[发明专利]一种可替代铣削刀具测温的装置及方法

说明书

本发明涉及铣削加工领域，尤其是一种可替代铣削刀具测温的装置及方法。该装置考虑了对流换热系数对刀具温度的影响，可以通过测试断续车削刀具的温度来准确预测高速铣削加工刀具的温度。本装置包括车削刀具、无极调速风机、断续车削工件、风速仪、红外热成像仪。在立式加工中心的工作台上装夹车削刀具的刀杆；把工件连接并安装于加工中心的主轴上，随主轴转动，工件加工成盘式凸起式，用来模拟断续加工；在刀具旁边，安装两个无极调速风机，利用风速仪测试风速，使风速与铣削加工时刀具的线切削速度一致；利用红外热成像仪测试断续车削刀具的温度，进而可以更准确的预测铣削刀具的温度。按照实施例参数附表的切削参数进行测温实验。

技术领域

本发明涉及铣削加工领域，尤其是一种可替代铣削刀具测温的装置及方法。

背景技术

铣削加工过程中刀具承受周期性机械载荷与热载荷，而热载荷引起的刀具切削温度升高将会影响刀具磨损及刀具寿命，因此铣削加工过程中刀具切削温度的研究有利于加深对铣削机理的认识，优化铣削加工工艺，提高刀具寿命。但是，在铣削加工中，由于刀具不停的旋转，对铣削刀具进行准确测温仍是一大难点，目前主要有红外测温和加强光CCD等非接触式技术，但这些技术仅能从宏观上描述温度场的分布，测量误差较大，热电偶测温技术也比较常用，但是结构复杂、稳定性差。能准确、方便地实现铣削温度的测量一直是刀具研究领域的一项急待解决的基础问题。

目前，对于车削刀具的测温手段很多，比如红外测温、热电偶测温等，与铣削刀具测温相比，车削刀具固定不动，测温方式更简单，也更准确，所以目前较多学者采用断续车削刀具测温替代铣削刀具测温，但发明人发现铣削过程与断续车削过程有一个不同之处，即刀具与空气对流换热系数存在差异，铣削过程中，随着主轴转速的升高，刀具面与环境空气之间的对流换热系数增大，增强非切削时间内的热量耗散效果，热对流成为高速铣削不可忽略的因素，因此高速断续车削测温替代铣削刀具测温，必须重视对流换热系数对刀具温度的影响，断续车削测温与铣削测温的环境等同，才能获得与实际铣削加工更符合的结果，但是目前缺少这方面的装置与方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种新的可替代铣削刀具测温的装置及方法，即考虑对流换热系数的断续车削替代高速铣削，从而可以准确预测高速铣削刀具的温度，进而获得与实际铣削加工更符合的结果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提出了一种可替代铣削刀具测温的装置，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；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。

第二方面，本发明基于上述可替代铣削刀具测温的装置，还提出了一种可替代铣削刀具测温方法，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；

(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；