周祖兵 唐添翼 丘兆才

摘 要：本文從瓷質(zhì)拋光機(jī)橫梁擺動(dòng)規(guī)律入手，分析了復(fù)合擺動(dòng)橫梁兩個(gè)方向的擺動(dòng)規(guī)律與磨頭對(duì)磚坯覆蓋率的影響，進(jìn)而提出復(fù)合擺動(dòng)拋光機(jī)的設(shè)計(jì)理念，以達(dá)到磨頭對(duì)磚坯的均勻磨削，一方面解決大板拋光線橫梁無(wú)法進(jìn)一步提高擺動(dòng)速度的問(wèn)題，另一方面減少過(guò)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(guān)鍵詞：復(fù)合擺動(dòng)；磨頭覆蓋率；磨頭軌跡；拋光效率

1 前言

陶瓷拋光機(jī)的主要作用是對(duì)經(jīng)燒制完成的磚坯表面進(jìn)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(dá)90度以上。

傳統(tǒng)的拋光機(jī)如圖1所示。磚坯在PVC平皮帶上輸送的同時(shí)，磨頭高速旋轉(zhuǎn)并隨橫梁一起擺動(dòng)，安裝于磨頭上的磨塊一方面繞擺桿座擺動(dòng)，使其與磚坯表面呈線接觸，同時(shí)隨磨盤公轉(zhuǎn)，隨橫梁擺動(dòng)。多個(gè)運(yùn)動(dòng)的疊加對(duì)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(lái)隨著寬體窯的推廣，陶瓷生產(chǎn)線的產(chǎn)量越來(lái)越高，由于各廠基本為一機(jī)一線配置，所以拋光機(jī)的線速度越來(lái)越快，將近十年的時(shí)間，拋光機(jī)線速度從5 m/min提高到30 m/min，增長(zhǎng)了近6倍。由于走磚線速度的提高，單個(gè)磨頭對(duì)磚面不能進(jìn)行有效覆蓋，漏拋的區(qū)域越來(lái)越大，需要配置更多的磨頭來(lái)增加覆蓋，但同時(shí)也導(dǎo)致磚坯中間部分過(guò)度磨削、生產(chǎn)線的長(zhǎng)度及裝機(jī)功率不斷增加。

近年來(lái)隨著輥壓成型技術(shù)及大噸位壓機(jī)的發(fā)展，瓷磚有向大板化發(fā)展的趨勢(shì)，如諾貝爾、蒙娜麗莎、泰國(guó)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(dòng)行程加長(zhǎng)，擺動(dòng)的頻次及線速度不可能無(wú)限提高，從而導(dǎo)致單線產(chǎn)量降低、磚坯漏拋和過(guò)磨的矛盾也更加突出。

2016年以來(lái)部分廠家又推出噴墨滲花磚，因滲花層較薄，增加磨頭個(gè)數(shù)提產(chǎn)的方法會(huì)導(dǎo)致磚坯中部因過(guò)磨而露底，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

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

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 現(xiàn)有拋光機(jī)磨頭的運(yùn)動(dòng)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(shí)磨頭在磚面運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡。

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

圖4為在圖2基礎(chǔ)上擺動(dòng)頻次提高至10次/min，其余參數(shù)不變時(shí)磨頭在磚面運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡。

從圖2、圖3及圖4的對(duì)比中可以看出，磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡的波長(zhǎng)S越小、斜率K（tgα）越大，漏拋區(qū)域面積越小，磨頭對(duì)磚坯的有效覆蓋率越高。影響波長(zhǎng)S及斜率K的主要是皮帶線速度及擺動(dòng)時(shí)間周期t（60s/擺動(dòng)頻次），波長(zhǎng)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(dòng)頻次，而皮帶線速度決定了產(chǎn)量，因此不能減少；而擺動(dòng)頻次過(guò)高會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：一是擺動(dòng)太快后橫梁變頻器加減速時(shí)間不夠，有沖出支座的危險(xiǎn)（曾有部分廠家發(fā)生過(guò)此類事故）；二是擺動(dòng)的齒輪齒條強(qiáng)度不夠而造成崩齒。

因此目前均是采用增加磨頭的方式來(lái)減少漏拋，圖5為在圖2基礎(chǔ)上所有參數(shù)均不變時(shí)，二個(gè)磨頭的運(yùn)動(dòng)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(shí)會(huì)導(dǎo)致中間部分區(qū)域被多次磨削（過(guò)磨），而邊緣部分只磨削一次的問(wèn)題，即磨削不均勻，造成光度不一致，且過(guò)磨過(guò)多時(shí)會(huì)造成露底降級(jí)。過(guò)磨時(shí)磨頭做的是無(wú)用功，增加了能耗。

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

2.2 復(fù)合擺動(dòng)拋光機(jī)磨頭的運(yùn)動(dòng)軌跡及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為減少漏拋和過(guò)磨情況，需要減小磨頭軌跡的擺動(dòng)波長(zhǎng)S及提高擺動(dòng)斜率K，在此我們引進(jìn)一個(gè)復(fù)合擺動(dòng)的概念。設(shè)皮帶走磚的方向?yàn)閄1，橫梁垂直于走磚方向的擺動(dòng)為Y，我們給橫梁另加一個(gè)擺動(dòng)動(dòng)作X2，即橫梁在垂直于走磚方向進(jìn)行擺動(dòng)的同時(shí)也平行于走磚方向進(jìn)行擺動(dòng)，目的是當(dāng)磨頭處于易漏拋區(qū)域（磚坯邊緣）時(shí)，橫梁（X2）與走磚方向（X1）同向擺動(dòng)，追著磚進(jìn)行磨削，增加磨削時(shí)間；當(dāng)磨頭處于易過(guò)磨區(qū)域（磚坯中間）時(shí)，橫梁（X2）與走磚方向（X1）反向擺動(dòng)，快速過(guò)磚進(jìn)行磨削，減少磨削時(shí)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(yùn)動(dòng)軌跡就是由X1、X2及Y三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)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(guò)磨情況，增加磨頭對(duì)磚面的覆蓋率。

2.2.1 復(fù)合擺動(dòng)拋光機(jī)磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡分析

在圖2中設(shè)定走磚方向?yàn)閄1、橫梁垂直擺動(dòng)方向?yàn)閅、橫梁在走磚方向的擺動(dòng)為X2，則磚坯相對(duì)于磨頭在X向的位移為X1+X2。

橫梁在X2及Y向的擺動(dòng)由于有加減速及停留時(shí)間的問(wèn)題，其實(shí)際運(yùn)動(dòng)并不是一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)，如圖7所示，其每一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(gè)時(shí)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(yīng)如圖8所示，即飛剪控制模式。

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

要想實(shí)現(xiàn)此運(yùn)動(dòng)軌跡，橫梁Y方向開(kāi)始擺動(dòng)的時(shí)候，橫梁X2向應(yīng)與X1向同向擺動(dòng)，且速度相同，當(dāng)橫梁Y向擺動(dòng)停留時(shí)，X2向應(yīng)完成所有回程動(dòng)作（包括加減速均應(yīng)在此時(shí)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(fù)擺動(dòng)時(shí)在X2向應(yīng)完成二次擺動(dòng)（即TY=2T×2）。

X2軸與Y軸的擺動(dòng)應(yīng)保持如圖9所示關(guān)系。

2.2.2 復(fù)合擺動(dòng)拋光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為完成X2向與Y向運(yùn)動(dòng)的復(fù)合，需要對(duì)現(xiàn)有拋光機(jī)的橫梁擺動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

目前市場(chǎng)上的陶瓷拋光機(jī)的橫梁擺動(dòng)大部分采用雙齒輪箱帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橫梁作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，齒輪齒條副的傳動(dòng)精度較低，且反向沖擊較大，不適宜作精確的運(yùn)動(dòng)控制。

設(shè)計(jì)如圖10所示擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。X2軸及Y軸均采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿的傳動(dòng)模式，能較好地保證傳動(dòng)精度，且伺服電機(jī)帶有抽動(dòng)功能，反向沖擊較小。

2.2.3 兩種擺動(dòng)模式漏拋與過(guò)磨面積對(duì)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(dòng)8次/min的情況對(duì)有無(wú)復(fù)合擺動(dòng)的兩種模式下的磨頭運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了對(duì)比分析，如圖11所示。

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

由于橫梁復(fù)合擺動(dòng)時(shí)，磨頭對(duì)磚坯各部分覆蓋是均勻一致的，即磚坯的每個(gè)部分磨到的次數(shù)是相同的，可明顯減少過(guò)磨現(xiàn)象，避免做無(wú)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(jié)論

從上述研究分析中可以得出如下結(jié)論：

（1） 橫梁的復(fù)合擺動(dòng)能大幅度提高磨頭的有效覆蓋率；

（2） 橫梁的復(fù)合擺動(dòng)能有效減少漏拋及過(guò)磨現(xiàn)象；

（3）在相同產(chǎn)量的情況下采用復(fù)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(guò)磨現(xiàn)象，故相同產(chǎn)量情況下復(fù)合擺動(dòng)的電能消耗及磨具材料的消耗均會(huì)降低。

復(fù)合擺動(dòng)橫梁拋光機(jī)的研究在廣東科達(dá)潔能公司目前已進(jìn)入試制階段，相信在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)及完善后，將會(huì)對(duì)陶瓷拋光效率及產(chǎn)品質(zhì)量的提升帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

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