[发明专利]一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置及方法，该装置包括测温系统和测温系统固定装置，测温系统固定装置包括配合连接的左、右两个半环形固定块，两个半环形固定块套设于刀柄左、右两侧以与刀柄固定连接，测温系统主要由K型热电偶、数据采集模块、数据储存模块和电源模块组成，K型热电偶固定在刀片上，所述K型热电偶固定在刀片上，所述数据采集模块、数据储存模块和电源模块分别固定在两个半环形固定块上；该方法通过K型热电偶采集刀具切削区的热电势信号，通过数据采集模块将热电势信号转化为切削温度信号，然后将其存储在数据储存模块中，以实现高速铣削过程切削温度的连续测量。该装置及方法有利于准确、可靠地测量高速铣削过程的刀具温度。

技术领域

本发明属于金属切削技术领域，具体涉及一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置及方法。

背景技术

高速铣削作为重要的先进制造技术之一，是提高加工效率的有效手段，大幅降低零件的加工时间，具有广阔的应用前景。然而随着铣削速度的增加，导致切削区生成热增加，散热性变差。此时切削温度迅速上升，加剧刀具磨损，进而缩短刀具寿命，降低零件表面质量。在金属铣削过程中，切削温度是一个重要参数量，它决定了刀具寿命和零件表面质量。为提高刀具寿命和零件表面质量，切削温度的测量至关重要。

目前常用技术有自然热电偶、半人工热电偶、红外测温仪、红外成像仪和PVD薄膜方法等。自然热电偶和半人工热电偶都是接触式测温方法，这类测温方法布线复杂，仅适用于刀头进给方向移动的车削过程。红外测温仪和红外成像仪属于非接触式测温，红外测温设备的准确性与待加工工件的反射率和被测表面的距离有关；且由于前刀面上的切屑阻塞，无法直接测量刀具-切屑界面的温度。PVD薄膜方法，然而内置PVD的薄膜热电偶技术只能用于涂层工具且薄膜热电偶制造工序复杂、造价昂贵。

铣削过程中，机床主轴处于高速旋转的状态，传统测温方法布线复杂，测温数据传输困难，制造成本高等问题，造成高速铣削测温技术发展瓶颈，因此有必要研究一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置及方法，该装置及方法有利于准确、可靠地测量高速铣削过程的刀具温度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于高速铣削过程测量刀具温度的装置，包括测温系统和测温系统固定装置，所述测温系统固定装置包括配合连接的左、右两个半环形固定块，所述两个半环形固定块套设于刀柄左、右两侧以与刀柄固定连接，所述测温系统主要由K型热电偶、数据采集模块、数据储存模块和电源模块组成，所述K型热电偶固定在刀片上，所述数据采集模块、数据储存模块和电源模块分别固定在两个半环形固定块上。

进一步地，所述K型热电偶通过导热胶固定在硬质合金铣刀片的盲孔中。

进一步地，所述盲孔利用电火花打孔机加工，盲孔直径为1mm，距离前刀面和边缘分别为1mm和1.5mm。

进一步地，所述数据采集模块安装在其中一个半环形固定块外侧部，所述数据储存模块和电源模块安装在另一个半环形固定块外侧部的对称位置，所述两个半环形固定块上分别设有用于安装数据采集模块、数据储存模块和电源模块的安装槽。

进一步地，所述半环形固定块内侧中部设有锥形凸环，所述锥形凸环与刀柄外周部的锥形凹环配合，以实现测温系统固定装置及测温系统的轴向定位；所述半环形固定块内侧上端设有凸块，所述凸块与刀柄上的凹槽配合，以实现测温系统固定装置及测温系统的径向定位。

进一步地，所述数据采集模块由MAX31855温度采集模块和Arduino nano单片机开发板组成，以连续准确地将K型热电偶产生的热电势信号转化为切削温度信号。

进一步地，所述数据储存模块由Arduino SD卡模块和SD卡组成，以储存高速铣削过程数据采集模块采集的切削温度信号，实现切削温度的离线测量。