CN108581051B - 基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法 - Google Patents

Abstract

一种基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，包括磨齿机X轴及其驱动电机、磨齿机Y轴及其驱动电机、磨齿机R轴及其驱动电机、磨齿机控制器、远程通讯模块、云端服务器，在锯齿修磨过程中将X、Y、R三轴的位移参数和功率参数通过远程通讯模块实时上传至云端服务器，由云端服务器最终将优化所得的锯齿角度参数通过远程通讯模块下发至磨齿机控制器，使之按照优化后的锯齿角度参数进行修磨。本发明有益的效果是：有效避免因锯齿角度参数选型错误而导致的锯片易变钝和锯片整体寿命偏短的问题，可实现对锯片工况条件的更好预测以及锯齿角度参数的更合理优化的效果，成本低廉，易于推广。

Description

基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法

技术领域

本发明涉及一种锯片磨齿机的磨齿方法，尤其是涉及一种基于云端的锯片自动磨齿机自适应锯齿修磨方法。

背景技术

锯片(又称“圆锯片”)是现代工业的重要切割工具，可用于木材、石材、钢材等材料的切割加工，广泛应用于现代工业的各个领域。锯片工作时，其切割动作主要依靠位于锯片边缘的锯齿完成，锯齿的角度参数(又称“锯齿齿形参数”)是决定切割质量的关键。锯齿角度参数主要包括前角、后角、楔角等，其中前角决定了切削锐度(前角越大切削锐度越好，切削越轻便，推料越省力)，而后角则影响到后齿面与被锯材料的摩擦(后角越大则摩擦越小，切割表面就越光洁)，楔角则是由前角和后角派生出来的(90度减去前角值与后角值，就是楔角值)，楔角过小将导致锯齿的强度、散热性和耐用度等性能受影响。

由于前角、后角和楔角的三者总和为90度，因此上述三个参数对锯齿性能的影响存在互相制约的关系，即前角后角性能越好(前角后角总和越大)，则楔角性能越差(楔角值越小)。锯片选型的时候，选择合适的前角值、后角值与楔角值，直接关系到锯片寿命、切割效率和切割精度等性能指标。

目前，在锯片选型时，对于锯齿角度参数的选择往往通过经验值完成，并没有一套严格的定量标准。凭经验选择锯齿角度参数存在实际问题：由于不同用户所需切削的材料不同、切削所用的机器设备不同、切削性能要求不同，因此锯片在不同用户那里会有不同的性能表现，其中最直观的性能表现为锯齿“变钝”速度。锯齿变钝以后，需重新进行修磨(又称“修齿”)，使得锯齿再次锋利。

为解决锯齿角度参数选型错误引起的锯齿易变钝问题，行业内的传统解决方法是缩短锯片的修磨周期(又称“修齿周期”)。例如，按照某高速钢锯片的设计标准，其修磨周期内可保证高精度切削1万刀以上，而由于锯齿角度参数选择错误，实际切割不到6千刀时就得提前修磨。缩短修磨周期虽然保证了锯片切削质量，但该方法的代价是缩短了锯片的整体使用寿命，因此该方法并未从实质上解决锯齿角度参数选型错误的问题。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，可根据锯片切削过程中锯齿前角后角的变化量，在锯齿修磨过程中自适应地改变锯齿角度参数，使得锯齿角度参数符合实际工况的需求，从而保证锯片切削质量的同时延长锯片使用寿命。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，其特征在于：包括磨齿机X轴及其驱动电机、磨齿机Y轴及其驱动电机、磨齿机R轴及其驱动电机、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、R轴电机驱动器、磨齿机控制器、远程通讯模块、云端服务器；

磨齿机X轴及其驱动电机与X轴电机驱动器连接；

磨齿机Y轴及其驱动电机与Y轴电机驱动器连接；

磨齿机R轴及其驱动电机与R轴电机驱动器连接；

X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、R轴电机驱动器均与磨齿机控制器连接；

磨齿机控制器与远程通讯模块连接；

远程通讯模块与云端服务器通过网络连接，网络采用无线网络或者有线网络；

该基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法是：在锯齿修磨过程中将X、Y、R三轴的位移参数和功率参数通过远程通讯模块实时上传至云端服务器，由云端服务器根据上述参数计算锯齿前角与后角变化量，进而通过自适应算法优化锯齿角度参数，最终将优化所得的锯齿角度参数通过远程通讯模块下发至磨齿机控制器，以更新X、Y、R三轴的控制参数，使之按照优化后的锯齿角度参数进行修磨。

X、Y、R三轴的位移参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，根据X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、R轴电机驱动器的脉冲个数和脉冲频率，通过脉冲当量的换算方法得到，X、Y、R三轴的功率参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，直接读取X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器、R轴电机驱动器的功率寄存器得到。

锯齿前角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的前角曲线，并与储存在云端服务器内的锯齿使用前的前角曲线进行减法运算得到，锯齿后角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的后角曲线，并与储存在云端服务器内的锯齿使用前的后角曲线进行减法运算得到。

锯齿角度参数的自适应算法，将预设前角变化量与实际前角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为前角参数修改值，累加到原锯齿前角参数后得到最新的锯齿前角参数，将预设后角变化量与实际后角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为后角参数修改值，累加到原锯齿后角参数后得到最新的锯齿后角参数。

本发明有益的效果是：本发明的基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，具备如下的优点：

一、本发明可根据实际工况条件自适应地调整锯齿角度参数，从而有效避免因锯齿角度参数选型错误而导致的锯片易变钝和锯片整体寿命偏短的问题；

二、本发明依托云端服务器的海量数据储存能力，可存储大量锯片的历史数据与当前数据；依托云端服务器的强大运算资源，可运行更为复杂的人工智能算法或机器学习算法，从而，本发明可实现对锯片工况条件的更好预测以及锯齿角度参数的更合理优化的效果；

三、本发明易于实现，只需在传统自动磨齿机上加装一个远程通讯模块，即可使传统自动磨齿机连接到云端服务器以运行，成本低廉，易于推广。

因此，本发明可广泛应用于圆锯片自动磨齿机，尤其是应用于锯片在自动磨齿机上的修磨过程中。

附图说明

图1为本发明实施例的硬件方案原理图；

图2为本发明实施例的工作流程图；

图3为本发明实施例的锯齿变钝前、后的锯齿形状曲线；

图4为本发明实施例的用以判断锯齿前角、后角变化量的位移参数曲线；

图5为本发明实施例的前角、后角自适应调整算法的示意图；

图6为本发明实施例的应用方案示意图。

附图标记说明：锯片1，砂轮2，磨齿机X轴及其驱动电机3A，磨齿机Y轴及其驱动电机3B，磨齿机R轴及其驱动电机3C，X轴电机驱动器4A，Y轴电机驱动器4B，R轴电机驱动器4C，磨齿机控制器5，远程通讯模块6，云端服务器7，锯片自动磨齿机8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图：本实施例中的这种基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，包括磨齿机X轴及其驱动电机3A、磨齿机Y轴及其驱动电机3B、磨齿机R轴及其驱动电机3C、X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C、磨齿机控制器5、远程通讯模块6、云端服务器7；

磨齿机X轴及其驱动电机3A与X轴电机驱动器4A连接；

磨齿机Y轴及其驱动电机3B与Y轴电机驱动器4B连接；

磨齿机R轴及其驱动电机3C与R轴电机驱动器4C连接；

X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C均与磨齿机控制器5连接；

磨齿机控制器5与远程通讯模块6连接；

远程通讯模块6与云端服务器7通过网络连接；

该基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法是：在锯齿修磨过程中将X、Y、R三轴的位移参数和功率参数通过远程通讯模块实时上传至云端服务器7，由云端服务器7根据上述参数计算锯齿前角与后角变化量，进而通过自适应算法优化锯齿角度参数，最终将优化所得的锯齿角度参数通过远程通讯模块6下发至磨齿机控制器5，以更新X、Y、R三轴的控制参数，使之按照优化后的锯齿角度参数进行修磨。

X、Y、R三轴的位移参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，根据X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C的脉冲个数和脉冲频率，通过脉冲当量的换算方法得到，X、Y、R三轴的功率参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，直接读取X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C的功率寄存器得到。

锯齿前角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的前角曲线，并与储存在云端服务器7内的锯齿使用前的前角曲线进行减法运算得到，锯齿后角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的后角曲线，并与储存在云端服务器7内的锯齿使用前的后角曲线进行减法运算得到。

锯齿角度参数的自适应算法，将预设前角变化量与实际前角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为前角参数修改值，累加到原锯齿前角参数后得到最新的锯齿前角参数，将预设后角变化量与实际后角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为后角参数修改值，累加到原锯齿后角参数后得到最新的锯齿后角参数。

如图1所示，本发明实施例的基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，是由磨齿机X轴及其驱动电机3A、磨齿机Y轴及其驱动电机3B、磨齿机R轴及其驱动电机3C、X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C、磨齿机控制器5、远程通讯模块6、云端服务器7这些硬件共同配合实现的，其中磨齿机X轴及其驱动电机3A、磨齿机Y轴及其驱动电机3B、磨齿机R轴及其驱动电机3C、X轴电机驱动器4A、Y轴电机驱动器4B、R轴电机驱动器4C、磨齿机控制器5均为自动磨齿机的内部部件，远程通讯模块6是为实现该方法而加装到磨齿机内部，远程通讯模块6采用市面上常见的西门子品牌的远程通讯模块6。

在本发明的实施过程中，磨齿机X轴及其驱动电机3A实现对锯齿的横向切削，也就是水平方向，磨齿机Y轴及其驱动电机3B实现对锯片的纵向切削，也就是竖直方向，磨齿机R轴及其驱动电机3C实现对锯片的旋转切削，经过上述三轴的配合，实现任意锯齿形状和任意锯齿角度参数的切削。

如图1所示，磨齿机X轴及其驱动电机3A的动作及时序，由X轴电机驱动器4A内部的设定参数决定，同时磨齿机控制器5连接到X轴电机驱动器4A，并可读取X轴电机驱动器4A的参数，或者修改X轴电机驱动器4A的参数，同理，磨齿机控制器5也能够修改Y轴电机驱动器4B和R轴电机驱动器4C的参数，以此实现对磨齿机Y轴及其驱动电机3B、磨齿机R轴及其驱动电机3C的动作和时序控制。

图2为本发明的工作流程图，本发明实施例的基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，主要由四个步骤实现：

步骤1：在锯齿修磨过程中，分别采集X、Y、R三轴的特征参数；

步骤2：在云端服务器，根据特征参数计算锯齿前角与后角变化量；

步骤3：在云端服务器，完成锯齿角度参数的自适应算法；

步骤4：根据优化后的锯齿角度参数，更新X、Y、R三轴的控制参数。

步骤1所指的特征参数，主要是指各轴的位移参数和实际功率参数，通过上述两个参数，即可计算得到锯齿前角变化量与后角变化量，其中，各轴的位移参数可通过读取该轴对应的电机驱动器输出的脉冲个数和脉冲频率，然后通过脉冲当量的换算方法得到；各轴的实际功率参数，可直接通过读取该轴对应的电机驱动器相关寄存器，如功率寄存器得到。

步骤2所述的锯齿前角、后角变化量计算过程，通过锯齿使用后的前角、后角曲线，如图3所示，与储存在云端服务器7内的锯齿使用前的前角、后角曲线，如图3所示，通过减法运算得到，而如何通过X、Y、R三轴的特征参数，计算得到锯齿使用后的前角、后角曲线，是步骤2中的关键，如图4所示，图中阴影部分是修磨过程中必须要被切削掉的部分，在阴影部分的切削过程中，电机实际功率将大于空载时功率，因此，本发明实施例可根据电机实际功率判断此时各轴是空载运动还是切削运动，并将各轴的切削运动参数和轨迹提取出来，以此拟合得到锯齿使用后的前角、后角曲线。

步骤3所述的锯齿角度参数自适应算法，本质上是一个闭环反馈算法，如图5所示，将预设前角、后角变化量，与实际前角、后角变化量，进行减法运算，得到的结果乘以一个特定系数作为前角、后角参数修改值，累加到原锯齿前角、后角参数后得到最新的锯齿前角、后角参数，需要特别说明的是，由于本发明依托于云端服务器，在其强大的运算资源和储存能力支撑下，本发明也可采用更为复杂的人工智能算法或机器学习算法，尤其是神经网络模型或深度学习算法来实现锯齿前角、后角参数的优化，以使得优化后的锯齿前角、后角更好地符合实际工况的需求，最终取得更好的切削精度和更长的锯片寿命。

步骤4主要完成X、Y、R三轴控制参数的更新，使得下一轮修磨过程中三轴配合切削得到经过优化以后的锯齿前角/后角参数，步骤3优化得到的最新锯齿前角、后角参数无法直接作为X、Y、R三轴的控制参数，锯齿前角、后角参数需根据直线插补和曲线插补算法转化为X、Y、R三轴的控制参数，上述转化过程可在云端服务器7内完成，也可在磨齿机控制器5上完成，可由计算资源的实际分配情况灵活决定。

如图6所示，为本发明实施例的应用方案示意图，本发明提出的锯齿自适应修磨方法，可同时在多台自动磨齿机内运行，而多台自动磨齿机可同时连接到云端服务器7，依靠云端服务器7的多线程实现并行计算，本发明所采用的远程通讯模块6，可选用GPRS、wifi、以太网等多种联网方式。

在本发明中，X、Y、R三轴指的是磨齿机X轴、磨齿机Y轴、磨齿机R轴，磨齿机X轴及其驱动电机指的是磨齿机X轴和磨齿机X轴驱动电机的整体组合，为一个整体，磨齿机Y轴及其驱动电机指的是磨齿机Y轴和磨齿机Y轴驱动电机的整体组合，为一个整体，磨齿机R轴及其驱动电机指的是磨齿机R轴和磨齿机R轴驱动电机的整体组合，为一个整体。

本发明实施例的特点是：

一、本发明可根据实际工况条件自适应地调整锯齿角度参数，从而有效避免因锯齿角度参数选型错误而导致的锯片易变钝和锯片整体寿命偏短的问题；

二、本发明依托云端服务器的海量数据储存能力，可存储大量锯片的历史数据与当前数据；依托云端服务器的强大运算资源，可运行更为复杂的人工智能算法或机器学习算法，从而，本发明可实现对锯片工况条件的更好预测以及锯齿角度参数的更合理优化的效果；

三、本发明易于实现，只需在传统自动磨齿机上加装一个远程通讯模块，即可使传统自动磨齿机连接到云端服务器以运行，成本低廉，易于推广。

因此，本发明可广泛应用于圆锯片自动磨齿机，尤其是应用于锯片在自动磨齿机上的修磨过程中。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (3)

1.一种基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，其特征在于：包括磨齿机X轴及其驱动电机(3A)、磨齿机Y轴及其驱动电机(3B)、磨齿机R轴及其驱动电机(3C)、X轴电机驱动器(4A)、Y轴电机驱动器(4B)、R轴电机驱动器(4C)、磨齿机控制器(5)、远程通讯模块(6)、云端服务器(7)；

所述磨齿机X轴及其驱动电机(3A)与X轴电机驱动器(4A)连接；

所述磨齿机Y轴及其驱动电机(3B)与Y轴电机驱动器(4B)连接；

所述磨齿机R轴及其驱动电机(3C)与R轴电机驱动器(4C)连接；

所述X轴电机驱动器(4A)、Y轴电机驱动器(4B)、R轴电机驱动器(4C)均与磨齿机控制器(5)连接；

所述磨齿机控制器(5)与远程通讯模块(6)连接；

所述远程通讯模块(6)与云端服务器(7)通过网络连接，所述网络采用无线网络或者有线网络；

该基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法是：在锯齿修磨过程中将X、Y、R三轴的位移参数和功率参数通过远程通讯模块实时上传至云端服务器(7)，由云端服务器(7)根据上述参数计算锯齿前角与后角变化量，进而通过自适应算法优化锯齿角度参数，最终将优化所得的锯齿角度参数通过远程通讯模块(6)下发至磨齿机控制器(5)，以更新X、Y、R三轴的控制参数，使之按照优化后的锯齿角度参数进行修磨，锯齿角度参数的自适应算法，将预设前角变化量与实际前角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为前角参数修改值，累加到原锯齿前角参数后得到最新的锯齿前角参数，将预设后角变化量与实际后角变化量的减法运算结果，乘上系数后作为后角参数修改值，累加到原锯齿后角参数后得到最新的锯齿后角参数。

2.根据权利要求1所述的基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，其特征在于：X、Y、R三轴的位移参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，根据X轴电机驱动器(4A)、Y轴电机驱动器(4B)、R轴电机驱动器(4C)的脉冲个数和脉冲频率，通过脉冲当量的换算方法得到；X、Y、R三轴的功率参数，用以计算锯齿前角与后角变化量，直接读取X轴电机驱动器(4A)、Y轴电机驱动器(4B)、R轴电机驱动器(4C)的功率寄存器得到。

3.根据权利要求2所述的基于云端的锯片磨齿机自适应锯齿修磨方法，其特征在于：锯齿前角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的前角曲线，并与储存在云端服务器(7)内的锯齿使用前的前角曲线进行减法运算得到，锯齿后角变化量计算过程，通过驱动电机实际功率大于设定阀值时的X、Y、R三轴位移参数拟合得到锯齿使用后的后角曲线，并与储存在云端服务器(7)内的锯齿使用前的后角曲线进行减法运算得到。