陈国华 闫 青 张 林 成中台 杨晓平 张海燕

(①湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳441053；②襄阳襄大旭华机电有限公司，湖北 襄阳 441000)

1 问题的提出

形迹管理就是根据物品或者工具的“形”，采用凹嵌等方法将其进行定位标识，使其易于取用和归位的一种管理方法[1]。大型飞机、汽车发动机维修性企业在拆卸、维修及再装配过程中，因零件摆放不规范且无针对特定零件、工具和工艺规范化存放器具，易造成丢失及装配错误，导致整件产品结构失效，易造成严重的安全问题及经济损失，因此急需开发各类形迹板的开发。形迹板在生产时，由于加工对象为工程塑料，会造成切屑粘刀问题，且导致生产出来的产品表面存在热熔黏附的现象，使产品表面粗糙、轮廓变形、材料报废率高及刀具磨损快，甚至产生断刀现象。因此，如何解决塑料板数控加工中的粘刀问题，具有十分重要的现实意义与应用价值。

2 问题的分析

针对在加工形迹板时出现的各种问题，运用TRIZ创新方法的相关理论对其进行逐一分析。

2.1 组件相互作用分析

将塑料板数控加工粘刀系统进行分析，可以得到该系统中所涉及的工程系统组件有主轴、刀具、塑料板、切屑、喷嘴，超系统组件有压缩空气。将组件进行两两分析，看二者是否有相互作用(即接触)，若有则在矩阵单元中用“+”表示；若无则用“-”表示。具体见表1所示。

表1 组件相互作用表

由表1可以看出，主轴与刀具、喷嘴之间有相互作用；刀具与塑料板、切屑和压缩空气有相互作用；塑料板与切屑和压缩空气有相互作用；切屑与压缩空气有相互作用；喷嘴与压缩空气有相互作用。

2.2 功能模型分析

通过组件相互作用分析之后，将组件间有功能的进行进一步分析，用图形化符号表示出每两个组件之间的功能，即进行功能模型分析，如图1所示。

由图1可列出有害的功能和不足的功能，见表2。

表2 缺点列表

2.3 因果链分析

通过组件相互作用分析和功能模型分析找到了系统中的功能缺点，但通常不是造成问题的根本原因，因此还需进行因果链分析找到深层原因,图2即为因果链分析。

通过因果链分析后，得到本系统中的几个关键缺点，将关键缺点转化为关键问题，并提出可能的解决方案，具体见表3。

表3 关键问题表

3 问题的解决

3.1 物理矛盾

本系统存在的物理矛盾为：为了让压缩空气能够更好的冷却刀具，需要增加压缩空气中的水分含量。水分含量太低，则冷却效果不好；如果水分含量太高，则会在机床上形成水流，会损害机床，甚至造成工作环境积水。即可描述为：压缩空气中含水率需要高，因为可以更好地冷却刀具；但是，压缩空气中含水率需要低，因为要防止水流损害机床。

根据TRIZ理论，选择解决本系统物理矛盾的方法：基于关系分离[2-3]。

选择对应的发明原理：

29：气压或液压结构原理。

35：物理或化学参数改变。

36：相变。

根据发明原理产生具体的解决方案，见表4。

表4 物理矛盾解决方案

3.2 物-场模型

针对切屑黏附刀具进行物-场模型分析，如图3所示。

由图3物-场模型可知，本模型为有害的物-场模型。可在2个物质之间从超系统中引入物质S3润滑剂以消除有害作用[4-7]，在压缩空气中加入润滑剂，例如切削液或者水，减少切屑与刀具的摩擦，如图4所示。

3.3 解决方案

将关键问题的解决方案及具体实现方式进行汇总，见表5。

表5 解决方案

4 应用验证

4.1 方案实施

由于主轴加热刀具，考虑在主轴上添加风扇，使风扇与主轴一同旋转，将主轴对刀具的有害功能转化为正常功能。图5为方案实施图。

将气体喷头换为扇形水雾喷头，既可以更好地将刀具冷却，又可以使切屑不与刀具黏附，见图6。

4.2 效果对比

图7为未采取解决方案时的粘刀现象；图8为采取解决方案后的成品图。对比可知，通过采取措施之后，在加工中切屑黏附刀具现象明显改善，形迹板成品也极少出现报废现象。

5 结语

数控加工过程中的粘刀问题，在塑料形迹器具的制造过程中尤为明显。本文运用TRIZ创新理论与方法，通过分析数控加工过程中的粘刀组件、因果链等分析，提出了一套简单的解决方案，经过应用验证，效果明显。