[发明专利]一种碳纤维复合材料超声振动磨削温度场监测系统及方法

说明书

本发明提供一种碳纤维复合材料超声振动磨削温度场监测系统，它包括加工工件和参考工件，一个加工工件和一个参考工件粘接构成一组工件，参考工件与加工工件粘接的一侧设有缺槽；每组工件中的加工工件包含1或2条安装孔，所有组工件组合后包含所有环绕式多层监测点；每个安装孔内均固定有带测温光栅和测振光栅的光纤，光纤延伸至加工工件外部通过光纤耦合器与脉冲光源和解调与数据处理系统连接，通过时分复用技术获取测温光栅和测振光栅的数据。本发明通过在加工表面附近设置环绕式多层监测点，更加有效捕捉加工表面温度分布情况、及温度在水平和竖直方向的分布规律，全面实现加工过程温度场监测。

技术领域

本发明涉及超声振动磨削加工技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料超声振动磨削温度场监测系统及方法。

背景技术

碳纤维复合材料具有高比强度，高比模量、抗磁、绝缘等优良特性，被广泛用于航空航天、交通、机械等工业领域，但其硬度高、强度大、各向异性突出等特点使得传统加工方法已经无法满足其加工需求。超声振动磨削技术可以高效、高质、高精的完成碳纤维复合材料的加工，成为解决这一难题的有效途径之一。但碳纤维复合材料导热性能差，加工过程中产生的热量不易扩散，且基体树脂材料不耐热，故其更易受到过高磨削温度的影响。因此，在超声振动磨削过程中，对工件温度场进行有效全面的监测十分有必要，这也是探究工艺参数对磨削温度场影响规律的基础。

工业上常用的测温方法可分为接触式和非接触式两类。接触式方法常采用热电偶和光纤光栅传感器；非接触式方法常使用热成像仪和红外测温仪。热电偶在磨削温度监测中较为常见，也是唯一能进入磨削区域的测量工具，一般是在工件上刻槽或打孔，在其中夹入或埋入热电偶丝材，但这种方法对工件结构改变较大，对温度场的原始分布有较大影响，且热电偶测温损耗大、可靠性低；热成像仪和红外测温仪价格昂贵，使用成本高，抗干扰能力差，一般仅能测量加工表面的温度，无法探测工件内部温度场分布。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种碳纤维复合材料超声振动磨削温度场监测系统及方法，能够低成本、全面实现加工过程温度场的监测。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种碳纤维复合材料超声振动磨削温度场监测系统，它包括碳纤维复合材料制成的加工工件，加工工件包括水平加工表面和竖直加工表面，其特征在于：它还包括与加工工件材料相同的参考工件，一个加工工件和一个参考工件粘接构成一组工件，参考工件与加工工件粘接的一侧设有缺槽；每组工件中的加工工件包含1或2条安装孔，且不同组的工件中，安装孔的位置不同，使得所有组工件组合后包含以下所有第一至第四安装孔：

在加工工件贴近水平加工表面处，沿进给方向设有第一安装孔，第一安装孔的顶面与水平加工表面重合；第一安装孔按从左到右的顺序分别位于加工刀具直径的0、1/4、1/2、5/8、3/4、7/8、1的位置；

在加工工件贴近竖直加工表面处，沿进给方向设有第二安装孔，第二安装孔的一个侧面与竖直加工表面重合；第二安装孔设置在竖直加工表面的底部和中部；

选取第一安装孔，沿竖直方向平行设有第三安装孔；

选取第二安装孔，沿水平方向平行设有第四安装孔；

参考工件上设有与加工工件位置、数量均相同的安装孔；

每个安装孔内均固定有光纤，光纤上设有测温光栅和测振光栅；加工工件与参考工件相同位置的安装孔中的光纤通过延时光纤连接，所有延时光纤设置在所述的缺槽中；

所有光纤延伸至加工工件外部通过光纤耦合器与脉冲光源和解调与数据处理系统连接，通过时分复用技术获取测温光栅和测振光栅的数据。

按上述系统，对称的竖直加工表面只在一侧设置安装孔。

按上述系统，所述的加工工件和参考工件使用预浸料模压成型工艺制作而成，并预留所述的安装孔。