通过对影响陶瓷墙地光机磨削均匀性的多方面因素进行了分析，并建立了磨削均匀性的数学模型，该模型反映了抛光机各运动参数和几何参数对磨削均匀性的影响，并从抛光工艺的角度提出解决磨削均匀性问题的方法。
1概述
墙地砖经抛光后更加平整、光亮而且色泽鲜明，增强了墙地砖与其他建材产品的况争力。墙地砖烧成后的抛光等一系列后外理工艺已成为墙地砖生产的一个重要部分。从加工方式看，墙地砖抛光应属于端面磨削方式。一般的端面磨削运动参数包括纵向进给运动Vl,主轴旋转运动n，横向往复进给运动Vc，如图1所示。
关于金属材料端面磨削表面均匀性分析已有许多研究，但都具有一定的局限性一。本文将在陶瓷墙地砖抛光机磨削均匀分析的基础上，将各影响因素统一在数学模型里，为合理选择运动参数和几何参数提供科学依据，并从抛光工艺的角度提出解决磨水电均匀性问题的方法。
2抛光机的磨削过程分析
抛光位于刮平工序之后，从工艺的角度抛光机磨头分粗磨、粗抛和精抛磨头三组。按不同加工要求每组磨头个数可灵活配置。从结构上盾，磨头有摆动式圆柱滚动工和圆锥滚动式等形式，它们的加工方法如图2所示。
粗磨用于进一步调整砖的平整度，需较大磨削用量，多采用磨削效率高的圆柱滚动式磨头和圆锥滚动式磨头，磨削过程中磨削量恒定。粗抛则以磨削为主，研磨为辅。粗抛磨削量较粗磨少，结构上多采用摆动式磨头，也有一些厂家在粗抛的前几个磨头上采用圆柱滚动式磨头或圆锥滚动式磨头。粗抛是以研磨为主，磨削为辅的一道工艺。与精抛相比较其磨块的粒度较大，磨头结构为摆动式。粗、精抛都是恒压力磨削。
抛光机的磨削过程具有以下特点：
(1) 砖的抛光由多个磨头共同完成，砖的抛光质量不仅仅与单个磨头的磨削质量有关，而且与抛光工艺的安排有关。合理安排各磨头的切削用量及粗、精抛磨头的粒度梯度，以及对各磨头的运动轨迹的规划都将有效地提高墙地砖抛光质量。
(2) 由图2可知无论是哪一种结构，磨头的磨块都有一个绕某轴线的运动，所以从磨快与被磨削表面的接触看，是以周面磨削的方式进行加工的。磨快与砖之间是接触，在分析单个磨头的磨削均匀性中，该因素不应忽略。
(3) 与一般金属构件的平面磨削不同的是砖在磨削过程中提供纵向进给Vl,亦即砖在磨削过程中没有夹紧固定。正因为如此，墙地砖抛光的磨削质量与墙地砖在磨削过程中的运动状态有关。
3 磨头运动均匀性分析
对于墙地砖来说，砖的表面颜色和光泽度的均匀性是分检的重要标准。显然，砖表面磨削量的分布与砖表面的色泽直接相关。而磨削量又由压力、磨削接触弧长、磨削速度以及磨块粒度、硬度等因素决定。同时，就整个表面来看，各点被磨削的时间（与磨块接触的时间）的多少直接影响了砖的磨削量的大小。
3.1砖的磨削接触时间的计算
磨块与砖的接触指有效磨粒在磨削平面上的投影，不考虑磨块磨粒的分布及磨块在磨削过程中的磨损。即假设每个磨块的磨粒都均匀且大小相同，磨块之间的间隔为等距（弧长）且不变。如图3所示建立磨头极坐标系（动坐标）。虽然，磨块本身有摆动或转动，但与砖表面接触的磨粒在径向上的分布不变。在磨削接触时间计算时，只考虑磨头的径向rx,处磨粒与砖表面的接触。其运动轨迹可由下式求得：
 (1)
其中，θ这t时刻磨头运动坐标在绝对坐标系中的转角， ;nw为磨头的转速（rpm）;t为时间（s）；xo为t时刻磨头动坐标标原点在绝对坐标系中x轴坐标，x0=upt,up为皮带运动速度（m/s）;y0为t时刻磨头动坐标原点在绝对坐标系中y轴坐标。Y0由抛光机横梁摆动规律决定，目前抛光机的横梁摆动多是使用曲柄机构实现，则 式中，rq为曲柄长度；nq为曲柄转速；λ为曲柄与连杆长长度的比值rxθo为磨粒在磨头动坐标中的有极半径和极角，x、y为磨粒在绝对坐标系中的坐标。
Fig.4 The grinding granule trace
磨粒运动轨迹如图4所示。其轨迹可近似为一连串的圆，即动坐标中以rx为半径的圆。定义单位面积上磨纹的总长度以磨纹密度来表示磨削接触时间，那么，对于半径为rx的磨粒在砖的y坐标上宽度为dy,长度为L的面积上有N0条磨纹。则每段磨纹长度均为ds,
是 ds=
磨纹密度 ,对于磨纹分布的均匀性进行分析，只要考虑磨纹密度的相对值。令L/N0=1,得
假设磨块的粒度均匀，在径向上其磨粒密度为C（线密度），磨头有M个磨块，那么，在砖的表面上绝对坐标为y处，t时刻主轴每转一转经历的磨削次数Nm为
Nm= (4)
其中，N为磨头工作表面参与磨削的总磨粒数；r1、r2如图2所示。
可以证明，总粒的磨纹密度可以用下面的式子近似求出：
其中，rm=(r1+r2)/2.略去上面两 式中2N常数项，得t时刻磨纹密度的近似计算公式
磨头往复运动时间周期 。在一个周期（0，T）内，y处磨纹密度u平均值为
 (8)
用MATLAB求解，可得到在不同结构和运动参数下砖的磨纹密度的分布规律。图5为该分布的示意图。
3.2磨削速度对均匀性的影响
磨削效率与磨削速度有关，在径向上磨粒的磨削速度是变化的。在不考虑磨块的运动下，由式（1）可得半径为rx的磨粒t时刻速度的X方向分量及Y方向分量
 (9)
则合速度V的模
 (10)
单颗磨粒速度变化如图（6）所示。纵向进给和横向进给对磨削速度的影响如图7所示。显然，当- 为象限角时，横、纵向进给对速度影响较大。但与 相比，Vp及 两头一般都较小，在考虑磨削速度时可以将其忽略。那么，磨速度为
为了用数值的方法表示不同磨粒的磨削速度对被磨削表面的影响，定义为每段磨纹长度与速度的乘积为磨纹动量，单位面积上磨纹动量的合定义为磨削动量。量纲为“1/[时间]”。
由式（3）可得磨纹动量
其中：
 ,
上式中的r2< 磨削动量分布示意图如图8所示。从图8中不难看出磨削动量分布服从磨纹密度的分布。
3.3磨削用量与磨削均匀性的关系
以上关于接触时间及磨削速度在表面的分布均匀性的探讨，忽略了砖的被磨削表面上各点参与磨削的各磨粒在Z轴上的分布，如图9所示。
砖表面上的点的Z轴坐标为Z(xy)是随机量，可以通过考察它的统计量进行分析。显然，影响磨削均匀性最大的因素为Z（x,y），其最大变化值△max，或者是未磨削前的Zmin(x,y).如果磨块磨粒的Z`min(r,θ)>Zmin(x,y)(理论上，Z`min(r,θ)指最后一个磨头的磨粒平均高度)，那么，表面将出现漏抛现象。另外，由于砖在被磨削过程中没有其它夹紧 装置，同时又大流量冷却水的冲击下，砖会产生振动。本文没有对砖的振动做进一步分析，但是，砖在Z轴方向的振动将直接引起Z(x,y)变化从而使磨削均匀性受到影响。
磨块的磨损对磨削会产生以下影响：
（1） 磨块磨粒的平均高度Z`(r,θ)变大，使得磨削用量减少，易引起漏抛现象的发生。
（2） 由于磨块沿径各磨损率的不同，使磨块参与磨削的磨粒最大、最小半径（r1,r2）发生变化。如果不考虑磨头磨削过程中移出砖的表面，那么，磨头的横向摆动所允许的最大周期Tmax由下式确定：
Tmax=
对于曲柄滑块机构又有Tmax= ,即曲柄最高转速
nqmax= （14）
当nq和vp确定，那么r1的最小值由下式可得：
 = (15)
如果磨损后的磨块的r1<r1min,显然磨纹在纵向衔接不上，形成一个没有磨着的三角区。
图9 砖的表面及磨块表面示意图
Fig.9 The sketch map of the face of tile and grinding stone
3结论
通过以上的分析计算表明，可以通过以下方法改善砖坯磨削的均匀性：
（1） 通过改变磨头的结构参数改善磨削的均匀性。通过对不同大小的砖选择合适r2/r1,使磨削均匀性指标得到优化。由于磨块已规格化，在实际生中很难按该比值设计磨头。此外，增加磨头人磨块个数将增加磨削量，但磨削均匀性问题不能解决。
（2） 通过设计磨头磨削各运动参数的关系改善磨削的均匀性。前面已经谈到从单个磨头角度出发，砖坯输送速度、曲柄转速应满足（14）式。如果需要进一步提高磨削的均匀性，就要改变磨头摆动的运动规律，使磨头摆 动到左、右的中间位置时,停顿或减慢（由式5，6，7以及式12可知，y0对于ρ和ρv有较大影响）。
（3） 通过调整磨头之间的距离，改善整个抛光机的磨削均匀性。如前所述，如果r1、nq和vp不满足（14）式（磨块磨损），可以通过合理安排磨头的间距弥补单个磨头磨削的均匀性。该距离lm可用下式计算求得：
lm=vp  (16) 信息来源：中国陶瓷信息资源网
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