【摘要】：天然石材屬于典型的硬脆性材料,其物理和化學(xué)成分復(fù)雜、切削加工難度大;同時石材高端制品的多樣性、復(fù)雜性和藝術(shù)性需求,對機械系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)性能提出了較高要求。傳統(tǒng)金屬切削理論和裝備技術(shù),并不完成適應(yīng)石材產(chǎn)業(yè)高速高效、綠色化的加工需求。為此本文分析了鋸、銑加工條件下的天然石材材料去除機理和工藝特性,進行了異型石材鋸銑復(fù)合(組合)加工裝備設(shè)計與制造領(lǐng)域關(guān)鍵問題的研究與開發(fā),開展了復(fù)雜制品鋸、銑加工工藝技術(shù)的分析與驗證。主要研究內(nèi)容包括:論文通過理論、仿真和實驗分析等手段,解析了鋸、銑加工條件下的天然石材材料去除機理和工藝特性。通過運用多分量旋轉(zhuǎn)測力系統(tǒng),分析了發(fā)生在鋸切加工弧區(qū)內(nèi)的切削力載荷特性,研究表明:天然石材鋸切加工過程中的切削載荷隨著切削厚度和進給速度的增加而增加;隨著切削線速度增加而減小;切削載荷在弧區(qū)內(nèi)的分布受切削深度、切削線速度和進給速度的影響,通過正交實驗建立的鋸切力冪指數(shù)數(shù)學(xué)模型與實驗實測結(jié)果的平均偏差為2.53%。論文提出了使用CVD金剛石涂層刀具對天然大理石材料進行銑削加工的工藝方法,研究表明:在此工藝條件下,天然石材經(jīng)歷了彈塑性變形、壓皺壓裂、脆性去除和體積破碎的材料去除過程。CVD金剛石涂層能夠使切削載荷降低40%,改善了切削工藝特性和提高了切削加工表面質(zhì)量。論文解析了天然石材鋸、銑加工條件下的材料去除機理,獲取了天然石材鋸、銑加工工藝特性,為天然石材高速高效、綠色化加工提供了新的工藝方法。論文在對異型石材制品鋸、銑加工過程進行運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上,解析了機床運動軸配置的可行域,提出了一種具有“八軸雙五聯(lián)動功能”的異型石材鋸銑加工中心設(shè)計模型,分析了基于產(chǎn)品族設(shè)計的加工中心模塊化設(shè)計方法;針對鋸切工藝特殊的運動學(xué)特性,基于工程問題的類比分析,提出一種“單驅(qū)動可分度的復(fù)合切削功能部件”,解決了鋸銑復(fù)合(組合)機床小空間多功能復(fù)合化、銑削與大扭矩鋸切復(fù)合化的矛盾,實現(xiàn)了7"的高精密分度與機械式鎖死;并通過運用參數(shù)靈敏度分析方法,優(yōu)化了主軸支撐結(jié)構(gòu)參數(shù),使主軸最大等效應(yīng)力降低31.3%,靜剛度提高13.4%,并通過了實際樣機驗證。論文在樣機動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上運用材料變密度插值算法,對鑄造式床身進行了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,開發(fā)第二代焊接式異型石材鋸銑加工中心,使整機質(zhì)量減輕了 54.98%,剛性提高了30.3%。經(jīng)過精度分析與補償,機床各運動軸精度滿足了異型石材鋸銑復(fù)合加工要求,并依此建立了機床產(chǎn)品精度檢測標(biāo)準(zhǔn)。論文為異型石材鋸銑復(fù)合(組合)加工中心設(shè)計與創(chuàng)新,提供了的基礎(chǔ)理論和方法,解決了異型石材鋸銑加工中心生產(chǎn)制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問題,推動了異型石材鋸銑加工中心的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。論文開展了異型石材鋸、銑加工工藝關(guān)鍵技術(shù)問題的研究與開發(fā)。論文研究了立體雕塑制品的三維逆向成形、數(shù)據(jù)拼合和精度分析方法,分析了基于三基準(zhǔn)點的數(shù)據(jù)拼合算法對模型拼合精度的影響因素,進行了異型石材鋸銑加工中心專用五軸后處理器算法的研究和開發(fā),并通過實際加工實驗和精度檢測,驗證異型石材鋸銑復(fù)合加工中心的加工能力。論文研究了平面浮雕制品的數(shù)字化建模過程,提出了一種基于刀觸點路徑截面線法的鋸切加工路徑規(guī)劃算法,該方法在點云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),通過截交面產(chǎn)生截交線;通過調(diào)整鋸片直徑、步長滿足截面線最小加工曲率要求,擬合產(chǎn)生刀具路徑,并在實際加工中進行了驗證。通過對異型石材復(fù)雜制品使用鋸、銑加工技術(shù),使產(chǎn)品加工效率提高6倍以上,平均偏差小于0.929mm,達到了石材產(chǎn)業(yè)制品加工的精度要求。論文解決了異型石材制品數(shù)字化加工過程中關(guān)鍵技術(shù)問題,提供了異型石材鋸、銑加工路徑規(guī)劃算法,推動了異型石材鋸銑加工中心的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU754.4;TU63
【圖文】：

材加工過程中的不穩(wěn)定振動特性和高粉塵的工藝環(huán)境，對機床主軸、機床剛性、精度保逡逑持性、系統(tǒng)可靠性以及防護性能都提出了更加苛刻的要求。相對金屬工業(yè)制品，石雕制逡逑品的曲線、曲面特征更加復(fù)雜；石材制品的尺寸精度要求相對較低，但其表面加工質(zhì)量逡逑求較高。因此使用傳統(tǒng)金屬加工工藝規(guī)劃算法，無法滿足石材產(chǎn)業(yè)的技術(shù)性和經(jīng)濟性逡逑求。逡逑因而石材產(chǎn)業(yè)迫切需要圍繞其切削工藝與刀具技術(shù)、多功能數(shù)控加工裝備制備及其逡逑工技術(shù)進行基礎(chǔ)理論研宄和技術(shù)創(chuàng)新。逡逑Ｌ］．２石材加工裝備及其制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀逡逑２】世紀(jì)以來，伴隨著我國石材產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，石材裝備制造業(yè)也逐漸形成了一個逡逑科研、生產(chǎn)、應(yīng)用、后期維修、安全保障全面發(fā)展的初步現(xiàn)代化的工業(yè)體系。根據(jù)全逡逑石材行業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)，目前我國石材企業(yè)發(fā)展到了邋４．７８萬家，有２０００多家專業(yè)逡逑材機械設(shè)備加工企業(yè)為石材產(chǎn)業(yè)提供專業(yè)設(shè)備，初步具備了開發(fā)各類成套大板、薄板、逡逑型板、墓碑用加工設(shè)備和礦山開采設(shè)備；同期一些企業(yè)通過和科研院所合作，開發(fā)了逡逑批具有先進功能的異型制品數(shù)控加工裝備。逡逑

逑山東大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)研宄中心研制的“ＳＳ系列”數(shù)控石材制品多功能加工設(shè)備逡逑（如圖１．１所示），能夠適應(yīng)各種曲面、臺、板面及花線、回轉(zhuǎn)柱面的加工；廣東美捷逡逑特等公司開發(fā)的石材雕刻機（如圖１．２（ａ）所示），己經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與灰度圖像的無縫加工；逡逑山東華興機械公司開發(fā)了多工作頭雕刻機（如圖１．２（ｂ）所示），能夠?qū)崿F(xiàn)四個雕刻頭的逡逑同步或異步加工。這些設(shè)備的研制，滿足了石材產(chǎn)業(yè)基本生產(chǎn)需求。逡逑（ａ）美捷特］２１Ｂ數(shù)控雕刻機邐（ｂ）華興Ｑ－４］多頭雕刻機逡逑（ａ）邋ＫＪＴ邋ＣＮＣ邋ｅｎｇｒａｖｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅｓ邐（ｂ）邋0－４１邋ｍｕｌｔｉ－ｈｅａｄ邋ｃａｒｖｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑圖１．２國產(chǎn)石材雕刻機樣機圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｓｔｏｎｅ邋ｃａｒｖｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ逡逑但對于立體、多面、曲面等復(fù)雜異型構(gòu)件，往往需要多軸聯(lián)動加工才能夠?qū)崿F(xiàn)，由逡逑于長期以來，國內(nèi)對石材基礎(chǔ)加工工藝和多軸加工技術(shù)研宄的相對不足，造成國內(nèi)高檔逡逑異型制品加工設(shè)備，多以進口國外二手設(shè)備為主，這些裝備往往使用和維護成本很高，逡逑且大部分功能都不能得到充分應(yīng)用，嚴(yán)重影響了我國建筑裝飾裝修水平和品位，阻礙了逡逑我國裝飾裝修行業(yè)的發(fā)展。從總體上看

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊長勇;徐九華;顧s舠

本文編號：2725660