CN103743515A - 一种木质材料磨削力测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种木质材料磨削力测定方法，该测定方法首先采用去重法对水平方向力和电信号值之间的关系进行标定，并将得到电信号值和水平方向力进行线性回归分析，得到磨削力和电信号值的比例关系；将木质材料试件通过工装水平放置在工作台上，力传感器设置在工作台和工装之间，力传感器与电荷放大器连接，电荷放大器与信号分析仪连接，信号分析仪与计算机连接；磨削木制品，通过力传感器检测到试件所受水平拉力变化而产生电荷值，经电荷放大器放大转化为电压信号后被信号分析仪采集，信号分析仪采集到的电信号经过拟合后得到电信号值，按比例关系转化后得到磨削力的最大值和平均值；本发明的测定方法实时性、准确性强且简单、高效、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种力的测定方法，具体涉及一种木质材料磨削力测定方法，属于木材加工领域。
背景技术
宽带砂光机主要应用于实木板材、刨花板、中密度纤维板、胶合板等板材的定厚加工及平面抛光，以获得良好的表面质量和装饰效果，在家具、地板、木门、人造板生产中广泛应用。
磨削力是磨削过程中众多磨粒和工件表面发生切削、滑擦、摩擦所产生的力，直接影响磨削过程能耗、发热、振动和工件表面质量。以磨削力为参考依据，在设计砂光机时，可以更好的选择与之加工材料相适应的动力配置、砂辊、履带等，以降低能耗，减少不必要的材料浪费；在实际生产中，可以选择合适的砂带速度、进给速度、磨削厚度以及砂带目数以获得更好的加工质量。
但是由于不同木制品的表面性质也不同，所以在木质材料磨削加工中没有准确的磨削力通用计算方法。而通过功率等方法间接测量磨削力不够准确，且不具有实时性，即不能反映出磨削力在磨削过程中的变化趋势。
到目前为止，还没有关于木质材料磨削过程中磨削力测量的测量方法。因此，迫切需要一种简单、快捷、准确、具有实时性的磨削力测量方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种木质材料磨削力的测定方法，具有适用性广、操作简单和结果准确等特点。
一种木质材料磨削力的测定方法，该测定方法具体步骤如下：
步骤一：采用去重法对水平方向力和电信号值之间的关系进行标定，并将得到电信号值和水平方向力进行线性回归分析，从而得到水平方向力和电信号值之间的关系，即磨削力和电信号值之间的关系；
步骤二：将木质材料通过工装水平放置在工作台上，力传感器设置在工作台和工装之间，力传感器与电荷放大器连接，电荷放大器与信号分析仪连接，信号分析仪与计算机连接；
步骤三：开始磨削木制品，通过力传感器检测到木制品由于所受水平拉力变化而产生电荷值，经电荷放大器放大后转化为电压信号被信号分析仪所采集，信号分析仪采集到的电信号经过滤波处理后对波峰或波谷值进行多项式拟合，以拟合后曲线上的值表示电信号值；
步骤四：根据步骤一标定得到磨削力和电信号值之间的关系，将步骤三得到电信号值转换成磨削力，即得到木制品受到磨削力的最大值和平均值。
有益效果：
与常规磨削力测定方法相比，本发明通过力传感器检测到磨削力的电信号，经电荷放大器和信号分析仪放大、分析，拟合出电信号值曲线，根据标定的磨削力和电信号值之间的关系，得到磨削力的最大值和平均值，测定方法实时性、准确性强且简单、高效、可靠。
附图说明
图1为宽带砂光机磨削过程磨削力电信号采集系统示意图。
图2为用去重法标定水平方向力值和电信号值之间关系的示意图。
图3是标定时砝码为2kg时所采集的一次电信号值曲线图。
图4为电信号值和水平方向力值线性回归分析图。
图5为磨削过程中工件的受力分析图。
图6为例1磨削条件下磨削过程磨削力电信号曲线图。
图7为例1磨削条件下去除杂波及去除砂带未接触工件时、砂带和工件分离后的波后磨削力电信号曲线图。
图8为例1磨削条件下用30个点对电信号值曲线图中所有的波谷值进行2次多项式拟合示意图。
图9为例2磨削条件下磨削过程磨削力电信号曲线图。
图10为例2磨削条件下去除杂波及去除砂带未接触工件时、砂带和工件分离后的波后磨削力电信号曲线图。
图11为例2磨削条件下用30个点对电信号值曲线图中所有的波谷值进行3次多项式拟合示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实例1
本发明提供了一种木质材料磨削力的测定方法，该测定方法采用的试验机为单砂架接触辊式砂光机，接触辊为螺旋槽橡胶辊，邵氏硬度为25。试验机的磨削厚度精度为0.05mm。测量仪器包括：KISTLER-3257A传感器、KISTLER5806电荷放大器、NEC OmniaceⅡRA2300信号分析仪。
所用材料为杨木，密度0.44g/cm3，磨削方向为垂直于纹理方向。试件长度为150mm，宽度为100mm。砂带型号为CXB-508，磨粒采用静电植砂。
磨削条件：砂带目数为60目；砂带速度为5.35m/s；进给速度为5.14m/s；磨削厚度为0.2mm。
该测定方法包括步骤如下：首先对磨削力和电信号值之间的关系进行标定，然后采集电信号，对电信号进行滤波，之后将电信号的波峰（或者波谷）值进行拟合，最后通过所标定的磨削力和电信号值之间的关系计算出磨削力值。具体测定方法步骤如下：
步骤一：采用去重法对水平方向力和电信号值之间的关系进行标定，如图2所示，分别用2kg、4kg、6kg、8kg的砝码通过定滑轮和试件的水平方向相连接，待稳定后，瞬间剪断连接砝码和试件之间的铁丝，这时力传感器检测到试件由于所受水平拉力变化而产生电荷值，经电荷放大器放大后被信号分析仪所采集。每次标定重复6次，以确保标定的准确性。
上述中，用去重法标定力与电信号之间的关系为本领域内的常规技术。
图3是砝码为2kg时信号分析仪所采集的一次电信号值曲线图，这时图中曲线最高值为19.6N（2kg）所对应的电信号值，所有磨削力所对应的电信号值如下：
将这些电信号值和水平方向力进行线性回归分析，如图4所示，将得到水平方向力和电信号值之间的关系，即磨削力和电信号值之间的关系，Fx为水平方向力：
Fx=±55.178×电信号值；
步骤二：磨削力电信号采集示意图如图1所示，将试件通过工装水平放置在工作台上，力传感器设置在工作台和工装之间，力传感器与电荷放大器连接，电荷放大器与信号分析仪连接，信号分析仪与计算机连接。
步骤三：接触辊式或压垫式磨削头磨削试件，通过力传感器检测到试件由于所受水平拉力变化而产生电荷值，经电荷放大器放大后被信号分析仪所采集，信号分析仪采集到的电信号经过滤波处理后对波峰（波谷）值进行多项式拟合，以拟合后曲线上的值表示磨削力电信号值。
对磨削力电信号值波形图进行处理时，滤掉由于砂带接缝引起的杂波、滤掉砂带和工件未接触时及砂带和工件分离后的波；假如标定时水平方向力和磨削力方向相同，那么波峰电信号值就为磨削力电信号值；假如标定时水平方向力和磨削力方向相反，那么波谷电信号值就为磨削力电信号值。
对波峰（波谷）的电信号值进行多项式拟合时，去除拟合曲线上的无用值，用剩余值代替磨削力电信号值。
图5为磨削过程中工件的受力分析图，其中水平方向的力FSX和FNX的合力为所测磨削力FX。
图6为磨削过程磨削力电信号曲线图，图7为去除杂波及去除砂带未接触工件时及砂带和工件分离后的波后磨削力电信号曲线图。因为标定方向和磨削力方向相反，所以波谷的电信号值为所对应的磨削力，图8为用30个点对电信号值曲线图中所有的波谷值进行2次多项式拟合示意图，去除拟合后曲线前面1个后面1个无用点，则剩余点表示的为磨削力电信号值。
步骤四：根据步骤二标定得到磨削力和电信号值之间的关系，将步骤三得到电信号值转换成磨削力，如下表所示，由此可以求出磨削力的最大值和平均值。
实例2：
测定过程中所用的设备、仪器、标定方法、标定结果均和例1相同。
所用材料为中密度纤维板，密度0.741g/cm3。试件长度为150mm，宽度为100mm。砂带型号为CXB-508，磨粒采用静电植砂。
磨削条件：砂带目数为80目；砂带速度为5.35m/s；进给速度为3.71m/s；磨削厚度为0.5mm。
图9为磨削过程磨削力电信号曲线图，图10为去除杂波及去除砂带未接触工件时及砂带和工件分离后的波后磨削力电信号曲线图。因为标定方向和磨削力方向相反，所以波谷的电信号值为所对应的磨削力值，图11为用30个点对电信号值曲线图中所有的波谷值进行3次多项式拟合示意图，点所表示的为磨削力电信号值。将这些电信号值转换成磨削力，如下表所示，由此可以求出磨削力的最大值和平均值。
综上所述，以上仅为本发明的实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种木制材料磨削力测定方法，其特征在于，该测定方法具体步骤如下：
步骤一：采用去重法对水平方向力和电信号值之间的关系进行标定，并将得到电信号值和水平方向力进行线性回归分析，从而得到水平方向力和电信号值之间的关系，即磨削力和电信号值之间的关系；
步骤二：将木制材料通过工装水平放置在工作台上，力传感器设置在工作台和工装之间，力传感器与电荷放大器连接，电荷放大器与信号分析仪连接，信号分析仪与计算机连接；
步骤三：开始磨削木制品，通过力传感器检测到木制品由于所受水平拉力变化而产生电荷值，经电荷放大器放大后转化为电压信号被信号分析仪所采集，信号分析仪采集到的电信号经过滤波处理后对波峰或波谷值进行多项式拟合，以拟合后曲线上的值表示电信号值；
步骤四：根据步骤一标定得到磨削力和电信号值之间的关系，将步骤三得到电信号值转换成磨削力，即得到木制材料受到磨削力的最大值和平均值。
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