本发明专利技术公开一种超声辅助加工界面温度测量方法，在采用超声频可蚀人工热电偶的基础上，对超声换能器、工件、热电偶测温部分以及热电偶温度信号传输路线均采取了电磁屏蔽保护措施，从而避免了超声电源与工频电源在工作时对超声振动辅助加工界面的瞬态温度测量干扰；同时还对热电偶的安装方位进行了调整，从而可直接测得超声振动辅助加工界面在单个振动切削周期内切削段与分离段的温度变化，为进一步改进超声振动辅助加工的工艺参数提供了数据支撑与理论基础。本发明专利技术还提出一种超声辅助加工系统，该系统可在超声辅助加工过程中直接测得超声振动辅助加工界面在单个振动切削周期内切削段与分离段的温度变化。内切削段与分离段的温度变化。内切削段与分离段的温度变化。
【技术实现步骤摘要】
超声辅助加工界面温度测量方法及超声辅助加工系统
[0001]本专利技术属于机械加工领域，涉及一种机械加工温度测量技术，特别是涉及一种超声辅助加工界面温度测量方法及超声辅助加工系统。
技术介绍
[0002]加工界面温度为加工过程中刀具与工件之间的界面温度，过高的加工界面温度会导致刀具快速磨损，工件表面烧蚀，出现微裂纹、白层、残余拉应力等表面损伤现象。因此在加工过程中需要尽可能地避免加工界面温度过高。
[0003]超声振动辅助加工工艺通过在刀具上施加超声频振动，使加工界面以超声频进行周期性地开合，刀具一般通过装载在超声换能器上来与超声电源相连，以使刀具超声振动加工工件。刀具超声振动加工工件的过程根据加工界面的闭合与打开被划分为切削段与分离段，分离段中冷却介质更易进入高温加工界面进行冷却润滑，从而有效降低加工界面温度，提升刀具寿命与工件表面质量。然而受限于当前测温技术，超声振动辅助加工中的加工界面在切削段与分离段的具体温度变化依然是未知的，这阻碍了对超声振动辅助加工工艺的进一步改进。
[0004]为了更好地理解超声振动辅助加工工艺的冷却机理，需要解析在微秒级振动周期内由于加工界面开合带来的温度变化。目前具有微秒级响应速率的测温方式主要有非接触式的辐射测温法和接触式的薄膜热电偶测温法。辐射测温法受到切屑与刀具的阻碍难以获得准确的实时加工界面温度。薄膜热电偶测温法是利用薄膜热电偶在切削过程中通过附着在刀具表面进行测温，但薄膜热电偶上的热结点必须在绝缘保护层内工作，无法直接测得加工界面温度，且薄膜热电偶与刀具基体的结合力有限，超声频的冲击会加速薄膜热电偶的脱落与失效，在超声振动辅助加工中适用性较差。
[0005]还有一种超声频可蚀人工热电偶，可通过在其测温端面加工出微米级的热结点来获得微秒级的测温能力，能够直接测得超声振动辅助加工界面在切削段与分离段的瞬态温度变化。这种超声频可蚀人工热电偶虽然灵敏度高，但在使用过程中易受电磁干扰，应用在超声电源与工频电源共同作用的超声辅助加工界面测温中应具有相应的电磁屏蔽保护措施，然而目前并没有可实施的电磁屏蔽保护措施，使超声频可蚀人工热电偶在超声辅助加工界面测温中的应用受到了阻碍。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种超声辅助加工界面温度测量方法及超声辅助加工系统，其能够直接准确地获得超声频振动周期内切削段与分离段的切削界面瞬态温度，揭示超声振动辅助切削的冷却机理，以解决上述超声频可蚀人工热电偶应用在超声辅助加工界面测温中易受电磁干扰，测温精度差的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008](一)本专利技术提供一种超声辅助加工界面温度测量方法，包括：
[0009]对超声换能器进行电磁屏蔽设置；
[0010]对工件进行电磁屏蔽设置；
[0011]对超声频可蚀人工热电偶的测温探头以及温度信号传输线路均进行电磁屏蔽设置；
[0012]将所述测温探头预埋在工件待加工表面下方小于一次切深的位置，并使所述测温探头端面的热结点生成区域与刀具运动轨迹有重合部分，利用超声振动辅助加工过程中所述热结点生成区域形成的微米级热结点测量超声振动辅助加工界面在切削段与分离段的瞬态温度变化。
[0013]可选的，所述对超声换能器进行电磁屏蔽设置包括：
[0014]在压电陶瓷堆与后盖板之间以及压电陶瓷堆与变幅杆之间设置绝缘垫片；
[0015]在用于将所述后盖板、所述压电陶瓷堆和所述变幅杆依次连接预紧的螺栓外表面设置包覆于所述螺栓外表面的绝缘胶带层或绝缘漆涂层；
[0016]在所述超声换能器的外表面由内至外依次包覆内部绝缘层、中部电磁屏蔽层和外部绝缘层。
[0017]可选的，所述对工件进行电磁屏蔽设置包括：
[0018]在所述工件与工装的接触面，以及所述工件与机床的接触面之间均设置绝缘垫片或绝缘涂层。
[0019]可选的，所述对超声频可蚀人工热电偶的测温探头进行电磁屏蔽设置包括：在所述测温探头的外部包裹探头绝缘层；
[0020]所述对超声频可蚀人工热电偶的温度信号传输线路进行电磁屏蔽设置包括：用屏蔽电缆包覆所述温度信号传输线路的外部形成线路铠装层。
[0021]可选的，所述使所述测温探头端面的热结点生成区域与刀具运动轨迹有重合部分包括：
[0022]使所述热结点生成区域的长边相切或重合于刀具瞬时主运动轨迹，且平行于刀具瞬时主切削速度方向；
[0023]使所述热结点生成区域的短边与刀具切削进给方向平行。
[0024](二)本专利技术还提出一种超声辅助加工系统，包括刀具和机床，所述刀具通过超声换能器连接超声电源，其特征在于，还包括超声频可蚀人工热电偶和信号采集系统，所述超声电源、所述机床和所述超声频可蚀人工热电偶均与所述信号采集系统通讯连接，其中：
[0025]所述超声换能器的压电陶瓷堆与后盖板之间，以及所述压电陶瓷堆与变幅杆之间设置绝缘垫片；所述超声换能器的用于将所述后盖板、所述压电陶瓷堆和所述变幅杆依次连接预紧的螺栓外表面设置包覆于所述螺栓外表面的绝缘胶带层或绝缘漆涂层；所述超声换能器的外表面由内至外依次设置内部绝缘层、中部电磁屏蔽层和外部绝缘层；
[0026]所述超声频可蚀人工热电偶的测温探头外部，以及所述超声频可蚀人工热电偶与所述信号采集系统之间的温度信号传输线路外部，均设置有电磁屏蔽结构；所述测温探头的端面设置有热结点生成区域，所述测温探头用于预埋在工件待加工表面下方小于一次切深的位置，以使所述热结点生成区域能够在超声振动辅助加工过程中与所述刀具运动轨迹有重合部分，以利用所述热结点生成区域形成的微米级热结点测量超声振动辅助加工界面在切削段与分离段的瞬态温度变化。
[0027]可选的，所述测温探头外部的所述电磁屏蔽结构包括包覆于所述测温探头外部的探头绝缘层；
[0028]所述温度信号传输线路外部的所述电磁屏蔽结构为由屏蔽电缆包覆在所述温度信号传输线路的外部形成的线路铠装层。
[0029]可选的，所述热结点生成区域为矩形区域，且所述测温探头在工件待加工表面的预埋位置满足以下条件：
[0030]所述热结点生成区域的长边相切或重合于刀具瞬时主运动轨迹，且平行于刀具瞬时主切削速度方向；
[0031]所述热结点生成区域的短边与刀具切削进给方向平行。
[0032]可选的，所述超声频可蚀人工热电偶的响应频率和所述信号采集系统的采样频率均不小于所述刀具振动频率的两倍。
[0033]可选的，所述机床为但不限于为车床、铣床或钻床；所述刀具为但不限于为车刀、铣刀或钻头。
[0034]可选的，还包括冷却机构，所述冷却机构用于对所述超声振动辅助加工界面进行冷却。
[0035]可选的，所述冷却机构为但不限于气体冷却机构、浇注冷却机构、高压冷却机构、微量润滑冷却机构和纳米流体微量润滑冷却机构中的一种或多种组合。
[0036]可选的，所述超声电源对所述刀具的超声振动辅助加工形式包括一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声辅助加工界面温度测量方法，其特征在于，包括：对超声换能器进行电磁屏蔽设置；对工件进行电磁屏蔽设置；对超声频可蚀人工热电偶的测温探头以及温度信号传输线路均进行电磁屏蔽设置；将所述测温探头预埋在工件待加工表面下方小于一次切深的位置，并使所述测温探头端面的热结点生成区域与刀具运动轨迹有重合部分，利用超声振动辅助加工过程中所述热结点生成区域形成的微米级热结点测量超声振动辅助加工界面在切削段与分离段的瞬态温度变化。2.根据权利要求1所述的超声辅助加工界面温度测量方法，其特征在于，所述对超声换能器进行电磁屏蔽设置包括：在压电陶瓷堆与后盖板之间以及压电陶瓷堆与变幅杆之间设置绝缘垫片；在用于将所述后盖板、所述压电陶瓷堆和所述变幅杆依次连接预紧的螺栓外表面设置包覆于所述螺栓外表面的绝缘胶带层或绝缘漆涂层；在所述超声换能器的外表面由内至外依次包覆内部绝缘层、中部电磁屏蔽层和外部绝缘层。3.根据权利要求1或2所述的超声辅助加工界面温度测量方法，其特征在于，所述对工件进行电磁屏蔽设置包括：在所述工件与工装的接触面，以及所述工件与机床的接触面之间均设置绝缘垫片或绝缘涂层。4.根据权利要求1或2所述的超声辅助加工界面温度测量方法，其特征在于，所述对超声频可蚀人工热电偶的测温探头进行电磁屏蔽设置包括：在所述测温探头的外部包裹探头绝缘层；所述对超声频可蚀人工热电偶的温度信号传输线路进行电磁屏蔽设置包括：用屏蔽电缆包覆所述温度信号传输线路的外部形成线路铠装层。5.根据权利要求1或2所述的超声辅助加工界面温度测量方法，其特征在于，所述使所述测温探头端面的热结点生成区域与刀具运动轨迹有重合部分包括：使所述热结点生成区域的长边相切或重合于刀具瞬时主运动轨迹，且平行于刀具瞬时主切削速度方向；使所述热结点生成区域的短边与刀具切削进给方向平行。6.一种超声辅助加工系统，包括刀具和机床，所述刀具通过超声换能器连接超声电源，其特征在于，还包括超声频可...
【专利技术属性】
技术研发人员：张德远，谢智，刘欣，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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