CN104108138A - 一种绳锯线弓角度的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绳锯线弓角度的控制方法及控制装置，包括：安装在绳锯机的导向轮上、用于测量绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F的数值的力传感器；与该力传感器相连接的电荷放大器；与该电荷放大器相连接的数据采集卡；与该数据采集卡相连接、用于计算绳锯线弓角度值θ_n并控制绳锯的进给速度的数控系统；如果数控系统计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，则数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％。本发明可以对绳锯加工过程线弓角度进行监测，并实时调整绳锯的进给速度，从而保证线弓角度不超过临界值，进而保证绳锯加工的精度，特别适用于异形曲面的高精度加工。

Description

一种绳锯线弓角度的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种绳锯线弓角度的控制方法及控制装置。

背景技术

绳锯被广泛应用于石材板材的切割加工，绳锯属于一种柔性加工工具，因此在其切割过程当中，绳锯受到进给方向的阻力作用，会发生弯曲变形，形成“线弓”，绳锯弯曲的挠度也称为线弓角度。

在切割平面时，线弓对已加工表面的影响较小，但是会严重影响绳锯的使用寿命；在切割异形曲面时，线弓角度对已加工表面会造成很大影响，过大的线弓角度会引起曲面的过切等现象，会极大的影响异形曲面的面型精度。

发明内容

本发明提供了一种绳锯线弓角度的控制方法及控制装置，提高了绳锯的使用寿命和工件的加工精度。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种绳锯线弓角度的控制方法，包括

步骤A：力传感器测量出绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F；

步骤B：力传感器测量获得的切割力f与切割力F的数据经过电荷放大器和数据采集卡，传递给数控系统；

步骤C：数控系统根据获得的切割力f与切割力F的数据，通过公式

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

计算出不同时刻绳锯线弓角度值θ_n；

步骤D：如果数控系统计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，则数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％，工件临界线弓角度值θ通过公式

$\mathrm{\δ}=R-\sqrt{R^2-\frac{l^2{\mathrm{\θ}}^2}{16}}$

计算得出，δ是工件的过切量，R是工件的曲率半径，l是工件的长度。

一较佳实施例之中：数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％的同时，发出报警信号。

一种绳锯线弓角度的控制装置，包括：安装在绳锯机的导向轮上、用于测量绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F的数值数据的力传感器；与该力传感器相连接的电荷放大器；与该电荷放大器相连接的数据采集卡；与该数据采集卡相连接、用于计算绳锯线弓角度值θ_n并控制绳锯的进给速度的数控系统，如果数控系统计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，则数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％，绳锯线弓角度值θ_n与工件临界线弓角度值θ通过公式

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

$\mathrm{\δ}=R-\sqrt{R^2-\frac{l^2{\mathrm{\θ}}^2}{16}}$

计算获得，δ是工件的过切量，R是工件的曲率半径，l是工件的长度。

一较佳实施例之中：该力传感器采用轴瓦式力传感器。

一较佳实施例之中：该力传感器的测力范围为-5000-5000N，测力精度高于0.1N，采样频率高于100Hz，无线传输信号。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

绳锯线弓角度超过设定值后，数控系统通过降低绳锯进给速度达到减小线弓角度，保证绳锯加工的精度。本发明可以对绳锯加工过程线弓角度进行监测，并实时调整绳锯的进给速度，从而保证线弓角度不超过临界值，进而保证绳锯加工的精度，特别适用于异形曲面的高精度加工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了工件的主视图。

图2绘示了工件的侧视图。

图3绘示了工件的局部放大示意图。

图4为本发明绳锯线弓角度的控制装置的示意图。

具体实施方式

请参照图1至图3，图中虚线表示线弓运动轨迹，绳锯切割圆弧板材工件001时的过切量δ与圆弧板材工件001的曲率半径R、圆弧板材工件001的长度l和线弓角度θ有关，表达式为：

$\mathrm{\δ}=R-\sqrt{R^2-\frac{l^2{\mathrm{\θ}}^2}{16}}$

利用上式就可以根据切割精度要求计算出设定线弓角度的临界值。比如当圆弧板材工件001的曲率半径R是0.5m、圆弧板材工件001的长度l是1m，要求绳锯切割圆弧板材工件001时的过切量δ小于1mm时，可计算出临界线弓角度θ为7°。

请参照图4，本发明的的绳锯线弓角度的控制装置，包括：安装在绳锯机的导向轮002上、用于测量绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F的数值数据的力传感器20；与该力传感器20相连接的电荷放大器40；与该电荷放大器40相连接的数据采集卡60；与该数据采集卡60相连接、用于计算绳锯线弓角度值θ_n并控制绳锯的进给速度的数控系统80。该力传感器20采用轴瓦式力传感器。该力传感器20的测力范围为-5000-5000N，测力精度高于0.1N，采样频率高于100Hz，无线传输信号。

在任一时刻，绳锯线弓角度值θ_n通过公式

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

计算得出。

具体地：(1)对采集的切割力信号进行数据分块，每个数据块包括足够长时间内内采集的两方向切割力f和F的数据，所有数据块按照采集时间顺序依次编号n＝1,2,3，……；(2)对每个数据块内两向切割力f和F的数据进行平均，得到fn和Fn(n＝1,2,3，……)；(3)绳锯线弓角度变化与切割力的关系可以表示为：

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

根据上式就可以计算出一系列的θ_n值(n＝1,2,3……)；(4)假定初始值θ₀＝0，将所有θ_n值相加即可得到不同时刻绳锯线弓角度计算值。

工作时：

首先：力传感器测20量出绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F；

然后：力传感器20测量获得的切割力f与切割力F的数据经过电荷放大器40和数据采集卡60，传递给数控系统80；

然后：数控系统80根据获得的切割力f与切割力F的数据，计算出此时绳锯线弓角度值θ_n；

然后：如果数控系统80计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，

则数控系统80控制绳锯的进给速度降低10％-30％，同时发出报警信号。

如果，数控系统80再次计算出绳锯的实时线弓角度值θ_n仍然超过临界线弓角度值θ，数控系统80再次将进给速度降低10％-30％，重复上述过程直到绳锯的线弓角度θ_n小于临界线弓角度值θ。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种绳锯线弓角度的控制方法，其特征在于，包括

步骤A：力传感器测量出绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F；

步骤B：力传感器测量获得的切割力f与切割力F的数据经过电荷放大器和数据采集卡，传递给数控系统；

步骤C：数控系统根据获得的切割力f与切割力F的数据，通过公式

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

计算出不同时刻绳锯线弓角度值θ_n；

步骤D：如果数控系统计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，则数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％，工件临界线弓角度值θ通过公式

$\mathrm{\δ}=R-\sqrt{R^2-\frac{l^2{\mathrm{\θ}}^2}{16}}$

计算得出，δ是工件的过切量，R是工件的曲率半径，l是工件的长度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％的同时，发出报警信号。

3.一种采用权利要求1或2所述的控制方法的控制装置，其特征在于，包括：安装在绳锯机的导向轮上、用于测量绳锯进给方向的切割力f和垂直于进给方向的切割力F的数值的力传感器；与该力传感器相连接的电荷放大器；与该电荷放大器相连接的数据采集卡；与该数据采集卡相连接、用于计算绳锯线弓角度值θ_n并控制绳锯的进给速度的数控系统；如果数控系统计算得出的线弓角度值θ_n＞工件临界线弓角度值θ，则数控系统控制绳锯的进给速度降低10％-30％，绳锯线弓角度值θ_n与工件临界线弓角度值θ通过公式

f_n+1＝f_ncosθ_n-F_nsinθ_n

F_n+1＝f_nsinθ_n+F_ncosθ_n

$\mathrm{\δ}=R-\sqrt{R^2-\frac{l^2{\mathrm{\θ}}^2}{16}}$

计算获得，δ是工件的过切量，R是工件的曲率半径，l是工件的长度。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于：该力传感器采用轴瓦式力传感器。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于：该力传感器的测力范围为-5000-5000N，测力精度高于0.1N，采样频率高于100Hz，无线传输信号。