本發(fā)明涉及機械加工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種加熱輔助銑削工藝方法及裝置。

背景技術(shù)：

加熱輔助切削通過對材料進行加熱，提高材料的塑性，降低材料硬度和屈服強度，減小切削過程中的切削力，抑制鋸齒形切屑的產(chǎn)生，降低切削顫振，提高刀具壽命，提高加工表面質(zhì)量，從而達到提高加工效率、降低成本的目的。當(dāng)前研究加熱輔助切削時多選用激光為熱源，存在一些問題，一方面在使用激光作為熱源時，只能通過非接觸的測量方式測量溫度，同時熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度并不均勻存在很大的溫度梯度，使用激光作為熱源時，切削速度、切深和進給受到激光功率的影響，要實現(xiàn)高速切削需要大功率的激光，成本高；另一方面常使用加熱輔助切削的材料多為典型難加工材料，如高溫合金等，雖然使用加熱輔助切削的方式可以提高其切削加工性，但刀具磨損依然嚴(yán)重，頻繁取下刀片進行刀具磨損量的測量，帶來了再次裝夾時的刀具定位問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計一套可以測量切削力的加熱輔助銑削裝置，同時兼顧銑刀磨損的在線監(jiān)測，以克服上述缺陷。

為實現(xiàn)這一目的，設(shè)計了一種可測量切削力和在位檢測銑刀磨損狀態(tài)的加熱輔助銑削裝置，包括裝夾單元、測力單元和刀具磨損檢測單元；

所述的裝夾單元包括夾具，所述的夾具用于夾持工件，在所述的工件上加工有用于安裝加熱器的孔，加熱器安裝在該孔內(nèi)與溫度控制儀相連；在工件的內(nèi)部還安裝有溫度傳感器，所述的溫度傳感器也與溫度控制儀相連；在所述的夾具上設(shè)置有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道；

所述的測力單元包括力傳感器，所述的夾具固定在力傳感器的工作表面；力傳感器采集切削力的信號，并依次經(jīng)過放大器和采集卡將切削力信號轉(zhuǎn)化輸出

所述的刀具磨損檢測單元包括固定在機床上的工具顯微鏡，通過顯微鏡觀測刀具的磨損情況，使用計算機記錄刀具不同時刻的磨損形貌。

進一步的，所述的工件與夾具之間設(shè)置有隔熱板。

進一步的，所述的隔熱板為陶瓷板。

進一步的，所述的溫度傳感器插裝在所述的工件內(nèi)。

進一步的，所述的力傳感器安裝在機床工作臺表面。

進一步的，所述的夾具與工件之間通過螺栓進行固定和定位。

進一步的，在所述的工件內(nèi)安裝有多個加熱器，每個加熱器均與溫度控制儀相連。

本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置對工件進行加熱輔助切削工藝的方法，包括以下步驟：

1.將力傳感器裝夾在機床工作臺上，將夾具固定在力傳感器的工作表面，將用于隔熱的陶瓷板和待加工的工件裝夾到夾具上實現(xiàn)工件的定位和夾緊；

2.在給工件進行加熱之前，打開水泵使循環(huán)水通過水管和夾具上預(yù)留的水循環(huán)通道實現(xiàn)對夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過高，對力傳感器造成損傷；

3.打開水循環(huán)系統(tǒng)后，通過溫度控制儀設(shè)定要給工件加熱的溫度，然后加熱器開始工作對工件進行加熱，在加熱過程中插入到工件內(nèi)部的溫度傳感器將會將測得的工件的溫度信號傳遞到溫度控制儀，溫度控制儀上會顯示工件的實時溫度，當(dāng)工件的溫度達到設(shè)定值后，加熱器停止工作，當(dāng)工件溫度低于設(shè)定值時，加熱器開始工作，使工件溫度維持在設(shè)定溫度附件；

當(dāng)工件溫度達到設(shè)定溫度后，維持30min使其溫度波動為+/-10℃以內(nèi)時，開始使用銑刀對工件進行銑削加工；

進一步的，在銑削加工過程中，通過力傳感器5采集切削力的信號，并依次經(jīng)過放大器和采集卡將切削力信號轉(zhuǎn)化輸出。

進一步的，在銑削加工一定量后，將銑刀移動到固定在機床上的工具顯微鏡處，通過顯微鏡觀測刀具的磨損情況，使用計算機記錄刀具不同時刻的磨損形貌。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過在工件上加工孔，然后將加熱器安裝在孔內(nèi)，對工件進行加熱，使得熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度均勻；且在切削過程中，切削速度、切深和進給不再受到熱源的影響，降低了成本；同時本發(fā)明通過溫度傳感器檢測工件的問題，實現(xiàn)了對溫度的實時監(jiān)控的同時，可以使控制器根據(jù)測定的溫度調(diào)節(jié)加熱器的溫度。

本發(fā)明通過在機床上安裝工具顯微鏡，對刀具的磨損進行觀察，記錄，解決了頻繁取下刀片進行刀具磨損量的測量，帶來的再次裝夾時的刀具定位問題。

本發(fā)明還通過夾具上加工有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道實現(xiàn)對夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過高，對力傳感器造成損傷。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1工件與夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2溫度控制單元硬件原理圖；

圖3加熱輔助銑削裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1機床工作臺，2放大器，3采集卡，4導(dǎo)線，5力傳感器，6導(dǎo)線，7溫度控制儀，8夾具，9溫度傳感器，10工件，11銑刀，12加熱器，13水循環(huán)通道，14工具顯微鏡，15導(dǎo)線，16計算機，17陶瓷板，18水管，19水泵，20螺釘。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

下面將結(jié)合附圖1-3對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖3所示：一種可測量切削力和在位檢測銑刀磨損狀態(tài)的加熱輔助銑削裝置，包括裝夾單元、測力單元和刀具磨損檢測單元；

如圖1所示，所述的裝夾單元包括夾具8，所述的夾具用于夾持工件10，在所述的工件10上加工有用于安裝加熱器的孔，加熱器12安裝在該孔內(nèi)與溫度控制儀7相連；在工件的內(nèi)部還安裝有溫度傳感器9，所述的溫度傳感器9也與溫度控制儀7相連；在所述的夾具上設(shè)置有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道13；水循環(huán)通道13通過水管18與水泵19相連；

具體的，溫度控制單元的硬件原理圖如圖2所示，選用單片機作為控制器，溫度傳感器將檢測到的溫度信號經(jīng)變送器后輸入到單片機內(nèi)，溫度信號經(jīng)過分析處理后一方面輸出到顯示屏顯示當(dāng)前溫度，一方面輸出控制信號，實現(xiàn)對加熱器溫度及功率的控制。

測力單元包括力傳感器5，所述的夾具固定在力傳感器5的工作表面；力傳感器5采集切削力的信號，并依次經(jīng)過放大器和采集卡將切削力信號轉(zhuǎn)化輸出

所述的刀具磨損檢測單元包括固定在機床上的工具顯微鏡14，通過顯微鏡觀測刀具的磨損情況，使用計算機16記錄刀具不同時刻的磨損形貌。

所述的工件與夾具之間設(shè)置有陶瓷板17進行隔熱。

具體包括如下步驟：

首先將力傳感器5裝夾在機床工作臺1上，然后將夾具8固定在力傳感器5的工作表面，最后將用于隔熱的陶瓷板17和待加工的工件10裝夾到夾具8上實現(xiàn)工件的定位和夾緊。

在給工件10進行加熱之前，打開水泵19使循環(huán)水通過水管18和夾具上預(yù)留的水循環(huán)通道13實現(xiàn)對夾具的冷卻，以防止夾具8與力傳感器5接觸區(qū)域的溫度過高，對力傳感器5造成損傷。打開水循環(huán)系統(tǒng)后，通過溫度控制儀7設(shè)定要給工件加熱的溫度，然后加熱器12開始工作對工件10進行加熱，在加熱過程中插入到工件內(nèi)部的溫度傳感器9將會將測得的工件的溫度信號傳遞到溫度控制儀7，溫度控制儀上會顯示工件的實時溫度，當(dāng)工件的溫度達到設(shè)定值后，加熱器停止工作，當(dāng)工件溫度時，加熱器開始工作，使工件溫度維持在設(shè)定溫度附件。當(dāng)工件溫度達到設(shè)定溫度后，維持30min使其溫度波動為+/-10℃以內(nèi)時，開始使用銑刀11(可使用整體立銑刀或盤銑刀)對工件進行銑削加工。

銑削加工過程中，通過力傳感器5采集切削力的信號，并依次經(jīng)過放大器2和采集卡3將切削力信號轉(zhuǎn)化輸出。銑削加工一定量后，將銑刀移動到固定在機床上的工具顯微鏡14處，通過顯微鏡觀測刀具的磨損情況，使用計算機16記錄刀具不同時刻的磨損形貌。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過在工件上加工孔，然后將加熱器安裝在孔內(nèi)，對工件進行加熱，使得熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度均勻；且在切削過程中，切削速度、切深和進給不再受到熱源的影響，降低了成本；同時本發(fā)明通過溫度傳感器檢測工件的問題，實現(xiàn)了對溫度的實時監(jiān)控的同時，可以使控制器根據(jù)測定的溫度調(diào)節(jié)加熱器的溫度。

本發(fā)明通過在機床上安裝工具顯微鏡，對刀具的磨損進行觀察，記錄，解決了頻繁取下刀片進行刀具磨損量的測量，帶來的再次裝夾時的刀具定位問題。

本發(fā)明還通過夾具上加工有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道實現(xiàn)對夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過高，對力傳感器造成損傷。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。