切割石材中圆锯片变刚度辅助支撑减振降噪方法与相关基础研究

随着石材荒料成本的不断上涨以及对环境保护的逐步重视，提高石材加工出材率的需求也日益迫切，因而目前最为广泛应用的金刚石圆锯片的几何厚度也在尽可能地减薄。这样切割石材过程中横向振动和偏摆造成锯路偏斜与扩大、切割面精度变差、出材率降低、后续工序加工量加大、噪声污染严重和锯片磨损加快等问题也将更为突出。针对目前圆锯片外加控制器控制力、减振与降噪常无法兼顾的情况，本项目提出一种变刚度辅助滚轮支撑方法对金刚石圆锯片的振动和噪声进行有效地抑制。项目首先对圆锯片进行理论和实验动态特性分析，研究切割参数对锯片横向振动和噪声影响程度及其内在关联，优选切割参数从激励源的角度进行减振降噪；在此基础上，提出一种变刚度辅助滚轮支撑减振降噪技术，兼顾控制器的刚度和阻尼特性，既能有效地防止锯片偏摆，又能从能量消耗角度对振动和噪声进行有效地抑制。本项目研究对硬脆材料的圆锯片切割加工具有重要的理论意义和工程实用。

金刚石圆锯片已经广泛地应用于天然石材的加工，极大地提高了石材加工的效率，降低了成本。为了节约天然石材资源，实现可持续发展，就要求进一步地提高石材的出材率。通过减小锯片的厚度和抑制锯片的横向振动，可以减小石材切割过程中的锯缝损失，从而有效地提高石材的出材率。锯片在切割石材时，由于切割力、硬质点、荒料粗糙的表面等原因会引起锯片的振动。自激或者受迫振动将使锯片偏离原来的切缝或者扩大切缝，进而降低板材的质量，甚至损害锯片。随着锯片厚度的减小，刚度会降低，上述情况会更为加剧。因此，非常有必要对金刚石圆锯片的横向振动进行研究并采取有效的措施进行抑制。.针对目前圆锯片外加控制器控制力、减振与降噪常无法兼顾的情况，本项目提出了一种变刚度辅助滚轮支撑方法对金刚石圆锯片的振动和噪声进行有效地抑制。项目首先对圆锯片进行了理论和实验动态特性分析，研究切割参数对锯片横向振动和噪声影响程度及其内在关联。设计并制作了一种变刚度辅助滚轮支撑控制器，可以兼顾控制器的刚度和阻尼特性，既能有效地防止锯片偏摆，又能从能量消耗角度对振动和噪声进行有效地抑制。研究表明，辅助支撑安装于锯片的切入端、对辅助支撑施加合适的控制力、控制器滚轮选择较低硬度的涂层等措施对锯片的横向振动和锯切噪声有着更好的抑制作用。对锯片振动主动控制进行了初步的实验，发现模糊PID复合控制策略对金刚石圆锯片的横向振动具有更为有效的抑制作用。本项目研究对硬脆材料的圆锯片切割加工具有较为重要的理论意义和工程实用价值。