瓷质抛光机横梁摆动对抛光效率的影响

周祖兵 唐添翼 丘兆才

摘 要：本文从瓷质抛光机横梁摆动规律入手，分析了复合摆动横梁两个方向的摆动规律与磨头对砖坯覆盖率的影响，进而提出复合摆动抛光机的设计理念，以达到磨头对砖坯的均匀磨削，一方面解决大板抛光线横梁无法进一步提高摆动速度的问题，另一方面减少过磨和漏抛现象，提高抛光优等品率，还可以减少抛光头数配置，降低能耗和占地面积。

关键词：复合摆动；磨头覆盖率；磨头轨迹；抛光效率

1 前言

陶瓷抛光机的主要作用是对经烧制完成的砖坯表面进行磨削，以提高砖坯的平面度及光泽度。瓷质玻化砖及釉面砖经磨削抛光和超洁亮上光后平面度可控制在0.3 mm以内，表面光度可达90度以上。

传统的抛光机如图1所示。砖坯在PVC平皮带上输送的同时，磨头高速旋转并随横梁一起摆动，安装于磨头上的磨块一方面绕摆杆座摆动，使其与砖坯表面呈线接触，同时随磨盘公转，随横梁摆动。多个运动的叠加对砖坯表面形成连续的研磨加工，最终使砖坯获得平整光滑的表面。

近年来随着宽体窑的推广，陶瓷生产线的产量越来越高，由于各厂基本为一机一线配置，所以抛光机的线速度越来越快，将近十年的时间，抛光机线速度从5 m/min提高到30 m/min，增长了近6倍。由于走砖线速度的提高，单个磨头对砖面不能进行有效覆盖，漏抛的区域越来越大，需要配置更多的磨头来增加覆盖，但同时也导致砖坯中间部分过度磨削、生产线的长度及装机功率不断增加。

近年来随着辊压成型技术及大吨位压机的发展，瓷砖有向大板化发展的趋势，如诺贝尔、蒙娜丽莎、泰国SCG等部分厂家推出了宽度1200 mm、1400 mm、1600 mm甚至于更宽的大板抛光砖。砖面加宽后，由于横梁摆动行程加长，摆动的频次及线速度不可能无限提高，从而导致单线产量降低、砖坯漏抛和过磨的矛盾也更加突出。

2016年以来部分厂家又推出喷墨渗花砖，因渗花层较薄，增加磨头个数提产的方法会导致砖坯中部因过磨而露底，严重影响产品质量。

如何提高磨削的均匀性及单个磨头对砖坯的覆盖率就成为大板及喷墨渗花砖高产量抛光过程中急需解决的一个问题。

2 实验内容

2.1 现有抛光机磨头的运动轨迹

图2为皮带线速度180 mm/s（产量22000 m2/天）、砖坯宽度800 mm、横梁每分钟摆8次、摆幅400 mm、磨头直径540 mm时磨头在砖面运动所形成的轨迹。

图3为在图2基础上皮带线速度降至140 mm/s，其余参数不变时磨头在砖面运动所形成的轨迹。

图4为在图2基础上摆动频次提高至10次/min，其余参数不变时磨头在砖面运动所形成的轨迹。

从图2、图3及图4的对比中可以看出，磨头运动轨迹的波长S越小、斜率K（tgα）越大，漏抛区域面积越小，磨头对砖坯的有效覆盖率越高。影响波长S及斜率K的主要是皮带线速度及摆动时间周期t（60s/摆动频次），波长S与二者均成正比，斜率K与二者均成反比。

由此可看出，要想减少漏抛只能降低皮带线速度和提高摆动频次，而皮带线速度决定了产量，因此不能减少；而摆动频次过高会导致以下问题：一是摆动太快后横梁变频器加减速时间不够，有冲出支座的危险（曾有部分厂家发生过此类事故）；二是摆动的齿轮齿条强度不够而造成崩齿。

因此目前均是采用增加磨头的方式来减少漏抛，图5为在图2基础上所有参数均不变时，二个磨头的运动轨迹。

从图5可以看出，增加磨头的确可有效减少漏抛，但同时会导致中间部分区域被多次磨削（过磨），而边缘部分只磨削一次的问题，即磨削不均匀，造成光度不一致，且过磨过多时会造成露底降级。过磨时磨头做的是无用功，增加了能耗。

在磨削大板时，由于摆动行程加长，摆动频次被迫降低，漏抛和过磨现象更加突出，同一目数的磨块有时需配置四个以上的磨头才能保证一次覆盖。

2.2 复合摆动抛光机磨头的运动轨迹及结构设计

为减少漏抛和过磨情况，需要减小磨头轨迹的摆动波长S及提高摆动斜率K，在此我们引进一个复合摆动的概念。设皮带走砖的方向为X1，横梁垂直于走砖方向的摆动为Y，我们给横梁另加一个摆动动作X2，即横梁在垂直于走砖方向进行摆动的同时也平行于走砖方向进行摆动，目的是当磨头处于易漏抛区域（砖坯边缘）时，横梁（X2）与走砖方向（X1）同向摆动，追着砖进行磨削，增加磨削时间；当磨头处于易过磨区域（砖坯中间）时，横梁（X2）与走砖方向（X1）反向摆动，快速过砖进行磨削，减少磨削时间。砖坯抛光示意图如图6所示。

这样磨头在砖面所形成的运动轨迹就是由X1、X2及Y三个方向的运动叠加所形成的，在X1一定（产量决定）的情况下，调整X2及Y的大小，即可有效减少漏抛面积和过磨情况，增加磨头对砖面的覆盖率。

2.2.1 复合摆动抛光机磨头运动轨迹分析

在图2中设定走砖方向为X1、横梁垂直摆动方向为Y、横梁在走砖方向的摆动为X2，则砖坯相对于磨头在X向的位移为X1+X2。

横梁在X2及Y向的摆动由于有加减速及停留时间的问题，其实际运动并不是一个匀速运动，如图7所示，其每一个运动周期均由去程加速（t1）、去程匀速（t2）、去程减速（t3）、去程停留（t4）、回程加速（t5）、回程匀速（t6）、回程减速（t7）、回程停留（t8）八个时间段所组成。

理想状态下，磨头中心线在砖面所形成的轨迹应如图8所示，即飞剪控制模式。

其波长S应等于或略小于两个磨头的直径，其斜率应为1（即α=90°）。在此状态下，单一磨头在一个周期内即可实现全覆盖，且在砖边缘与中间磨削次数相同。

要想实现此运动轨迹，横梁Y方向开始摆动的时候，横梁X2向应与X1向同向摆动，且速度相同，当横梁Y向摆动停留时，X2向应完成所有回程动作（包括加减速均应在此时间段内完成）；为使X2向在横梁Y向的去程和回程中均保持与X1向同速度追磨，横梁在Y向完成一次往复摆动时在X2向应完成二次摆动（即TY=2T×2）。

X2轴与Y轴的摆动应保持如图9所示关系。

2.2.2 复合摆动抛光机结构设计

为完成X2向与Y向运动的复合，需要对现有抛光机的横梁摆动结构进行改进。

目前市场上的陶瓷抛光机的横梁摆动大部分采用双齿轮箱带动齿轮齿条机构驱动横梁作摆动运动，齿轮齿条副的传动精度较低，且反向冲击较大，不适宜作精确的运动控制。

设计如图10所示摆动机构。X2轴及Y轴均采用了伺服电机驱动滚珠丝杆的传动模式，能较好地保证传动精度，且伺服电机带有抽动功能，反向冲击较小。

2.2.3 两种摆动模式漏抛与过磨面积对比分析

以皮带线速度均为140 mm/s，砖坯宽度为1600 mm、横梁摆动8次/min的情况对有无复合摆动的两种模式下的磨头运动轨迹进行了对比分析，如图11所示。

从图11可看出，在没有X2向摆动的情况下，一个周期内的漏抛面积为0.2448 m2，而有X2向摆动的情况下，漏抛面积仅为0.014837 m2，减少漏抛达到93.94%，大幅度地提高了磨头的有效覆盖率。

由于横梁复合摆动时，磨头对砖坯各部分覆盖是均匀一致的，即砖坯的每个部分磨到的次数是相同的，可明显减少过磨现象，避免做无用功，故在相同产量的情况下可减少磨头数量，降低能耗及磨料消耗。

3 结论

从上述研究分析中可以得出如下结论：

（1） 横梁的复合摆动能大幅度提高磨头的有效覆盖率；

（2） 横梁的复合摆动能有效减少漏抛及过磨现象；

（3）在相同产量的情况下采用复合摆横梁可减少抛光磨头的数量，从而减少抛光线的占地面积；

（4） 因能有效避免过磨现象，故相同产量情况下复合摆动的电能消耗及磨具材料的消耗均会降低。

复合摆动横梁抛光机的研究在广东科达洁能公司目前已进入试制阶段，相信在经过试验及完善后，将会对陶瓷抛光效率及产品质量的提升带来深远的影响。

参考文献

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