基于Triz理論探究普通車床加工螺紋存在的問題及新夾具設計

楊德森 劉向萍 邵曉明

摘 要 本文將Triz發明問題[1]，解決理論應用于普通車床套、攻絲夾具設計及應用研究中，在分析普通車床加工螺紋過程中存在問題的基礎上，提出基于Triz理論方法和解題步驟，得出解題方案。設計的夾具可用性強，在車床上加工好螺紋底孔或光軸后，將該夾具安裝在尾座上，夾具可通過莫氏錐套安裝于不同型號的車床尾座中，通用性強。通過更換板牙或絲錐可實現自動套絲或攻絲，生產效率高，使用效果好。

關鍵詞 Triz理論;解題過程;套攻絲夾具設計

引言

在普通車床[2]上加工軸類、套類零件的內、外螺紋時，通常采用手動攻絲、套絲。手動套絲使用的夾具一般由板牙、板牙套和手動附件組成，這種夾具雖然能對一般的工件進行套絲，但實際操作中經常由于用力不均導致板牙不能垂直旋入工件使得產品質量不合格，甚至出現板牙破裂。且不管是手動攻絲還是套絲，勞動強度較大，這無形中增加了工作人員的負擔。本文運用Triz理論的分析工具和發明原理解決了問題，完成新夾具設計。

1項目來源及背景分析

該項目來自于生產實踐，是解決軸內孔螺紋套絲、攻絲的急需用裝置。針對我校學生金工實習過程中在普通車床上對軸外螺紋套絲或內螺紋攻絲問題進行自行研究開發。

在普通車床上加工軸類、套類零件的內、外螺紋時，通常采用手動攻絲、套絲。手動套絲使用的夾具一般由板牙、板牙套和手動附件組成，這種夾具雖然能對一般的工件進行套絲，但實際操作中經常由于用力不均導致板牙不能垂直旋入工件使得產品質量不合格，甚至出現板牙破裂;手動攻絲時，同樣存在操作中由于用力不均導致產品質量不合格的問題。且不管是手動攻絲還是套絲，勞動強度均較大，這無形中增加了工作人員的負擔。

2因果鏈分析

對金工實習操作中一些零件進行套絲或攻絲過程存在的問題從人、機、料、法、環、測及5W1H[1]進行跟蹤、查找問題，分析原因，驗證，找出造成套絲不合格的關鍵問題點：套絲后螺紋亂扣;螺紋牙型不同。作因果分析見圖1。

3運用TRIZ工具解決

3.1 技術矛盾

通過因果軸分析[1]找到問題：從套絲后螺紋牙型不同為入手點解決問題。在普通車床上套絲時，因人手控制板牙，握緊力不均勻導致套絲后螺紋牙型大小不一，影響產品質量。針對存在的質量問題，通過在實習過程中針對存在問題進行構思并設計出普通車床多功能套絲夾具，該夾具可減輕操作工的勞動強度并提高操作的安全性。轉化為工程參數矛盾為：如果改進套攻絲裝置，那么產品質量提高了，但是系統結構復雜了。由以上描述，得到矛盾矩陣制造精度和系統的復雜性得出創新原理并形成解決問題的方案。

3.2 物理矛盾

通過因果軸分析[1]找到問題：從板牙卡緊在軸上為入手點解決問題。如果軸的直徑車的小，那么容易套絲，導致軸在板牙內活動使得二者不同心。上述技術矛盾存在矛盾著的狀態，即要尺寸小，又不能小。在確定軸外徑尺寸合適的情況下，保證螺紋的套絲質量。要軸外徑尺寸大，因為要保證外螺紋套絲后的正常使用;但是，軸外徑大，手工套絲，板牙端面與軸端面不平行，容易使板牙與軸卡緊，抱死在一起。矛盾著的需求可在系統級別上進行分離。在軸與板牙的空間上，通過尾座與卡盤的同軸心來提高套絲質量。

3.3 物場模型

由系統分析[1]得出問題點：①車床套絲時，人手握板牙，受人不均勻，會有軸上的螺紋損壞，影響產品質量;②車床套絲時，主軸轉速太快，把手會碰傷手，對人體有傷害。根據以上問題點，建立問題的“物場模型”見圖2。應用找到的“標準解”，生成解決方案。主軸帶動軸轉動，手給板牙一個推進力，完成套絲，但是軸速過高時，板牙突然反轉，扳手會碰傷手，所以增加一個裝置代替手，套攻絲夾具[3]見圖3。

4方案匯總

通過存在問題分析及問題查找，新設計方案[4]見圖3。

5結束語

利用Triz理論解決套攻絲夾具設計的方便性、多用性與系統復雜性之間的技術矛盾，設計新的夾具，通過實踐操作驗證設計夾具的可行性。利用Triz的設計矛盾理論，在套攻絲夾具設計中有很好的指導作用，可以引導設計人員打開思路，有效解決當前系統存在問題，有利于夾具的優化設計。

參考文獻

[1] 沈世德.TRIZ法簡明教程[M].北京：機械工業出版社，2010：75.

[2] 東北重型機械學院.機床夾具設計手冊[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2004：101.

[3] 萬宏鋼.《機械設計基礎》課程實驗教學的探討[J].南方農機， 2019，50（23）：196.

[4] 朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2013：27.

作者簡介

楊德森（1998-），男;現就讀學校：銀川能源學院， 專業：機械設計制造及其自動化。

劉向萍（1977-），女;學歷：大學本科，現就職單位：銀川能源學院，研究方向：機械制造及其工藝裝備，最優化理論。

邵曉明（1997-），男;現就讀學校：銀川能源學院， 專業：機械設計制造及其自動化。