[发明专利]一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法和装置

说明书

本发明涉及切削领域，特别涉及一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法和装置。所述一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法，包括步骤：制备存放薄膜热电偶的沟槽；在待测刀具前刀面镀制二氧化硅绝缘薄膜和薄膜热电偶；切削温度无线测温系统与所述薄膜热电偶无线连接；通过所述切削温度无线测温系统采集待测刀具前刀面的切削温度。整个过程中，薄膜热电偶可实时测得刀具切削区域的瞬态温度变化，并将温度实时传送给切削温度无线测温系统，因所述切削温度无线测温系统与所述薄膜热电偶无线连接，无需进行有线布局，使得在实时获取刀具切削区域的瞬态温度变化的同时，还大大简化了布线连接。

技术领域

本发明涉及切削领域，特别涉及一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法和装置。

背景技术

切削加工技术在机械制造过程中有着广泛的应用。切削温度是一个重要的物理量，它直接关系到刀具的使用寿命及工件的表面质量等。方便快捷并实时在线地获得刀具切削区域温度，对于控制切削过程，实现智能化制造具有重要意义。

硬质合金刀具在切削过程中前刀面受到较高的热冲击、机械应力和热应力的同时作用，前刀面的温度呈动态变化。高负荷引发的高温和不均匀温度，特别是在刀具前刀面和后刀面上，是导致刀具严重磨损和粘结磨损以及塑性变形、断裂或疲劳的重要原因。切削温度对加工有着至关重要的影响，随着切削过程的不断进行，切削温度的升高会导致刀具磨损，缩短刀具寿命；引起工件、刀具和机床的热变形，降低加工精度。尽管深入了解刀-屑接触区的温度变化情况尤为重要，但目前尚无方法可准确获取刀具切削区域的瞬态温度变化。

发明内容

为此，需要提供一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法，用以解决无法准确获取刀具切削区域的瞬态温度变化的技术问题。具体技术方案如下：

一种基于嵌入薄膜热电偶刀具的无线测温方法，包括步骤：

制备存放薄膜热电偶的沟槽；

在待测刀具前刀面镀制二氧化硅绝缘薄膜和薄膜热电偶；

切削温度无线测温系统与所述薄膜热电偶无线连接；

通过所述切削温度无线测温系统采集待测刀具前刀面的切削温度。

进一步的，所述“制备存放薄膜热电偶的沟槽”，还包括步骤：

通过飞秒微加工在待测刀具前刀面近刀刃处加工两个预设宽带的微沟槽；

对所述微沟槽进行电解质-等离子抛光操作，得制备后的用于存放薄膜热电偶的沟槽。

进一步的，所述“在待测刀具前刀面镀制二氧化硅绝缘薄膜和薄膜热电偶”，还包括步骤：

采用等离子体增强化学沉积法在待测刀具前刀面镀制二氧化硅绝缘薄膜；

在待测刀具前刀面安装双层掩膜板；

采用磁控溅射法制备薄膜热电偶，并依照所述双层掩膜板将所述薄膜热电偶镀制在沟槽内。

进一步的，还包括步骤：建立结点温度修正模型，通过所述结点温度修正模型对采集到的待测刀具前刀面的切削温度进行修正。具体实施可如下：利用拉普拉斯变换、逆变换以及热力学第一定律，分析切削实验所获得前刀面结构参数，构建了硬质合金刀具前刀面温度理论模型；在薄膜热电偶热接点处镀制的保护薄膜具有一定的导热性，进行薄膜热电偶与K型热电偶标定对比试验，在试验标定数据的基础上，在考虑保护薄膜导热系数的条件下，建立保护薄膜热传导偏微分方程，采用格林函数法对保护薄膜复合介质热传导问题进行求解，建立薄膜热电偶误差修正函数。将热接点温度场理论数学模型与薄膜热电偶误差修正函数相结合，建立薄膜热电偶感知切削温度精度修正数学函数。为后续搭建无线数据采集系统(在本实施方式中，可具体表现为切削温度无线测温系统)上位机软件编译提供基础，提升切削温度采集数据精度。