機床商務網
公司動態
玻璃加工機床浮動主軸的創新方案設計
閱讀：1740 發布時間：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線。玻璃的粗磨、半精磨、精磨、拋光等由裝在多達六個工位上的金剛石砂輪連續進行。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行裝飾性加工。光學透鏡的粗磨，一般在磨床上采用輪緣為圓弧的杯形砂輪。
目前，由于機床主軸在加工玻璃時，自身不能對刀具所受外力的變化快速地進行自我調整，致使玻璃產品和刀具容易破碎。
應用技術矛盾解決矩陣提出創新方案
玻璃在進行磨削加工時，砂輪主軸必須高速旋轉。但由于玻璃不平整會導致對砂輪施加壓力的變化，而玻璃是脆性材料，受力不當容易破裂，這就要求主軸能隨著所受壓力的變化而快速調整，即其既要高速旋轉又必須具有自適應性，在受力變大時能夠自行退讓。
現應用技術矛盾解決矩陣來解決這種矛盾，并提出相應的解決方案。
在表1改善的技術特性欄中選擇第9項“速度”，在惡化的技術特性欄中選擇第14項“強度”。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、橢圓性”，即改直線運動為回轉運動，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。
在改善的技術特性欄中選擇第1項“運動物體質量”，在惡化的技術特性欄中選擇第3項“運動物體尺寸”。在提供的4個解決原理中選擇原理15“動態性”，即自動調節物體。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個構成要素；使不動物體可動或可相互交換。由此考慮用“氣浮”，因為“氣浮”對主軸受力變化的響應迅速，且主軸所受切削力較小，因此所需氣體壓力也不會很大。
根據原理15和原理14以及軟件（TechOptimizer）所給相關例子的啟發，可提出一個初步解決方案如下：首先把主軸要實現的功能進行分割，分為高速旋轉的功能與主軸能上下浮動的功能。對于主軸的高速旋轉，可用高速電機實現，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，適應高速，且對主機和環境無污染等優點。
依據以上分析和對軸承等選擇以及對方案的構思、細化，可提出方案1（如圖1所示）：主軸3由空氣軸承4支承，所需轉矩由單相串激電機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形成點接觸。在砂輪進行切削之前，通過氣缸排出的氣體將主軸推向遠端。加工過程中，主軸將隨著切削力的改變而自行上下浮動。
如果在改善的技術特性欄中選擇第9項“速度”，在惡化的技術特性欄中選擇第14項“強度”。在提供的4個解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構成或外部環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。根據原理3和15以及軟件所給相關例子的啟發，可提出另一種解決方案2（如圖2所示）：轉子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉功能，通過定子繞組4與轉子5的作用來實現，而其上下浮動功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來實現。對于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結構更簡單、緊湊，便于維護。
圖1 創新方案一
1 砂輪；2 氣缸蓋；3 主軸；4 空氣軸承；5 行程擋塊；6 滾珠；7 聯軸器；8 電機
如果在改善的技術特性欄中選擇第9項“速度”，在惡化的技術特性欄中選擇第14項“強度”。在提供的4個解決原理中選擇原理3“部分改變”，即將物體的均一構成或外部環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。根據原理3和15以及軟件所給相關例子的啟發，可提出另一種解決方案2（如圖2所示）：轉子5與主軸2一體，定子繞組4與外殼一體。主軸2的高速旋轉功能，通過定子繞組4與轉子5的作用來實現，而其上下浮動功能，則與方案1相同，仍由“氣浮”來實現。對于軸承，仍選用徑向空氣軸承。其結構更簡單、緊湊，便于維護。
圖2 創新方案二
1 砂輪；2 主軸；3 軸承；4 定子繞組；5 轉子；6 氣缸蓋
以上兩方案共同的特點是將主軸的高速旋轉功能與主軸的上下移動功能進行了分離，且主軸自由懸浮，對主軸頂端刀具受力的變化能產生快速響應，從而較好地解決了主軸既要高速旋轉又必須具有自適應性的技術難題。事實上。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，但其結構較復雜，成本也較高。此外，還可以使主軸的上下移動和主軸的旋轉動力均由氣壓實現，即用高壓氣體沖擊主軸下端的葉片從而使其高速旋轉。缺點是所需氣體壓力大，對主軸、葉片以及氣體容器的強度和剛度要求高，而且具有一定危險性。