提高轴承套圈沟道超精中油石自动补偿的可靠性洛阳轴研科技股份有限公司创新方法课题组
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摘要:角接触球轴承套圈在超精过程中,油石需要自动补偿在加工中的损耗。油石与油石夹之间需要有间隙。间隙大,油石易断。间隙小,油石会卡在油石夹里,得不到补偿效果。基于上述案例,运用ARIZ85C解题工具,建立并分析了问题模型,确定了最小问题,定义了三级IFR、物理矛盾和技术矛盾,运用矛盾矩阵,调用系统物场资源,应用知识信息库,经过替换问题,最终获得方案15项。检查得到的方案,初步评价得到的方案,通过筛选得到最终方案:将油石紧固在油石夹内,由气缸推动油石夹来实现油石的自动补偿。

经验证,油石可靠的得到自动补偿。该结构已用在新的超精机床中,机床已与磨床组成自动线,发往客户使用。

一、问题描述

角接触球轴承套圈沟道在超精过程中,油石与沟道的接触面是持续的被损耗的,因此需要自动补偿,使油石一直保持与沟道接触,才能实现油石对套圈的有效切削。

为了实现油石自动补偿,长方形截面的油石与油石夹之间需要一定的间隙。油石和油石夹的尺寸因加工公差的原因,还有油石在自动补偿过程中对油石夹也有切削作用,因此二者的间隙是变化的。间隙大,油石易断。间隙小,油石会卡在油石夹里,得不到补偿效果。在轴承加工领域,超精是最后一道精密的加工工序。

二、解题过程

运用ARIZ85C的解题工具,用TRIZ的语言描述初始问题,建立简化的问题模型,描述最小问题,定义矛盾组件对,画出技术矛盾示意图,选取主要的技术矛盾,激化矛盾,引入X元件,应用标准解,经过这些步骤分析了现有问题,得到了方案1。

通过定义操作区域和操作时间,寻找物场资源,分析SFR,得到方案2。

通过描述和强化IFR1,描述宏观的物理矛盾,描述微观的物理矛盾,描述IFR2,运用标准解,得到了方案4、5。

调用物场资源,通过运用小人法、IFR法、物质跟物质组合后的资源、虚空或虚空与物质的组合、派生资源、电场、场和对场敏感的物质,获得方案6-12。

运用信息库,运用标准解、类似问题的方案、分离方法解决物理问题、自然现象或效应解决物理矛盾,获得方案13、14。

改变或替换问题,尝试新的构思,应用标准解系统,得到方案15。

检查得到的方案,初步评价得到的方案,预估应用方案时产生的子问题。

确定最终方案,经试验验证,提高了轴承套圈沟道超精中油石自动补偿的可靠性。

三、最终方案

由以上解题过程,通过一些工具和方法的应用,通过比对,确定了最终的方案。

采用解决物理矛盾的空间分离方法。空间分离就是将矛盾双方在不同的空间上分离。当关键子系统矛盾的双方在某空间只出现一方时,可以进行空间分离。

具体方案是:把直接作用于油石上的补偿功能,转移到油石夹上。这样,油石被油石夹固定,油石夹被推动完成油石的补偿功能。

方案如下图1所示,其中,左图为原油石补偿结构,右图为新的油石补偿结构

图1 最终方案示意图

新方案的特点与优势;

1、油石在油石夹里紧固。超精沟道时,油石的曲率半径不会因为原来油石与油石夹之间的间隙而变化,有利于提高超精精度。

2、油石的补偿推动作用在油石夹上。在材料上,油石夹比油石能更好承受冲击负荷。

3、油石有油石夹之间不需要严格的尺寸要求。对于正常切割后的油石,可以直接装夹在油石夹内,并且可以很方便的被紧固。通过实际的试车验证,这个作为最终方案。

4、油石夹不再需要硬质合金内衬。原有的硬质合金内衬,会因为油石对其的磨削而尺寸变大而报废。新的油石夹比硬质合金内衬有长的很多的使用寿命。也节省了硬质合金内衬报废造成的生产成本增加。

四、创新点

油石由原来的可以在油石夹内滑动,变成在油石夹内紧固,油石的补偿,由原来的推着油石来补偿,变成推着油石夹来补偿。提高了油石自动补偿的可靠性。

油石夹的结构得到简化,省去了硬质合金部分。

油石夹的尺寸与油石截面的尺寸不用再严格控制,油石更换很简便。有效的减少了停机次数,减轻了操作人员的劳动强度。

五、形成的知识产权情况

注:专利类型包括国内实用新型、国内发明、国际专利

六、应用情况及范围

新的油石自动补偿结构,已经配置在新的角接触球轴承套圈沟道超精机上,通过试车和用户的使用,情况良好,我们的机床调试人员和用户的机床操作人员都很满意。

新的油石自动补偿结构可以用于轴承套圈的各种沟道及滚道超精加工中,即简化了油石装夹的结构,也极大的方便了油石的更换。

七、产生的经济效益或社会效益

新的油石自动补偿结构,已经配置在四台沟道超精机上,与相关磨床等设备组成四条自动生产线,已发往一滚珠丝杠轴承生产厂家使用。

原来的油石自动补偿结构,油石夹采用的是价格贵的硬质合金材料,油石夹在使用一段时间后会因磨损严重而报废,加大用户的使用成本。新的油石自动补偿结构,油石夹采用普通钢材料即可,并且几乎不用更换。

新的油石自动补偿结构,对油石尺寸不用再严格的控制,操作人员不用象往常那样去修磨油石截面尺寸,极大的减轻了操作人员的劳动强度,提高了生产效率。