[发明专利]一种可替代铣削刀具测温的装置及方法

权利要求书

1.一种可替代铣削刀具测温的装置，其特征在于，该装置包括车削刀具、风速仪、红外热成像仪、断续车削工件和两台无级调速风机；所述的断续车削工件安装在加工中心的主轴上，可随着主轴转动；所述的车削刀具装夹在断续车削工件一侧，用于对断续车削工件进行车削，断续车削工件整体为一个盘状结构，沿盘状结构圆周方向，在其外侧面间隔的设置有凸起部，刀具用于车削凸起部；在靠近车削刀具的前、后两侧各安装一台无级调速风机，两台无级调速风机风速一致，通过无级调速风机准确、实时调节断续车削刀具刀尖的风速，使断续车削刀具与周围空气的对流换热系数和铣削刀具与周围空气的对流换热系数一致；所述的风速仪用于测试无级调速风机的风速；所述的红外热成像仪用于测试断续车削刀具的温度。

2.如权利要求1所述的一种可替代铣削刀具测温的装置，其特征在于，所述的红外热成像仪用三脚架固定在适当位置，对准切削区域并记录整个切削过程，并安装防护镜头。

3.如权利要求1所述的一种可替代铣削刀具测温的装置，其特征在于，在进行切削加工前，风速仪放置在车削刀具刀尖前侧和后侧分别测试风机的风速。

4.如权利要求1所述的一种可替代铣削刀具测温的装置，其特征在于，在风机的出风口位置设有一个保护罩，所述保护罩设有若干小孔，用于出风。

5.一种可替代铣削刀具测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在立式加工中心主轴一侧的工作台上装夹车削刀具；

(2)把断续车削工件连接并安装于加工中心的主轴上，断续车削工件整体为一个盘状结构，沿盘状结构圆周方向，在其外侧面间隔的设置有凸起部，刀具用于车削凸起部；

(3)在靠近车削刀具前侧、后侧，各安装一台无级调速风机；

(4)在进行切削加工前，计算出对应于铣削刀具与空气的对流换热系数的车削刀具刀尖风速，控制两个无级调速风机的风速，使车削刀具刀尖两侧实际的风速与计算的车削刀具刀尖风速相等；

(5)把风速仪放置在车削刀具刀尖前侧和后侧分别测试风机的风速，如果测试的风速与计算值相等，则取下风速仪，进入下一步，如果不相等，则重新调整无级调速风机的风速，直到测试的风速与计算值相等

(6)红外热成像仪用三脚架固定在适当位置，对准切削区域并记录整个切削过程，确保红外热成像仪可更加准确的测量刀具的温度；

(7)开始切削加工时，车削刀具在工作台上自右向左进给运动，安装在主轴上的断续车削工件正转，红外热成像仪实时测量刀具的温度。

6.如权利要求5所述的可替代铣削刀具测温方法，其特征在于，在风机的出风口位置外侧加了一层保护罩，保护罩上设有若干小孔，用于出风。

7.如权利要求5所述的可替代铣削刀具测温方法，其特征在于，所述的红外热成像仪上安装防护镜头。

8.如权利要求5所述的可替代铣削刀具测温方法，其特征在于，车削刀具刀尖风速的确定方法如下：

通过式(1-1)确定对流换热系数h；

其中，k_air是空气热导率，根据丘吉尔和伯恩斯坦方程得到的平均努塞尔数如式(1-2)所示；

Pr为普朗特数，Re为雷诺数，分别定义如式(1-3)和式(1-4)；

Re＝VD/v_air (1-4)

在铣削加工中，将铣削中的热对流看作空气流经圆柱体的过程，其中V为切削速度，D为刀盘直径，α_air为空气热扩散率，v_air为空气粘度，通过式(1-1)～(1-4)确定铣削加工时对流换热系数；

在断续车削加工中，将车削中的热对流看作空气流经整个车刀的过程，其中V为刀具刀尖处风速，D为车刀柄宽度，α_air为空气热扩散率，v_air为空气粘度,通过式(1-1)～(1-4)确定对流换热系数；

使铣削刀具与空气的对流换热系数和断续车削刀具与空气的对流换热系数相等，进而求出相对应的断续车削刀具刀尖的风速，通过无级调速风机准确、实时调节断续车削刀具刀尖的风速。