一种框架式锯切加工实验台及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种框架式锯切加工实验台及其控制方法，包括机架，在机架上安装有锯框，锯框上安装有锯条，所述锯框通过驱动装置驱动其在水平面内往复运动；所述锯框的下方安装有工作台，所述的机架的四个角分别各自连接一个丝杠，在机架顶部对称的安装有两个伺服电机，其中第一伺服电机通过传动装置分别驱动其中两个丝杠转动，另外第二伺服电机通过传动装置分别驱动另外两个丝杠转动，工作台的四个角与四个丝杠的滑块相连，进而实现工作台的上下运动；且所述的两个伺服电机采用两套独立的伺服驱动系统驱动。驱动系统驱动。驱动系统驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种框架式锯切加工实验台及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种用于测试锯齿性能、进行锯切工艺参数、锯切轨迹及进给系统实验研究的实验台及控制方法，属于脆性材料锯切实验加工领域。

技术介绍

[0002]框架式锯切加工机床是当前石材板加工的主要手段，被广泛的应用在石材等硬脆材料的板材加工。框架式锯切加工机床加工板材是通过锯齿上的金刚石颗粒对石材进行磨削以达到材料去除的目的。
[0003]针对不同类型的大理石及花岗岩等硬脆材料加工用的磨料及粒度、锯切轨迹以及工艺参数等都在企业的大量生产实践的基础上总结制定。故没有考虑岩石的矿物含量与其物理力学性能，另外，框架式锯机多采用单电机做进给驱动，进给的平稳性较差，会导致金刚石颗粒的过度磨损。因此，这些探索性工作通常在现有的机床加工设备上进行，花费大量的时间和成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有的框架式锯切机床加工板材时获得的金刚石及其粒度、锯切轨迹及锯切工艺参数技术存在的不足，提供一种框架式锯切加工实验台及其控制方法，可以用来评价锯齿的锯切效率、寿命及锯切轨迹的对锯切效率与金刚石磨损的影响，探索锯切加工工艺参数。
[0005]本专利技术的框架式锯切加工实验台，采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种框架式锯切加工实验台，包括机架，在机架上安装有锯框，锯框上安装有锯条，所述锯框通过驱动装置驱动其在水平面内往复运动；所述锯框的下方安装有工作台，所述的工作台的四个角各设有一个丝杠，在机架顶部对称的安装有两个伺服电机，其中第一伺服电机通过传动装置分别驱动其中两个丝杠转动，另外第二伺服电机通过传动装置分别驱动另外两个丝杠转动，工作台的四个角与四个丝杠的滑块相连，进而实现工作台的上下运动；且所述的两个伺服电机采用两套独立的伺服驱动系统驱动。
[0007]作为进一步的技术方案，两个伺服电机相对于机架对称设置。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的四个丝杠前后左右对称。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的飞轮驱动装置包括驱动电机、皮带、飞轮、曲柄、连杆和锯框，所述的电机通过皮带飞轮带动飞轮旋转，曲柄一端与飞轮轴连接，另一端与连杆连接，连杆的另一端与锯框连接。
[0010]作为进一步的技术方案，在所述的机架上还安装有导向机构，所述的导向机构用于对锯框的运动轨迹进行导向。
[0011]作为进一步的技术方案，所述的导向机构，其函数形式如公式(1)所示：
[0012][0013]其中，y表示的是锯框的长度方向，x表示的是锯框的宽度方向；Mh为岩石的莫氏硬度，该值由莫氏硬度实验获得；YM为岩石的杨氏模量，杨氏模量为应力与应变之比，通过材料力学实验得到；SF
‑
a为评价岩石的指标，其为三个岩石参数的函数，包括：BTS、EQC和GS；EQC为岩石的等效石英含量，通过岩石和矿物鉴定获得，采用的仪器为偏光显微镜；GS为岩石内矿物颗粒的平均粒径，通过显微镜观察测量获得；BTS为岩石的巴西劈裂强度，其值由巴西劈裂强度实验获得；UCS为岩石的单轴抗压强度，由单轴抗压强度实验获得；a,b
i
(i为1、2、3、4)为系数，由数据处理软件获得。通过岩石的矿物含量及其力学性能推导锯切优化的轨迹，实现高效锯切。
[0014]作为进一步的技术方案，所述的两套伺服驱动系统结构相同，各自包括位置环控制器、速度环控制器、电流环控制器、第一比较器、第二比较器、第三比较器；第一比较器、位置环控制器、第二比较器、速度环控制器、第三比较器电流环控制器为串联模式。
[0015]基于以上系统，本专利技术还提供了一种控制方法，其可根据锯齿磨损、锯切力以及锯条受力由上位机实时调节进给速率。
[0016]本控制方式相比目前的控制方式，其可控性更高，运动更加平稳。包含如下步骤：
[0017]步骤1依据第一伺服电机、第二伺服电机建立伺服电机数学模型；
[0018]步骤2对进给系统中联轴器的阻尼、工作台质量、阻尼系数、最大静摩擦力、库伦摩擦力、Stribeck速度、螺母接触刚度、机械间隙、丝杠阻尼等进行参数辨识。
[0019]步骤3依据伺服电机数学模型及系统物理参数与辨识参数建立驱动系统的数理模型。
[0020]步骤4依据构建数理模型进行仿真分析，调节并整定获取伺服电机的位置环、速度环、电流环的PID参数；
[0021]步骤5依据所述运动控制器第一伺服电机与第二伺服电机通过PC机参数设置，分别向伺服电机的伺服系统发送运动指令。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]1.由于越靠近飞轮驱动装置位置，机架的振动就越厉害，进而会影响锯切精度，因此，本专利技术通过双电机独立控制四个丝杠，可以根据振动情况，调节电机的驱动参数，进而驱动工作台上下平稳的移动，提高了整个工作台的平稳性。
[0024]2.本实验台能够实现对锯齿的性能、锯切轨迹、锯切加工工艺参数优化的实验，进一步的通过该实验台可以用来评价锯齿的锯切效率、寿命及锯切轨迹的对锯切效率与金刚石磨损的影响，并考虑岩石矿物含量与其物理学性能探索锯切加工工艺参数。
[0025]3.本实验台通过对导向机构的设计，实现了对锯齿的锯切轨迹的设计，在设计锯切轨迹时，充分考虑了岩石的矿物含量和物理力学性能，使得加工方面更高效，锯齿磨损更小。锯切轨迹根据理论优化与实验相结合的方式进行定性和定量分析，最终确定锯切模式与材料的匹配；工艺参数根据锯齿的性能与锯切轨迹进行优化分析得到，最终保证加工效率高，锯齿磨损小，以及材料利用率高。
[0026]4.本系统克服了工厂中控制系统封装的限制，可根据加工工艺需求提供相应的控
制策略，为开展相应的科学研究与工业生产提供技术支持。
附图说明：
[0027]图1为本专利技术提供的框架式锯切加工实验台及其控制方法原理示意图；
[0028]图2为本专利技术提供的框架式锯切加工实验台的结构主视图；
[0029]图3为本专利技术提供的框架式锯切加工实验台的结构左视图；
[0030]图4为本专利技术提供的框架式锯切加工实验台的结构俯视图；
[0031]图中：1—框架式锯切加工实验台；2—第一伺服电机控制电路；3—第二伺服电机控制电路；4—控制柜；
[0032]101—主运动系统电机；102—皮带；103—飞轮；104—连杆；1041—第一连杆；1042—第二连杆；105—伺服电机；1051—第一伺服电机，1052—第二伺服电机，106—喷淋系统；107—螺母丝杠减速齿轮；108—锯条；109—锯夹；110—机架；111—丝杠；1111—第一丝杠，1112—第二丝杠；1113—第三丝杠，1114—第四丝杠，112—工作台；113—联轴器；114—精密减速器；1141—第一精密减速器；1142—第二精密减速器；115—导轨；1151—第一导轨；1152—第二导轨；116—锯框；117—底座；
[0033]21—第一伺服电机位置控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，包括机架，在机架上安装有锯框，锯框上安装有锯条，所述锯框通过驱动装置驱动其在水平面内往复运动；所述锯框的下方安装有工作台，所述的工作台的四个角各设有一个丝杠，在机架顶部对称的安装有两个伺服电机，其中第一伺服电机通过传动装置分别驱动其中两个丝杠转动，另外第二伺服电机通过传动装置分别驱动另外两个丝杠转动，工作台的四个角与四个丝杠的滑块相连，进而实现工作台的上下运动；且所述的两个伺服电机采用两套独立的伺服驱动系统驱动。2.如权利要求1所述的一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，两个伺服电机相对于机架对称设置。3.如权利要求1所述的一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，所述的四个丝杠前后左右对称。4.如权利要求1所述的一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，所述的驱动装置包括驱动电机、皮带、飞轮、曲柄、连杆和锯框，所述的电机通过皮带飞轮带动飞轮旋转，曲柄一端与飞轮轴连接，另一端与连杆连接，连杆的另一端与锯框连接。5.如权利要求1所述的一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，在所述的机架上还安装有导向机构，所述的导向机构用于对锯框的运动轨迹进行导向。6.如权利要求5所述的一种框架式锯切加工实验台，其特征在于，所述的导向机构为滑动导轨，滑动导轨的函数形式如公式(1)所示：其中，y表示的是锯框的长度方向，x表示的是锯框的宽度方向；Mh为岩石的莫氏硬度，该值由莫氏硬度实验获得；YM为岩石的杨氏模量，杨氏模量为应力与应变之比，通过材料力学实验得到；SF
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【专利技术属性】
技术研发人员：张进生，孙德鹏，董配玉，吴俊杰，孙同岩，蔡瑜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：