鄭森偉, 劉 偉, 童慧芬, 王 偉

(閩南理工學(xué)院 光電與機(jī)電工程學(xué)院，福建 石獅 362700)

1 概述

大理石平臺(tái)是用天然的石質(zhì)材料制成的精密基準(zhǔn)測量工具.其質(zhì)地均勻，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度大、硬度高，并具有不生銹、耐酸堿、不磁化、不變型、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，能在重負(fù)荷下保持高精度.[1]即使工作面受碰撞或劃傷后，只會(huì)產(chǎn)生凹坑，不產(chǎn)生凸紋、毛刺，對測量精度無影響.因其在高精度的測量方面具有得天獨(dú)厚的特性，使得傳統(tǒng)鑄鐵平板相形見絀.大理石平臺(tái)作為高精密儀器儀表、精密工具、機(jī)械制件檢驗(yàn)的理想基準(zhǔn)面，成本低廉，產(chǎn)品附加值高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室的測量工作.

國內(nèi)現(xiàn)階段一部分還是手工拋光，成品率低、價(jià)格貴，且手工拋光對個(gè)人的要求非常高，拋光效果個(gè)體差異性大[1].一部分大理石的加工都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或者全自動(dòng)加工，雖然在高速磨盤的拋光下大大提高了加工的效率，但是在高速的研磨過程中所產(chǎn)生的聲音會(huì)更尖銳、單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的粉塵更多，對于工作人員的耳膜以及肺部的損傷更為嚴(yán)重.雖然工作人員戴口罩能起到一定的保護(hù)作用，時(shí)間一長也會(huì)帶來身體疾病.針對現(xiàn)階段大理石平面拋光過程中的缺點(diǎn)，筆者討論一種可降低噪音與粉塵的大理石平臺(tái)加工設(shè)備的設(shè)置方案.

2 大理石平臺(tái)加工設(shè)備的設(shè)置

2.1 大理石平臺(tái)加工設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

圖1 大理石拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

為保證大理石平面加工的質(zhì)量，首先構(gòu)思一臺(tái)大理石平面加工設(shè)備.拋光設(shè)備如圖1所示.大理石拋光磨塊固定在拋光磨盤上；拋光磨盤和電動(dòng)機(jī)連接，直接由電機(jī)帶動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)；電動(dòng)機(jī)固定在移動(dòng)面板上，移動(dòng)面板通過兩個(gè)方向的馬達(dá)驅(qū)動(dòng),在三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌的Y方向與Z方向移動(dòng)；工作臺(tái)在三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌的X方向上移動(dòng)，三自由度直角坐標(biāo)系工作導(dǎo)軌安裝在床身上；消音防護(hù)罩與電動(dòng)機(jī)一起固定在移動(dòng)面板；吸塵裝置固定在消音防護(hù)罩上[2].

拋光機(jī)的磨盤可以在Y,Z方向移動(dòng)加工不同尺寸的平臺(tái)，工作平臺(tái)夾持工件可在X方向上移動(dòng)，構(gòu)成了直角坐標(biāo)系移動(dòng)體系.為增加表面精度，在加工過程中，軌跡采用多種運(yùn)動(dòng)軌跡，以便實(shí)現(xiàn)無規(guī)則軌跡.磨盤的移動(dòng)軌跡在Y方向上、加工平臺(tái)在X方向上的移動(dòng)進(jìn)行路徑設(shè)定，XY方向運(yùn)動(dòng)的組合來進(jìn)行多種路徑的加工，以實(shí)現(xiàn)磨盤無規(guī)則軌跡的效果[2].

由于大理石平臺(tái)的加工是通過磨塊與大理石表面進(jìn)行摩擦加工，磨塊容易磨損.經(jīng)過一段時(shí)間的使用，需要進(jìn)行更換磨塊.如果磨塊與磨盤做成一體的，那么磨塊更換起來就比較麻煩，而且整個(gè)磨塊的成本也會(huì)增加.為使磨塊的安裝更換更方便、降低成本，以組合的方式把磨塊與磨盤通過螺栓連接.對于磨塊的容易磨損現(xiàn)象，磨塊的材料使用超硬金剛石磨塊，可以減低磨損減少損耗，有利于工件加工的持續(xù)性與穩(wěn)定性，同時(shí)有利于同一工件進(jìn)行不同精度的一體化加工[3].在加工過程中，通過消音防護(hù)罩與吸塵裝置可以降低噪音與粉塵.

2.2 消音防護(hù)罩

在加工過程中，拋光盤高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)著磨塊與大理石表面接觸，進(jìn)行磨、研、拋等方式的加工.由于摩擦力的作用以及拋光盤的旋轉(zhuǎn)，會(huì)不斷的有細(xì)塊從大理石工件上脫落并向四周甩出，出現(xiàn)揚(yáng)塵現(xiàn)象且有一定摩擦噪音，因此會(huì)造成工作環(huán)境的污染[4].為此，在拋光盤上增設(shè)一個(gè)防護(hù)罩如圖2所示，防護(hù)罩把整個(gè)拋光盤罩住,加工的時(shí)候防護(hù)罩與工件表面保持一個(gè)微小的距離,以免影響磨盤工作中的移動(dòng).防護(hù)罩材料為橡膠材料，當(dāng)加工產(chǎn)生的噪音向外擴(kuò)散時(shí)，由于橡膠材料的消音減振效果，大部分的噪音就會(huì)被橡膠防護(hù)罩擋住無法往外傳播，起到降低噪音的效果[5].同時(shí)，加工產(chǎn)生的粉塵以及向外飛甩的大理石細(xì)塊，撞擊到橡膠防護(hù)罩上也不會(huì)產(chǎn)生太大聲響，聲音無法向外擴(kuò)散，一定程度上起到消音的效果，如圖3所示.

粉塵的顆粒直徑一般小于75 μm，粗研磨表面粗糙度可達(dá)到0.63～1.25 μm.因此，橡膠防護(hù)罩在安裝完后，表面與工作臺(tái)面距離大于1.25 μm小于75 μm，既能起到消音作用又能防止揚(yáng)塵外泄，同時(shí)不會(huì)對加工過程中磨頭的移動(dòng)產(chǎn)生阻力影響，如圖3所示.

圖2 消音防護(hù)罩

圖3 消音防護(hù)罩工作位置示意圖

2.3 吸塵系統(tǒng)

大理石加工過程中，由于磨塊與大理石表面的摩擦，會(huì)伴隨著大量粉塵的逸出.這些粉塵被防護(hù)罩擋住堆積在防護(hù)罩內(nèi)，需要及時(shí)的清理，否則影響工件表面的加工[6].因此需要在防護(hù)罩內(nèi)設(shè)置一個(gè)可以清理粉塵的裝置，在消音防護(hù)罩上設(shè)置一個(gè)吸塵裝置如圖2所示，為了及時(shí)清理加工時(shí)產(chǎn)生的灰塵，確保磨塊與工件表面接觸的地方?jīng)]有多余的石屑、粉塵而影響加工質(zhì)量[7]，防護(hù)罩兩側(cè)分別設(shè)置兩個(gè)管口，在加工的時(shí)候，同時(shí)吸塵裝置的吹風(fēng)口與吸塵口，吹風(fēng)口一方面可以使模塊由于加工而升高的溫度得到適當(dāng)?shù)慕禍兀瑫r(shí)可以把沉淀下去的粉塵吹揚(yáng)起來.與此同時(shí)，吸塵口同樣開啟，及時(shí)地吸取由加工產(chǎn)生的粉塵，如圖4所示.這樣加工表面溫度降低了，同時(shí)也去除了粉塵在加工表面造成的加工誤差，對于減少磨塊的磨損，提高加工效率有很好的促進(jìn)作用，從而提高工件表面的加工質(zhì)量[8].

2.4 粉塵沉淀裝置

大理石的主要成分是CaCO3，碳酸鈣粉塵入水后會(huì)形成沉淀物沉淀在水下.于是我們通過沉淀的方法，把大理石加工后產(chǎn)生的粉塵通入水中形成沉淀再定期清理，達(dá)到粉塵零排放的環(huán)保效果[9].如圖5所示，是一套粉塵沉淀裝置.裝置主要由粉塵沉淀箱為主體，內(nèi)裝有過濾網(wǎng)，箱中盛有3/4容積的沉淀液，粉塵排氣管通入箱中并浸入沉淀液一定深度.當(dāng)粉塵廢氣排入水中之后，CaCO3在水中形成沉淀落入底部.為便于后期的清理，在箱中安裝一層過濾網(wǎng)，沉淀的CaCO3只落在過濾網(wǎng)上.清理時(shí)只要去除過濾網(wǎng)，便可把沉淀物從沉淀液中取出，避免了沉淀物落到箱底難以清理的現(xiàn)象[10].

圖4 吸塵系統(tǒng)工作位置示意圖

圖5 粉塵沉淀裝置示意圖

3 結(jié)語

(1)通過對總體結(jié)構(gòu)的介紹，以了解大理石平臺(tái)平面的無規(guī)則軌跡加工，保證平面加工質(zhì)量的效果；

(2)本設(shè)備在研磨盤周圍設(shè)置橡膠防護(hù)罩來實(shí)現(xiàn)消音減震的效果；

(3)本設(shè)備吸塵系統(tǒng)與粉塵沉淀裝置實(shí)現(xiàn)防塵的效果.