花岗石异型面的高效加工机理与实验研究

论文摘要

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

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的和意义
• 1.2 异型石材加工技术研究现状
• 1.2.1 石材加工技术
• 1.2.2 异型石材制品加工技术
• 1.2.3 石材加工中金刚石工具的应用现状
• 1.3 花岗石高效加工技术的研究现状
• 1.3.1 花岗石高效加工研究进展
• 1.3.2 花岗石高效加工切削力的研究进展
• 1.3.3 花岗石高效加工切削温度的研究进展
• 1.4 花岗石异型面高效加工技术研究及存在的问题
• 1.5 本课题的研究思路和主要研究内容
• 1.5.1 课题研究思路
• 1.5.2 课题主要研究内容
• 第2章 花岗石异型面高效加工技术基础
• 2.1 花岗石异型面高效加工技术
• 2.1.1 花岗石异型面加工技术
• 2.1.2 花岗石异型面高效加工的定义
• 2.1.3 花岗石异型面高效加工技术的特点
• 2.1.4 花岗石异型面高效加工的关键技术
• 2.2 花岗石异型面高效加工工艺参数的研究与确定
• 2.2.1 传统花岗石异型面加工工艺参数
• 2.2.2 高效加工工艺参数的制定
• 2.3 本章小结
• 第3章 成型刀具加工花岗石异型面切削力理论研究
• 3.1 花岗石异型面切削几何分析模型的建立
• 3.1.1 几何分析建模条件
• 3.1.2 成型铣刀微元分析法
• 3.2 异型面高效加工切削力模型的建立
• 3.2.1 金刚石单颗粒的切削力模型
• 3.2.2 铣刀微元的受力分析
• 3.2.3 花岗石异型面加工切削力理论公式的建立
• 3.3 成型铣刀异型面切削力分布规律
• 3.3.1 切深方向的切削力变化规律
• 3.3.2 进给方向的切削力变化规律
• 3.3.3 刀具轴向的切削力变化规律
• 3.4 本章小结
• 第4章 高效加工花岗石异型面切削力实验研究
• 4.1 花岗石异型面高效加工实验系统的构建
• 4.1.1 实验设备与条件
• 4.1.2 金刚石刀具的选择
• 4.1.3 工件材料
• 4.1.4 加工异型面的确定
• 4.1.5 测量与数据采集系统
• 4.2 切削力实验结果与分析
• 4.2.1 切削力随圆周线速度的变化特征
• 4.2.2 切削力随进给速度的变化特征
• 4.2.3 进给速度和圆周线速度对切削力的综合影响
• 4.2.4 总切削力随不同工艺参数变化特征
• 4.2.5 每转去除率与切削力的关系
• 4.3 本章小结
• 第5章 花岗石异型面高效加工切削温度研究
• 5.1 花岗石异型面高效加工中磨削热分析
• 5.1.1 花岗石磨削热的反求方法讨论
• 5.1.2 花岗石磨削热的理论推导
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 花岗石高效磨削温度的测量方法
• 5.2.2 温度的测量结果
• 5.2.3 花岗石高效磨削温度场分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 花岗石异型面高效加工刀具磨破损研究
• 6.1 花岗石异型面高效加工刀具磨破损影响因素
• 6.2 花岗石异型面高效加工刀具磨破损规律实验研究
• 6.2.1 刀具磨破损实验测量方法
• 6.2.2 正交实验设计
• 6.2.3 实验数据的处理与分析
• 6.2.4 基于实验的刀具磨损量预报公式
• 6.2.5 预报公式的应用分析
• 6.3 花岗石异型面高效加工刀具宏观磨损研究
• 6.3.1 刀具宏观磨损阶段的划分
• 6.3.2 刀具宏观磨损表征
• 6.3.3 刀具宏观磨损的影响因素分析
• 6.4 花岗石异型面高效加工刀具微观磨破损研究
• 6.4.1 刀具微观磨破损形态
• 6.4.2 结合剂微观磨损形态
• 6.4.3 刀具不同截面微观磨破损形态分析
• 6.5 花岗石异型面高效加工刀具磨破损机理研究
• 6.5.1 金刚石颗粒的磨破损机理
• 6.5.2 结合剂的磨损机理
• 6.6 高效加工新型刀具的设计
• 6.6.1 刀具结块外形磨损量分析
• 6.6.2 新型刀具结块厚度设计
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表