基于分形理論花崗石異型面高效磨削關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、花崗石異型制品以其精美的外形、華貴典雅的色調(diào)以及耐磨損、耐腐蝕等穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，使其在建筑裝修、工藝藝術(shù)、生活器具、精密機(jī)床等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并向著高檔化、藝術(shù)化、精密化方向發(fā)展。新興的花崗石裝飾產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)更是以花崗石異型制品加工為基礎(chǔ)，因此，花崗石異型制品的社會(huì)需求量越來(lái)越大，對(duì)花崗石異型制品的加工質(zhì)量和產(chǎn)品附加值的要求越來(lái)越高。針對(duì)我國(guó)花崗石異型制品生產(chǎn)加工現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，提出了基于分形理論研究花崗石異型面高效磨

2、削關(guān)鍵技術(shù)的研究方向。本文從實(shí)現(xiàn)高效加工的設(shè)備、刀具、材料、工藝等基礎(chǔ)手段入手，建立了花崗石異型面高效磨削加工關(guān)鍵技術(shù)體系，完善了高效加工的定義和理論判據(jù)，用分形幾何的觀點(diǎn)對(duì)花崗石異型面的磨削加工機(jī)理作了理論分析，研究了加工過(guò)程的分形特征，建立了相關(guān)分形模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了這些分形特征與加工工藝、效率之間的關(guān)系。
　　通過(guò)分析金剛石單磨粒磨痕、花崗石材料的裂紋擴(kuò)展和礦物晶體斷裂的分形特征，研究了花崗石異型面的分形斷裂去除機(jī)理。花

3、崗石異型面一般采用結(jié)塊式金剛石成型刀具加工，通過(guò)分析花崗石異型面的磨削過(guò)程和金剛石成型刀具特點(diǎn)，建立了金剛石單磨粒磨痕曲線模型，分析了其幾何角度和去除材料體積的變化，研究了其分形特性，理論推導(dǎo)了磨痕分形曲線弧長(zhǎng)和分形維數(shù)。通過(guò)對(duì)花崗石材料斷裂去除過(guò)程的分析，分別建立了花崗石材料的裂紋擴(kuò)展和礦物晶體斷裂的分形模型，對(duì)花崗石材料的去除機(jī)理進(jìn)行了分形研究。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究建立了磨削力分形維數(shù)與工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。花崗石異型面的加工

4、屬于斷續(xù)磨削加工，其磨削力大小變化很大，其動(dòng)態(tài)特性具有分形規(guī)律。通過(guò)建立金剛石單磨粒受力模型，推導(dǎo)了切向力、法向力和軸向力的關(guān)系式，分析了其大小和方向的變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)建立了金剛石成型結(jié)塊的受力模型，分析了結(jié)塊受力的分形特征，確定了磨削力分形維數(shù)的計(jì)算方法?；谡粚?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)磨削加工五蓮紅花崗石1/4圓弧異型面的磨削力及其分形維數(shù)的規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別選擇切削速度、進(jìn)給速度和背吃刀量為三個(gè)因素，每個(gè)因素各取四個(gè)水平，建立了三因

5、素四水平正交表，對(duì)其沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的磨削力進(jìn)行測(cè)量。對(duì)磨削力測(cè)量結(jié)果分別進(jìn)行極差分析、方差分析和多元回歸分析，建立了磨削力與工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)磨削力的動(dòng)態(tài)變化特性用磨削力分形維數(shù)評(píng)價(jià)，分別計(jì)算出不同工藝參數(shù)下的磨削力分維，建立磨削力分維與工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)磨削力與磨削力分維之間的關(guān)系進(jìn)行了分析研究，確定了兩者之間的線性函數(shù)關(guān)系，即磨削力越大，磨削力分維也越大，磨削力動(dòng)態(tài)變化愈大；磨削力越小，磨削力分維也越小，磨削力動(dòng)態(tài)變

6、化小。
　　建立了以材料去除率和磨削力分形維數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)的高效工藝參數(shù)優(yōu)化模型。采用田口方法，以材料去除率為望大特性，磨削力分維為望小特性，分別計(jì)算出不同工藝參數(shù)下材料去除率和磨削力分維的信噪比S/N，作出信噪比和均值的主效應(yīng)圖，優(yōu)化得出最佳工藝參數(shù)組合，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　建立了磨屑?jí)K度分形模型，并基于磨屑?jí)K度分形維數(shù)對(duì)花崗石異型面可磨削加工性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分級(jí)預(yù)測(cè)研究。通過(guò)分析花崗石異型面的材料斷裂破碎成屑的

7、過(guò)程，建立了平面和三維空間破碎模型，分析其分形破碎特性。通過(guò)二次響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)，研究了磨屑?jí)K度分形維數(shù)與工藝參數(shù)的關(guān)系，對(duì)影響磨屑?jí)K度分維因素的金剛石成型刀具、夾具、工藝參數(shù)、冷卻液、花崗石材料等進(jìn)行了分析。選擇SiO2、石英、肖氏硬度、密度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和耐磨率等七個(gè)對(duì)花崗石可磨削加工性有影響的指標(biāo)，采用三角模糊數(shù)TOPSIS分析方法對(duì)十種典型花崗石材料的可磨削加工性進(jìn)行了分級(jí)研究，然后通過(guò)磨削加工1/4圓弧異型面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和驗(yàn)

8、證，選擇Y方向磨削力和磨屑?jí)K度分形維數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別進(jìn)行單因素分析和多因素綜合分析，采用線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)建立磨屑?jí)K度分維與花崗石性能指標(biāo)之間的評(píng)價(jià)模型，基于磨屑?jí)K度分維建立了花崗石可磨削加工性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的十種花崗石材料進(jìn)行了可磨削加工性分級(jí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與FAHP-TOPSIS的分析結(jié)論基本一致。
　　本文研究旨在提高花崗石異型制品的加工效率，降低生產(chǎn)成本，其研究成果對(duì)生產(chǎn)加工具有理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義，