劉全心 劉 青 吳水平 胡郁樂

（①鄂州職業(yè)大學(xué)機械系，湖北鄂州436000;②湖北長江精工材料技術(shù)有限公司，湖北鄂州436000;③中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），湖北武漢 430074）

金剛石圓鋸片是石材加工業(yè)必不可少的一類工具，也是金剛石工具中消耗量最大的一類刀具，約占消耗總量的95%以上。近年來，我國在優(yōu)化金剛石圓鋸片節(jié)塊配方等方面進行了大量研究，國產(chǎn)鋸片的制造成本大大降低，鋸切性能顯著提高，其在國際市場的競爭力得到很大提升［1］。隨著金剛石圓鋸片的應(yīng)用范圍日趨廣泛，加工對象日益復(fù)雜，目前對鋸片除有一般的耐磨性、鋒利性等性能要求外，還對其與被加工材料（如各種大理石、花崗巖、鋼筋混凝土、瀝青路面等）的適應(yīng)性、加工條件（如干切、濕切、鋸切超薄板和高精度板等）以及環(huán)保（如噪聲、排污等）等，提出了更高要求，這些都對金剛石圓鋸片的設(shè)計與制造提出了新的挑戰(zhàn)，僅僅通過優(yōu)化節(jié)塊配方來提高鋸片性能已遠遠不夠，還必須在改善鋸片結(jié)構(gòu)方面取得更多進展和突破。但是，目前國內(nèi)就各種基體材料與鋸齒結(jié)構(gòu)對鋸片受力、剛性、變形、應(yīng)力分布、摩擦和噪聲等的影響還缺乏深入系統(tǒng)的理論分析，以此來提升鋸片質(zhì)量的理論依據(jù)尚不充分［2］。因此，市場上尋求更直接更有效的金剛石鋸片鋸切性能的測試方法和手段，顯得尤為迫切和必要，開發(fā)高精度全自動的金剛石工具生產(chǎn)和應(yīng)用的智能型設(shè)備勢在必行。

本項目在缺乏相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)前提下，集中科技力量開發(fā)出“TS－500Ⅱ型多參數(shù)金剛石圓鋸片鋸切性能試驗機”設(shè)備系統(tǒng)。通過該設(shè)備進行金剛石鋸片切割試驗，系統(tǒng)將自動采集鋸片切割試驗過程中的鋸切功率、鋸切阻力、鋸片轉(zhuǎn)速、給進速度和噪聲等多種參數(shù)，用以分析和評價金剛石鋸片的鋸切效率、使用壽命和加工質(zhì)量等綜合性能指標(biāo)，從而為提高其制造質(zhì)量，鋸片產(chǎn)品與所切割石材的合理匹配等，提供科學(xué)的技術(shù)數(shù)據(jù)［3］。因此，鋸切試驗機是金剛石產(chǎn)品鏈的重要組成部分，對金剛石工具產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著重要意義。

1 系統(tǒng)組成

金剛石圓鋸片鋸切性能試驗機主要由如下幾個部分組成:

（1）鋸切機總成部分。為機械設(shè)備本體，即為系統(tǒng)鋸切執(zhí)行部分，主要實現(xiàn)對如大理石、花崗石板材、陶瓷、瓷磚、混凝土板材等加工對象的切割;

（2）參量檢測系統(tǒng)部分。采用先進的虛擬儀器技術(shù)，由多路傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機及測試軟件等部件構(gòu)成，實時檢測鋸片轉(zhuǎn)速（或切割線速度）、主電動機功率、給進速度、給進力（切割阻力）、切割噪聲大小等多個參數(shù);

（3）變頻調(diào)速控制部分。選用變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)主電動機和給進電動機的無級調(diào)速控制，以滿足不同加工對象對切割線速度和給進速度的要求。如圖1所示。

2 參數(shù)測控工作原理

該試驗機各組成部分的工作原理是:

（1）鋸切機總成部分。其上面安裝有變頻調(diào)速的主電動機，以皮帶傳動方式帶動鋸片作高速旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)鋸切功能;在豎直方向安裝升降電動機，通過步進控制調(diào)整鋸片切割高度（或切入深度）;在水平方向上安裝給進電動機，以鏈傳動方式帶動工作臺往返移動，實現(xiàn)鋸切走刀功能。

（2）參量檢測部分。采用先進的虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)參量檢測。系統(tǒng)由多路傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機及測試軟件等3大單元組成。其中:（1）多路傳感器。實時檢測鋸片轉(zhuǎn)速（切割線速度）、主電動機功率、走刀速度、給進力、切割噪聲大小等多個測試參數(shù)，測試參數(shù)可以根據(jù)用戶需要添加或刪減;（2）數(shù)據(jù)采集卡。

選用研華PCL812PG數(shù)據(jù)采集卡，通過 AI－706M多路巡檢儀及CT8智能計數(shù)/計米器，完成系統(tǒng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，以及各狀態(tài)量的輸入和開關(guān)量的輸出，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的智能檢測;（3）PC機及測試軟件。通過自主開發(fā)的測試程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、分析和報表輸出等功能，測試參數(shù)高度集成，人機操作界面良好，測試效率優(yōu)異，可綜合各種參數(shù)進行鋸片鋸切性能分析［4］。參量檢測部分的傳感器部件布置和參數(shù)檢測工藝路線如圖2、圖3所示。

表1 多參數(shù)金剛石圓鋸片鋸切性能試驗機元器件選用清單

（3）變頻調(diào)速控制部分。選用變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)主電動機和給進電動機的無級調(diào)速控制，以滿足不同加工對象對切割線速度和走刀速度的要求。

本設(shè)備系統(tǒng)選用的元器件如表1所示，電氣裝配原理圖如圖4所示，主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 TS－500Ⅱ型多參數(shù)金剛石圓鋸片切割試驗機主要技術(shù)參數(shù)

3 參量檢測程序的設(shè)計

本系統(tǒng)參量檢測部分主要包括各路傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡等，以及通用微機、LabVIEW軟件、設(shè)備驅(qū)動程序等，構(gòu)成一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從實際試驗操作中實時采集各種數(shù)據(jù)［5］。該系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖5所示。

通過LabVIEW設(shè)計參數(shù)自動采集程序，試驗者僅通過操作電腦鼠標(biāo)，即能完成包括電動機的啟動和調(diào)速、多機械參量的檢測與控制，數(shù)據(jù)的采集、顯示和保存，報表打印等所有工作。以噪聲檢測為例，前端配置常規(guī)的微型麥克風(fēng)收集鋸切時產(chǎn)生的聲音信號，通過微機標(biāo)配的聲卡作為聲音采集卡采集到微機系統(tǒng)中，然后依據(jù)噪聲算法轉(zhuǎn)換為分貝值（即按20 μPa作為參考聲壓值P0，檢測聲壓P與參考聲壓P0的比值取常用對數(shù)后，以20倍乘所得值），實時表現(xiàn)噪聲大小，以此作為一個參數(shù)來評判鋸片鋸切性能，多參數(shù)采集面板設(shè)計和噪聲檢測程序代碼示例如圖6、圖7所示。

4 結(jié)語

多參數(shù)金剛石圓鋸片鋸切性能試驗機的檢測部分采用虛擬儀器新技術(shù)，儀器高度集成且靈活性強，能按要求完成多種常見機械參量信號檢測，操作界面簡單，性能穩(wěn)定可靠;其控制部分采用高性能數(shù)字專用集成電路，使整流和逆變控制、功率調(diào)節(jié)、接口操作、電路保護等均高度集成，具有強大的控制功能。該機型節(jié)能降耗、操作簡便，在負載適應(yīng)性及穩(wěn)定性等方面，具有非常明顯的優(yōu)勢。

［1］王秦生.超硬材料及制品［M］.鄭州:鄭州大學(xué)出版社，2006:517－521.

［2］張昭和.金剛石與金剛石工具［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2005:336－342.

［3］劉憲剛.金剛石圓鋸片質(zhì)量評價體系的建立［D］.山東:山東大學(xué)，2007:36－38.

［4］張恒春，胡郁樂，劉青，等.金剛石鋸片切割性的評價方法和檢測系統(tǒng)的研制［J］.金剛石與磨料磨具工程，2010，30（6）:90－92.

［5］戴鵬飛，王勝開，王格芳，等.測試工程與LabVIEW應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006:42－77.