带锯床智能锯切系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及带锯床技术领域，尤其涉及一种考虑锯条疲劳寿命、电机功率利 用最大化的带锯床智能锯切系统。
【背景技术】
[0002] 现代制造工业正在朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金属切削加 工的起点，已经成为零件加工过程中重要的组成环节。国产带锯床产品与国外先进的带锯 床产品差距非常大，尤其存在智能程度和锯切效率低下的问题。作为零件加工的第一道工 序，锯切的效果和效率往往会影响整条生产线的效率，提高带锯床的锯切效率，可以避免锯 切成为整条生产线的瓶颈。
[0003] 目前，金属切削带锯床恒功率锯切的控制方法及其智能带锯床是带锯床设计重点 和难点，国内针对于智能锯切系统的相关专利主要有：
[0004] 中国实用新型专利（专利公告号为CN 102672271 B)公开了一种"恒锯切力变进 给速度的锯架进给系统及其方法"，提出触摸屏选择和设置横截面形状，通过对工件硬度检 测，确定锯条锯切速度；再由测距传感器测定锯切的实时位置，根据设置的横截面形状和实 时锯切位置，选取内置在系统中的进给量，计算得到进给速度，实时变进给速度的锯架前馈 控制；系统实时根据压力传感器获得的锯切压力值，与给定的锯切力比较，实施恒锯切力闭 环控制。
[0005] 中国实用新型专利(专利公告号为CN 102063086 B)公开了一种"带锯床恒功率锯 切控制装置"，通过设置在带锯床进给油缸内进给位移传感器的位移检测，实现锯切过程带 锯条锯切负载的实时反馈，基于PID控制算法，根据实际锯切负载和设定锯切负载相比较， 调节锯切进给速度，从而实施锯切过程的锯切负载(恒功率）恒定控制。
[0006] 中国实用新型专利（专利公告号为CN 102151899 B)公开了一种"智能锯切带锯 床"，通过锯盘变频驱动为基础，增设驱动扭矩传感装置、锯条张紧力检测装置和电液伺服 进给装置，通过扭矩变化对变频器进行动态参数调整，基于锯条张紧力检测，通过电液伺服 进给装置实现锯切负载的智能控制需求。
[0007] 上述有益探索存在一定的局限：（1)未考虑给定锯切力如何设置，无法充分利用 驱动主电机的功率，也未考虑不同工况锯切过程对锯条寿命的影响；（2)不同材料、不同锯 切工况下，锯条进给抗力（与硬度和锯切压力值相对应）和锯切抗力的比值并非常数，通过 硬度检测反馈的前馈控制和通过锯切压力值反馈的后馈控制，并不能有效实现给定锯切力 的闭环控制。（3)锯条张紧力和锯切抗力并非如上述现有专利所述成正比，基于此反馈控 制，并不能有效实现给定锯切力的控制。
[0008] 因此，有必要在现有研宄基础成果上作进一步的创新。 【实用新型内容】
[0009] 本实用新型所要解决的技术问题在于，提供了一种考虑锯条疲劳寿命、电机功率 利用最大化的带锯床智能锯切系统。
[0010] 本实用新型是这样实现的，提供一种带锯床智能锯切系统，包括控制系统、锯架系 统、进给系统以及夹持机构，控制系统包括具有人机界面的上位机、具有可编程控制器的下 位机、D/A转换模块、变频器、主电机以及减速装置，锯架系统包括锯架、主动锯轮、从动锯 轮、带锯条、张紧油缸、传感器以及工件检测杆；锯架通过立柱安装在带锯床上，且沿立柱作 垂直方向的上下移动；进给油缸驱动锯架在垂直方向移动；主动锯轮和从动锯轮安装在锯 架上，两者环绕有带锯条；张紧油缸固定在锯架上驱动从动锯轮左右移动，从而调节带锯条 的张紧程度；主电机固定在锯架上，通过减速装置带动主动锯轮旋转，从而带动带锯条运 动，传感器设置在张紧油缸上用于测定张紧油缸的张紧力，工件检测杆设置在锯架上随锯 架上下升降用于检测工件的高度，下位机通过D/A转换模块和变频器后调节主电机的电流 值从而调节主电机转速大小，控制系统还包括功率传感器以及旋转编码器；锯架系统还包 括电液比例溢流阀；进给系统包括进给油缸、进给流量阀、进给流量阀控制电机、液压泵、进 给位移传感器、张紧换向阀、进给换向阀、夹持换向阀以及油箱；旋转编码器安装在从动锯 轮的转轴上，实时检测从动锯轮的转速；功率传感器检测变频器反馈电流大小，并通过旋转 编码器后传输给下位机；下位机通过采集得到的主电机的转速和扭矩数据，基于闭环控制， 通过进给流量阀控制电机调整进给流量阀的开度，改变进给油缸活塞杆的升降速度。
[0011] 进一步地，下位机通过调整电液比例溢流阀的电流大小，基于传感器的反馈，实现 张紧油缸的张紧力控制；进给位移传感器可实时检测到锯架的进给位移；
[0012] 进一步地，夹持机构包括夹持装置、夹持位移传感器以及夹持油缸；夹持位移传感 器与夹持装置的左、右夹头连接，夹持装置的左夹头或右夹头通过夹持油缸可实现对工件 的夹持，夹持完成后通过夹持位移传感器自动测得左、右夹头的距尚；
[0013] 进一步地，液压泵分别与张紧换向阀、进给换向阀以及夹持换向阀的进油口相连 通，电液比例溢流阀串接在张紧换向阀与张紧液压缸相连的液压管道上，进给流量阀设置 在进给换向阀回油箱的液压管道上，张紧换向阀以及夹持换向阀的液压管道直接与油箱连 接。
[0014] 进一步地，张紧换向阀、进给换向阀以及夹持换向阀分别为三位四通电磁阀。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的带锯床智能锯切系统的优点在于：
[0016] (1)充分利用驱动主电机的功率，考虑锯切工况对锯条寿命的影响和不同材料进 给抗力的极限情况，来设置基准锯切力，基于闭环控制，使得带锯床锯切系统主电机实际使 用功率恒定并得以最大化利用，从而实现了带锯床智能锯切；
[0017] (2)根据实际工件的材料、几何尺寸，自动设置合适的锯切张紧力，从而有效地延 长了锯条的疲劳寿命；
[0018] (3)通过与直接检测带锯条受到的锯切力相比，本实用新型通过带锯床主电机输 出扭矩的间接检测，实现了锯切过程带锯条锯切力的非接触检测，不仅减少了生产成本，且 提尚了广品的可靠性。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型一较佳实施例的结构方案示意图；
[0020] 图2是图1的控制原理示意图；
[0021] 图3是本实用新型的恒锯切速度控制原理示意图；
[0022] 图4是带锯条在正常工作状态下的力学模型示意图；
[0023] 图5是本实用新型的恒锯切力控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以 下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实 施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0025] 请参照图1所示，本实用新型带锯床智能锯切系统的较佳实施例，包括控制系统 1、锯架系统2、进给系统3以及夹持机构4。
[0026] 控制系统1包括具有人机界面（HMI)的上位机11、具有可编程控制器（PLC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。
[0027] 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、工件检测杆27以及电液比例溢流阀28。
[0028] 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、油箱39和溢流阀3A。
[0029] 夹持机构4包括夹持装置41、夹持位移传感器42以及夹持油缸43。夹持位移传 感器42与夹持装置41的左、右夹头连接，夹持装置41的左夹头或右夹头通过夹持油缸43 可实现对工件的夹持，夹持完成后通过夹持位移传感器42自动测得左、右夹头的距离。带 锯床工作时，夹持机构4的夹持装置41夹持住锯切工件，夹持位移传感器42自动测定锯切 工件的最大宽度。
[0030] 锯架21通过立柱安装在带锯床上，且沿立柱作垂直方向的上下移动。进给油缸31 的活塞杆一端与带锯床底座连接，另一端连接在锯架21上，驱动锯架21在垂直方向移动。 主动锯轮22和从动锯轮23安装在锯架21上，两者环绕有带锯条24。张紧油缸25固定在 锯架21上驱动从动锯轮23左右移动，从而调节带锯条24的张紧程度。主电机15固定在