發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 12:14

【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(shí)石材高端制品的多樣性、復(fù)雜性和藝術(shù)性需求,對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)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(jī)理和工藝特性,進(jìn)行了異型石材鋸銑復(fù)合(組合)加工裝備設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域關(guān)鍵問(wèn)題的研究與開(kāi)發(fā),開(kāi)展了復(fù)雜制品鋸、銑加工工藝技術(shù)的分析與驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容包括:論文通過(guò)理論、仿真和實(shí)驗(yàn)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(jī)理和工藝特性。通過(guò)運(yùn)用多分量旋轉(zhuǎn)測(cè)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(guò)程中的切削載荷隨著切削厚度和進(jìn)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(jìn)給速度的影響,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)建立的鋸切力冪指數(shù)數(shù)學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)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(duì)天然大理石材料進(jìn)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(guò)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(jī)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(duì)異型石材制品鋸、銑加工過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上,解析了機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸配置的可行域,提出了一種具有“八軸雙五聯(lián)動(dòng)功能”的異型石材鋸銑加工中心設(shè)計(jì)模型,分析了基于產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的加工中心模塊化設(shè)計(jì)方法;針對(duì)鋸切工藝特殊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,基于工程問(wèn)題的類(lèi)比分析,提出一種“單驅(qū)動(dòng)可分度的復(fù)合切削功能部件”,解決了鋸銑復(fù)合(組合)機(jī)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(shí)現(xiàn)了7"的高精密分度與機(jī)械式鎖死;并通過(guò)運(yùn)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(guò)了實(shí)際樣機(jī)驗(yàn)證。論文在樣機(jī)動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上運(yùn)用材料變密度插值算法,對(duì)鑄造式床身進(jìn)行了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,開(kāi)發(fā)第二代焊接式異型石材鋸銑加工中心,使整機(jī)質(zhì)量減輕了 54.98%,剛性提高了30.3%。經(jīng)過(guò)精度分析與補(bǔ)償,機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸精度滿(mǎn)足了異型石材鋸銑復(fù)合加工要求,并依此建立了機(jī)床產(chǎn)品精度檢測(cè)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(jì)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(wèn)題,推動(dòng)了異型石材鋸銑加工中心的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。論文開(kāi)展了異型石材鋸、銑加工工藝關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究與開(kāi)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(diǎn)的數(shù)據(jù)拼合算法對(duì)模型拼合精度的影響因素,進(jìn)行了異型石材鋸銑加工中心專(zhuān)用五軸后處理器算法的研究和開(kāi)發(fā),并通過(guò)實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)和精度檢測(cè),驗(yàn)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(guò)程,提出了一種基于刀觸點(diǎn)路徑截面線法的鋸切加工路徑規(guī)劃算法,該方法在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),通過(guò)截交面產(chǎn)生截交線;通過(guò)調(diào)整鋸片直徑、步長(zhǎng)滿(mǎn)足截面線最小加工曲率要求,擬合產(chǎn)生刀具路徑,并在實(shí)際加工中進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)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(dá)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(guò)程中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,提供了異型石材鋸、銑加工路徑規(guī)劃算法,推動(dòng)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU754.4;TU63
【圖文】：

材加工過(guò)程中的不穩(wěn)定振動(dòng)特性和高粉塵的工藝環(huán)境，對(duì)機(jī)床主軸、機(jī)床剛性、精度保逡逑持性、系統(tǒng)可靠性以及防護(hù)性能都提出了更加苛刻的要求。相對(duì)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(duì)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(wú)法滿(mǎn)足石材產(chǎn)業(yè)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(lái)，伴隨著我國(guó)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(gè)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(huì)提供的數(shù)據(jù)，目前我國(guó)石材企業(yè)發(fā)展到了邋４．７８萬(wàn)家，有２０００多家專(zhuān)業(yè)逡逑材機(jī)械設(shè)備加工企業(yè)為石材產(chǎn)業(yè)提供專(zhuān)業(yè)設(shè)備，初步具備了開(kāi)發(fā)各類(lèi)成套大板、薄板、逡逑型板、墓碑用加工設(shè)備和礦山開(kāi)采設(shè)備；同期一些企業(yè)通過(guò)和科研院所合作，開(kāi)發(fā)了逡逑批具有先進(jìn)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(tái)、板面及花線、回轉(zhuǎn)柱面的加工；廣東美捷逡逑特等公司開(kāi)發(fā)的石材雕刻機(jī)（如圖１．２（ａ）所示），己經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與灰度圖像的無(wú)縫加工；逡逑山東華興機(jī)械公司開(kāi)發(fā)了多工作頭雕刻機(jī)（如圖１．２（ｂ）所示），能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)雕刻頭的逡逑同步或異步加工。這些設(shè)備的研制，滿(mǎn)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(jī)邐（ｂ）華興Ｑ－４］多頭雕刻機(jī)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(guó)產(chǎn)石材雕刻機(jī)樣機(jī)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｓｔｏｎｅ邋ｃａｒｖｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ逡逑但對(duì)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(dòng)加工才能夠?qū)崿F(xiàn)，由逡逑于長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)石材基礎(chǔ)加工工藝和多軸加工技術(shù)研宄的相對(duì)不足，造成國(guó)內(nèi)高檔逡逑異型制品加工設(shè)備，多以進(jìn)口國(guó)外二手設(shè)備為主，這些裝備往往使用和維護(hù)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(guó)建筑裝飾裝修水平和品位，阻礙了逡逑我國(guó)裝飾裝修行業(yè)的發(fā)展。從總體上看

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊長(zhǎng)勇;徐九華;顧s舠

本文編號(hào)：2725660