一種用于多孔材料切削加工在線溫度采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于多孔材料切削加工在線溫度采集方法，屬于機(jī)床加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 銑削溫度在金屬銑削中一直是影響銑削效果的個(gè)一個(gè)重要的因素。在高速銑削發(fā) 展中，銑削溫度一直是個(gè)待解決的問題。所以如何才能實(shí)時(shí)測量和觀察高速銑削時(shí)產(chǎn)生的 銑削熱，并根據(jù)銑削溫度的變化調(diào)整銑削速度，達(dá)到最理想的銑削效果是非常重要的問題。
[0003] 在工程實(shí)際中，利用熱電偶測量溫度是常見的方法，目前國內(nèi)外常用的銑削溫度 測量的方法有人工電偶法和半人工電偶法。這兩種方法都存在著不足之處，人工/半人工 熱電偶法不能喝刀尖直接接觸，而在加工過程中刀尖的溫度呈梯度變化，所以與工件的溫 度有一定差異。較為常見的熱電偶測溫裝置都比較適合測量低速銑削時(shí)工件所產(chǎn)生的溫 度。
[0004] 由于實(shí)際測溫是會(huì)受到環(huán)境影響，所以要求測量工件的不同位置的溫度，以得到 較為全面的結(jié)果?，F(xiàn)在常用的溫度測量方法大多只能測量2個(gè)或4個(gè)溫度，不能滿足要求， 導(dǎo)致測量時(shí)會(huì)產(chǎn)生不便性，需要反復(fù)拆裝熱電偶，影響測量結(jié)果。
[0005] 隨著機(jī)床銑削速度的提高，甚至達(dá)到10萬轉(zhuǎn)/秒，而現(xiàn)在所用的測溫裝置大多適 用于低速銑削環(huán)境下工件的溫度，適用于銑削主軸轉(zhuǎn)速0-300000轉(zhuǎn)/分鐘的機(jī)床加工多孔 材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于多孔材料切削 加工在線溫度采集方法，通過對銑削溫度進(jìn)行溫度場建模，對測量溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測與 分析，及時(shí)反饋給用戶，調(diào)整刀具的銑削用量，改善銑削效果，提高銑削精度。
[0007] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種用于多孔材料切削加工在線溫度 采集方法，其裝置包括熱電偶、紅外熱像儀、溫度轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊，所述熱電偶利用夾 絲法安裝在刀具上，并用導(dǎo)熱絕緣膠固定，用絕緣墊使刀具底面與刀桿進(jìn)行絕緣處理，包括 以下步驟：
[0008] (1)利用安裝在刀具上的熱電偶測量銑削加工點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度變化；在工件的銑 削區(qū)域布置八個(gè)溫度測量點(diǎn)，利用紅外熱像儀實(shí)時(shí)采集溫度測量點(diǎn)的溫度，其中i = 1, 2. . . , 8 ； j = 1 ；
[0009] (2)根據(jù)公式
，計(jì)算熱源點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升的理論值，其
中，qs_熱源點(diǎn)強(qiáng)度；V-熱源移動(dòng)速度；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；P-導(dǎo)熱絕緣膠的密度； a_導(dǎo)熱絕緣膠的導(dǎo)熱系數(shù)； R為銑刀半徑，h為銑刀切削深 度；
[0010] (3)確定溫升公式 ·其中
Q(t)_切削加工點(diǎn)瞬時(shí)發(fā)熱量，Q(t) = CJ，(；= Cm，Cm-工件材料的熱容，T為熱源點(diǎn)的實(shí) 時(shí)溫升的理論值，C-工件材料的比熱容，m工件的質(zhì)量；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；p-導(dǎo)熱絕 緣膠的密度；a-導(dǎo)熱絕緣膠的導(dǎo)熱系數(shù)；τ -切削加工點(diǎn)發(fā)熱后的任意時(shí)刻；t-固定點(diǎn)的 溫度變化；(Xl，yi，Zl)為溫度測量點(diǎn)的坐標(biāo)，其中Xl， yi，Zl為工件坐標(biāo)系上的坐標(biāo)點(diǎn)；
[0011] ⑷將測量點(diǎn)的測量溫度tu(i = 1，2...，8)代入溫升公式中求解出Q(t)，利用 Q(t) = CJ，計(jì)算熱源點(diǎn)的溫度Tu(i = 1，2. . .，8)，并求平均值
?\為熱源點(diǎn)的 實(shí)際值，將熱源點(diǎn)的理論溫度和實(shí)際溫度進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度高于理論值，從而減小銑刀 的徑向切深，若實(shí)際溫度低于理論值，從而增加銑刀的徑向切深。
[0012] 作為優(yōu)選，所述步驟（1)中八個(gè)測溫點(diǎn)分布位置為銑削切入線上等距分布的三個(gè) 點(diǎn)和切出線上等距分布的三個(gè)點(diǎn)以及銑削中心線上等距分布的兩個(gè)點(diǎn)。
[0013] 有益效果：本發(fā)明的用于多孔材料銑削加工在線溫度采集方法，通過熱電偶和紅 外熱像儀測量多孔材料銑削加工溫度，及時(shí)反饋給用戶，從而對刀具的銑削狀態(tài)進(jìn)行分析， 及時(shí)調(diào)整刀具的銑削用量，優(yōu)化銑削加工的工藝參數(shù)；通過對不同坐標(biāo)的銑削溫度進(jìn)行測 量，進(jìn)行溫度場建模，形成溫度場測量，使得采集的實(shí)驗(yàn)溫度更加正確可靠，對刀具銑削溫 度的分析更加精確。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明中熱源的示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明中測量點(diǎn)的分布不意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明中測量點(diǎn)的空間分布示意圖；
[0018] 圖5為實(shí)施例中熱電偶測試結(jié)果示意圖；
[0019] 圖6為實(shí)施例中熱源點(diǎn)理論值和實(shí)際值曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明在機(jī)床上安裝硬質(zhì)合金刀具，熱電偶利用夾絲法安裝在刀具上并用導(dǎo)熱絕 緣膠固定，用紅外熱像儀測量安置在銑削區(qū)域的個(gè)固定測量點(diǎn)的銑削溫度變化，熱電偶用 導(dǎo)熱絕緣膠固定。將高速采集卡進(jìn)行硬件語言編程，分配引腳，將熱電偶連接到高速采集卡 上的Pl、Ρ2兩排引腳上，將溫度采集程序?qū)懭敫咚俨杉ㄖ?。紅外熱像儀測得刀具的銑削 溫度tji = 1，2. ..，8)，并將每個(gè)輻射單元的輻射能量轉(zhuǎn)換為電子視頻信號，通過對信號進(jìn) 行處理，以可見圖像的形式進(jìn)行顯示，同時(shí)將8個(gè)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度場建模。
[0021] -種用于多孔材料切削加工在線溫度采集方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0022] (1)利用安裝在刀具上的熱電偶測量銑削加工點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度變化；在工件的銑 削區(qū)域布置八個(gè)溫度測量點(diǎn)，利用紅外熱像儀實(shí)時(shí)采集溫度測量點(diǎn)的溫度，其中i = 1, 2. . . , 8 ； j = 1 ；
[0023] (2)根據(jù)公式
、計(jì)算熱源點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升的理論值， 其中，qs_熱源點(diǎn)強(qiáng)度；V-熱源移動(dòng)速度；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；P-導(dǎo)熱絕緣膠的密度； a_導(dǎo)熱絕緣膠的導(dǎo)熱系數(shù)：
，.R為銑刀半徑，h為銑刀切削深 度，如圖2所示；
[0024] (3)確定溫升公式
其中 Q(t)_切削加工點(diǎn)瞬時(shí)發(fā)熱量，Q(t) = CJ，（；= Cm，Cm-工件材料的熱容，C-工件材料的 比熱容，m工件的質(zhì)量；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；p-導(dǎo)熱絕緣膠的密度；a-導(dǎo)熱絕緣膠的導(dǎo) 熱系數(shù)；τ -切削加工點(diǎn)發(fā)熱后的任意時(shí)刻；t-固定點(diǎn)的溫度變化；(Xl，yi，Zl)為溫度測量 點(diǎn)的坐標(biāo)，其中Xi，yi，Zi為工件坐標(biāo)系上的坐標(biāo)點(diǎn)，如圖3所示；
[0025] (4)將測量點(diǎn)的測量溫度tu(i = 1，2···，8)代入溫升公式中求解出Q(t)，利用 Q(t) = CJ，計(jì)算熱源點(diǎn)的溫度Tu(i = 1，2. . .，8)，并求平均值
?\為熱源點(diǎn)的 實(shí)際值，將熱源點(diǎn)的理論溫度和實(shí)際溫度進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度高于理論值，從而減小銑刀 的徑向切深，若實(shí)際溫度低于理論值，從而增加銑刀的徑向切深。
[0026] 在本實(shí)施例中，八個(gè)溫度測量點(diǎn)分布如圖3和圖4所示，熱電偶測試熱源的測試結(jié) 果如圖5所示，圖6為熱源點(diǎn)理論值和實(shí)際值曲線，將理論值和實(shí)際測量得到的溫度值進(jìn)行 比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)際溫度略低于理論值，從而增大銑刀的軸向切深，改善銑削效果。通過對不同 坐標(biāo)的銑削溫度進(jìn)行測量，進(jìn)行溫度場建模，形成溫度場測量，使得采集的實(shí)驗(yàn)溫度更加正 確可靠，對刀具銑削溫度的分析更加精確。
[0027] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于多孔材料切削加工在線溫度采集方法，其裝置包括熱電偶、紅外熱像儀、溫 度轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊，所述熱電偶利用夾絲法安裝在刀具上，并用導(dǎo)熱絕緣膠固定，用絕 緣墊使刀具底面與刀桿進(jìn)行絕緣處理，其特征在于，包括以下步驟：(1) 利用安裝在刀具上的熱電偶測量銑削加工點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度變化；在工件的銑削區(qū)域 布置八個(gè)溫度測量點(diǎn)，利用紅外熱像儀實(shí)時(shí)采集溫度測量點(diǎn)的溫度b，其中i = 1，2. ..，8 ; j = 1 ； (2) 根據(jù)公式 計(jì)算熱源點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升的理論值，其中， qs_熱源點(diǎn)強(qiáng)度；V-熱源移動(dòng)速度；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；P-導(dǎo)熱絕緣膠的密度；a_導(dǎo)熱 絕緣膠的導(dǎo)熱系數(shù)；R為銑刀半徑，h為銑刀切削深度； ⑶確定溫升公式，其中Q(t)_切削 加工點(diǎn)瞬時(shí)發(fā)熱量，工件材料的熱容，T為熱源點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升的 理論值，C-工件材料的比熱容，m工件的質(zhì)量；c-導(dǎo)熱絕緣膠的比熱容；p-導(dǎo)熱絕緣膠的密 度；a-導(dǎo)熱絕緣膠的導(dǎo)熱系數(shù)；τ -切削加工點(diǎn)發(fā)熱后的任意時(shí)刻；t-固定點(diǎn)的溫度變化； (Xi，yi，zj為溫度測量點(diǎn)的坐標(biāo)，其中X;，y;，Zi為工件坐標(biāo)系上的坐標(biāo)點(diǎn)； (4)將測量點(diǎn)的測量溫度tu(i = 1，2...，8)代入溫升公式中求解出Q(t)，利用Q(t) =CJ，計(jì)算熱源點(diǎn)的溫度Tu (i = 1，2. . .，8)，并求平均值！\為熱源點(diǎn)的實(shí)際 值，將熱源點(diǎn)的理論溫度和實(shí)際溫度進(jìn)行比較，若實(shí)際溫度高于理論值，從而減小銑刀的徑 向切深，若實(shí)際溫度低于理論值，從而增加銑刀的徑向切深。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多孔材料銑削加工在線溫度采集方法，其特征在于：所 述步驟（1)中八個(gè)測溫點(diǎn)分布位置為銑削切入線上等距分布的三個(gè)點(diǎn)和切出線上等距分 布的三個(gè)點(diǎn)以及銑削中心線上等距分布的兩個(gè)點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多孔材料切削加工在線溫度采集方法，包括以下步驟：(1)利用熱電偶測量銑削加工點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度變化；在工件的銑削區(qū)域布置八個(gè)溫度測量點(diǎn)，利用紅外熱像儀實(shí)時(shí)采集溫度測量點(diǎn)的溫度；(2)計(jì)算熱源點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升的理論值；(3)計(jì)算溫度測量點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫升理論值；(4)根據(jù)溫度測量點(diǎn)的溫升公式的計(jì)算，得出測量點(diǎn)的理論溫度值；(5)根據(jù)理論計(jì)算的溫度測量點(diǎn)的溫度和實(shí)際熱電偶和紅外熱像儀采集測量點(diǎn)的溫度通過曲線的形式顯示在顯示模塊中。本發(fā)明通過對銑削溫度進(jìn)行溫度場建模，對測量溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測與分析，及時(shí)反饋給用戶，調(diào)整刀具的銑削用量，改善銑削效果，提高銑削精度。
【IPC分類】G01J5/00, G01K7/04, B23Q17/09
【公開號】CN105328511
【申請?zhí)枴緾N201510796784
【發(fā)明人】劉志強(qiáng), 錢興達(dá), 紀(jì)飛飛, 王國良, 柳鵬, 奚浩
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月18日