花岗石异型面的高效加工机理与实验研究

【摘要】：用金刚石成型刀具对花岗石异型面进行加工，是一种逐渐被石材企业广泛采用、经济高效的石材加工工艺方式。然而由于花岗石种类多、与大理石相比硬度高，以及在此领域的理论和实验研究滞后，实际生产中凸现出来的加工效率低、成本高等问题未得到及时解决，使得此类加工方式的优势并没有完全发挥出来，因此限制了此类加工方式的应用范围。本文以金刚石成型铣刀加工齐鲁红、济南青花岗石1／4圆弧异型面的过程为研究对象，对切削力、切削温度和刀具磨破损等问题进行了系统地研究。 提出了花岗石异型面高效加工的定义，指出了花岗石异型面高效加工的特点及其关键技术。分析了传统工艺参数下加工花岗石的不足之处，基于花岗石高效加工的技术要求，设计制定了一系列高效加工工艺参数，加工效率为传统工艺的3～5倍，作为花岗石1／4圆弧异型面的加工实验参数。 针对金刚石成型刀具加工1／4圆弧面的过程，根据其几何特点建立起几何分析模型。引入了铣刀微元分析方式，同时建立了相应坐标体系，并在各投影平面内将微元作为金刚石圆锯片和碟形铣磨盘分别建立切削力模型。参考单颗粒金刚石受力分析原理，对微元接触弧面受力进行了分析，建立了相应切削力理论模型，通过积分获得了异型面切削力的理论计算公式。分析发现：异型面花岗石加工过程中刀具轴向切削力F_z较大，这与花岗石锯切加工不同。通过理论推导对异型刀具不同区域的切削力进行了分析，研究得到刀具—工件接触面的切削力在理论上随参数不同而变化的规律。 建立了花岗石异型面高效加工实验系统，该系统主要包括精密机床系统、数控系统、金刚石刀具、精密数据测量采集设备、高效数据处理系统等。根据实验条件，在设计制定的花岗石异型面高效加工实验的工艺参数下，进行实验。测量得到异型面加工中不同参数下的切削力信息，分析了切削力的变化规律。提出了异型面加工每转去除率的概念，研究了圆周线速度、进给速度对各向切削力、总切削力的综合影响，进一步确定了异型面花岗石加工中相对更优