（机械制造及其自动化专业论文）花岗石薄型板材高效加工关键技术与锯解设备设计研究.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ea p p l i c a t i o no f m a s t e r sd e g r e eo fe n g i n e e r i n g s t u d yo nh i g he f f i c i e n c yp r o c e s s i n gk e yt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n td e s i g n o fg r a n i t et h i ns l a b c a n d i d a t e ：x i ed o n g p e n g s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u 血g a n da u t o m a t i o n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f w a n g z h i p r o f z h a n gj i n s h e n g 一 一 s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l2 5 t h ，2 0 1 0 洲m吡1叭9州4 叭09洲7 洲y 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：逸童豳 日期：塑生i ：兰! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：迫重! 宙盘导师签名：，：经 日期：丝么三：! ：兰 门录 目录 摘要v a b s t r a c t v i i 第l 章绪论- 一1 1 1 课题研究背景1 1 2 花岗石薄型板材高效加工关键技术研究2 1 2 1 花岗石薄型板材高效加工定义2 1 2 2 花岗石薄型板材高效加工技术研究进展2 1 2 3 薄型板材高效加工现状3 1 2 4 花岗石薄型板材高效加工关键技术3 1 3 花岗石薄型板材加工存在的问题4 1 4 课题研究内容5 1 5 章节结构安排5 第2 章花岗石薄型板材高效加工关键技术体系规划研究7 2 1 锯解工艺规划研究7 2 1 1 锯解工艺的优化研究7 2 1 2 锯解过程中轴向力的分析研究8 2 2 研磨过程关键技术规划l l 2 2 1 最佳研磨过程的讨论1 1 2 2 2 研磨运动轨迹优化研究l2 2 3 薄型板材临界经济厚度的探讨1 4 2 4 本章小结1 5 第3 章新型金刚石圆盘锯优化设计研究1 7 3 1 锯机总体方案设计。1 7 3 2 新型锯机的设计指标1 8 3 3 关键结构设计18 3 4 新型锯机规格以及相关参数2 2 3 5 模块化设计2 3 3 6 本章小结2 3 第4 章高效参数下金刚石圆锯片的性能分析2 5 4 1 金刚石圆锯片受力分析2 5 4 2 有限元静态性能分析2 6 4 2 1 分析参数以及过程的控制2 6 i i 尔大学硕十学位论文 4 2 2 结果分析2 8 4 3 有限元动态性能分析。3 0 4 3 1 动态特性简介3 0 4 3 2 有预应力作用结构的模态分析3 0 4 4 金刚石圆锯片的屈曲分析3 2 4 4 1 屈曲分析简介3 3 4 4 2 非线性屈曲分析原理3 4 4 4 3 金刚石圆锯片的有限元屈曲分析3 4 4 5 热应力耦合分析一3 7 4 5 1 金刚石圆锯片热应力的理论分析3 7 4 5 2 热应力耦合分析参数的计算3 8 4 5 3 热应力耦合分析流程4 0 4 6 本章小结。4 3 第5 章基于m a t l a b 优化工具箱的锯机主轴多目标优化设计4 5 5 1 国内外主轴的研究进展4 5 5 2 新型锯机主轴单元的设计计算4 6 5 3 新型锯机主轴的性能分析4 8 5 4 基于m a t l a b 优化工具箱的多目标优化设计5 0 5 4 1m a t l a b 优化工具箱简介5 0 5 4 2 受力模型的简化5 1 5 4 3 参数的控制5 2 5 4 4 基本原理以及主要程序的编制5 4 5 5 本章小结5 6 结论与展望5 7 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 3 致谢6 5 ， c o n t e n t s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t v a b s t r a c t v i i c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n dn e c e s s i t yo fi t e m 1 1 2r e s e a r c ho fe f f i c i e n tp r o c e s s i n gk e yt e c h n o l o g yo fg r a n i t et h i ns l a b 2 1 2 1d e f i n i t i o no fe f f i c i e n tp r o c e s s i n g 2 1 2 2r e s e a r c hp r o g r e s s 2 1 2 3i n n o v a t i o np r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo f g r a n i t et h i ns l a b 3 1 2 4g r a n i t et h i ns l a be f f i c i e n tp r o c e s s i n gk e yt e c h n o l o g y 3 1 3p r o b l e m sd u r i n gp r o c e s s i n go fg r a n i t et h i ns l a b 4 1 z ii 之l ：s e a r c hc o n t e n t s 5 1 5s e c t i o ns t r u c t u r ea r r a n g e m e n t 5 c h a p t e r 2p l a n n i n go f g r a n i t et h i ns l a be f f i c i e n tp r o c e s s i n gk e yt e c h n o l o g y 。7 2 1s a wt e c h n o l o g ya r r a n g e m e n t 7 2 i is a wt e c h n o l o g yo p t i m i z a t i o n 7 2 1 2r e s e a r c ho f a x i a lf o r c ed u r i n gp r o c e s s i n g 8 2 2g r i n d i n gp r o c e s s 11 2 2 1c o r r e c tp r i n c i p l ed u r i n gg r i n d i n g 11 2 2 2o p t i m i z a t i o ns t u d yo fg r i n dt r a j e c t o r y 12 2 3i n v e s t i g a t eo ft h ec r i t i c a le c o n o m i ct h i c k n e s s 14 2 4b r i e fs u m m a r yo fc h a p t e r 15 c h a p t e r 3o p t i m i z a t i o nd e s i g no f n e wd i a m o n dc i r c u l a rd i s cs a w 17 ：i 1o v e r a l ld e s i g n 17 3 2d e s i g nr e q u i r e m e n t s 18 3 3k e ys t r u c t u r ed e s i g n 1 8 3 4s p e c i f i c a t i o na n dr e l a t e dp a r a m e t e r so f n e wd i a m o n dc i r c u l a rd i s cs a w 2 2 3 5m o d u l a rd e s i g n 2 3 3 6b r i e fs u m m a r yo f c h a p t e r 2 3 c h a p t e r 4f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so fd i a m o n dc i r c u l a rd i s cu n d e re f f i c i e n tp r o c e s s i n g p a r a m e t e r s ：! ：； 4 1s t r e s sa n a l y s i s 2 5 4 2f i n i t ee l e m e n ts t a t i ca n a l y s i s 2 6 山东大学硕十学1 _ 寺：论文 4 2 1c o n t r o lo f a n a l y s i sp a r a m e t e r sa n dp r o c e s s 2 6 4 2 2r e s u l ta n a l y s i s 2 8 4 3f i n i t ee l e m e n td y n a m i cp e r f o r m a n c ea n a l y s i s 3 0 4 3 1m o d a la n a l y s i su n d e rp r e s t r e s s 3 0 4 3 2i n f l u e n c eo f d i s cp a r a m e t e r st od y n a m i cp e r f o r m a n c e 3 0 4 4b u c k l i n ga n a l y s i so fd i a m o n dc i r c u l a rd i s c 3 2 4 4 1i n t r o d u c t i o no fb u c k l i n ga n a l y s i s 3 3 4 4 2p r i n c i p l eo f n o n l i n e a rb u c k l i n ga n a l y s i s 3 4 4 4 3f i n i t ee l e m e n tb u c k l i n ga n a l y s i so fd i a m o n dc i r c u l a rd i s c 3 4 4 5c o u p l i n ga n a l y s i so f t h e r m a ls t r e s s 3 7 4 5 1t h e o r e t i c a la n a l y s i so f t h e r m a ls t r e s s 3 7 4 5 2p a r a m e t e rc a l c u l a t i o n 3 8 4 5 3a n a l y s i sp r o c e s s 4 0 4 6b r i e fs u m m a r yo fc h a p t e r 4 3 c h a p t e r 5m u l t i - o b j e c t i v ef u n c t i o no p t i m a lo fs p i n d l eb a s e do nm a l t a bo p t i m i z a t i o n t o o l b o x 4 5 5 1r e s e a r c ho fs p i n d l eh o m ea n da b r o a d 4 5 5 2d e s i g nc a l c u l a t i o no fs p i n d l eu n i t 一4 6 5 3p e r f o r m a n c ea n a l y s i s z 1 8 5 4 a p p l i c a t i o n o fm a t l a b o p t i m i z a t i o n t o o l b o xi nm u l t i o b j e c t i v ef u n c t i o n o p t i m i z a t i o n 5 0 5 4 1i n t r o d u c t i o no fm a t l a bo p t i m i z a t i o nt o o l b o x 5 0 5 4 2s i m p l i f ym e c h a n i c a lm o d e l 5 1 5 4 3p a r a m e t e r sc o n t r o l 5 2 5 4 4b a s i cp r i n c i p la n dp r o g r a m m i n g 5 4 5 5b r i e fs u m m a r yo fc h a p t e r 5 6 c o n c l u s i o n sa n de x p e c t a t i o n s 5 7 r e f e r e n c e s 5 9 p u b l i s h e dp a p e r s 6 3 a c k n o w l e d g m e n t s 6 5 i v ， 摘要 摘要 花岗石薄型板材因薄而降低生产成本以及装饰成本，同时可以节约和有效利 用有限的石材资源，因此幅面宽度在6 0 0 m m 一- - 1 0 0 0 m m 的花岗石薄型板材的生产 加工引起了越来越多的重视。但是目前薄型板材的加工生产效率低，表面质量差， 刀具寿命低，严重制约了薄型板材的大批量应用和生产。 通过比较目前花岗石薄型板材加工方法的优劣性，分析锯解和研磨过程中制 约生产率以及加工质量的关键性技术问题，进而针对以上问题对锯解以及研磨装 备进行规划，重点对与加工质量和加工效率密切相关的轴向力以及研磨轨迹进行 分析。探讨锯解过程中由于锯片的动态不稳定性引发的轴向力以及轴向位移的计 算，通过模态分析研究锯片的厚度、夹紧比、转速以及直径对锯片动态性能的影 响；研究正确的组织研磨过程所必须遵守的原则，优化研磨运动轨迹；对薄型板 材加工过程中存在的临界经济厚度进行初步讨论。考虑花岗石薄型板材高效加工 过程的特殊性，制定锯解设备的设计指标，结合模块化设计技术以及三维仿真技 术进行设备的开发和优化，对设备的导向支承横梁模块、主轴模块等关键结构进 行重点设计。 借助有限元分析软件，对用于本课题中大幅面花岗石薄型板材加工的1 6 0 0 m m 的薄型金刚石圆锯片在高效加工参数组合下进行仿真分析，即锯切线速度为 8 0 m s ，进给速度为0 8 m m i n ，锯切深度为2 0 m m 。通过静态分析和有预应力的模 态分析验证其在高效加工参数下锯解的静、动性能；通过热应力耦合验证其热态 性能；通过非线性屈曲分析计算薄型锯片的临界载荷。利用m a t l a b 优化工具箱对 主轴模块中的主轴单元以许用扭转变形角、许用偏转角、许用切应力为约束条件， 以轴端变形挠度和质量为目标函数，取主轴的直径、跨距以及外伸端长度为设计 变量对主轴进行多目标优化，优化结果表明在主轴直径为9 0 m m 、外伸端长度为 5 0 m 、轴承跨距为3 5 0 m m 的情况下，主轴的经济综合性能与使用性能达到最佳的 组合。 本课题的研究旨在降低生产成本、提高加工效率，因此，其研究成果对我国 薄型板材的生产加工具有现实的指导意义；同时，课题的研究思路和研究方法对 薄型、超薄型板材加工的理论研究也将产生深远影响。 本文得到山东省自然科学基金资助( 项目编号：z 2 0 0 7 f 0 7 ) 。 关键词花岗石；薄型板材；高效加工；有限元分析；优化设计 v r e s t r i c t e dt h em a s sp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o n f o rt h ea b o v ep r o b l e m s ，t h ep a p e rc o m p a r e dd i f f e r e n tp r o c e s s e so fg r a n i t et h i ns l a b ， a n a l y z e dt h ek e yt e c h n o l o g ya s s o c i a t e dw i t hp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dp r o c e s s i n g q u a l i t yd u r i n gs a wa n dg r i n d t h e np l a n e dt h es a wa n dg r i n de q u i p m e n t ，r e s e a r c h e dt h e a x i a lf o r c ea n dg r i n d i n gt r a j e c t o r y , c a l c u l a t e dt h ea x i a lf o r c ea n dd i s p l a c e m e n tc a u s e d b yd y n a m i ci n s t a b i l i t y o ft h ed i s c b ym e a n so fm o d a la n a l y s i s ，i n v e s t i g a t e dt h e i n f l u e n c eo fp a r a m e t e r ss u c ha st h i c k n e s s ，c l a m p i n gr a t i o ，r o t a t i n gs p e e da n dd i a m e t e r t od y n a m i cp e r f o r m a n c e p r o p o s e dt h ec o r r e c tp r i n c i p l ed u r i n gg r i n d i n ga n do p t i m i z e d t h e 鲥n dt r a j e c t o r y , i n v e s t i g a t e dt h ec r i t i c a le c o n o m i ct h i c k n e s so fg r a n i t et h i ns l a b c o n s i d e r i n gt h es p e c i f i c i t yo fg r a n i t et h i ns l a be f f i c i e n tp r o c e s s i n g ，f o r m u l a t e dt h e d e s i g ni n d e x ，d e v e l o p e da n do p t i m i z e dt h es a we q u i p m e n tb a s e do nm o d u l a rd e s i g n t e c h n o l o g ya n d3 ds i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , s t u d i e de m p h a t i c a l l yo nt h ek e ys t r u c t u r e s u c ha sb e a mu n i ta n ds p i n d l eu n i t s i m u l a t i o na n a l y z e dt h ep e r f o r m a n c eo fd i a m o n dc i r c u l a rt h i nd i s cu n d e re f f i c i e n t p r o c e s s i n gp a r a m e t e r sb a s e do nf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e ，t h ed i a m e t e ro fd i s cw a s 16 0 0 m m ，t h ec u t t i n gs p e e dw a s8 0 m s ，t h ef e e d i n gs p e e dw a so 8 m m m i na n dt h e c u t t i n gd e p t hw a s2 0 m m t e s t e dc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c eb ys t a t i ca n a l y s i s ，m o d a l a n a l y s i su n d e rp r e s t r e s sa n dt h e r m a l - s t r e s sa n a l y s i s ，c a l c u l a t e dt h ec r i t i c a ll o a do ft h i n d i s ct h r o u g hb u c k l i n ga n a l y s i s ，v e r i f i e dt h ep a r a m e t e r sa n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h i nd i s c w e r ec r e d i b l e o p t i m i z e dt h es p i n d l eu n i tb a s e do nm a t l a bo p t i m i z a t i o nt o o l b o xi n m u l t i - o b j e c t i v e f u n c t i o n o p t i m i z a t i o n ，t h eo p t i m i z a t i o n c o n s t r a i n t sw e r ea l l o w a b l e t o r s i o nd e f l e c t i o na n g l e ，a l l o w a b l ed e f l e c t i o na n g l e ，a n da l l o w a b l es t r e s s ，t h eo b j e c t i v e f u n c t i o nw e r es t i f f n e s sa n dq u a l i t y , t h ed e s i g nv a r i a b l e sw e r et h ec e n t r a lh o l ed i a m e t e l t h es p a n ，a n dt h eo v e r h a n g i n gl e n g t ho fs p i n d l e n er e s u l ts h o w e dt h ec o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c eo ft h es p i n d l ea f t e ro p t i m i z a t i o ni sb e t t e r , w h e nt h ec e n t r a lh o l ed i a m e t e r w a s9 0 m m ，t h eo v e r h a n g i n gl e n g t hw i l l s5 0 m m ，t h es p a nw a s3 5 0 m m v i i 山东人学硕+ 学位论文 t h ep u r p o s eo ft h ep a p e ra rel o w e rp r o d u c t i o nc o s t s ，i m p r o v et h ep r o c e s s i n g e f f i c i e n c y , s ot h ea c a d e m i ca c h i e v e m e n t sc a np r o v i d ep r a c t i c a lg u i d a n c e f o rt h ep r o c e s s o ft h i ns l a b a tt h es a m et i m et h er e s e a r c hi d e a sa n dr e s e a r c h m e t h o d sh a v ea f a r - r e a c h i n g i n f l u e n c eo nt h et h e o r e t i c a li n v e s t i g a t i o no ft h i n a n du l t r a t h i ns l a b p r o c e s s i n g t h ep a p e ri ss u p p o r t e db yn a t u r a l s c i e n c ef o u n d a t i o no fs h a n d o n gp r o v i n c e ( z 2 0 0 7 f 0 7 ) k e yw o r d sg r a n i t e ；t h i ns l a b ；h i 曲e f f i c i e n c yp r o c e s s i n g ；f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ； o p t i m i z a t i o nd e s i g n v 1 1 1 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 天然花岗石具有质地坚硬、色彩缤纷、古朴典雅、耐腐蚀、抗风化、抗震耐 压、环保和磨光性好等优点【l o 】。其中，薄型、超薄型花岗石大板因“薄而降低 生产成本以及装饰成本，同时可以节约和有效利用有限的石材资源。装饰石材加 工至厚度为4 - - 6 m m 所带来的经济效益是石材加工界的追求，也是装饰界的期望。 在今天提倡绿色环保意识及合理利用地球矿产资源的大背景下，其薄、轻、透的 优良特性已普遍被认为是二十一世纪最理想的绿色环保建材之一，薄型板材的生 产加工技术引起了越来越多的重视。 我国是世界上最有实力的花岗石资源国和生产国，其产量和出口量已超过意 大利，居世界首位。2 0 0 7 年，我国花岗石荒料产量3 1 8 亿吨，其中建筑用花岗石 矿石开采总量为2 9 1 亿吨，饰面用花岗石2 7 1 4 万吨，饰面用板岩4 2 4 万吨。2 0 0 8 年，仅就板材而言，我国规模企业花岗石板材累计产量2 3 4 亿平方米，同比增长 8 31 。并且随着房地产行业的持续升温，板材的需求量会持续增加。 目前，应用于小空间的厨、卫以及小面积家庭的小规格花岗石薄型板材加工 技术与市场已趋于成熟，而大规格的( 6 0 0 6 0 0 8 - - 6 m m 以上) 的花岗石薄板需 求量越来越大，但因受到机械设备、工艺技术、石材特质的制约生产效率低，锯 解加工效率一般只能维持在大理石加工的4 左右1 4 】，刀具磨损快、加工成本高、表 面完整性和质量差。近几年，随着国家可持续发展战略的不断完善实施，大幅面 花岗石薄型板材制品的加工已成为石材加工业的一大趋势，如何提高花岗石薄型 大板的加工效率以及加工质量，成为板材加工企业能否迅速而有效的占领市场的 关键。 花岗石薄型板材的锯解以及研磨是加工过程中最繁重同时也是最重要的粗加 工工序，加工成本占整个板材加工成本的6 0 以上。从荒料到板材的生产过程损 耗高达4 1 ，很大一部分石材资源转化为锯屑或磨屑。而锯屑的多少与锯缝的宽 度和质量有关，所以石材加工中要减少损耗率，降低资源浪费，必须改善锯切方 法和采用锯缝窄的锯切工具。如何通过改进锯解研磨设备、工艺以及工具来提高 花岗石薄型板材的生产效率成为研究的重点。 随着国家与地方“十一五规划的实施和“又好又快的科学发展观政策的 贯彻，巨大的基本建设规模，在拉动石材需求大幅增长的同时，更是加快石材业 生产由“粗放型 向“集约型”过渡的步伐，促进向“节约资源、提高效益、保 l i 尔大学硕十学伊论文 护环境、循环利用”目标迈进，以实现由石材大国向强国的跨越。针对花岗石板 材加工，努力实现板材的厚度减薄，单位面积的重量减轻，提高成材率，降低单 位价格，成为中国石材业当今乃至相当长一个时期内的重要研究课题。 1 2 花岗石薄型板材高效j n - r 关键技术研究 1 2 1 花岗石薄型板材高效加工定义 板材的长度方向是锯解过程中锯片的进给方向，宽度方向是锯片的切深方向， 厚度方向是锯片的分片方向。从技术上讲花岗石板材做薄不难，难的是既薄又大。 尤其是宽度越大的板材需要的锯片的直径越大，而大直径的锯片加工时跳动大， 横向振动幅度大，造成切割的板材厚度不均匀。对于花岗石板材而言，当宽厚比 大于1 0 0 的时候，称为薄型板材；大于2 0 0 时，称为超薄板材。本课题研究对象 为幅面在1 2 0 0 m m 6 0 0 m m 以内，厚度是4 - - 6 m m 的薄型板材。 表1 1 花岗石传统加t 与高效加j 二切削效率的比较 参量传统加i ：高效加1 ： 锯切线速度( m s ) 3 0 5 05 0 - - 8 0 进给速度( m m i n )o 2 - - 0 40 4 - - 0 8 锯切深度( m m )5 1 01 0 2 0 薄型板材的高效加工不等于高速加工，本文所说的“高效 包含下面四个含 义：加工工艺的设计、加工刀具的选择、优化型工艺参数的选取、生产设备的合 理配备。其主要的评价指标包括加工效率、加工质量、加工成本以及环境特性。 表1 1 给出的是花岗石传统加工与高效加工切削效率的对比【5 】【6 1 。 1 2 2 研究进展 为了提高加工效率和加工质量，以及降低生产成本，国内外学者围绕锯切加 工过程中存在的问题在不同的研究方向进行了大量工作，主要包括金刚石结块表 面形貌的分析【7 捌，金刚石结块的制造，金刚石圆锯片的磨损【0 1 ，锯切工艺参数i m l 4 】 的研究，花岗石可锯性的研列b 】i l 引，花岗石锯切过程中的力和能量掣1 7 1 ，并在这 些研究领域取得了大量的研究成果。除了定性的描述之外，随着实验的进步，实 验仪器的提高，还取得了许多定量的实验数据。研究锯切加工的目的是为了揭示 出其中蕴含的规律，掌握了这些规律，就能对加工工具、加工参数、加工系统等 进行优化，达到高效、低耗和环保的要求，从而实现最大的经济效益。目前欧洲 一些工业金刚石生产厂家、金刚石工具制造厂家、锯机和锯片制造厂家以及相关 研究机构组成一个财团，以实施一项庞大的研究计划来提高石材尤其是花岗石的 2 ， 第1 币绪论 加工效率【1 引。 为了实现优化目标，h k t 6 n s h o f f 对金刚石磨料锯切石材的过程进行系统的研 究后，提出了一个石材锯切加工的优化系统，如图1 1 所示。该图描述了锯机、工 具、工件与加工条件有关的各项参数间的关系，是整个石材锯切系统优化的基础。 卧 l 锯机7 3 具 蜘篓言斗li 蘑毳篓另。 。粤堂曼? 创1i 荟箍癸罘 静7 氅至性能ll 阳菜瓮1 产量 i 菇篇。 工件i 加工条件 材料 化学成分 物理性能 尺寸 操作方案 锯机安装 冷却液 锯解加t 圉 唪 溅怕薯命忙刮 最佳方案 图! - 1 石材锯解加一【优化系统 1 2 3 薄型板材高效加工现状 反 馈 国内方面，吉林大学的王义强教授通过改进加工设备，提出采用两步切割法 进行切割，开发了可直接锯解巨型超薄天然岩石板材的夹板式超薄石材锯石机， 不但可以切割普通的小规格板材( 3 0 0 0 3 0 0 1 5 3 0 m m ) ，还可以切割巨型超薄 天然岩石板材( 3 0 0 0 1 2 0 0 3 - 8 m m ) 。湖南常德诗墙管理处采用金刚石圆锯片 非对称切割法，提高了板材的出材率，设备尺寸小、价格低、占用场地小、耗能 少，适合分散生产超薄板材。山东费县大样机械制造有限公司设计的新型龙门式 剖切机，克服了加工板材幅面受金刚石圆锯片直径的限制，选用不同规格的金刚 石圆锯片，采用二次切割技术解决了用小直径圆锯片切割大规格板材的技术难题， 最大可切割1 2 0 0 1 2 0 0 3 l o m m 的板材。加工1 2 0 0 1 2 0 0 m m 的超薄板时，选 用0 1 6 0 0 m m 的锯片；加工6 0 0 6 0 0 m m 的超薄板时，选用0 1 0 0 0 m m 的锯片。 1 2 4 花岗石薄型板材高效加工关键技术 1 2 4 1 工艺决策 岩石是由离散颗粒( 岩石颗粒) 、气体( 内部空气) 组成的复杂的颗粒团聚体， 其基本骨架是离散岩石颗粒，岩石在外力作用下，常使团聚体之间的连结力受到 山东人学硕十学位论文 破坏而消失，从而使整个石体产生破碎现象。 薄型板材锯解过程中，锯解速度会引起锯切温度和冲击载荷的变化，进而导 致板材的破碎。而锯解深度和进给速度的改变会引起机械载荷的变化，因此薄型 板材在锯解加工过程中板材所能达到的极限厚度与锯解参数息息相关i l9 。研磨过 程中，磨头的压力对板材的质量有直接影响，过大会将板材压碎，过小则得不到 理想的磨削效果，磨头的压力需要根据板材的厚度以及可加工性随时进行调整。 另外薄型板材的输送技术以及装夹技术与加工普通形式的板材也有很大的区别。 1 2 4 2 设备性能 花岗石薄型板材的高效加工一般是根据花岗石的种类以及幅面的大小，通过 加工参数之间的变换来实现：慢进给、大切深；快进给、小切深；同时增大进给 和切深、适当提高转速，这些参数变化的前提都是在机床功率允许的范围内实现 的，因此机床设备的功率和先进性是实施高效加工的前提。同时考虑到薄型板材 易碎的特性，设备具体表现为较高的精度和刚度、较强的加工稳定性以及宽广可 调的运动参数和柔性。 1 2 4 3 刀具技术 利用标准厚度的金刚石圆锯片加工花岗石薄型板材，由于锯片厚度大，切割 过程中受到的阻力大，锯片对板材的冲击严重，薄板易出现破碎甚至断裂；同时 由于锯缝宽，石材资源浪费严重。为了克服这种现象，人们利用薄型金刚石圆锯 片来代替标准的金刚石圆锯片。但是由于基体厚度的减薄1 2 0 i ，在锯切力作用以及 热应力综合作用下，锯片易出现失稳。另外，锯切过程中锯切弧区内的温度如果 过高，将会导致结块中的会刚石石墨化以及造成会刚石与胎体的热应力而导致金 刚石颗粒过早脱落。 1 3 花岗石薄型板材加工存在的问题 国内花岗石薄型板材加工业经过几年的发展，加工效率和加工质量有了明显 提高，但是花岗石薄型板材毛板的锯解大部分还是应用传统的较厚的金刚石圆锯 片来完成的。适应“节能减排、资源节约”要求的薄型金刚石圆锯片在锯解薄型 花岗石板材的过程中还存在以下问题： ( 1 ) 利用薄型金刚石圆锯片加工花岗石薄型板材时，由于基体厚度的减薄， 锯片的刚性减弱，锯片在锯解过程中容易发生屈曲失效和偏摆过大，如何有效保 证金刚石圆锯片锯解质量和锯片寿命的锯解工艺技术还没有充分研究。 ( 2 ) 随着加