[发明专利]一种基于光纤传感的碳纤维复合材料钻削温度监测装置

说明书

本发明公开了一种基于光纤传感的碳纤维复合材料钻削温度监测装置，包括旋转动力机构、进给机构、钻具以及光纤传感器，旋转动力机构包括转动输出轴以及光纤滑环，光纤滑环包括转子端和定子端，所述转子端设置有转子引导光纤，所述定子端设置有定子引导光纤，转动输出轴的第一端与转子端固定连接，转动输出轴的第二端与钻具连接，钻具包括钻具头，钻具头设置有刀具内冷却孔，光纤传感器的一端设置在刀具内冷却孔内，光纤传感器的另一端与转子引导光纤连接，定子引导光纤连接至解调仪，解调仪与控制监测站通讯连接。本温度监测装置可实时获取钻削温度且灵敏度高的测量装置，对碳纤维复合材料瞬态钻削温度的研究和试验有积极作用。

技术领域

本发明涉及复合材料机械加工监测技术领域，特别涉及一种基于光纤传感的碳纤维复合材料钻削温度监测装置。

背景技术

随着制造业的快速发展，人们对工业产品的性能提出了更高的要求，而工业产品的性能很大程度上取决于材料和加工工艺。碳纤维复合材料是一种新型的复合材料，由碳纤维和环氧树脂复合而成，具有碳纤维和树脂的良好特性。例如轻质高强、耐高温、耐腐蚀等优点，广泛的用于航空航天、交通运输、风电叶片、体育以及民用制品。碳纤维复合材料作为一种复合材料，一般都需要进行二次加工，比如车、铣、钻等加工方法进行加工；碳纤维复合材料不能像钢材一样进行焊接，所以碳纤维复合材料零部件之间的连接方式只能采用铆接或螺栓连接，因此钻孔是碳纤维复合材料的主要切削加工方法。虽然碳纤维复合材料具有碳纤维和树脂两者的优点，但同时也具有两者的不足，正是因为如此碳纤维复合材料是比较难加工的。在碳纤维复合材料中，碳纤维作为增强体，树脂作为基体，而树脂对温度较为敏感，当加工温度过高时，树脂基体会出现软化、老化和化学降解；除温度过高会出现材料力学性能改变，在加工中还会出现碳纤维复合材料出现分层、纤维撕裂、纤维拔出、产生毛刺等问题。

对于碳纤维复合材料的钻削温度一般都采用热电偶进行监测，而热电偶的布置方式一般有如下几种。第一种是放置在碳纤维复合材料工件表面，该方式操作简便，但是热电偶暴露于外界环境中，所测的温度易受外界温度的影响，使得测试结果可靠性降低，且只能测得碳纤维复合材料钻削时的表层或一定深度的温度，当碳纤维复合材料工件较厚时，测量结果不可靠。第二种是把热电偶放置在钻头的刀柄上，并随刀具同步转动，所测得的温度信号使用无线传输装置输送，该种方式可避免因刀具旋转而拧断热电偶，它所测得的温度是刀柄上的，而刀柄上的温度需要经历一个热传递的过程，其灵敏度不高，若碳纤维复合材料工件较薄时，所测的温度不可靠，不具备参考意义。因此，若能发明一种实时获取钻削温度且灵敏度高的测量装置，对碳纤维复合材料瞬态钻削温度的研究和试验有积极作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤传感的碳纤维复合材料钻削温度监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种基于光纤传感的碳纤维复合材料钻削温度监测装置，包括旋转动力机构、进给机构、钻具以及光纤传感器，所述旋转动力机构包括转动输出轴以及光纤滑环，所述光纤滑环包括转子端和定子端，所述转子端设置有转子引导光纤，所述定子端设置有定子引导光纤，所述转动输出轴的第一端与转子端固定连接，所述转动输出轴的第二端与钻具连接，所述钻具包括钻具头，所述钻具头设置有刀具内冷却孔，所述光纤传感器的一端设置在所述刀具内冷却孔内，所述光纤传感器的另一端与所述转子引导光纤连接，所述定子引导光纤连接至解调仪，所述解调仪与控制监测站通讯连接。

作为上述方案的改进，还包括进给机构，所述进给机构上设置有夹具，所述进给机构带动所述夹具朝向或远离所述钻具移动。

作为上述方案的改进，所述进给机构包括第一电机、丝杠、丝杠螺母以及滑块，所述第一电机与丝杠同轴连接，所述丝杠螺母套装在所述丝杠上，所述滑块固定安装在所述丝杠螺母上，所述夹具与所述滑块固定连接。

作为上述方案的改进，还包括滑轨，所述滑块套装于所述滑轨上。