一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，包括铣刀测温装置和工件测温装置。铣刀测温装置包括人工热电偶、具有存储功能的刀杆测温模块、测温模块支架，铣刀刀柄处设有多个测温点，刀柄处测量的温度可存储在刀杆测温模块中；工件测温采用多个人工热电偶，热电偶的热节点采用树脂固定在测温点处，热电偶的另一端与温度调理模块的输入端相连，调理模块的输出端连接数据采集卡，数据采集卡与计算机相连；铣削过程中，工件热电偶实时采集工件温度，当刀具切到热电偶节点时，可实时采集到切削刃口的瞬时温度；铣削结束后，可将刀杆测温模块存储的温度导入计算机。此种测温方法可同时测得铣削过程铣刀刀柄、切削刃及工件的温度。

A measuring system for simultaneous measurement of milling process and workpiece temperature in milling process

The invention discloses a measuring system for simultaneously measuring the temperature of a milling cutter and a workpiece in a milling process, which comprises a milling cutter temperature measuring device and a workpiece temperature measuring device. Milling temperature measuring device includes thermocouple, with storage function of the knife rod temperature measurement module, temperature measurement module bracket, the milling cutter at a plurality of temperature measuring points, measuring the temperature at the handle can be stored in the tool bar in the temperature measurement module; the workpiece temperature measurement using multiple artificial thermocouple, thermal node thermocouple with resin is fixed on the measuring point, the other one end of thermocouple and temperature conditioning module is connected with the input end of the output end is connected with the processing module, data acquisition card, data acquisition card is connected with the computer; in the milling process, the workpiece temperature real-time acquisition when cutting workpiece thermocouple, thermocouple node, can collect the instantaneous temperature of cutting edges; milling after the end of May the cutter bar is stored into the computer temperature measurement module. The temperature measuring method can measure the temperature of the milling cutter, the cutter handle, the cutting edge and the workpiece at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统
本专利技术涉及铣削温度测量试验中，一种铣削刀具及工件温度测量的新方法，属于机械加工

技术介绍
铣削加工已成为目前切削加工中最常用的加工方法。主要用来高效率的去除工件材料。随着制造技术的不断进步，铣削加工在航空、航天等结构件的加工中发挥着越来越重要的作用。铣削加工的效率和质量也直接关系到切削加工的效率和质量。铣削过程中的切削热直接影响刀具的使用寿命和加工工件表面的塑性变形程度，进而影响加工工件表面质量。铣削过程中切削刃与工件摩擦产生的切削热，对铣刀产生热疲劳冲击，使刀具加剧磨损甚至产生失效，从而影响加工表面的粗糙度、残余应力状态等。铣削加工过程铣刀处于高速旋转状态，而且产生热量的铣削刃部分空间有限，因此采用传统的方法很难同时测量铣削过程中铣削刃、刀柄以及工件表面的温度。目前对于铣削加工过程的温度监测，以工件温度测量为主，尚无法对铣削加工过程中刀具、工件、切削刃的温度进行实时测量。目前工件温度的测量一般采用热电偶法，即在工件中埋入热电偶的方法进行测量。常用的热电偶法有两种：一种是人工热电偶法，在工件上距离切削刃一定距离的位置埋入热电偶来获取某点的瞬时温度；另一种是半人工热电偶法，利用工件材料作为热电偶中的一极，与埋入工件的另一极热电偶材料组成热电偶对，当刀具切到热电偶时可测量切削刃上某一点的瞬时温度。人工热电偶法的优点是采用标准热电偶，可以直接测量热电偶热节点(两种不同材质的热电偶线的连接点)处的瞬时温度，热电偶无需标定；采用半人工热电偶的优点是当刀具切到热电偶时，可以测量到切削刃接触点的瞬时温度，但半人工热电偶法一般要采用夹丝法，即将工件分成两部分加持热电偶丝，这会破坏工件的完整性、影响工件的热传导和温度测量精度。两种方法目前无法有效的对铣削加工过程中刀具切削刃、刀柄和工件的温度进行同步测量。针对铣削加工过程，采用半人工热电偶的夹丝法可测量刀具切削刃上的切削温度，但由于工件是分离的，很难准确获得切削过程中工件中的温度；若采用红外热成像仪、光纤红外测温法从切出一侧测量切削温度，则很难准确获得切削刃口处的温度值。申请号为CN201310072128.4的专利技术利申请文件公开了一种用于高速钻削加工的切削温度测量装置，该测温装置可以测量钻削过程钻尖处的温度。但该装置无法测量铣削过程中铣削刃的温度，不适用于本专利技术所述的侧铣过程中铣削刃的瞬时温度的测量。此外，也无法实现加工过程工件温度的同步测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于人工、半人工热电偶测温原理的用于铣削加工过程刀具及工件温度检测装置及方法，采用两种测温系统，一种采用固定在旋转刀柄上的自供电测温模块，连接固定在铣刀上的标准热电偶，能够实现对铣刀刀柄上特定位置点进行温度测量；另一种采用供电的测温模块，连接工件上的人工热电偶对工件的温度及铣刀切削刃的温度进行测量。可实现铣削过程中铣刀、工件温度的同步测量。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，包括与铣刀柄连接的铣刀，利用该铣刀对工件进行铣削加工；该测量系统还包括铣刀测温装置、工件测温装置、温度调理模块、数据采集卡和计算机，所述计算机上安装有数据采集软件；所述铣刀测温装置包括通过刀杆测温模块支架安装在铣刀柄上的多个刀杆测温模块，所述铣刀的上部设有多个测温点，所述刀杆测温模块具有热电偶插头，所述热电偶插头与测温点之间均分别连接有刀杆测温热电偶；所述刀杆测温模块与所述计算机之间设有匹配的插接件；所述工件测温装置包括多个工件测温热电偶，所述工件测温热电偶的测温热节点设置在所述工件的端面上，所述工件测温热电偶的测温热节点的间距为铣削过程中铣刀径向进给量的整数倍，所述工件测温热电偶的测温热节点与工件的顶面距离为铣削过程中铣刀轴向切深的一半；所述工件测温热电偶的一端采用树脂固定在测温热节点处，所述工件测温热电偶的另一端与温度调理模块的输入端相连，所述温度调理模块采用24V直流电源供电，所述调理模块的输出端与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述计算机相连；铣削过程结束后，所述刀杆测温模块与所述计算机相连，将采集到的铣削过程铣刀的温度传输给计算机；铣削过程中，所述数据采集卡将采集到的铣削过程工件的温度实时传输给计算机；计算机接收铣削过程铣刀的温度和铣削过程工件的温度后，通过数据采集软件同时测得铣削过程铣刀及工件的温度。本专利技术同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，其中，所述刀杆测温模块支架的主体为圆筒状，在该主体上径向对称的设有四个用于安装刀杆测温模块的安装孔，所述刀杆测温模块与所述安装孔之间为过渡配合；每个安装孔内侧的顶部设有热电偶过线槽，所述主体上设有8个顶丝孔，8个顶丝孔按照径向上均布4个、且上下两圈布置，所述铣刀柄上设有与8个顶丝孔位置对应的顶丝平台，所述主体的顶部设有上盖板，所述主体的底部设有下盖板；所述铣刀柄上设有与热电偶过线槽位置对应、且与铣刀柄的轴孔贯通的热电偶穿线孔，所述刀杆测温热电偶自所述热电偶插头依次通过所述主体上的热电偶过线槽、所述铣刀柄上的热电偶穿线孔后固定于所述铣刀上部的测温点；每个顶丝孔旋入一个顶丝，成90°分布的上下两对的顶丝顶住顶丝平台，其他四个顶丝起平衡配重作用，从而将所述刀杆测温模块支架锁紧在所述铣刀柄上。安装在铣刀柄上的刀杆测温模块的个数为三个，所述铣刀上部设有三个测温点，三个热电偶插头与所述铣刀上部三个测温点之间连接有三个刀杆测温热电偶，三个刀杆测温热电偶与三个测温点之间的固定结构是：所述铣刀顶面上、与圆心不同的位置处加工两个直径均为1mm、深度分别为2mm和10mm的热电偶安装小孔，同时在铣刀的侧面、自铣刀顶面向下至20mm处加工出一个2mm深度的热电偶安装槽，将三个刀杆测温热电偶的一端分别各自插入两个热电偶安装孔和一个热电偶安装槽中、并与热电偶安装小孔或热电偶安装槽的底部接触，然后用树脂固定住。所述上盖板与所述主体之间、所述下盖板与所述主体之间分别通过锁紧螺钉连接。所述工件测温热电偶的测温热节点处设有直径≤1mm、深度为3～6mm的热电偶安装孔，所述工件测温热电偶的端部与所述热电偶安装孔的底部接触。本专利技术运行过程中，当刀具未切至热电偶节点时，工件热电偶测量的是工件测温点的温度；当刀具切到工件测温热电偶的热节点时，通过工件热电偶能够获得刀具切削刃的温度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用两套测温系统，采用刀具及工件中埋入热电偶的方法，实现了在铣削加工过程中对铣刀刀柄不同位置、铣削刃以及工件温度的同时测量。通过此种测温方法，可以准确获得铣削过程中锋利的切削刃刃口的温度、可以捕捉刀柄的温度，同时可以获得工件中距离切削刃不同相对位置点的温度。可以更全面的分析铣削过程切削热的传递、分布等特点。附图说明图1为本专利技术的测温系统及原理示意图；图2为本专利技术中刀柄测温装置的结构示意图；图3为本专利技术中刀柄测温模块支架结构示意图；图4为本专利技术中刀柄结构示意图；图5为本专利技术中铣刀上热电偶热测温点布局示意图。图中，1-铣刀柄，2-上盖板，3-热电偶插头，4-刀杆测温模块，5-测温点，6-锁紧螺母，7-铣刀，8-铣刀夹块，9-下盖板，10-测温模块支架，11-刀杆测温热电偶，12-锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，包括与铣刀柄(1)连接的铣刀(7)，利用该铣刀(7)对工件(14)进行铣削加工；其特征在于，该测量系统还包括铣刀测温装置、工件测温装置、温度调理模块、数据采集卡和计算机，所述计算机上安装有数据采集软件；所述铣刀测温装置包括通过刀杆测温模块支架(10)安装在铣刀柄(1)上的多个刀杆测温模块(4)，所述铣刀(7)的上部设有多个测温点(5)，所述刀杆测温模块(4)具有热电偶插头(3)，所述热电偶插头(3)与测温点(5)之间均分别连接有刀杆测温热电偶(11)；所述刀杆测温模块(4)与所述计算机之间设有匹配的插接件；所述工件测温装置包括多个工件测温热电偶(16)，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)设置在所述工件(14)的端面上，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)的间距为铣削过程中铣刀径向进给量的整数倍，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)与工件(14)的顶面距离为铣削过程中铣刀轴向切深的一半；所述工件测温热电偶(16)的一端采用树脂固定在测温热节点(17)处，所述工件测温热电偶(16)的另一端与温度调理模块的输入端相连，所述温度调理模块采用24V直流电源供电，所述调理模块的输出端与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述计算机相连；铣削过程结束后，所述刀杆测温模块(4)与所述计算机相连，将采集到的铣削过程铣刀的温度传输给计算机；铣削过程中，所述数据采集卡将采集到的铣削过程工件的温度实时传输给计算机；计算机接收铣削过程铣刀的温度和铣削过程工件的温度后，通过数据采集软件同时测得铣削过程铣刀及工件的温度。...

【技术特征摘要】
1.一种同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，包括与铣刀柄(1)连接的铣刀(7)，利用该铣刀(7)对工件(14)进行铣削加工；其特征在于，该测量系统还包括铣刀测温装置、工件测温装置、温度调理模块、数据采集卡和计算机，所述计算机上安装有数据采集软件；所述铣刀测温装置包括通过刀杆测温模块支架(10)安装在铣刀柄(1)上的多个刀杆测温模块(4)，所述铣刀(7)的上部设有多个测温点(5)，所述刀杆测温模块(4)具有热电偶插头(3)，所述热电偶插头(3)与测温点(5)之间均分别连接有刀杆测温热电偶(11)；所述刀杆测温模块(4)与所述计算机之间设有匹配的插接件；所述工件测温装置包括多个工件测温热电偶(16)，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)设置在所述工件(14)的端面上，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)的间距为铣削过程中铣刀径向进给量的整数倍，所述工件测温热电偶(16)的测温热节点(17)与工件(14)的顶面距离为铣削过程中铣刀轴向切深的一半；所述工件测温热电偶(16)的一端采用树脂固定在测温热节点(17)处，所述工件测温热电偶(16)的另一端与温度调理模块的输入端相连，所述温度调理模块采用24V直流电源供电，所述调理模块的输出端与所述数据采集卡相连，所述数据采集卡与所述计算机相连；铣削过程结束后，所述刀杆测温模块(4)与所述计算机相连，将采集到的铣削过程铣刀的温度传输给计算机；铣削过程中，所述数据采集卡将采集到的铣削过程工件的温度实时传输给计算机；计算机接收铣削过程铣刀的温度和铣削过程工件的温度后，通过数据采集软件同时测得铣削过程铣刀及工件的温度。2.根据权利要求1所述同时测量铣削过程铣刀及工件温度的测量系统，其特征在于，所述刀杆测温模块支架(10)的主体为圆筒状，在该主体上径向对称的设有四个用于安装刀杆测温模块(4)的安装孔(20)，所述刀杆测温模块(4)与所述安装孔(20)之间为过渡配合；每个安装孔(20)内侧的顶部设有热电偶过线槽(22)，所述主体上设有8个顶丝孔(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光，杨新鹏，任成祖，靳新民，邹云鹤，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12