[发明专利]利用高温红外热成像实现工件优化加工的装置

说明书

本发明公开一种利用高温红外热成像实现工件优化加工的装置，属于数字孪生技术应用领域，其包括数控机床系统、高温红外热像仪系统、存储器系统、热分析系统、处理器及控制器系统，高温红外热像仪系统与机床系统相邻，以能采集获得机床系统中加工区域温度，数控系统用作机加工的场所，存储器系统同时与热分析系统和处理器及控制器系统相连，热分析系统用于获取理想的加工工况温度并将该理想的加工工况温度存储在存储器系统中，处理器及控制器系统用于获得数控机床系统的控制参数，并对数控系统实施加工控制，以实现加工过程中工艺参数优化和加工能耗的优化控制。本发明装置能够实现加工工件过程中的实时能耗预测及后续同类工件的工艺优化。

技术领域

本发明属于绿色制造中的数字孪生技术应用领域，更具体地，涉及一种利用高温红外热像仪实现工件优化加工的装置。

背景技术

当前制造业的能耗一直是能源消耗的主要方面，机加工系统的能耗在能耗方面一直居于主导地位。随着环境问题的越发突出，降低能源消耗是所有制造业的重要任务。降低能耗的首要方面就是对能耗进行实时的监测和采集，对能耗数据进行评估后才能制定具体的降低能耗策略。

数控机床加工过程中，不同的工件材料在不同的加工工艺(包括刀具选择、切削、进给速度等)下加工区域(即刀具与加工工件接触区域)位置处的温度大不相同，而不同的接触点温度则对刀具和能耗有着不同的影响，加工速度快，则能耗相对较低，但是加工速度过快时，容易对刀具产生更大损伤，导致刀具过快报废，从而增加更换刀具和设备维护费用，并增加了生产能耗。

如何选择加工速度是绿色制造中的一个关键问题，如何在保证刀具磨损最小化的前提下尽可能大的提升加工速度并降低工件加工能耗、并实现工件优化加工，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种利用高温红外热成像实现工件优化加工的装置，采用高温红外热像仪采集加工区域的实际加工温度，根据该实际加工温度调整机床加工的参数，能够实现加工工件过程中的实时能耗预测及后续同类工件的工艺优化。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用高温红外热成像实现工件优化加工的装置，其包括数控机床系统、高温红外热像仪系统、存储器系统、热分析系统、处理器及控制器系统，其中，高温红外热像仪系统与机床系统相邻，以能采集获得机床系统中加工区域温度，数控系统用作机加工的场所，存储器系统同时与热分析系统和处理器及控制器系统相连，热分析系统用于获取理想的加工工况温度并将该理想的加工工况温度存储在存储器系统中，处理器及控制器系统用于根据高温红外热像仪系统获取的数据、热分析系统获取的数据处理获得数控机床系统的控制参数，并根据数控机床系统的控制参数和存储器系统中的相关参数对数控系统实施加工控制，以实现加工过程中工艺参数优化和加工能耗的优化控制。

进一步的，数控机床系统包括数控机床、转轴夹具、能用于安装高温红外热像仪的机架、能够被处理器及控制器系统控制而自动调节的刀具进给运动机构以及冷却单元，其中，转轴夹具被设置在数控机床上，转轴夹具用于夹持轴类零件旋转，刀具在刀具进给运动机构的推动下与加工工件接触，进行机加工，同时，能用于安装高温红外热像仪的机架设置在刀具附近，高温红外热像仪安装在高温红外热像仪机架上，用于对加工中的刀具进行红外摄影并测量实际温度，冷却单元设置在机加工刀具附近，并正对刀具，冷却单元喷洒冷却液，能降低加工位置处的温度。

进一步的，热分析系统包括工件三维结构图模块、工艺参数表模块、CAE热分析模块及刀具参数列表模块，工作时，通过CAE热分析模块对输入至工件三维结构图模块的工件三维结构图进行热分析、对输入至工艺参数表模块的工艺参数表和输入至刀具参数列表模块的刀具参数进行热分析，从而能获得理想的工况温度。