機(jī)床商務(wù)網(wǎng)
公司動態(tài)
玻璃加工機(jī)床浮動主軸的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)
閱讀：1739 發(fā)布時(shí)間：2009-3-7 常用玻璃加工方法及其存在的問題
平板玻璃的磨邊加工，玻璃棱邊被加工成一定的形狀，如平直邊、圓邊或C形邊等，通常采用能在一次性操作中完成的生產(chǎn)線。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、拋光等由裝在多達(dá)六個工位上的金剛石砂輪連續(xù)進(jìn)行。對于玻璃工藝制品和水晶玻璃的裝飾性磨削加工，則多用手動或在多軸自動磨床上進(jìn)行裝飾性加工。光學(xué)透鏡的粗磨，一般在磨床上采用輪緣為圓弧的杯形砂輪。
目前，由于機(jī)床主軸在加工玻璃時(shí)，自身不能對刀具所受外力的變化快速地進(jìn)行自我調(diào)整，致使玻璃產(chǎn)品和刀具容易破碎。
應(yīng)用技術(shù)矛盾解決矩陣提出創(chuàng)新方案
玻璃在進(jìn)行磨削加工時(shí)，砂輪主軸必須高速旋轉(zhuǎn)。但由于玻璃不平整會導(dǎo)致對砂輪施加壓力的變化，而玻璃是脆性材料，受力不當(dāng)容易破裂，這就要求主軸能隨著所受壓力的變化而快速調(diào)整，即其既要高速旋轉(zhuǎn)又必須具有自適應(yīng)性，在受力變大時(shí)能夠自行退讓。
現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)矛盾解決矩陣來解決這種矛盾，并提出相應(yīng)的解決方案。
在表1改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”。可以看出，為了解決這一矛盾，TRIZ提供了4種解決原理，其編號分別為8、3、26、14。通過對這些原理的比較，選擇原理14“回轉(zhuǎn)、橢圓性”，即改直線運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，將立方體變成橢圓體，使用滾筒及球狀、螺旋狀的物體。通過篩選，選擇例子CONTACT OVER A SPHERICAL SUFACE。由此，可以考慮用點(diǎn)接觸來替代物體的面接觸。顯然，這種替代可以大大減少接觸物體間的摩擦力。
在改善的技術(shù)特性欄中選擇第1項(xiàng)“運(yùn)動物體質(zhì)量”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第3項(xiàng)“運(yùn)動物體尺寸”。在提供的4個解決原理中選擇原理15“動態(tài)性”，即自動調(diào)節(jié)物體。使其在各動作、階段的性能佳；將物體分割成既可變化又可相互配合的數(shù)個構(gòu)成要素；使不動物體可動或可相互交換。由此考慮用“氣浮”，因?yàn)?ldquo;氣浮”對主軸受力變化的響應(yīng)迅速，且主軸所受切削力較小，因此所需氣體壓力也不會很大。
根據(jù)原理15和原理14以及軟件（TechOptimizer）所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出一個初步解決方案如下：首先把主軸要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分割，分為高速旋轉(zhuǎn)的功能與主軸能上下浮動的功能。對于主軸的高速旋轉(zhuǎn)，可用高速電機(jī)實(shí)現(xiàn)，而主軸的上下浮動功能，則用“氣浮”來解決。
考慮到主軸的特殊要求，它與軸承之間的摩擦力應(yīng)很小，這里選擇氣體潤滑軸承。氣體潤滑軸承常用空氣作為潤滑劑，故又稱空氣軸承。空氣軸承具有無接觸、摩擦小、溫升低、壽命長，適應(yīng)高速，且對主機(jī)和環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。
依據(jù)以上分析和對軸承等選擇以及對方案的構(gòu)思、細(xì)化，可提出方案1（如圖1所示）：主軸3由空氣軸承4支承，所需轉(zhuǎn)矩由單相串激電機(jī)8提供，但其間通過一個傳動架傳遞，主軸與傳動架之間由滾珠6形成點(diǎn)接觸。在砂輪進(jìn)行切削之前，通過氣缸排出的氣體將主軸推向遠(yuǎn)端。加工過程中，主軸將隨著切削力的改變而自行上下浮動。
如果在改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”。在提供的4個解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一；讓物體的不同部分各具有不同功能；讓其各部分處于各自動作的佳狀態(tài)。根據(jù)原理3和15以及軟件所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出另一種解決方案2（如圖2所示）：轉(zhuǎn)子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉(zhuǎn)功能，通過定子繞組4與轉(zhuǎn)子5的作用來實(shí)現(xiàn)，而其上下浮動功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來實(shí)現(xiàn)。對于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，便于維護(hù)。
圖1 創(chuàng)新方案一
1 砂輪；2 氣缸蓋；3 主軸；4 空氣軸承；5 行程擋塊；6 滾珠；7 聯(lián)軸器；8 電機(jī)
如果在改善的技術(shù)特性欄中選擇第9項(xiàng)“速度”，在惡化的技術(shù)特性欄中選擇第14項(xiàng)“強(qiáng)度”。在提供的4個解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構(gòu)成或外部環(huán)境及作用改為不均一；讓物體的不同部分各具有不同功能；讓其各部分處于各自動作的佳狀態(tài)。根據(jù)原理3和15以及軟件所給相關(guān)例子的啟發(fā)，可提出另一種解決方案2（如圖2所示）：轉(zhuǎn)子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉(zhuǎn)功能，通過定子繞組4與轉(zhuǎn)子5的作用來實(shí)現(xiàn)，而其上下浮動功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來實(shí)現(xiàn)。對于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，便于維護(hù)。
圖2 創(chuàng)新方案二
1 砂輪；2 主軸；3 軸承；4 定子繞組；5 轉(zhuǎn)子；6 氣缸蓋
以上兩方案共同的特點(diǎn)是將主軸的高速旋轉(zhuǎn)功能與主軸的上下移動功能進(jìn)行了分離，且主軸自由懸浮，對主軸頂端刀具受力的變化能產(chǎn)生快速響應(yīng)，從而較好地解決了主軸既要高速旋轉(zhuǎn)又必須具有自適應(yīng)性的技術(shù)難題。事實(shí)上。還可以提出其它解決方案，例如，將方案2的氣體潤滑軸承改為電磁軸承，軸和軸承之間甚至可沒有摩擦力的作用，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。此外，還可以使主軸的上下移動和主軸的旋轉(zhuǎn)動力均由氣壓實(shí)現(xiàn)，即用高壓氣體沖擊主軸下端的葉片從而使其高速旋轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)是所需氣體壓力大，對主軸、葉片以及氣體容器的強(qiáng)度和剛度要求高，而且具有一定危險(xiǎn)性。