锯切面垂直度和锯条拉齿的检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属带锯床锯切工艺参数的在线检测技术范畴，特别是指带锯床加工过程 中，实时检测工件锯切面垂直度和锯条拉齿工艺参数的系统及方法。
【背景技术】
[0002] 机械零部件的金加工工艺流程始于锯切工序，锯切是零件加工过程中重要的组成 环节；因此，锯床广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等国民经济各 个领域。1933年，美国杜尔（DOALL)公司率先提出带锯锯切工艺，颠覆了传统的弓型、圆盘 锯切工艺；1964年，历时32年持续攻关、带锯锯切工艺取得实质性突破一双金属锯条诞 生，时至今日带锯床始终牢牢占据锯床业的主导地位。带锯床锯切速度快、直径大，锯口消 耗少、精度高，给金属锯切带来了革命性的变革。1967年至1977年，美国带锯床产量年增 31 %，占同期锯床总产量的80%以上，并迅速风靡发达国家。现代化数控带锯床不仅自身的 生产效率极高，而且因锯切产品的质量上乘一大大减少了后续工序的二次加工量，提高了 零部件金加工全流程的效率。数控带锯床的另一优势是低耗：不但减少了锯切耗材一锯条 的消耗，同时降低了劳动强度和用工数、以及待加工件的材料耗损。数控带锯床代表了现代 制造工业朝着高效率，高精度和低消耗的发展方向。
[0003] 我国的带锯床与其它行业相拟，走的是引进、消化、吸收，再创造之路。
[0004] · 1968年，湖南机床厂引进国外带锯床，消化吸收后着手仿制；1985年，代表性成 果 双金属锅条试制成功。
[0005] · 1986年，上海沪南带锯厂根据美国公司的图纸资料，推出带锯床样机。
[0006] ?九十年代初，名不见经传的浙江省纟晋云县壶镇带锅床异军崛起；1998年，首台壶 镇产带锯床问世。适逢我国经济高速持续发展机遇期，区域块状经济为特征的壶镇锯床以 低水平、低投入和低成本的扩张方式，迎合了当时中国制造业的需要；短短几年就挤占了全 国带锯床市场份额的70%。2009年，中国跃居世界带锯床第一大生产国；2011年，壶镇专业 带锯床的产值突破15亿元。支撑壶镇带锯床崛起的是遍布全国的销售网、区域块状经济的 成本优势、加上机制灵活等非技术因素。
[0007] 2014年12月，中央经济工作会议指出：经济发展进入新常态，高速增长转向中高 速增长，规模速度型粗放增长转向质量效率型集约增长，传统增长点转向新的增长点。2012 年中国带锯床"粗放增长"模式已呈现难以为继的冏态：产品同质化、价格战和低价无序竞 争成业界的主旋律。锯床企业的自主研发能力薄弱，产品的技术含量和附加值低；如日本阿 玛达公司的S400FA带锯床报价约22万、是国产同类带锯床的4倍；台湾带锯床的90%出 口，国内同行的外销之旅至今仍举步维艰。目前，国产带锯床在整机的机械结构设计、零部 件加工精度、组装调试手段方面，与发达国家差距不大、甚至难分仲伯。工信部"机床工具行 业"十二五"发展规划"指出："从整体来说行业大而不强，数控系统和关键功能部件发展滞 后等问题明显制约着行业的可持续发展";并在"重点发展产品一切削刀具及量具量仪"项 中，明确研发的内容是"数字化精密量具和量仪，在线检测自动化量仪"。
[0008] 对比发达国家与国产带锯床的工艺技术指标，不难发现，在锯切垂直度和锯条拉 齿两项关键指标上存在明显的差距。国产带锯床锯切偏斜的瑕疵时有发生，锯切SUS304 类不锈钢、高硬度模具钢、钛镍合金钢时，锯偏概率急剧上升。发达国家高端带锯床标配锯 切面垂直度检测装置，属厂商的核心机密；遗憾的是锯切面垂直度检测尚未得到国内同行 的重视。业界无奈的应对之策是：加大锯切余量。加大锯切余量的代价不菲，首先，增大了 后序金加工的加工量，将导致零部件金加工全流程的效率下降；其次，增加了锯切料的损耗 率，将产生大量的材料浪费；第三，锯切过程中抖动大，带锯床和带锯床自身耗材(锯条）的 工作寿命大打折扣，将使锯床的运维费用上升。必须指出，带锯床锯条耗材已成为锯切加工 成本的决定性因素；世界范围内锯条的年生产总值10倍于锯床，因此锯条的锯切寿命指标 关系到厂商的核心竞争力。以同型锯条、锯切不锈钢SUS304为例，德国贝林格公司锯床可 锯切4m2左右，而国产锯床仅2m2上下。锯条使用寿命差距的主因源于前者配置锯条拉齿检 测装置，即齿尖崩裂检测装置；齿尖崩裂俗称"拉齿"、"拉齿"亦被形象地称为"多米诺"拉 齿，因为只要1个锯齿出现崩裂、该崩齿驻留在锯切缝中将损伤锯条的其它齿，连锁反应、 瞬间整条锯条报废。随着带锯床锯切材料多样性的内涵不断丰富，特别是镍铬系韧性材料 份额的持续增大，"拉齿"现象急剧增加。遗撼的是锯条拉齿检测尚未得到国内同行的重点 关注。业界无奈的应对举措是：降低锯切速度，加强操作员对锯条的观察；降低锯切速度意 味着生产效率的下降，加强操作员观察则受限于生理条件且无法从根本上解决问题。
[0009] 实时检测锯切面垂直度和锯条拉齿所面临的技术挑战是：锯切时锯条的锯切部分 完全嵌入在待锯切的工件中，狭窄的锯切缝充满切削液和铁屑，直接检测锯切面垂直度和 锯条拉齿的技术方案可行性差；间接检测锯切面垂直度和锯条拉齿，有赖于建立锯条锯切 时的力一形变模型，以及简单有效的形变检测装置和方法。就锯切面垂直度和锯条拉齿检 测装置的设计而言，深入剖析全面评估影响锯切面垂直度和锯条拉齿的综合因素是非常必 要的。
[0010] 影响锯切面垂直度的四大因素是： ?国产带锯床大多采用斜向分齿锯条，左/右斜齿各1、外加1齿居中、3齿一组周而复 始；锯切时一旦发生单侧齿非均匀钝化，锯条倾斜偏向锋利一侧，导致切斜即锯切面偏离垂 直方向。
[0011] ?锯床长期使用后，锯框和导向机构的间隙变大，导致锯条偏离垂直方向切入。
[0012] ?锯条张紧力不够，导致锯切过程锯条偏斜。
[0013] ?锯条夹持片过度磨损，导致锯切过程锯条偏斜。
[0014] 影响锯条拉齿的四大因素是： ?待锯切料中分布的材料硬点。
[0015] ?锯切过快、排屑不畅，齿尖受力过大。
[0016] ?待锯切材料夹持不到位，锯切过程中待锯切材料移动。
[0017] ?锯条选型不对，齿形过小或过大。
[0018] 因此，有必要在上述论述的基础上作深入的研究与创新：提出实时检测工件锯切 面垂直度和锯条拉齿工艺参数的系统及方法，根椐锯条偏离垂直方向的数据，进行相应的 处理；一旦检测出拉齿端倪，则停止锯切、锯框(锯条）快速上升，避免锯条报废等重大事故 的发生。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种锯切面垂直度和锯条拉齿的检测 系统及方法。
[0020] 锯切面垂直度和锯条拉齿的检测系统由锯切面垂直度检测装置、锯条拉齿检测装 置、检测信号处理装置组成；检测系统的检测对象带锯床包括锯框、第1位置检测传感器、 活动导向臂、第2位置检测传感器、燕尾梁、导臂位置检测栅尺、导向立柱、活动端导向滚 轮、活动导向座、活动夹钳、固定导向座、导向立柱套、锯条、锯轮、待锯切工件、固定导向臂、 固定端导向滚轮； 锯切面垂直度检测装置和锯条拉齿检测装置分别安装在活动导向座、固定导向座上； 锯条绕过锯轮，经活动端导向滚轮、活动导向座和固定导向座后被导向扭正，使锯条与待锯 切工件垂直；活动端导向滚轮安装在固定导向座上，活动导向座与活动导向臂采用螺丝连 接、通过燕尾面配合安装在燕尾梁上，活动导向臂可沿燕尾梁左右移动来调节距离；第1位 置检测传感器和第2位置检测传感器通过螺丝固定至活动导向臂，并随活动导向臂左右移 动，导臂位置检测栅尺