CN108332896A - 木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置与测量方法 - Google Patents

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王宝金
邓敏思
蔡依彤
高鹏飞
付德文
郑忠成
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Abstract

本发明涉及一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量系统，主要由压电式力传感器、电荷放大器、接线盒、数据采集卡、计算机、数据采集与分析软件、刀架等组成。刀架安装在滚动导轨组件上，摩擦阻力极小，刀架上安装有刨刀和压尺，刀架的往返运动由油缸12驱动，油缸的驱动力直接作用于压电式力传感器的受力面上，然后再传递给刀架，压电式力传感器所受到的作用力即为切削力。优点：刨刀和集成材试件的尺寸较大，能比较真实地模拟实际生产刨切机的工作状况；压电式力传感器的安装位置可以直接获取刀架在切削运动方向所受到的切削阻力，与实际生产情况比较接近，测量结果真实可靠，并且能快速进行切削力数据的分析。

Description

木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置与测量方法
技术领域
本发明是一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置及测量方法，属于木材科学与技术领域。
背景技术
目前，由于人工林小径级木材以及竹材资源比较丰富，小径级木材以及竹材的普通用法，是将小径级木材或竹材制作成集成材，然后再刨切成薄板，用于后续产品的制作。
为了对木材或竹材的机械加工技术有深入的研究，以及刨切机的设计与制造提供基础参数，通常需要了解木材集成材或竹材集成材刨切时在切削运动方向上的切削阻力，以便计算刨切机的功率消耗，对电动机进行选型。
以往在进行木材刨切试验研究时，使用的试件和刀具尺寸都很小，而且力传感器的安装位置不合适，使得刀具在切削运动方向上的受力不能直接指向力传感器的受力面，测量结果与生产实际情况相差较大，不准确。同时，传感器信号的采集装置未采用计算机。
因此，需要设计一种能够精确测量切削力的测量方法及其测量装置，以便精确地测量木材或竹材集成材在刨切时的切削力。
发明内容
本发明提出的是一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置及测量方法，其目的在于了解决目前在木材/竹材集成材刨切试验研究中存在的研究手段不足的问题, 提供一种用于木材/竹材集成材刨切试验切削力测量方法与测量装置，以便准确快速测量木材/竹材集成材刨切时的切削力。
本发明的技术解决方案：一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置，包括压电式力传感器连接支架（1）、压电式力传感器（2）、电荷放大器（3）、接线盒（44、数据采集卡（55)、计算机（6）、数据采集与分析软件（7）、刀架（8）、刨刀（9）、压尺（10）、滚动导轨组件（11）、油缸（12）、底座（13）；其中刀架（8）安装在滚动导轨组件（11）上，刀架（8）上安装有刨刀（9）和压尺（10），刀架（8）的往返运动由油缸（12）驱动；油缸（12）的后端安装在底座（13）上，油缸12的活塞杆端部通过铰接式耳座与压电式力传感器连接支架1相连，压电式力传感器连接支架1又与刀架（8）相连；当油缸（12）驱动刀架（8）前移进行刨切时，油缸（12）的驱动力直接作用于压电式力传感器（2）的受力面上，然后再传递给刀架（8），压电式力传感器（2）所受到的作用力即为刨刀的切削力；刀架（8）的往返运动范围为0-400mm，刨刀的刀刃长度300mm，集成材试件的长度尺寸250mm，集成材试件的宽度尺寸为150mm，高度尺寸为200mm。
所述压电式力传感器（2）受到作用力后产生电荷，通过导线将电荷信号传递给电荷放大器（3）转换成模拟电压信号，再由接线盒（4）将模拟电压信号传递给数据采集卡（5），数据采集卡（5）安装在计算机（6）中，由数据采集卡（5）进行A/D转换，使模拟信号转换为计算机能识别的数字信号并将电压信号采集下来，然后再由数据采集与分析软件（7）对采集的切削力数据进行读取与分析；刀架（8）往返运动连续刨切时，切削力测量装置连续测量。
其测量方法如下：利用LabVIEW编写采集切削力数据的程序，包括：创建采集任务、提供采样时钟、启动采集任务、读取数样本、信号经公式转换后、输出波形数据、利用写入测量文件记录测量数据、最后停止采集任务；采集参数的设置，包括物理通道选择、接线端配置、采集信号范围、采样模式、采样率、每通道采样数和输出信号转换公式。
本发明的有益效果：
1）压电式力传感器的安装位置可以直接获取刀架在切削运动方向所受到的切削阻力，与实际生产情况比较接近，测量结果真实可靠，并且能快速进行切削力数据的分析。
2）刨刀和集成材试件的尺寸较大，能比较真实地模拟实际生产刨切机的工作状况，测量结果真实可靠，并且能快速进行切削力数据的分析。
附图说明
附图1是木材/竹材集成材刨切切削测量装置图。
附图2是木材/竹材集成材刨切切削测量装置中压电式力传感器的安装图。
附图3是利用LabVIEW编写采集切削力数据程序的前面板图。
附图4是利用LabVIEW编写采集切削力数据程序的程序面板图。
在图中，1是压电式力传感器连接支架、2是压电式力传感器、3是电荷放大器、4是接线盒、5是数据采集卡、6是计算机、7是数据采集与分析软件、8是刀架、9是刨刀、10是压尺、11是滚动导轨组件、12是油缸、13是底座。
具体实施方式
一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置，由压电式力传感器连接支架1、压电式力传感器2、电荷放大器3、接线盒4、数据采集卡5、计算机6、数据采集与分析软件7、刀架8、刨刀9、压尺10、滚动导轨组件11、油缸12、底座13组成。
所述刀架8安装在滚动导轨组件11上，刀架8上安装有刨刀9和压尺10，刀架8的往返运动由油缸12驱动。刀架8的往返运动范围为400mm，刨刀的刀刃长度达到300mm，集成材试件的长度尺寸最大可以达到250mm，集成材试件的宽度尺寸最大为150mm，高度尺寸最大为200mm；这样可以比较真实地模拟实际生产刨切机的工作状况，使测量得到的切削力更接近实际情况。
所述油缸12的后端安装在底座13上，油缸12的活塞杆端部通过铰接式耳座与压电式力传感器连接支架1相连，压电式力传感器连接支架1又与刀架8相连；当油缸12驱动刀架8前移进行刨切时，油缸12的驱动力直接作用于压电式力传感器2的受力面上，然后再传递给刀架8，压电式力传感器2所受到的作用力即为刨刀的切削力。
所述压电式力传感器2受到作用力后产生电荷，通过导线将电荷信号传递给电荷放大器3转换成模拟电压信号，再由接线盒4将模拟电压信号传递给数据采集卡5，数据采集卡5安装在计算机6中，由数据采集卡5进行A/D转换，使模拟信号转换为计算机能识别的数字信号并将电压信号采集下来，然后再由数据采集与分析软件7对采集的切削力数据进行读取与分析；刀架8往返运动连续刨切时，切削力测量装置可连续测量。
所述利用LabVIEW编写采集切削力数据的程序，包括创建采集任务、提供采样时钟、启动采集任务、读取数样本、信号经公式转换后、输出波形数据、利用写入测量文件记录测量数据、最后停止采集任务；采集参数的设置，包括物理通道选择、接线端配置、采集信号范围、采样模式、采样率、每通道采样数和输出信号转换公式。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明
本发明的木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置如图1、图2所示，由压电式力传感器连接支架1、压电式力传感器2、电荷放大器3、数据采集卡4、接线盒5、计算机6、数据采集与分析软件7、刀架8、刨刀9、压尺10、滚动导轨组件11、油缸12、底座13组成，压电式力传感器2选用CL-YD-305型、电荷放大器3选用YE5850B型、接线盒4选用NI SCB-68型、数据采集卡5选用NI PCI-6221型，数据采集与分析软件7采用虚拟仪器软件LabVIEW。
刀架8安装在滚动导轨组件11上，刀架8移动时摩擦阻力极小，刀架8上安装有刨刀9和压尺10，刀架8的往返运动由油缸12驱动。刀架8的往返运动范围为400mm，刨刀的刀刃长度达到300mm，集成材试件的长度尺寸最大可以达到250mm，集成材试件的宽度尺寸最大为150mm，高度尺寸最大为200mm；这样可以比较真实地模拟实际生产刨切机的工作状况，使测量得到的切削力更接近实际情况。
油缸12的后端安装在底座13上，油缸12的活塞杆端部通过铰接式耳座与压电式力传感器连接支架1相连，压电式力传感器连接支架1又与刀架8相连；当油缸12驱动刀架8前移进行刨切时，油缸12的驱动力直接作用于压电式力传感器2的受力面上，然后再传递给刀架8，压电式力传感器2所受到的作用力即为刨刀的切削力。
压电式力传感器2受到作用力后产生电荷，通过导线将电荷信号传递给电荷放大器3转换成模拟电压信号，再由接线盒4将模拟电压信号传递给数据采集卡5，数据采集卡5安装在计算机6中，由数据采集卡5进行A/D转换，使模拟信号转换为计算机能识别的数字信号并将电压信号采集下来，然后再由数据采集与分析软件7对采集的切削力数据进行读取与分析；刀架8往返运动连续刨切时，切削力测量装置可连续测量。
本发明的木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置的工作原理如图3、图4所示，其测量方法如下：
利用LabVIEW编写采集切削力数据的程序，包括创建采集任务、提供采样时钟、启动采集任务、读取数样本、信号经公式转换后、输出波形数据、利用写入测量文件记录测量数据、最后停止采集任务；采集参数的设置，包括物理通道选择、接线端配置、采集信号范围、采样模式、采样率、每通道采样数和输出信号转换公式；程序编写完成后，LabVIEW的前面板如图3所示，程序面板如图4所示。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置，其特征在于，包括压电式力传感器连接支架（1）、压电式力传感器（2）、电荷放大器（3）、接线盒（4）、数据采集卡（5)、计算机（6）、数据采集与分析软件（7）、刀架（8）、刨刀（9）、压尺（10）、滚动导轨组件（11）、油缸（12）、底座（13）；其中刀架（8）安装在滚动导轨组件（11）上，刀架（8）上安装有刨刀（9）和压尺（10），刀架（8）的往返运动由油缸（12）驱动；油缸（12）的后端安装在底座（13）上，油缸12的活塞杆端部通过铰接式耳座与压电式力传感器连接支架1相连，压电式力传感器连接支架1又与刀架（8）相连；当油缸（12）驱动刀架（8）前移进行刨切时，油缸（12）的驱动力直接作用于压电式力传感器（2）的受力面上，然后再传递给刀架（8），压电式力传感器（2）所受到的作用力即为刨刀的切削力；刀架（8）的往返运动范围为0-400mm，刨刀的刀刃长度300mm，集成材试件的长度尺寸250mm，集成材试件的宽度尺寸为150mm，高度尺寸为200mm。
2.根据权利要求1所述的一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置，其特征在于，压电式力传感器（2）受到作用力后产生电荷，通过导线将电荷信号传递给电荷放大器（3）转换成模拟电压信号，再由接线盒（4）将模拟电压信号传递给数据采集卡（5），数据采集卡（5）安装在计算机（6）中，由数据采集卡（5）进行A/D转换，使模拟信号转换为计算机能识别的数字信号并将电压信号采集下来，然后再由数据采集与分析软件（7）对采集的切削力数据进行读取与分析；刀架（8）往返运动连续刨切时，切削力测量装置连续测量。
3.根据权利要求1所述的一种木材/竹材集成材刨切试验切削力测量装置的测量方法如下：利用LabVIEW编写采集切削力数据的程序，包括：创建采集任务、提供采样时钟、启动采集任务、读取数样本、信号经公式转换后、输出波形数据、利用写入测量文件记录测量数据、最后停止采集任务；采集参数的设置，包括物理通道选择、接线端配置、采集信号范围、采样模式、采样率、每通道采样数和输出信号转换公式。
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