石材研磨设备运动特性分析与结构优化设计

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随着建筑装修行业的发展,天然石材大板等石材深加工产品的需求量增大,石材连续磨机作为重要的板材磨抛加工设备,其工艺、结构参数对加工板材质量的影响仍缺少系统性的理论研究,结构的设计与工艺参数的选择常常依靠于生产经验的积累与同类型产品的借鉴,因而在实际加工中存在着板材平面度差、压裂破碎等问题。本文将从磨机的设计出发,对磨机运动特性与结构性能与板材质量的关系进行研究分析,优化磨机结构与板材加工工艺,为磨机的制造与操作提供理论指导,实现高效优质的石板材磨抛加工。基于功能分析原理对石材连续磨机进行了模块划分与创建,通过对石板材磨抛工艺与同类机床结构布局形式的分析,确定了磨机的设计目标与要求、总体布局、精度指标等,重点论述了磨机传动系统及横梁等重要部件的设计过程,完成了石材连续磨机的总体方案设计。分析了石材连续磨机的运动特性,建立了磨头平面运动的数学模型,研究磨粒与磨头的运动轨迹及速度变化对磨抛加工过程的影响规律,从运动学角度分析了板材磨抛加工去除量不均匀的原因。以Preston假设为基础,建立磨抛去除量仿真模型,探寻磨头转速、板材进给速度等主要工艺参数对加工板材表面质量的影响规律,验证了实际工艺参数的理论合理性;分析了多磨头的匹配关系,根据工艺参数设计了磨头间距的合理取值。针对石材连续磨机整体与关键部件的静动态特性进行了分析,通过对比在仅受重力和重力与磨削力耦合两种情况下的磨机变形情况,确定磨机刚度的薄弱方向;基于串联刚度场理论,对磨机串联结构中各部件的变形以及总体的柔度曲线进行分析,识别到横梁为磨机静刚度的薄弱环节;获取了整机的前六阶振型与横梁的三向幅频响应曲线,分析了设备的动态特性。对横梁进行了多目标参数优化。通过增加横梁筋板的方式,降低横梁烦人变形量使其符合结构设计要求;基于中心复合试验设计,创建了横梁结构设计参数与目标函数响应输出之间的数学模型,分析了目标函数的影响响应曲线及灵敏度,得到了石材连续磨机横梁结构的最优设计参数,对比优化前后横梁结构的质量、变形量与固有频率分析结果,降低了横梁质量的同时提高了磨机静动态特性,完成横梁结构的轻量化设计。本课题的研究本课题的研究解决了磨机稳定性差、工艺制定难的问题,为石板材磨抛加工设备的研发与工艺参数的制定提供指导与理论依据,促进石材连续磨机加工精度与加工效率的提高,助力企业与行业的高质量发展。
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