鄭森偉，孫德紅，劉 偉，王 偉

（閩南理工學(xué)院 精密工程研究所，福建 石獅 362700）

0 引言

大理石平臺是用天然的石質(zhì)材料制成的精密基準(zhǔn)測量工具。其質(zhì)地均勻，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度大、硬度高，并具有不生銹、耐酸堿、不磁化、不變型、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，能在重負(fù)荷下保持高精度。即使工作面受碰撞或劃傷后，只會產(chǎn)生凹坑，不產(chǎn)生凸紋、毛刺，對測量精度無影響。因其在高精度的測量方面具有得天獨(dú)厚的特性，使得傳統(tǒng)鑄鐵平板相形見絀。大理石平臺作為高精密儀器儀表、精密工具、機(jī)械制件的檢驗(yàn)的理想基準(zhǔn)面，成本低廉，產(chǎn)品附加值高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室的測量工作。

國內(nèi)現(xiàn)階段大部分還是手工拋光，雖然也有一部分自動拋光，但是拋光效果比不上手工拋光，成品率低、價(jià)格貴、噪聲大，且手工拋光對個(gè)人的要求非常高，拋光效果個(gè)體差異性大[1]。無論手工拋光或自動拋光都會產(chǎn)生噪音，造成噪音污染，嚴(yán)重?fù)p害操作人員的身體健康。手動拋光時(shí)，操作員的手離拋光輪非常近，更容易造成人身安全上的隱患。本課題針對現(xiàn)階段大理石拋光技術(shù)的缺點(diǎn)，兼顧加工效率與加工質(zhì)量，本文所述高精度大理石平臺拋光設(shè)備，可對大理石進(jìn)行高效、高精拋光，且低噪聲。

1 拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)

本文所提拋光設(shè)備如圖1所示，大理石拋光磨塊固定在拋光磨盤上，拋光磨盤和電動機(jī)連接，電動機(jī)固定在移動面板上，移動面板通過馬達(dá)驅(qū)動在三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌的Y方向與Z方向移動，控制面板設(shè)置在控制箱上方，工作臺在三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌的X方向上移動[2]。三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌安裝在床身上。防護(hù)罩固定在移動面板。水循環(huán)系統(tǒng)固定在防護(hù)罩上。它能用于平面類石材零件的拋光，其可進(jìn)行不同精度的研磨拋光。拋光機(jī)的磨盤可以在Y，Z方向移動加工不同尺寸的平臺，工作平臺夾持工件可在X方向上移動。根據(jù)加工不同精度的大理石平臺，磨盤上的磨塊可以進(jìn)行更換配套。在加工過程中，通過防護(hù)罩與水循環(huán)系統(tǒng)可以降低噪音。

圖1 大理石拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)Fig.1 Marble polishing machine

2 拋光盤防護(hù)罩的設(shè)置

在加工過程中，拋光盤高速旋轉(zhuǎn)帶動著磨塊與大理石表面接觸，進(jìn)行磨、研、拋等方式的加工。由于摩擦力的作用以及拋光盤的旋轉(zhuǎn)，會不斷的細(xì)塊從大理石工件上脫落并向四周甩出，出現(xiàn)一定摩擦噪音，因此會照成工作環(huán)境的噪音污染。為此在拋光盤上增設(shè)一個(gè)防護(hù)罩如圖2所示，防護(hù)罩把整個(gè)拋光盤罩住[3]。防護(hù)罩材料橡膠材料，當(dāng)加工產(chǎn)生的噪音向外擴(kuò)散時(shí)。由于橡膠材料的消音減振效果，大部分的噪音就會被橡膠防護(hù)罩擋住無法往外傳播，起到降低噪音的效果。

圖2 拋光盤防護(hù)罩Fig.2 Polishing guard

3 加工拋光部位設(shè)置

拋光磨塊固定在拋光盤周邊，有6組磨塊是用螺絲作固定，每組的2枚緊固螺絲松出后可更換磨塊如圖3所示。由于大理石平臺的加工是通過磨塊與大理石表面進(jìn)行摩擦加工，磨塊容易磨損。經(jīng)過一段時(shí)間的使用，需要進(jìn)行更換磨塊。如果磨塊與磨盤做成一體的，那么磨塊更換起來就比較麻煩，而且整個(gè)磨塊的成本也會增加。為使磨塊的安裝更換更方便、降低成本，以組合的方式把磨塊與磨盤通過螺栓連接。對于磨塊的容易磨損現(xiàn)象，磨塊的材料使用超硬金剛石磨塊，可以減低磨損減少損耗，有利于工件加工的持續(xù)性與穩(wěn)定性，同時(shí)有利于同一工件進(jìn)行不同精度的一體化加工[6]。為配合不同精度的加工要求，對于磨盤的轉(zhuǎn)速需要進(jìn)行變速調(diào)整。為更精確的調(diào)節(jié)磨盤轉(zhuǎn)速到多個(gè)轉(zhuǎn)速，且減少設(shè)備零件，對于磨盤的研磨主軸電機(jī)可以增加1個(gè)變頻器來控制，以實(shí)現(xiàn)無級變速。

圖3 拋光磨塊與磨盤連接Fig.3 Connection diagram of grinding，polishing block&grinding disc

4 控制系統(tǒng)設(shè)置

設(shè)備的控制采用PLC作控制。操作面板采用觸摸屏，使操作簡易一目了然。在屏幕上可顯示主軸的轉(zhuǎn)速、主軸壓力數(shù)據(jù)、X，Y，Z的移動距離。主軸直接與電動機(jī)聯(lián)接，增加1個(gè)變頻器來控制直接控制主軸無極調(diào)速。Z軸可增加加彈簧，除了Z軸自身的重力，通過改變彈力來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)要根據(jù)效果來設(shè)定彈力的參數(shù)。 X，Y，Z三軸采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動?？刂屏鞒倘鐖D4所示。對于研磨的加工效率及表面光潔度，每個(gè)位置施加相同的壓力保證平面度，是否需要進(jìn)行施加壓力的控制。

圖4 控制流程Fig.4 Control flow chart

為增加表面精度，在加工過程中，軌跡采用多種運(yùn)動軌跡，以便實(shí)現(xiàn)無規(guī)則軌跡。磨盤的移動軌跡在Y方向上、加工平臺在X方向上的移動進(jìn)行路徑設(shè)定，XY方向運(yùn)動組合的移動軌跡如圖5所示的兩種運(yùn)動軌跡來進(jìn)行加工[7]。

圖5 大理石加工軌跡Fig.5 Marble processing locus

5 大理石平臺加工實(shí)驗(yàn)

5.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

加工工具：超硬金剛石磨塊研磨盤；材料：規(guī)格1000×1000×150 的大理石平臺，重 450kg；研磨液：混合有磨料碳化硼的研磨液；平面度測量儀器：水平儀、千分表檢驗(yàn)，配合磁力表座進(jìn)行拖拉。表面粗糙度測量儀器：SRG-4000表面粗糙度儀（美國菲思圖）。

5.2 有無防護(hù)罩實(shí)驗(yàn)加工結(jié)果

在無加防護(hù)罩如圖6（a）所示與有加防護(hù)罩如圖6（b）所示的情況下，通過不同的加工路徑進(jìn)行加工，分別獲得加工的大理石平臺放大效果如圖7～9所示，因?yàn)榧庸こ鰜淼男Ч芙咏茈y從圖中直接判斷結(jié)果。通過測量大理石平臺的表面粗糙度與平面度，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，圖10為無加防護(hù)罩和有加防護(hù)罩的大理石平臺加工后表面粗糙度，圖11為無加防護(hù)罩和有加防護(hù)罩的大理石平臺平面度。

圖6 設(shè)備實(shí)物Fig.6 Equipment in kind

圖7 X軸方向S型加工效果Fig.7 S machining effect in the direction of X axis

圖8 Y軸方向S型加工效果Fig.8 S machining effect in the direction of Y axis

圖9 X軸與Y軸S型交叉加工效果Fig.9 S machining effect cross the direction of X and Y axis

圖10 大理石平臺加工后表面粗糙度Fig.10 Surface roughness of machined marble platform after processing

圖11 大理石平臺加工后表面平面度Fig.11 Surface flatness of machined marble platform after processing

從圖10、11中可以看出，在相同的加工條件下，有加防護(hù)罩與無加防護(hù)罩兩種情況加工出來的表面粗糙度與平面度接近，因此增加防護(hù)罩不影響加工質(zhì)量。

6 結(jié)束語

針對大理石平臺拋光加工過程中存在的噪音大、加工工序多等問題，從加工設(shè)備配置方案進(jìn)行改進(jìn)。在保證了大理石平臺表面質(zhì)量的情況下，增加防護(hù)罩可減少噪音等效果。通過可替換的研磨盤模塊，可一次定位裝夾完成進(jìn)行多種工序的加工。為大理石的加工方案提供了一種方法借鑒。