一种锯切质量与刀具寿命预测系统

1.本发明涉及切割刀具技术领域，特别是涉及一种锯切质量与刀具寿命预测系统。


背景技术：

2.圆锯片作为锯切生产中应用最为广泛的工作刀具，切后产品表面质量，锯片的使用寿命与连续工作时长是决定切缝损耗和锯切工作效率的关键。切后产品质量主要是通过切面的粗糙度来反映，而在锯切工作过程中，难以在线检测切面粗糙度，这就导致无法及时调节锯切工艺参数。切面的粗糙度是刀具使材料断裂后直接形成的，所以刀具的动态稳定性直接决定了切面粗糙度。刀具的动态稳定性是由其自身物理特性，锯切工艺参数，刀具的基体温度共同决定的。其中刀具自身的物理特性是在产品出厂时就已经确定的，而锯切工艺参数是在刀具使用过程中可以实时调节的，刀具的基体温度是随着锯切的进行而不断积累的。
3.在锯切加工过程中，产品切面粗糙度无法在线检测，只能于一个批次的加工完成后才能检测切面粗糙度，如果加工工艺参数不合适就会产生大量的次级产品。所以有必要在锯切过程中实时预测产品切面质量，并选择更优的工艺参数进行同步调节，避免大量次级产品的出现。
4.随着锯片几何结构、热处理工艺、涂层工艺的多样性，每种锯片的固有特性都有不同的区别，锯片生产企业虽然会提供部分典型型号锯片的临界转速，但此时锯片是处于常温状态，而在实际锯切过程中，锯片基体会形成外大内小的温度梯度，这种温度场会降低锯片的临界转速，即实际工作状态下锯片会更容易达到临界转速，此时锯片会出现严重的振动，大大降低锯片寿命和锯切产品质量。所以有必要找到锯片基体在不同温度下的临界转速，从而适当限制锯切效率。
5.刀具的更换是根据现场使用者的经验，当锯切过程中出现较大噪声、剧烈振动，或其他明显外观损坏时进行更换。但仍有许多锯片的失效过程是无法及时观察到的，这就导致了在锯切过程中锯片的突然损坏会令生产节奏骤然停止，造成大量材料的浪费，更有甚者会导致锯切设备的损坏和操作人员的伤害。所以有必要根据生产节奏预测锯片的服役寿命，提前对到达寿命极限的锯片进行更换。
6.因此，亟需一种新型的锯切质量与刀具寿命预测系统来解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种锯切质量与刀具寿命预测系统，以解决现有技术存在的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种锯切质量与刀具寿命预测系统，包括第一底板，所述第一底板的顶面一侧固接有第一驱动机构，所述第一驱动机构的顶部固接有三轴测力计，所述三轴测力计的顶部设有被切试样，所述底板远离所述第一驱动机构的一侧固接有第二底板，所述第二底板的顶面设有三轴移动机构，所述三轴移
动机构的顶部固接有电机座，所述电机座的顶面固接有锯切机构，所述锯切机构包括与所述电机座固接的第三电机，所述第三电机的输出轴固接有锯片，所述锯片与所述被切试样相适配，所述电机座的两侧分别固接有加热件和测量件。
9.优选的，所述三轴测力计与所述被切试样之间设有夹具，所述夹具包括与所述三轴测力计的顶面四角分别固接有第一螺栓，所述第一螺栓上螺纹连接有两个第一螺母，两个所述第一螺母之间固接有所述被切试样。
10.优选的，所述三轴移动机构包括固接在所述第二底板顶面的第一移动部，所述第一移动部的顶面滑动连接有第二移动部，所述第二移动部的顶面滑动连接有第三移动部，所述第三移动部的顶面固接有所述电机座。
11.优选的，所述第一移动部包括两个第一连接板，其中一个所述第一连接板与所述第二底板固接，与所述第二底板固接的所述第一连接板顶面一侧对称固接有第一安装座，两个所述第一安装座通过第一连接轴转动连接有两个第一连接杆，两个所述第一连接杆的中心通过第二连接轴连接有两个第二连接杆，另一所述第一连接板的底面对称固接有所述第一安装座，两个所述第二连接杆的一端通过所述第一连接轴与另一所述第一连接板上的所述第一安装座转动连接，所述第一连接杆的另一端和所述第二连接杆的另一端分别滑动连接有限位组件，所述限位组件分别与两个所述第一连接板的相对内侧固接，其中一个所述限位组件内传动连接有第一驱动部。
12.优选的，所述限位组件包括与所述第一连接板固接的两个第二安装座，两个所述第二安装座的顶面固接有限位板，所述限位板与所述第一连接板之间滑动连接有第一滑块，其中一个所述第一滑块的两端与所述第一连接杆转动连接，另一所述第一滑块的两端与所述第二连接杆转动连接，其中一个所述第一滑块传动连接有所述第一驱动部。
13.优选的，所述第一驱动部包括与所述第一滑块滑动连接的第一丝杠，所述第一丝杠穿过远离所述第一安装座的所述第二安装座并固接有第一电机。
14.优选的，位于所述第一连接杆顶部的所述第一连接板的顶面固接有所述第二移动部，所述第二移动部包括对称固接在所述第一连接板顶面的第一限位座，两个所述第一限位座之间固接有第一限位轴，所述第一限位轴上滑动连接有两个滑动座，两个所述滑动座的顶面固接有第二连接板，所述第二连接板的顶面固接有所述第三移动部，所述第二连接板的底面一侧固有第二驱动件，靠近所述第二连接板的所述第一连接板的顶面固接有连接座，所述第二驱动件与所述连接座传动连接。
15.优选的，所述第二驱动件包括与所述第二连接板固接的轴承座，所述轴承座内转动连接有第二丝杠，所述轴承座的外侧固接有第二电机，所述第二电机与所述第二丝杠传动连接。
16.优选的，所述第三移动部的结构与所述第二移动部相同，所述第三移动部的所述第二丝杠与所述第二移动部的所述第二丝杠相互垂直。
17.优选的，所述加热件为激光加热器，所述激光加热器与所述电机座固接，所述测量件为激光位移传感器，所述激光位移传感器与所述电机座固接。
18.本发明公开了以下技术效果：通过第一驱动机构推动被切试样进行锯切，三轴测力计用于测量锯切时的锯切力，加热件用于在高温刀具空转变速实验中，对刀具施加不同的温度场，测量件用于实时测量锯片的横向振动幅度，本发明能够对锯切过程中粗糙度的
实时预测，有助于及时调整锯切工艺获得更好的产品质量；对锯切机构中刀具连续工作能力的确定，可以避免单次加工时间超过锯片最大连续工作能力让其提前报废；而对其服役寿命的预测，可以提前更换锯片，防止锯片在工作过程中损坏，造成产品的浪费。
19.本发明可以实现对某一具体锯切工艺参数下的三轴锯切力和刀具横向振动进行监测，进而预测产品的切面质量。并通过对空转刀具施加温度载荷模拟长期锯切过程，监测并记录刀具在逐渐升速过程中的横向振动幅度以寻找临界转速，进而进行刀具的寿命预测。本发明旨在评估锯切过程中产品的切面质量，预测刀具的服役寿命以及连续工作能力。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明锯切质量与刀具寿命预测系统的结构示意图；图2为三轴移动机构的结构示意图；图3为三轴移动机构的左视图；图4为本发明的流程简图；其中，1、第一底板；2、三轴测力计；3、被切试样；4、第二底板；5、电机座；6、加热件；7、测量件；8、夹具；81、第一螺栓；82、第一螺母；9、第一连接板；10、第一安装座；11、第一连接轴；12、第一连接杆；13、第二连接轴；14、第二连接杆；15、第二安装座；16、限位板；17、第一滑块；18、第一丝杠；19、第一电机；20、第一限位座；21、第一限位轴；22、滑动座；23、第二连接板；24、连接座；25、轴承座；26、第二丝杠；27、第二电机；28、第三电机；29、锯片；30、第四电机；31、直线同步带模块；32、第二螺栓；33、第二螺母。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
24.参照图1-4，本发明提供一种锯切质量与刀具寿命预测系统，包括第一底板1，第一底板1的顶面一侧固接有第一驱动机构，第一驱动机构的顶部固接有三轴测力计2，三轴测力计2的顶部设有被切试样3，底板远离第一驱动机构的一侧固接有第二底板4，第二底板4的顶面设有三轴移动机构，三轴移动机构的顶部固接有电机座5，电机座5的顶面固接有锯切机构，锯切机构包括与电机座5固接的第三电机28，第三电机28的输出轴固接有锯片29，锯片29与被切试样3相适配，电机座5的两侧分别固接有加热件6和测量件7。
25.通过第一驱动机构推动被切试样3进行锯切，三轴测力计2用于测量锯切时的锯切力，加热件6用于在高温刀具空转变速实验中，对刀具施加不同的温度场，测量件7用于实时
测量锯片29的横向振动幅度，本发明能够对锯切过程中粗糙度的实时预测，有助于及时调整锯切工艺获得更好的产品质量；对锯切机构中刀具连续工作能力的确定，可以避免单次加工时间超过锯片29最大连续工作能力导致其提前报废；而对其服役寿命的预测，可以提前更换锯片29，防止锯片29在工作过程中损坏，造成产品的浪费。
26.进一步优化方案，第一驱动机构包括第四电机30，第四电机30传动连接有直线同步带模块31，直线同步带模块31与第一底板1固接，通过调整第四电机30的转速实现不同的进给速度。
27.进一步优化方案，三轴测力计2与被切试样3之间设有夹具8，夹具8包括与三轴测力计2的顶面四角分别固接有第一螺栓81，第一螺栓81上螺纹连接有两个第一螺母82，两个第一螺母82之间固接有被切试样3。
28.第一底板1远离直线同步带模块31的一侧周向等间隔固接有四个第二螺栓32，第二螺栓32内螺纹连接有两个第二螺母33，两个第二螺母33之间固接有第二底板4。用于调整三轴移动机构和锯切机构的高度。
29.进一步优化方案，三轴移动机构包括固接在第二底板4顶面的第一移动部，第一移动部的顶面滑动连接有第二移动部，第二移动部的顶面滑动连接有第三移动部，第三移动部的顶面固接有电机座5。
30.通过设置三轴移动机构实现锯片29x、y和z三个方向的移动。
31.进一步优化方案，第一移动部包括两个第一连接板9，其中一个第一连接板9与第二底板4固接，与第二底板4固接的第一连接板9顶面一侧对称固接有第一安装座10，两个第一安装座10通过第一连接轴11转动连接有两个第一连接杆12，两个第一连接杆12的中心通过第二连接轴13连接有两个第二连接杆14，另一第一连接板9的底面对称固接有第一安装座10，两个第二连接杆14的一端通过第一连接轴11与另一第一连接板9上的第一安装座10转动连接，第一连接杆12的另一端和第二连接杆14的另一端分别滑动连接有限位组件，限位组件分别与两个第一连接板9的相对内侧固接，其中一个限位组件内传动连接有第一驱动部。
32.进一步优化方案，限位组件包括与第一连接板9固接的两个第二安装座15，两个第二安装座15的顶面固接有限位板16，限位板16与第一连接板9之间滑动连接有第一滑块17，其中一个第一滑块17的两端与第一连接杆12转动连接，另一第一滑块17的两端与第二连接杆14转动连接，其中一个第一滑块17传动连接有第一驱动部。
33.进一步优化方案，第一驱动部包括与第一滑块17滑动连接的第一丝杠18，第一丝杠18穿过远离第一安装座10的第二安装座15并固接有第一电机19。
34.启动第一电机19，第一电机19的输出轴带动第一丝杠18转动，第一丝杠18带动与其滑动连接的第一滑块17滑动，使第一滑块17带动第一连接杆12与第二连接杆14之间的夹角发生变化，同时带动第二移动部、第三移动部和锯片29上升或下降。
35.进一步优化方案，位于第一连接杆12顶部的第一连接板9的顶面固接有第二移动部，第二移动部包括对称固接在第一连接板9顶面的第一限位座20，两个第一限位座20之间固接有第一限位轴21，第一限位轴21上滑动连接有两个滑动座22，两个滑动座22的顶面固接有第二连接板23，第二连接板23的顶面固接有第三移动部，第二连接板23的底面一侧固有第二驱动件，靠近第二连接板23的第一连接板9的顶面固接有连接座24，第二驱动件与连
接座24传动连接。
36.进一步优化方案，第二驱动件包括与第二连接板23固接的轴承座25，轴承座25内转动连接有第二丝杠26，轴承座25的外侧固接有第二电机27，第二电机27与第二丝杠26传动连接。
37.启动第二电机27，第二电机27的输出轴带动第二丝杠26转动，第二丝杠26带动轴承座25和第二电机27移动，同时带动第二连接板23滑动，第二连接板23底部的连接座24带动滑动座22沿第一限位轴21滑动。
38.进一步优化方案，第三移动部的结构与第二移动部相同，第三移动部的第二丝杠26与第二移动部的第二丝杠26相互垂直。
39.第三移动部的工作远离与第二移动部相同，使第二移动部和第三移动部分别带动锯片29沿水平和竖直方向移动。
40.进一步优化方案，加热件6为激光加热器，激光加热器与电机座5固接，测量件7为激光位移传感器，激光位移传感器与电机座5固接。
41.在实际应用中，对同一种材料使用三种工艺参数进行锯切，这三种工艺参数是下极限/中间/上极限，下极限是对设备要求最低的加工工艺即进给速度最低、锯切转速最高；中间工艺是常规工艺，锯切转速和进给速度适中；上极限是对设备要求最高的加工工艺即进给速度最高，锯切转速最低。通过三轴测力计2和激光位移传感器记录锯切过程中的锯切力和锯片29的横向位移，将二者数据结合，预测使用该工艺对该材料进行锯切后的工件切面粗糙度。拥有了下极限/中间/上极限三种典型工艺参数下的工件切面粗糙度后，可以估算在该工艺范围内任意加工参数下的工件粗糙度。随后改变被切工件的材料，重复以上内容，建立了多材料多工艺切面粗糙度的数据库。
42.随后，令刀具不进行锯切，只进行空转，同时使用激光加热器对锯片29边缘进行加热，使锯片29形成外大内小的温度梯度，通过改变激光加热器功率使温度梯度不同。激光加热器的功率是根据锯切预测得到的切面粗糙度进行的映射，即粗糙度越大，意味着产热量越大，激光加热器使用的功率也就越大。随着锯片29空转时间的增加，锯片29的温度越来越高，锯片29的临界转速也在逐渐降低，直到某一时刻锯片29的临界转速降低到了锯片29目前的转速，锯片29出现了失稳振动，这个时间就被设定为锯片29最大连续工作时间——在实际锯切工作过程中，该型号锯片29在对某种材料进行现有工艺参数下的锯切时，不能连续工作超过这一时间，需要及时停机冷却以防止锯片29失稳。
43.最后，根据企业现场提供的具体生产节奏（生产节奏指的是：以某种工艺参数锯切某种材料一定时间，随后停机，更换材料，再进行下一次锯切，这一流程被称为生产节奏），导入多材料多工艺切面粗糙度数据库，计算刀具的服役寿命，提醒生产现场及时更换锯片29。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出
的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。