[发明专利]一种车削过程工件温度和尺寸变化在线测量装置

说明书

本发明公开了一种车削过程工件温度和尺寸变化在线测量装置。所述在线测量装置包括底座和支杆；所述支杆上安装有垂向支杆，该垂向支杆上安装有横向丝杠机构，所述横向丝杠机构上装有垂向丝杠机构；垂向移动板上装有安装支架；所述安装支架上连接有导电滑环固定架和辅助支架，该导电滑环固定架上装有导电滑环，该辅助支架端部设有探头固定架；在导电滑环一侧设有卡盘，在工件安装区域一侧设有刀架和车刀；所述工件的表面和内部均安装有温度传感器，所述车刀的侧面安装有温度传感器，热电偶温度采集器通过转换器连接至上位机，工件径向上方安装有位移传感器，位移传感器连接至位移测距仪，位移测距仪通过传输线与上位机连接。

技术领域

本发明属于工件切削状态监测领域，具体涉及一种车削过程工件温度和尺寸变化在线测量装置。

背景技术

铝合金因材质密度小，加工性好被广泛应用在航天领域。随着制造技术的发展，车削加工在航空、航天领域等精密结构件的加工中发挥着越来越重要的作用。车削过程中，切削热进入工件使其温度升高，工件受热膨胀，尺寸发生非相似性变形，影响加工表面形态、质量和工件尺寸合格率。同时切削热影响刀具的寿命。车削加工过程中，工件和主轴运转，刀具后刀面与已加工表面接触面积有限，可视化范围有限，使用非接触式测温方式难以获得准确的工件表面温度场分布和刀具刀尖的温度。工件旋转过程中，使用传统接触式测量难以获得车削过程中的尺寸变化。

常用的工件切削温度测量方法有夹丝热电偶法、人工热电偶法、红外成像法。中国发明专利申请号CN202010186211.4公开了一种用于车铣加工准确测量切削温度的装置，该装置可以测量工件测温试样的切削温度，但装置无法测量刀具刀尖温度，而且需要对热电偶进行标定。常用的尺寸测量方法为对表件测量和三坐标测量，但监测切削过程的切削温度，以及说明切削温度对尺寸变化影响的相关文献未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于人工热电偶测温原理的用于车削精加工过程工件温度场和刀尖温度的检测方式及装置，以及工件尺寸变化的测量方法。本发明结合一套多通道测温系统和位移测量装置，可以同时测量工件表面温度、内部径向温度、刀具刀尖温度和工件尺寸变化量。在本发明中，刀具刀尖温度视为工件切削时刻最高温度，工件表面温度、径向温度和刀尖温度构成工件二维温度场，采用实验和仿真相结合的方式，研究车削过程中工件温度场影响工件尺寸的规律，在实际加工中，优化切削参数，改变工件温度场，提高工件加工尺寸合格率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种车削过程工件温度和尺寸变化在线测量装置，包括底座和横向布置的支杆；其特征在于，所述支杆上安装有竖向设置的垂向支杆，该垂向支杆通过第二支承安装有横向丝杠机构，所述横向丝杠机构上装有垂向丝杠机构；所述横向丝杠机构由驱动装置驱动并带动垂向丝杠机构左右移动。

所述垂向丝杠机构通过连接板与垂向移动板相连，该垂向移动板上装有安装支架，所述垂向丝杠机构由驱动装置驱动并带动安装支架上下移动；

所述安装支架上连接有导电滑环固定架和辅助支架，该导电滑环固定架上装有导电滑环，该辅助支架端部设有探头固定架；

在导电滑环的轴向延伸线上设有固定工件的卡盘，在工件安装区域一侧设有刀架和装在刀架上的车刀；

所述工件的表面和内部均安装有通过导电滑环与热电偶温度采集器连接的温度传感器，所述车刀的侧面安装有与热电偶温度采集器连接的温度传感器，热电偶温度采集器通过转换器连接至上位机，工件径向上方安装有位移传感器，位移传感器连接至位移测距仪，位移测距仪通过传输线与上位机连接。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：