述情況，需要設(shè)計一套水基切削液定時加注系統(tǒng)，既要保證切削液濃度的一致性，又可避免切削液浪費(fèi)；既能美化現(xiàn)場，又要做到隨用隨加；既可整合現(xiàn)場的全部冷卻裝置，又不影響單機(jī)冷卻的運(yùn)行。

2. TRIZ參數(shù)橋優(yōu)化設(shè)計

由TRIZ理論原理知，基于技術(shù)沖突“參數(shù)橋”的創(chuàng)新發(fā)明求解過程通常包括三個主要步驟，即工程問題標(biāo)準(zhǔn)化（上橋）、查沖突矩陣取得發(fā)明原理（過橋）和運(yùn)用發(fā)明原理優(yōu)化設(shè)計（下橋），如圖1所示。

（1）工程問題標(biāo)準(zhǔn)化。為便于使用阿奇舒勒沖突矩陣解決切削液加注問題，首先要將前述工程問題用TRIZ理論中2003版的48個通用工程參數(shù)（39個工程參數(shù)新增了9個）來描述，也就是把一般的領(lǐng)域問題轉(zhuǎn)化為TRIZ標(biāo)準(zhǔn)問題。擬保證切削濃度的一致性，故選擇35號工程參數(shù)（可靠性）為待改善的參數(shù)；擬避免切削液浪費(fèi)，故選擇25號工程參數(shù)（物質(zhì)損失）為待改善的參數(shù)；擬美化現(xiàn)場，故選擇39號工程參數(shù)（美觀）為待改善的參數(shù)；擬整合現(xiàn)場全部冷卻裝置，故選擇33號工程參數(shù)（兼容性/可連通性）為待改善的參數(shù)。在原有基礎(chǔ)上增設(shè)水基切削液定時加注系統(tǒng)后，現(xiàn)場冷卻系統(tǒng)將會出現(xiàn)2個惡化的參數(shù)，即45號工程參數(shù)（系統(tǒng)的復(fù)雜性）和46號工程參數(shù)（控制和測量的復(fù)雜性）。

（2）查沖突矩陣取得發(fā)明原理。根據(jù)得到的5個改善參數(shù)和2個惡化參數(shù)，查2003版沖突矩陣表，可得到水基切削液定時加注系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)明原理，如附表所示。

圖1 TRIZ的技術(shù)沖突“參數(shù)橋”

（3）運(yùn)用發(fā)明原理優(yōu)化設(shè)計。綜合附表的發(fā)明原理及其設(shè)計方案，確定在車間現(xiàn)場安裝水基切削液集中加注站，經(jīng)單相自吸泵將預(yù)先配置好的水基切削液輸送至每個冷卻裝置處，由各自的操作者通過對應(yīng)的截止閥控制切削液的添加與關(guān)閉。同時，系統(tǒng)加裝定時控制環(huán)節(jié)，以減少自吸泵的無效運(yùn)行。

（4）定時加注系統(tǒng)設(shè)計。所設(shè)計的水基切削液定時加注系統(tǒng)主要由集中加注站和定時加注控制柜兩部分組成。其中，集中加注站包括儲液箱、單相自吸泵、卸荷管、截止閥及各連接管路等，如圖2所示；定時加注控制柜包含3極斷路器DZ47-60 C16、2極斷路器DZ47-60 C3、不帶燈常開按鈕IDEC ABW110G、Omron自動復(fù)位型定時器H3AM-NS-B、交流接觸器CJX1-9/22及相應(yīng)線路等，如圖3所示。

3. 使用方法

定時加注系統(tǒng)運(yùn)行前，操作者需要根據(jù)儲液箱內(nèi)液面位置，預(yù)先按規(guī)定比例配置好水基切削液并注滿儲液箱。

操作者合上控制柜內(nèi)斷路器QF0和QF1，使AC220V分別接至交流接觸器KM及導(dǎo)線L21。按下常開按鈕SB，接觸器KM的線圈與定時器KT的線圈均通入AC220V，KM常開觸點(diǎn)閉合使SB自鎖，KT工作且可動指針倒計時。

隨KM線圈得電，KM主觸點(diǎn)閉合，自吸泵的電動機(jī)M0接入AC220V后運(yùn)轉(zhuǎn)。儲液箱內(nèi)切削液經(jīng)管路和截止閥送至目標(biāo)冷卻裝置。待切削液加注預(yù)設(shè)定時到達(dá)，KT的限時接點(diǎn)3～4斷開，KM線圈失電，SB自鎖復(fù)位。隨KM線圈失電，KM主觸點(diǎn)斷開，M0停轉(zhuǎn)，切削液停止供應(yīng)。切削液定時加注的一個循環(huán)周期結(jié)束。

水基切削液定時加注系統(tǒng)設(shè)計發(fā)明原理一覽表

圖2 水基切削液集中加注站結(jié)構(gòu)示意

圖3 水基切削液定時加注控制原理

4. 結(jié)語

依據(jù)TRIZ理論中技術(shù)沖突“參數(shù)橋”，優(yōu)化水基切削液定時加注系統(tǒng)的設(shè)計。通過使用該套定時加注系統(tǒng)，切削液的添加過程不再出現(xiàn)泄漏，冷卻裝置附近的現(xiàn)場趨于美觀，自吸泵的損壞頻次由6次/年降為幾乎不損壞，維修費(fèi)用每年節(jié)約0.8萬元，電力無謂消耗每年節(jié)約1.5萬元。該項目在大批量生產(chǎn)現(xiàn)場具有一定的應(yīng)用價值。

[1] 張明勤，張士軍，陳繼文，等.TRIZ應(yīng)用綜合例析－軸頸磨損防護(hù)與修復(fù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.