1、花岗石(平)台板需求分析
天然花岗石(平)台板质地坚硬，色泽美观大方，坚久耐用，能给人以典雅、庄重、古朴而不失雍容华贵的感觉，我国的一些重点工程、大型建筑、历史名胜、旅游胜地、大型商城、宾馆等都把它作为重点装饰材料。从应用领域来看，花岗石(平)台板是一种理想的建筑材料。同时，花岗石(平)台板还具有热胀系数小、耐磨性好和表面光泽度高等特性。因此，在机械、仪表工业中，花岗石(平)台板作为一种新型的工业技术材料也被广泛应用。例如，用于高精密机床的床身、工作台、导轨；用于高精度测量装置的基座、坐标测量平台、划线平台；甚至直接用其制做高精度的测量器具，象高精度的平尺、方尺、直角尺、V型块和平行规等。从国内看，申奥成功和西部大开发战略的实施为我国石材工业的发展提供了更多契机，上千亿元的投资中，石材订单保守地说也有近100亿人民币。从国际上看，随着我国加入WTO，我国石材出口量加大，资料表明日本、韩国、美国、欧盟对中国石材采购的总量都在逐年增加。所有这些无疑会大大提高对花岗石(平)台板的需求。
2、加工设备现状分析
当前，在花岗石(平)台板加工的磨、抛阶段，大部分中小企业采用的是人工手扶磨机。其主要优点是机床结构简单，操作容易，投资少，但工人的劳动强度大，所能加工的板材面积有限，虽然能达到较高的光泽度水平，但抛光不均匀，视觉效果差，劳动生产率低，远不能满足市场竞争和社会发展的要求；有实力的大企业会采用多磨头的自动磨机，加工出的板材质量高、镜面反射视觉效果好。但是用于加工花岗石大板的自动连续磨机不仅价格昂贵，而且一般只能磨光厚度为20～200mm内的花岗石大板。这样厚的花岗石板用于装修地面和墙壁基本上能够满足要求，可是随着市场竞争的日益加剧和用户需求的多样化，单纯靠生产这种普通厚度的花岗石板已无竞争力可言。于是，许多公司积极开发像墓碑、台面等新产品。比如，福建泉州、惠安等地，其墓碑、台面等产品的出口量甚至超过其普通石板的出口量。生产墓碑和台面所用的光板，其厚度往往超过200mm，用普通的花岗石大板自动连续磨机是不能磨光这样厚的石板的。人们只能用手扶磨进行磨光，用手扶磨进行磨光又脏又累，在磨光这道工序上，装备水平一下子倒退了几十年。
鉴于此，迫切需要设计开发一种自动、高效新型的花岗石(平)台板加工设备，以满足用户和市场的需求。
二、方案设计与总体设计
由于花岗石(平)台板的形状和重量都比较大，动力头的重量相对来说比较小，所以易把运动分配给动力头，以简化运动，而花岗石(平)台板则装夹固定即可。
本机采用桥式结构、双动力头设计，由侧墙、横梁、X轴(横向)驱动系统、Y轴(纵向)驱动系统、Z轴(竖直方向)驱动系统、铣磨动力头、磨抛动力头、电气控制系统和冷却系统等部分组成。本设备具有一机多用的功能，在对花岗石(平)台板进行加工时，可先用铣磨动力头对(平)台板进行磨削粗加工，加工完成后，再启用磨抛动力头对(平)台板进行磨抛精加工。若所加工的花岗石(平)台板的侧面还需磨削加工，这时可将铣磨动力头的磨头更换成端面磨头，即可实现对(平)台板侧面的磨削加工。这样一来，花岗石(平)台板加工所需的几道工序被集成在一台设备上完成，既避免了由于重复装夹定位而带来的误差，同时也减小了劳动强度，节省了劳动时间，提高了劳动生产率。
三、结构设计
1、侧墙设计
对于石材加工设备来说，加工环境比较恶劣，机床精度要求不是太高，所以设计制造时要考虑的非常重要的一点就是设备的经济性。本花岗石(平)台板加工设备也不例外。鉴于此，设备的侧墙采用金属座外加混凝土墙的结构。混凝土墙由用户自制，金属座采用钢板焊接件。
2、横梁设计
随着焊接技术的发展和焊接质量的提高，焊接件在机床中的应用越来越多。焊接件的突出优点是制造周期短，一般比铸造件快1.7～3.5倍。另外，焊接件能达到和铸造件相同甚至更好的结构特性，可提高抗弯截面惯性矩，减轻重量。采用钢板焊接结构，能按要求布置筋板的形式，充分发挥壁板和筋板的承载能力和抗变形能力，提高固有频率。另一方面，由于省去了制作木模和铸造工艺，所以不易出废品，并且结构设计灵活，便于产品更新和改进。鉴于焊接件的上述优点，本设备横梁采用钢板焊接件结构。
3、X轴(横向)驱动系统设计
动力头(横拖板)沿X轴(横梁方向)的移动，采用丝杠—螺母副传动，由伺服电机驱动。它承担了X轴方向的定位和进给切削运动，因而将直接影响整机的运行状态及其精度指标。其原理如下图所示：
具体动作为：丝杠—螺母副上的螺母通过托板与动力头固连在一起，伺服电机旋转带动齿轮1啮合齿轮2旋转，进而带动丝杠转动，丝杠推动螺母做直线运动，进而带动动力头(横拖板)运动，从而完成X轴向的往复运动。
由于该设备采用了双动力头，而两个动力头又共同利用同一套驱动系统，所以螺母(丝杠外套)与横拖板连接处采用离合器结构，保证了两个动力头独立工作时，互不干扰。
4、Y轴(纵向)驱动系统设计
在本设备中，Y轴(纵向)驱动系统采用齿轮—齿条副和滚动直线导轨副传动的形式，由伺服电机驱动。
该驱动系统的工作原理是：伺服电机旋转，通过同步带，带动与同步带轮相连的传动轴转动，进而带动轴两端的齿轮转动，齿轮与齿条啮合，带动横梁沿滚动直线导轨在Y轴方向同步运动。
值得说明的是，该系统采用的伺服电机布置在横梁的中间。这是因为在工作过程中，轴因受扭矩作用会产生扭转变形，如果伺服电机不布置在横梁的中间，而是布置在横梁的任意一端，则在工作中，轴受扭矩作用产生的扭转角一定，但由于扭矩作用点到两齿轮齿条副的距离不同，则距离扭矩作用点远端的齿轮齿条副产生的误差就会大于另一端。由于在本系统中，横梁两端均采用了精密的滚动直线导轨副，这样就会造成两端的导轨卡住，这就是我们俗称的“犯蹩”。将伺服电机布置在横梁中间，就避免了这类情况的发生。
5、Z轴(竖直方向)驱动系统设计
动力头(纵拖板)沿Z轴(竖直方向)的移动，采用滚珠丝杠—螺母副传动，由伺服电机驱动。它承担了Z轴方向的定位和进给切削运动，因而也将直接影响到整机的运行状态及其精度指标。这一点在本设备中尤为重要，故采用了精密的滚珠丝杠—螺母副传动。
在传动过程中，丝杠相对螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，丝杠与螺母之间是滚动摩擦，故摩擦损失小，传动效率高，在低速时无爬行现象。
6、铣磨动力头、磨抛动力头设计
花岗石(平)台板加工设备的工作环境相对比较恶劣，粉尘多，润滑条件差，并且要求的铣磨、磨抛速度比较高，因此，就铣磨动力头而言，在电动机和铣磨头之间采用V形带传动；磨抛动力头的电机和抛光磨块镶轴之间用柔性浮动式联轴器联结。这些结构，不仅能使动力头获得较高的转速，而且还能缓冲设备工作时的刚性冲击，增加设备的稳定性。
7、电气控制系统和冷却系统设计
本设备采用PLC可编程序控制器自动控制。需要说明的是，铣磨动力头与磨抛动力头的闭锁设置，即两个动力头不能同时启动，以防止意外事故的发生。
由于自来水随处可取、成本低，并能达到花岗石(平)台板加工所需的冷却要求，因此本设备采用自来水作为冷却液(切削液)。
四、技术指标确定
经分析计算，本花岗石(平)台板加工设备的主要技术指标确定如下：
铣磨动力：…………………………………………………7.5KW
磨抛动力：…………………………………………………5.5KW
动力头横向移动范围(X轴)：…………………………3500mm
横梁纵向移动范围(Y轴)：……………………………5000mm
动力头竖直移动范围(Z轴)：…………………………500mm
加工范围：
平面幅面……………………………………5000mm×3500mm
侧面加工磨头移动空间………5000mm×500mm×3500mm
外型尺寸：………………………………5500mm×6200mm×2200mm
总重量(约)：10000kg
五、开发效果评价
该设备采用了双动力头结构，一机多能；控制系统采用了PLC可编程序控制，自动化程度高，实现了机电一体化；技术先进，生产效率高，克服了目前单一功能的石材加工设备劳动强度大，生产效率低等的缺陷；加工幅面大，垂直工进距离长，满足了花岗石(平)台板的加工要求；该设备投资较小、见效快、实用性强、通用性好、质量稳定，具有广阔的市场前景。
六、参考文献
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