新型花岗石平台与构件制品加工设备模块化设计研究-山东大学建材与.docVIP

花岗石精密平台与构件制品高效加工技术与设备开发 山东大学机械工程学院山东省石材工程技术研究中心，济南 250061 1 概述 天然花岗石质地坚硬，色泽美观大方，经久耐用，是一种理想的、被广泛应用的建筑材料[1]；同时花岗石良好的耐酸、耐碱，耐磨和热稳定性能，使其在精密机械、仪器仪表等工业领域中应用量越来越大[2]。花岗石平台与构件制品的应用是其中之一。 花岗石平台(精密平板)，是进行精密测量的基准工具，其加工特点主要是表面的平面度要求高，也有部分沟槽、侧面及定位孔的加工等。 花岗石构件制品主要为精密测量、集成电路加工等精密机械的工作台、导轨、滑板、立柱横梁、底座等基础支承部分，典型构件如图1所示。其加工特点除表面平面度要求高之外，用于导向、支承的各表面间的相互位置精度高，加工难度大。图 1 花岗石构件 随着社会对精密机械发展的要求愈来愈高、应用范围越来越广，国内外对花岗石平台与构件制品的市场需求量越来越大；平面度及尺寸加工的精度要求越来越高；需求规格越来越大，现在有的要求长度已达到9000mm，宽度达到3500mm；品种规格越来越多。同时其表现出的多品种、小批量、高精度、个性化需求多、工期紧等的生产特点更加突出。 花岗石平台与构件制品的加工目前主要是借用一些金属加工设备（如龙门刨铣床、单臂刨铣床等）或自制的简陋设备，加工精度低、后续工序的劳动强度较大、设备功能单一、生产效率低。 随着花岗石平台与构件制品应用的日趋广泛、加工质量要求的不断提高，制品的加工不能再靠生产率低、能耗及生产成本高的落后设备，也不能依赖进口，只能以自己的质优、价廉的设备赢得市场[3]。现代花岗石平台与构件制品的生产企业迫切需要功能多、规格大、适应面广加工精度高自动化程度高设计、制造、运行成本低设计周期短制造投产快结构简单、维护使用方便的专用加工设备。2 制品的加工工艺分析 花岗石平台与构件制品的工艺一般为：选择毛坯、铣磨、开槽、钻孔、磨抛、研磨、检验、标记、入库[4]。设备功能单一工件一次装夹完成的加工内容少工序多工件装夹设备加工精度低，效率低制品的规格、重量大，劳动强度大花岗石平台与构件制品市场需求量越来越大精度要求越来越高需求规格越来越大品种规格越来越多采用工序集中的方法进行工艺集成集成工艺：将五个面的铣磨、磨抛、开槽、钻孔等工序集中在一台设备上完成，避免工件重复装夹带来的不便和误差，提高工件的加工精度，降低后续工序的劳动强度，提高生产效率。集成工艺工件一次装夹完成的毛坯装夹固定铣磨动力头铣磨粗加工上表面上表面开槽磨抛动力头磨抛精加工上表面更换竖直钻孔动力头上表面钻孔安装端面铣磨钻动力头铣磨侧面侧面开槽侧面钻孔。与方案设计.1 功能、运动分析 花岗石平台与构件.2 方案设计按照正常的设备配置，完成花岗石平台与构件制品的加工一般需要3～4台设备，投资成本较高运用集成思想，采用集成技术[5]。功能集成，将所需几台设备的功能集成在一台设备上完成，实现工件加工的集成工艺；集成动力头设计，实行结构集成，将五面加工的铣磨、磨抛、开槽、钻孔等子动力头集成在一个总动力头上；变频调速，从运动上集成，缩短传动链、提高了传动精度、减小了空间尺寸；采用光栅式传感器进行位置检测并采用红光定位系统，实现设备的快速对刀及钻孔时的精确定位，实现设备的机、电、光集成一体化。花岗石平台与构件制品的特点是规格大、精度高，所以宜把运动分配给动力头和横梁、工件则装夹固定；由于设备横梁的截面、长度和重量都比较大，从设备的运行平稳性、加工精度和经济性考虑，不宜采用龙门移动结构；经工件的集成工艺和设备的功能、结构分析，确定该机为桥式结构。便于设计、生产组织及使用、维护采用模块化设计技术[]，以有限的模块重构组合成多样的产品，来达到上述目的。模块化设计在机床行业的研究发展比较深入[] ,模块化的设计关键是要设计一组能同时满足基型和变型设计要求的模块因此，模块的创建首先必须通过分析用户提出的功能要求，进行功能分解与组合，实现从功能到结构概念的过渡。可以说，模块创建是模块化设计核心内容，也是决定模块化设计方案优劣的重要过程。.2.1 模块划分 是将设备的总体功能，按照模块化设计的特点和要求，合理划分成多个功能模块的过程。由前面的功能运动分析，设备的总体功能包含机械、控制、冷却润滑和其它辅助功能等子功能，由相应的功能模块来实现。子功能可进一步分解为功能元，与相应的功能模块对应。本文将主要对设备的机械功能进行分解并分析讨论。 (1) 运动部件：X方向的运动部件带动刀具做X向的进给运动——功能模块1；Y方向的运动部件带动刀具做Y向的进给运动——功能模块2；Z方向的运动部件带动工件做Z向的进给运动——功能模块3； (2) 动力部件：实现加工主运动——功能模块4； (3) 支承部件：支承、连接其它各部件，并保