Die Holzindustrie und die damit verbundenen Wirtschaftszweige befinden sich derzeit in einem Wandel. Weichholz wird rasch durch Hartholz ersetzt. Dies veranlasst die Hersteller von Zerspanungswerkzeugen und -maschinen dazu, einzigartige Lösungen für die Laubholzbearbeitung zu entwickeln. Es mangelt jedoch an Wissen über die Mechanismen und die Abschätzung der Schnittkräfte beim Schneiden von Hartholz. Darüber hinaus wurde das dynamische Verhalten von Prüfgeräten (das in der Regel durch die Beschaffenheit des Holzes hervorgerufen wird) bei der Analyse von Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren nicht untersucht. Bisherige Ansätze zur Untersuchung des Laubholzschneidens haben selten eine größere Anzahl von Prozessfaktoren und Materialeigenschaften berücksichtigt. Diese Studie konzentriert sich auf zwei wichtige Aspekte, die derzeit in der Holzforschung im Zusammenhang mit dem Zerfall biologischer Materialien diskutiert werden: Techniken zur Messung der Schnittkraft und Vorhersage der Schnittkraft.
Um eine genaue Analyse des Holzschneidens durchführen zu können, wurde ein einzigartiges Gerät entwickelt, das die Beobachtung des Holzschneideprozesses vereinfacht. Das weltweit einzigartige Gerät funktioniert nach dem Prinzip eines rotierenden Arms mit einem Durchmesser von 4 m. Infolgedessen kann die Bewegung seines Endes als einfach angesehen werden. Außerdem dreht sich der Rotorträger mit einer Geschwindigkeit von bis zu 442 Umdrehungen pro Minute. Dies entspricht einer Umfangsschnittgeschwindigkeit von 93 m/s. Der Messschnitt wird separat durchgeführt, d. h. bei jeder Prüfung wird nur ein Schnitt gemacht. Dadurch wird der Einfluss des vorherigen Schnitts eliminiert.
Die Kombination der Testparameter bietet eine einzigartige Möglichkeit, das Schneiden von Holz zu untersuchen. Bei dieser Geschwindigkeit wurde noch nie ein einsamer Schnitt verwendet. Darüber hinaus ermöglicht die Annäherung an die Linearität ein besseres Verständnis des Prozesses. In früheren Forschungsarbeiten wurde ein Prüfstand entwickelt und seine Genauigkeit in zahlreichen Tests nachgewiesen. Die Eigenfrequenz des Systems wird durch die Steifigkeit der Baugruppe erhöht. Eine anspruchsvolle dynamische Kalibrierung der Messkette wird eingesetzt, um eine Signalfaltung zu vermeiden. Der Kraftsensor ist ein präziser 3D-Kristall-Kraftsensor. Zahlreiche Sensoren, Kontrollsysteme und Sicherheitszonen sorgen für die Sicherheit der Anlage. Die Schnittkraftdaten werden auf der Grundlage der erkannten Dicke des ungeschnittenen Spans angepasst.
Die an dieser Anlage durchgeführten Tests dienen als genaue Grundlage für die Erweiterung des Modells zur Vorhersage der Schnittkraft vom linearen zum kreisförmigen Schneiden. y Dieses vielseitige mathematische Modell kann als Modell für maschinelles Lernen oder für die Prozess- und Qualitätskontrolle verwendet werden. Dies trägt zu einem langfristig guten Zustand und einer langen Lebensdauer der Maschine bei. Ein Messer zum Beispiel ist ein Bauteil, das eine begrenzte Lebensdauer hat. Ein Prognosemodell der Zerspanungskräfte kann bei der Entwicklung von Verfahren für die vorausschauende Instandhaltung helfen und wird in Zukunft häufig verwendet werden.
