基于Triz理论探究普通车床加工螺纹存在的问题及新夹具设计

杨德森 刘向萍 邵晓明

摘 要 本文将Triz发明问题[1]，解决理论应用于普通车床套、攻丝夹具设计及应用研究中，在分析普通车床加工螺纹过程中存在问题的基础上，提出基于Triz理论方法和解题步骤，得出解题方案。设计的夹具可用性强，在车床上加工好螺纹底孔或光轴后，将该夹具安装在尾座上，夹具可通过莫氏锥套安装于不同型号的车床尾座中，通用性强。通过更换板牙或丝锥可实现自动套丝或攻丝，生产效率高，使用效果好。

关键词 Triz理论;解题过程;套攻丝夹具设计

引言

在普通车床[2]上加工轴类、套类零件的内、外螺纹时，通常采用手动攻丝、套丝。手动套丝使用的夹具一般由板牙、板牙套和手动附件组成，这种夹具虽然能对一般的工件进行套丝，但实际操作中经常由于用力不均导致板牙不能垂直旋入工件使得产品质量不合格，甚至出现板牙破裂。且不管是手动攻丝还是套丝，劳动强度较大，这无形中增加了工作人员的负担。本文运用Triz理论的分析工具和发明原理解决了问题，完成新夹具设计。

1项目来源及背景分析

该项目来自于生产实践，是解决轴内孔螺纹套丝、攻丝的急需用装置。针对我校学生金工实习过程中在普通车床上对轴外螺纹套丝或内螺纹攻丝问题进行自行研究开发。

在普通车床上加工轴类、套类零件的内、外螺纹时，通常采用手动攻丝、套丝。手动套丝使用的夹具一般由板牙、板牙套和手动附件组成，这种夹具虽然能对一般的工件进行套丝，但实际操作中经常由于用力不均导致板牙不能垂直旋入工件使得产品质量不合格，甚至出现板牙破裂;手动攻丝时，同样存在操作中由于用力不均导致产品质量不合格的问题。且不管是手动攻丝还是套丝，劳动强度均较大，这无形中增加了工作人员的负担。

2因果链分析

对金工实习操作中一些零件进行套丝或攻丝过程存在的问题从人、机、料、法、环、测及5W1H[1]进行跟踪、查找问题，分析原因，验证，找出造成套丝不合格的关键问题点：套丝后螺纹乱扣;螺纹牙型不同。作因果分析见图1。

3运用TRIZ工具解决

3.1 技术矛盾

通过因果轴分析[1]找到问題：从套丝后螺纹牙型不同为入手点解决问题。在普通车床上套丝时，因人手控制板牙，握紧力不均匀导致套丝后螺纹牙型大小不一，影响产品质量。针对存在的质量问题，通过在实习过程中针对存在问题进行构思并设计出普通车床多功能套丝夹具，该夹具可减轻操作工的劳动强度并提高操作的安全性。转化为工程参数矛盾为：如果改进套攻丝装置，那么产品质量提高了，但是系统结构复杂了。由以上描述，得到矛盾矩阵制造精度和系统的复杂性得出创新原理并形成解决问题的方案。

3.2 物理矛盾

通过因果轴分析[1]找到问题：从板牙卡紧在轴上为入手点解决问题。如果轴的直径车的小，那么容易套丝，导致轴在板牙内活动使得二者不同心。上述技术矛盾存在矛盾着的状态，即要尺寸小，又不能小。在确定轴外径尺寸合适的情况下，保证螺纹的套丝质量。要轴外径尺寸大，因为要保证外螺纹套丝后的正常使用;但是，轴外径大，手工套丝，板牙端面与轴端面不平行，容易使板牙与轴卡紧，抱死在一起。矛盾着的需求可在系统级别上进行分离。在轴与板牙的空间上，通过尾座与卡盘的同轴心来提高套丝质量。

3.3 物场模型

由系统分析[1]得出问题点：①车床套丝时，人手握板牙，受人不均匀，会有轴上的螺纹损坏，影响产品质量;②车床套丝时，主轴转速太快，把手会碰伤手，对人体有伤害。根据以上问题点，建立问题的“物场模型”见图2。应用找到的“标准解”，生成解决方案。主轴带动轴转动，手给板牙一个推进力，完成套丝，但是轴速过高时，板牙突然反转，扳手会碰伤手，所以增加一个装置代替手，套攻丝夹具[3]见图3。

4方案汇总

通过存在问题分析及问题查找，新设计方案[4]见图3。

5结束语

利用Triz理论解决套攻丝夹具设计的方便性、多用性与系统复杂性之间的技术矛盾，设计新的夹具，通过实践操作验证设计夹具的可行性。利用Triz的设计矛盾理论，在套攻丝夹具设计中有很好的指导作用，可以引导设计人员打开思路，有效解决当前系统存在问题，有利于夹具的优化设计。

参考文献

[1] 沈世德.TRIZ法简明教程[M].北京：机械工业出版社，2010：75.

[2] 东北重型机械学院.机床夹具设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2004：101.

[3] 万宏钢.《机械设计基础》课程实验教学的探讨[J].南方农机， 2019，50（23）：196.

[4] 朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2013：27.

作者简介

杨德森（1998-），男;现就读学校：银川能源学院， 专业：机械设计制造及其自动化。

刘向萍（1977-），女;学历：大学本科，现就职单位：银川能源学院，研究方向：机械制造及其工艺装备，最优化理论。

邵晓明（1997-），男;现就读学校：银川能源学院， 专业：机械设计制造及其自动化。