瓷質(zhì)拋光機橫梁擺動對拋光效率的影響

周祖兵 唐添翼 丘兆才

摘 要：本文從瓷質(zhì)拋光機橫梁擺動規(guī)律入手，分析了復合擺動橫梁兩個方向的擺動規(guī)律與磨頭對磚坯覆蓋率的影響，進而提出復合擺動拋光機的設計理念，以達到磨頭對磚坯的均勻磨削，一方面解決大板拋光線橫梁無法進一步提高擺動速度的問題，另一方面減少過磨和漏拋現(xiàn)象，提高拋光優(yōu)等品率，還可以減少拋光頭數(shù)配置，降低能耗和占地面積。

關鍵詞：復合擺動；磨頭覆蓋率；磨頭軌跡；拋光效率

1 前言

陶瓷拋光機的主要作用是對經(jīng)燒制完成的磚坯表面進行磨削，以提高磚坯的平面度及光澤度。瓷質(zhì)?；u及釉面磚經(jīng)磨削拋光和超潔亮上光后平面度可控制在0.3 mm以內(nèi)，表面光度可達90度以上。

傳統(tǒng)的拋光機如圖1所示。磚坯在PVC平皮帶上輸送的同時，磨頭高速旋轉并隨橫梁一起擺動，安裝于磨頭上的磨塊一方面繞擺桿座擺動，使其與磚坯表面呈線接觸，同時隨磨盤公轉，隨橫梁擺動。多個運動的疊加對磚坯表面形成連續(xù)的研磨加工，最終使磚坯獲得平整光滑的表面。

近年來隨著寬體窯的推廣，陶瓷生產(chǎn)線的產(chǎn)量越來越高，由于各廠基本為一機一線配置，所以拋光機的線速度越來越快，將近十年的時間，拋光機線速度從5 m/min提高到30 m/min，增長了近6倍。由于走磚線速度的提高，單個磨頭對磚面不能進行有效覆蓋，漏拋的區(qū)域越來越大，需要配置更多的磨頭來增加覆蓋，但同時也導致磚坯中間部分過度磨削、生產(chǎn)線的長度及裝機功率不斷增加。

近年來隨著輥壓成型技術及大噸位壓機的發(fā)展，瓷磚有向大板化發(fā)展的趨勢，如諾貝爾、蒙娜麗莎、泰國SCG等部分廠家推出了寬度1200 mm、1400 mm、1600 mm甚至于更寬的大板拋光磚。磚面加寬后，由于橫梁擺動行程加長，擺動的頻次及線速度不可能無限提高，從而導致單線產(chǎn)量降低、磚坯漏拋和過磨的矛盾也更加突出。

2016年以來部分廠家又推出噴墨滲花磚，因滲花層較薄，增加磨頭個數(shù)提產(chǎn)的方法會導致磚坯中部因過磨而露底，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

如何提高磨削的均勻性及單個磨頭對磚坯的覆蓋率就成為大板及噴墨滲花磚高產(chǎn)量拋光過程中急需解決的一個問題。

2 實驗內(nèi)容

2.1 現(xiàn)有拋光機磨頭的運動軌跡

圖2為皮帶線速度180 mm/s（產(chǎn)量22000 m2/天）、磚坯寬度800 mm、橫梁每分鐘擺8次、擺幅400 mm、磨頭直徑540 mm時磨頭在磚面運動所形成的軌跡。

圖3為在圖2基礎上皮帶線速度降至140 mm/s，其余參數(shù)不變時磨頭在磚面運動所形成的軌跡。

圖4為在圖2基礎上擺動頻次提高至10次/min，其余參數(shù)不變時磨頭在磚面運動所形成的軌跡。

從圖2、圖3及圖4的對比中可以看出，磨頭運動軌跡的波長S越小、斜率K（tgα）越大，漏拋區(qū)域面積越小，磨頭對磚坯的有效覆蓋率越高。影響波長S及斜率K的主要是皮帶線速度及擺動時間周期t（60s/擺動頻次），波長S與二者均成正比，斜率K與二者均成反比。

由此可看出，要想減少漏拋只能降低皮帶線速度和提高擺動頻次，而皮帶線速度決定了產(chǎn)量，因此不能減少；而擺動頻次過高會導致以下問題：一是擺動太快后橫梁變頻器加減速時間不夠，有沖出支座的危險（曾有部分廠家發(fā)生過此類事故）；二是擺動的齒輪齒條強度不夠而造成崩齒。

因此目前均是采用增加磨頭的方式來減少漏拋，圖5為在圖2基礎上所有參數(shù)均不變時，二個磨頭的運動軌跡。

從圖5可以看出，增加磨頭的確可有效減少漏拋，但同時會導致中間部分區(qū)域被多次磨削（過磨），而邊緣部分只磨削一次的問題，即磨削不均勻，造成光度不一致，且過磨過多時會造成露底降級。過磨時磨頭做的是無用功，增加了能耗。

在磨削大板時，由于擺動行程加長，擺動頻次被迫降低，漏拋和過磨現(xiàn)象更加突出，同一目數(shù)的磨塊有時需配置四個以上的磨頭才能保證一次覆蓋。

2.2 復合擺動拋光機磨頭的運動軌跡及結構設計

為減少漏拋和過磨情況，需要減小磨頭軌跡的擺動波長S及提高擺動斜率K，在此我們引進一個復合擺動的概念。設皮帶走磚的方向為X1，橫梁垂直于走磚方向的擺動為Y，我們給橫梁另加一個擺動動作X2，即橫梁在垂直于走磚方向進行擺動的同時也平行于走磚方向進行擺動，目的是當磨頭處于易漏拋區(qū)域（磚坯邊緣）時，橫梁（X2）與走磚方向（X1）同向擺動，追著磚進行磨削，增加磨削時間；當磨頭處于易過磨區(qū)域（磚坯中間）時，橫梁（X2）與走磚方向（X1）反向擺動，快速過磚進行磨削，減少磨削時間。磚坯拋光示意圖如圖6所示。

這樣磨頭在磚面所形成的運動軌跡就是由X1、X2及Y三個方向的運動疊加所形成的，在X1一定（產(chǎn)量決定）的情況下，調(diào)整X2及Y的大小，即可有效減少漏拋面積和過磨情況，增加磨頭對磚面的覆蓋率。

2.2.1 復合擺動拋光機磨頭運動軌跡分析

在圖2中設定走磚方向為X1、橫梁垂直擺動方向為Y、橫梁在走磚方向的擺動為X2，則磚坯相對于磨頭在X向的位移為X1+X2。

橫梁在X2及Y向的擺動由于有加減速及停留時間的問題，其實際運動并不是一個勻速運動，如圖7所示，其每一個運動周期均由去程加速（t1）、去程勻速（t2）、去程減速（t3）、去程停留（t4）、回程加速（t5）、回程勻速（t6）、回程減速（t7）、回程停留（t8）八個時間段所組成。

理想狀態(tài)下，磨頭中心線在磚面所形成的軌跡應如圖8所示，即飛剪控制模式。

其波長S應等于或略小于兩個磨頭的直徑，其斜率應為1（即α=90°）。在此狀態(tài)下，單一磨頭在一個周期內(nèi)即可實現(xiàn)全覆蓋，且在磚邊緣與中間磨削次數(shù)相同。

要想實現(xiàn)此運動軌跡，橫梁Y方向開始擺動的時候，橫梁X2向應與X1向同向擺動，且速度相同，當橫梁Y向擺動停留時，X2向應完成所有回程動作（包括加減速均應在此時間段內(nèi)完成）；為使X2向在橫梁Y向的去程和回程中均保持與X1向同速度追磨，橫梁在Y向完成一次往復擺動時在X2向應完成二次擺動（即TY=2T×2）。

X2軸與Y軸的擺動應保持如圖9所示關系。

2.2.2 復合擺動拋光機結構設計

為完成X2向與Y向運動的復合，需要對現(xiàn)有拋光機的橫梁擺動結構進行改進。

目前市場上的陶瓷拋光機的橫梁擺動大部分采用雙齒輪箱帶動齒輪齒條機構驅(qū)動橫梁作擺動運動，齒輪齒條副的傳動精度較低，且反向沖擊較大，不適宜作精確的運動控制。

設計如圖10所示擺動機構。X2軸及Y軸均采用了伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿的傳動模式，能較好地保證傳動精度，且伺服電機帶有抽動功能，反向沖擊較小。

2.2.3 兩種擺動模式漏拋與過磨面積對比分析

以皮帶線速度均為140 mm/s，磚坯寬度為1600 mm、橫梁擺動8次/min的情況對有無復合擺動的兩種模式下的磨頭運動軌跡進行了對比分析，如圖11所示。

從圖11可看出，在沒有X2向擺動的情況下，一個周期內(nèi)的漏拋面積為0.2448 m2，而有X2向擺動的情況下，漏拋面積僅為0.014837 m2，減少漏拋達到93.94%，大幅度地提高了磨頭的有效覆蓋率。

由于橫梁復合擺動時，磨頭對磚坯各部分覆蓋是均勻一致的，即磚坯的每個部分磨到的次數(shù)是相同的，可明顯減少過磨現(xiàn)象，避免做無用功，故在相同產(chǎn)量的情況下可減少磨頭數(shù)量，降低能耗及磨料消耗。

3 結論

從上述研究分析中可以得出如下結論：

（1） 橫梁的復合擺動能大幅度提高磨頭的有效覆蓋率；

（2） 橫梁的復合擺動能有效減少漏拋及過磨現(xiàn)象；

（3）在相同產(chǎn)量的情況下采用復合擺橫梁可減少拋光磨頭的數(shù)量，從而減少拋光線的占地面積；

（4） 因能有效避免過磨現(xiàn)象，故相同產(chǎn)量情況下復合擺動的電能消耗及磨具材料的消耗均會降低。

復合擺動橫梁拋光機的研究在廣東科達潔能公司目前已進入試制階段，相信在經(jīng)過試驗及完善后，將會對陶瓷拋光效率及產(chǎn)品質(zhì)量的提升帶來深遠的影響。

參考文獻

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