[发明专利]带锯床恒功率锯切的控制方法及其智能带锯床

权利要求书

1.一种带锯床恒功率锯切的控制方法，所述带锯床包括控制系统(1)、锯架系统(2)、进给系统(3)以及夹持机构(4)，所述控制系统(1)包括具有人机界面的上位机(11)、具有可编程控制器的下位机(12)、D/A转换模块(13)、变频器(14)、主电机(15)、功率传感器(16)、旋转编码器(17)以及减速装置(18)，所述锯架系统(2)包括锯架(21)、主动锯轮(22)、从动锯轮(23)、带锯条(24)、张紧油缸(25)、传感器(26)以及工件检测杆(27)，所述进给系统(3)包括进给油缸(31)、进给流量阀(32)、进给流量阀控制电机(33)、液压泵(34)、进给位移传感器(35)、张紧换向阀(36)、进给换向阀(37)、夹持换向阀(38)以及油箱(39)，其特征在于，所述带锯床恒功率锯切的控制方法包括让带锯床的锯切速度保持恒定的带锯床恒锯切速度控制方法和让带锯床的锯切力维持恒定的带锯床恒锯切力控制方法，所述带锯床恒锯切力控制方法包括如下步骤：

1.0首先，依据以下方法选取带锯条(24)的基准锯切力F_xc：

1.1控制系统(1)根据主电机(15)的额定功率按照式(A)计算出额定锯切力F_x0：

$F_{x0}=\frac{P\·\mathrm{\η}}{v_s}---\left(A\right)$

式中，P为主电机(15)的额定功率；η为机械效率，v_s为设定锯切速度；设定锯切速度v_s依照工件材料的不同而变化，是经验数据；

1.2控制系统(1)根据张紧油缸(25)的张紧力F_p按照式(B)计算出理论锯切力F_x1并采用式(C)进行带锯条疲劳强度n_στ验算，使得理论锯切力F_x1既满足式(B)也满足式(C)：

$F_{x1}=\frac{F_p(L_0+\mathrm{\π}R)(e^{f^{\′}\mathrm{\π}}-1)}{L_0(1.5+0.5e^{f^{\′}\mathrm{\π}})+R(\mathrm{\π}+\frac{e^{f^{\′}\mathrm{\π}}-1}{f^{\′}})}---\left(B\right)$

式中，L₀为主、从动轮的中心距；R为主、从动轮半径；其中f为带锯条和主、从动轮的静摩擦系数，n_x为张紧裕量因子；

$n_{\mathrm{\σ}\mathrm{\τ}}=\frac{n_{\mathrm{\σ}}\·n_{\mathrm{\τ}}}{\sqrt{n_{\mathrm{\σ}}^2+n_{\mathrm{\τ}}^2}}\≥n_f---\left(C\right)$

式中，n_f(≧1)为疲劳安全因子，通常取n_f＝1.1；

$n_{\mathrm{\σ}}=\frac{0.28{\mathrm{\σ}}_b}{1.2{\mathrm{\σ}}_a+0.3{\mathrm{\σ}}_m},n_{\mathrm{\τ}}=\frac{0.23{\mathrm{\σ}}_b}{1.2{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{\α}}+0.25{\mathrm{\τ}}_m};$

${\mathrm{\σ}}_m=\frac{{\mathrm{\σ}}_{max}+{\mathrm{\σ}}_{min}}{2},{\mathrm{\σ}}_a=\frac{{\mathrm{\σ}}_{max}-{\mathrm{\σ}}_{min}}{2},{\mathrm{\τ}}_m=\frac{{\mathrm{\τ}}_{max}+{\mathrm{\τ}}_{min}}{2},{\mathrm{\τ}}_a=\frac{{\mathrm{\τ}}_{max}-{\mathrm{\τ}}_{min}}{2};$

${\mathrm{\σ}}_{max}=\frac{F_{x1}{e}^{f^{\′}\mathrm{\π}}}{(e^{f^{\′}\mathrm{\π}}-1)A}+E\frac{b}{2R},{\mathrm{\σ}}_{\min }=\frac{F_{x1}}{(e^{f^{\′}\mathrm{\π}}-1)A};$

${\mathrm{\τ}}_{max}=G\frac{b\mathrm{\φ}}{l},{\mathrm{\τ}}_{min}=-G\frac{b\mathrm{\φ}}{l}---\left(8\right)$

其中，σ_b为锯切工件材料的抗拉强度，A为带锯条基体的横截面积，E为锯切工件材料的弹性模量，G为带锯条基体材料的剪切弹性模量，b为带锯条的宽度，φ为带锯条的扭转角度，l为带锯条扭转区间的长度；

1.3控制系统(1)预先内置不同锯切材料的锯切力和进给力比值k的表单，通过上位机(11)的人机界面选择并设定该比值，控制系统(1)根据进给力上限F_zmax计算出带锯条(24)的名义锯切力F_x2＝kF_zmax；

1.4控制系统(1)对上述的额定锯切力F_x0、理论锯切力F_x1以及名义锯切力F_x2的数值大小进行比较，所述基准锯切力F_xc为其中的最小值，即F_xc＝min{F_x0，F_x1，F_x2}，并把其作为带锯床恒锯切力的控制基准；

2.0其次，下位机(12)接受并设定基准锯切力F_xc，并基于进给系统(3)的进给流量阀(32)的流量曲线数据，设定并调节进给流量阀(32)的初始开度；

3.0再次，锯切过程中，功率传感器(16)测得锯切过程中主电机(15)的输出功率，根据主电机(15)的功率、转速与主动锯轮(22)扭矩的关系，计算出锯切过程中实时扭矩值，把实时扭矩值转换为实时锯切力F_x(t)并与基准锯切力F_xc进行比较，经过下位机内部PID算法处理后，输出控制量传递给进给流量阀控制电机(33)，使其调整调节进给流量阀(32)的开度来调节进给油缸(31)的进给速度，使得基准锯切力F_xc始终保持稳定，最终实现锯切力恒定。