一种异质材料切削区域温度控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种异质材料切削区域温度控制装置，包括冷却装置，所述冷却装置设于机床上，所述冷却装置包括温度测量装置、降温喷嘴和控制器，所述温度测量装置和所述降温喷嘴连接所述控制器；所述温度测量装置固定在机床的切削刀具上，所述降温喷嘴用于对刀具、工件切削区和已加工区域进行降温，所述控制器用于接收所述温度测量装置测量的实时温度，并在所述实时温度高于设定温度阈值时，控制所述降温喷嘴对刀具、工件切削区和已加工区域进行降温。解决了现有技术中的切削区温度控制系统及方法仅针对单一材料，没有考虑多种材料共同加工时加工区域的温度梯度对加工性能的影响，难以应用到异质材料加工中的问题。

A temperature control device for heterogeneous material cutting area

The embodiment of the invention provides a temperature control device for cutting area of heterogeneous materials, including a cooling device, which is located on a machine tool. The cooling device includes a temperature measuring device, a cooling nozzle and a controller. The temperature measuring device and the cooling nozzle are connected with the controller. Fixed to a cutting tool of a machine tool, the cooling nozzle is used to cool the cutting tool, workpiece cutting area and processed area, and the controller is used to receive the real-time temperature measured by the temperature measuring device and to control the cooling nozzle to cut the tool and workpiece when the real-time temperature is higher than the set temperature threshold. Cooling area and processed area. It solves the problem that the cutting zone temperature control system and method in the prior art only aim at a single material without considering the influence of the temperature gradient of the machining area on the machining performance when a variety of materials are processed together.

【技术实现步骤摘要】
一种异质材料切削区域温度控制装置
本专利技术涉及机械加工控制
，更具体地，涉及一种异质材料切削区域温度控制装置。
技术介绍
基于现代材料复合的成型理论及方法，出现了将两种或多种异质材料进行复合，以获得兼具各个单一材料优点的高性能材料，如共固化材料和叠层材料等。另一方面，为提高机械结构的连接性能，现代机械加工领域常出现对异质材料机械连接结构同时加工、一次成型的需求，如航空航天领域大量的金属与树脂基复合材料叠层机械连接结构等。由于材料性能之间的差异，异质材料加工时会产生与单一材料加工不同的问题。不同材料切削时产生的切削热差异较大，且不同材料的耐热温度不同，因此异质材料加工时要尤其注意切削热对材料性能的影响。如金属树脂基复合材料叠层结构的加工，金属材料切削过程中，会产生大量的切削热，从而使切削区温度迅速升高，因此，在金属树脂叠层材料加工时，往往会导致界面处温度梯度显著易形成应力集中和加工缺陷，直接影响连接的可靠性，导致材料机械性能迅速下降，乃至连接失效。由此可见，切削温度控制对异质材料的加工具有重要意义。考虑到异质材料加工区域的特殊性，在加工时不仅需要直接进行冷却降低切削温度，来避免材料热加工缺陷的产生，还需要对加工区域进行精准温度梯度控制来降低由温度差引起的加工应力。目前的切削区温度控制系统及方法仅针对单一材料，没有考虑多种材料共同加工时加工区域的温度梯度对加工性能的影响，因此难以在异质材料的加工中得到有效应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种异质材料切削区域温度控制装置，解决了现有技术中的切削区温度控制系统及方法仅针对单一材料，没有考虑多种材料共同加工时加工区域的温度梯度对加工性能的影响，难以应用到异质材料加工中的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种异质材料切削区域温度控制装置，包括冷却装置，所述冷却装置设于机床上，所述冷却装置包括温度测量装置、降温喷嘴和控制器，所述温度测量装置和所述降温喷嘴连接所述控制器；所述温度测量装置固定在机床的切削刀具上，所述降温喷嘴用于对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温，所述控制器用于接收所述温度测量装置测量的实时温度，并在所述实时温度高于设定温度阈值时，控制所述降温喷嘴对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温。作为优选的，所述冷却装置为冷风冷却装置，所述冷风冷却装置包括依次连接的空气压缩机、保温管道，所述保温管道连接所述降温喷嘴。作为优选的，所述降温喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴、第二喷嘴设于靶距和喷射角度可调的机床随动机构上。作为优选的，所述第一喷嘴对准切削区，对切削区和刀具的切削刃进行冷却，所述第二喷嘴对准工件端面，对已切削区域进行冷却。作为优选的，所述冷风冷却装置还包括气体流量控制电动调节阀，气体流量控制电动调节阀连接有第一气体冷却器、第二气体冷却器，所述保温管道包括第一保温管道和第二保温管道，所述第一涡流管连接第一保温管道，所述第一保温管道连接第一喷嘴，所述第二涡流管连接第二保温管道，所述第二保温管道连接第二喷嘴，所述气体流量控制电动调节阀连接控制器。作为优选的，所述温度测量装置包括热电偶，所述热电偶通过电熔焊焊接在临近刀具刀尖位置区域。作为优选的，所述温度测量装置还包括下位机和上位机，所述下位机用于对热电偶测得的热电势信号进行处理，并将处理后的信号传输至上位机和控制器，所述上位机用于接收下位机传输的信号并进行存储和显示。作为优选的，所述下位机包括信号处理单元、CPU和无线发射器；所述信号处理单元包括信号放大器、滤波器和A/D转换器，信号处理单元对热电偶测得的热电势信号进行放大、滤波和A/D转换处理后由CPU将信号传输到无线发射器和控制器，无线发射器将信号传输至上位机。本专利技术提出一种异质材料切削区域温度控制装置，通过控制器预设不同材料切削时需要控制的切削温度值，控制器对冷风流量进行在线自动闭环反馈调节，使切削区温度保持在设定值；控制器按时间段设置不同的控制温度，可有效控制切削界面温度梯度；本专利技术采用的热电偶为无线传输，可适用于旋转和非旋转刀具，并在计算机上实时显示温度值和温度变化曲线；本专利技术的温度控制系统和方法可实现不同性质的材料组成的异质材料加工时切削区温度及界面温度梯度的在线自动控制，且采用无线传输热电偶可解决热电偶布线复杂及无法用于旋转刀具的问题，在工程上具有实用意义。附图说明图1为根据本专利技术实施例的温度控制装置结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的温度测量装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。金属树脂叠层材料切削过程中，会产生大量的切削热，从而使切削区温度迅速升高，由于两种材料结合界面两侧材料属性梯度明显，金属材料切削产生的大量切削热透过界面传递到树脂材料一侧，使界面处复合材料温度升高，如树脂基复合材料(CarbonFiberReinforcedPlastic/Polymer,CFRP)与金属组成的叠层材料在加工过程中，由于两种材料结合界面两侧材料属性梯度明显，金属材料切削产生的大量切削热透过界面传递到树脂基复合材料一侧，使界面处复合材料温度升高，而树脂基复合材料CFRP在高温(160℃)下会出现树脂基体软化对碳纤维失去支撑。因此，在本实施例中，采用了金属与树脂基复合材料叠层材料作为异质材料进行切削处理，对本专利技术的异质材料切削区域温度控制装置进行说明，并不只限定于金属与树脂基复合材料叠层材料切削时的温度控制，在本专利技术实施例的基础上，其他异质材料在切削时也可以通过本专利技术的温度控制装置进行温度及温度梯度的控制。如图1所示，图中示出了一种金属树脂叠层材料切割区域温度控制装置，图中材料1和材料2分别表示金属与树脂基复合材料叠层材料，包括冷却装置，所述冷却装置设于切削金属树脂叠层材料的机床上，所述冷却装置包括温度测量装置、降温喷嘴和控制器，所述温度测量装置和所述降温喷嘴连接所述控制器；所述温度测量器固定在机床的切削刀具12上，所述降温喷嘴用于对切削刀具12、工件切削区和已切削区域进行降温，所述控制器用于接收所述温度测量器测量的实时温度，并在所述实时温度高于设定温度阈值时，控制所述降温喷嘴对切削刀具12、工件切削区和已切削区域进行降温。如图1中所示，在机床上安装好切削刀具12、工件等，在本实施例中，工件9为金属和CFRP组成的叠层材料(也可采用其他树脂基材料)，为了保证在切削加工过程中避免CFRP材料热加工缺陷的产生，在本实施例中配备了一套冷却装置，通过冷却装置对加工区域进行冷却降温，降低由温度差引起的加工应力，具体的，本实施例中通过将温度测量器直接通过电熔焊焊接在切削刀具12靠近刀尖的区域处，温度测量器与刀具被测点通过焊接融为一体，解决了测量温度滞后的问题，使得控制器能够及时根据切割区域的即时温度进行降温冷却处理，对切削区和已加工表面进行快速冷却，从而主动控制切削区温度及切削界面温度梯度。在本实施例中，所述冷却装置为冷风冷却装置，所述冷风冷却装置包括依次连接的空气压缩机、保温管道，所述保温管道连接所述降温喷嘴。具体的，在本实施例中，经冷却器对压缩空气进行冷却，冷风传输管道经保温设计，降低冷风传输过程中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，包括冷却装置，所述冷却装置设于机床上，所述冷却装置包括温度测量装置、降温喷嘴和控制器，所述温度测量装置和所述降温喷嘴连接所述控制器；所述温度测量装置固定在机床的切削刀具上，所述降温喷嘴用于对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温，所述控制器用于接收所述温度测量装置测量的实时温度，并在所述实时温度高于设定温度阈值时，控制所述降温喷嘴对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温。

【技术特征摘要】
1.一种异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，包括冷却装置，所述冷却装置设于机床上，所述冷却装置包括温度测量装置、降温喷嘴和控制器，所述温度测量装置和所述降温喷嘴连接所述控制器；所述温度测量装置固定在机床的切削刀具上，所述降温喷嘴用于对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温，所述控制器用于接收所述温度测量装置测量的实时温度，并在所述实时温度高于设定温度阈值时，控制所述降温喷嘴对刀具、工件切削区和已切削区域进行降温。2.根据权利要求1所述的异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，所述冷却装置为冷风冷却装置，所述冷风冷却装置包括依次连接的空气压缩机、保温管道，所述保温管道连接所述降温喷嘴。3.根据权利要求2所述的异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，所述降温喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴、第二喷嘴设于靶距和喷射角度可调的机床随动机构上。4.根据权利要求3所述的异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，所述第一喷嘴对准切削区，对切削区和切削刀具的切削刃进行冷却，所述第二喷嘴对准工件端面，对已切削区域进行冷却。5.根据权利要求3所述的异质材料切削区域温度控制装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松梅，王莉，朱光远，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11