多参数金刚石圆锯片锯切性能试验机的研制

刘全心 刘 青 吴水平 胡郁乐

（①鄂州职业大学机械系，湖北鄂州436000;②湖北长江精工材料技术有限公司，湖北鄂州436000;③中国地质大学（武汉），湖北武汉 430074）

金刚石圆锯片是石材加工业必不可少的一类工具，也是金刚石工具中消耗量最大的一类刀具，约占消耗总量的95%以上。近年来，我国在优化金刚石圆锯片节块配方等方面进行了大量研究，国产锯片的制造成本大大降低，锯切性能显著提高，其在国际市场的竞争力得到很大提升［1］。随着金刚石圆锯片的应用范围日趋广泛，加工对象日益复杂，目前对锯片除有一般的耐磨性、锋利性等性能要求外，还对其与被加工材料（如各种大理石、花岗岩、钢筋混凝土、沥青路面等）的适应性、加工条件（如干切、湿切、锯切超薄板和高精度板等）以及环保（如噪声、排污等）等，提出了更高要求，这些都对金刚石圆锯片的设计与制造提出了新的挑战，仅仅通过优化节块配方来提高锯片性能已远远不够，还必须在改善锯片结构方面取得更多进展和突破。但是，目前国内就各种基体材料与锯齿结构对锯片受力、刚性、变形、应力分布、摩擦和噪声等的影响还缺乏深入系统的理论分析，以此来提升锯片质量的理论依据尚不充分［2］。因此，市场上寻求更直接更有效的金刚石锯片锯切性能的测试方法和手段，显得尤为迫切和必要，开发高精度全自动的金刚石工具生产和应用的智能型设备势在必行。

本项目在缺乏相关行业标准前提下，集中科技力量开发出“TS－500Ⅱ型多参数金刚石圆锯片锯切性能试验机”设备系统。通过该设备进行金刚石锯片切割试验，系统将自动采集锯片切割试验过程中的锯切功率、锯切阻力、锯片转速、给进速度和噪声等多种参数，用以分析和评价金刚石锯片的锯切效率、使用寿命和加工质量等综合性能指标，从而为提高其制造质量，锯片产品与所切割石材的合理匹配等，提供科学的技术数据［3］。因此，锯切试验机是金刚石产品链的重要组成部分，对金刚石工具产业发展有着重要意义。

1 系统组成

金刚石圆锯片锯切性能试验机主要由如下几个部分组成:

（1）锯切机总成部分。为机械设备本体，即为系统锯切执行部分，主要实现对如大理石、花岗石板材、陶瓷、瓷砖、混凝土板材等加工对象的切割;

（2）参量检测系统部分。采用先进的虚拟仪器技术，由多路传感器、数据采集卡、PC机及测试软件等部件构成，实时检测锯片转速（或切割线速度）、主电动机功率、给进速度、给进力（切割阻力）、切割噪声大小等多个参数;

（3）变频调速控制部分。选用变频调速技术，实现主电动机和给进电动机的无级调速控制，以满足不同加工对象对切割线速度和给进速度的要求。如图1所示。

2 参数测控工作原理

该试验机各组成部分的工作原理是:

（1）锯切机总成部分。其上面安装有变频调速的主电动机，以皮带传动方式带动锯片作高速旋转运动，实现锯切功能;在竖直方向安装升降电动机，通过步进控制调整锯片切割高度（或切入深度）;在水平方向上安装给进电动机，以链传动方式带动工作台往返移动，实现锯切走刀功能。

（2）参量检测部分。采用先进的虚拟仪器技术实现参量检测。系统由多路传感器、数据采集卡、PC机及测试软件等3大单元组成。其中:（1）多路传感器。实时检测锯片转速（切割线速度）、主电动机功率、走刀速度、给进力、切割噪声大小等多个测试参数，测试参数可以根据用户需要添加或删减;（2）数据采集卡。

选用研华PCL812PG数据采集卡，通过 AI－706M多路巡检仪及CT8智能计数/计米器，完成系统的A/D和D/A转换，以及各状态量的输入和开关量的输出，实现计算机系统的智能检测;（3）PC机及测试软件。通过自主开发的测试程序，实现数据采集、存储、显示、分析和报表输出等功能，测试参数高度集成，人机操作界面良好，测试效率优异，可综合各种参数进行锯片锯切性能分析［4］。参量检测部分的传感器部件布置和参数检测工艺路线如图2、图3所示。

表1 多参数金刚石圆锯片锯切性能试验机元器件选用清单

（3）变频调速控制部分。选用变频调速技术，实现主电动机和给进电动机的无级调速控制，以满足不同加工对象对切割线速度和走刀速度的要求。

本设备系统选用的元器件如表1所示，电气装配原理图如图4所示，主要技术参数如表2所示。

表2 TS－500Ⅱ型多参数金刚石圆锯片切割试验机主要技术参数

3 参量检测程序的设计

本系统参量检测部分主要包括各路传感器、调理电路、数据采集卡等，以及通用微机、LabVIEW软件、设备驱动程序等，构成一个完整的数据采集系统，从实际试验操作中实时采集各种数据［5］。该系统构成框图如图5所示。

通过LabVIEW设计参数自动采集程序，试验者仅通过操作电脑鼠标，即能完成包括电动机的启动和调速、多机械参量的检测与控制，数据的采集、显示和保存，报表打印等所有工作。以噪声检测为例，前端配置常规的微型麦克风收集锯切时产生的声音信号，通过微机标配的声卡作为声音采集卡采集到微机系统中，然后依据噪声算法转换为分贝值（即按20 μPa作为参考声压值P0，检测声压P与参考声压P0的比值取常用对数后，以20倍乘所得值），实时表现噪声大小，以此作为一个参数来评判锯片锯切性能，多参数采集面板设计和噪声检测程序代码示例如图6、图7所示。

4 结语

多参数金刚石圆锯片锯切性能试验机的检测部分采用虚拟仪器新技术，仪器高度集成且灵活性强，能按要求完成多种常见机械参量信号检测，操作界面简单，性能稳定可靠;其控制部分采用高性能数字专用集成电路，使整流和逆变控制、功率调节、接口操作、电路保护等均高度集成，具有强大的控制功能。该机型节能降耗、操作简便，在负载适应性及稳定性等方面，具有非常明显的优势。

［1］王秦生.超硬材料及制品［M］.郑州:郑州大学出版社，2006:517－521.

［2］张昭和.金刚石与金刚石工具［M］.长沙:中南大学出版社，2005:336－342.

［3］刘宪刚.金刚石圆锯片质量评价体系的建立［D］.山东:山东大学，2007:36－38.

［4］张恒春，胡郁乐，刘青，等.金刚石锯片切割性的评价方法和检测系统的研制［J］.金刚石与磨料磨具工程，2010，30（6）:90－92.

［5］戴鹏飞，王胜开，王格芳，等.测试工程与LabVIEW应用［M］.北京:电子工业出版社，2006:42－77.