CN105328511A - 一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，包括以下步骤：(1)利用热电偶测量铣削加工点的实时温度变化；在工件的铣削区域布置八个温度测量点，利用红外热像仪实时采集温度测量点的温度；(2)计算热源点的实时温升的理论值；(3)计算温度测量点的实时温升理论值；(4)根据温度测量点的温升公式的计算，得出测量点的理论温度值；(5)根据理论计算的温度测量点的温度和实际热电偶和红外热像仪采集测量点的温度通过曲线的形式显示在显示模块中。本发明通过对铣削温度进行温度场建模，对测量温度进行实时的监测与分析，及时反馈给用户，调整刀具的铣削用量，改善铣削效果，提高铣削精度。

Description

一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法

技术领域

本发明涉及用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，属于机床加工领域。

背景技术

铣削温度在金属铣削中一直是影响铣削效果的个一个重要的因素。在高速铣削发展中，铣削温度一直是个待解决的问题。所以如何才能实时测量和观察高速铣削时产生的铣削热，并根据铣削温度的变化调整铣削速度，达到最理想的铣削效果是非常重要的问题。

在工程实际中，利用热电偶测量温度是常见的方法，目前国内外常用的铣削温度测量的方法有人工电偶法和半人工电偶法。这两种方法都存在着不足之处，人工/半人工热电偶法不能喝刀尖直接接触，而在加工过程中刀尖的温度呈梯度变化，所以与工件的温度有一定差异。较为常见的热电偶测温装置都比较适合测量低速铣削时工件所产生的温度。

由于实际测温是会受到环境影响，所以要求测量工件的不同位置的温度，以得到较为全面的结果。现在常用的温度测量方法大多只能测量2个或4个温度，不能满足要求，导致测量时会产生不便性，需要反复拆装热电偶，影响测量结果。

随着机床铣削速度的提高，甚至达到10万转/秒，而现在所用的测温装置大多适用于低速铣削环境下工件的温度，适用于铣削主轴转速0-300000转/分钟的机床加工多孔材料。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，通过对铣削温度进行温度场建模，对测量温度进行实时的监测与分析，及时反馈给用户，调整刀具的铣削用量，改善铣削效果，提高铣削精度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，其装置包括热电偶、红外热像仪、温度转换模块和显示模块，所述热电偶利用夹丝法安装在刀具上，并用导热绝缘胶固定，用绝缘垫使刀具底面与刀杆进行绝缘处理，包括以下步骤：

(1)利用安装在刀具上的热电偶测量铣削加工点的实时温度变化；在工件的铣削区域布置八个温度测量点，利用红外热像仪实时采集温度测量点的温度t_ij，其中i＝1,2...,8；j＝1；

(2)根据公式计算热源点的实时温升的理论值，其中，q_s-热源点强度；v-热源移动速度；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；R为铣刀半径，h为铣刀切削深度；

(3)确定温升公式 $t=\frac{Q\left(t\right)}{cp{\left(4\mathrm{\π}a\mathrm{\τ}\right)}^{3/2}}\exp \[-\frac{{(x-x_i)}^2+{(y-y_i)}^2+{(z-z_i)}^2}{4a\mathrm{\τ}}\],$ 其中Q(t)-切削加工点瞬时发热量，Q(t)＝C_mT，C_m＝Cm，Cm-工件材料的热容,T为热源点的实时温升的理论值，C-工件材料的比热容，m工件的质量；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；τ-切削加工点发热后的任意时刻；t-固定点的温度变化；(x_i，y_i，z_i)为温度测量点的坐标，其中x_i，y_i，z_i为工件坐标系上的坐标点；

(4)将测量点的测量温度t_i1(i＝1,2...,8)代入温升公式中求解出Q(t)，利用Q(t)＝C_mT，计算热源点的温度T_i1(i＝1,2...,8)，并求平均值T₁为热源点的实际值，将热源点的理论温度和实际温度进行比较，若实际温度高于理论值，从而减小铣刀的径向切深，若实际温度低于理论值，从而增加铣刀的径向切深。

作为优选，所述步骤(1)中八个测温点分布位置为铣削切入线上等距分布的三个点和切出线上等距分布的三个点以及铣削中心线上等距分布的两个点。

有益效果：本发明的用于多孔材料铣削加工在线温度采集方法，通过热电偶和红外热像仪测量多孔材料铣削加工温度，及时反馈给用户，从而对刀具的铣削状态进行分析，及时调整刀具的铣削用量，优化铣削加工的工艺参数；通过对不同坐标的铣削温度进行测量，进行温度场建模，形成温度场测量，使得采集的实验温度更加正确可靠，对刀具铣削温度的分析更加精确。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明中热源的示意图；

图3为本发明中测量点的分布示意图；

图4为本发明中测量点的空间分布示意图；

图5为实施例中热电偶测试结果示意图；

图6为实施例中热源点理论值和实际值曲线。

具体实施方式

本发明在机床上安装硬质合金刀具，热电偶利用夹丝法安装在刀具上并用导热绝缘胶固定，用红外热像仪测量安置在铣削区域的个固定测量点的铣削温度变化，热电偶用导热绝缘胶固定。将高速采集卡进行硬件语言编程，分配引脚，将热电偶连接到高速采集卡上的P1、P2两排引脚上，将温度采集程序写入高速采集卡中。红外热像仪测得刀具的铣削温度t_i(i＝1,2...,8)，并将每个辐射单元的辐射能量转换为电子视频信号，通过对信号进行处理，以可见图像的形式进行显示，同时将8个温度数据进行温度场建模。

一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)利用安装在刀具上的热电偶测量铣削加工点的实时温度变化；在工件的铣削区域布置八个温度测量点，利用红外热像仪实时采集温度测量点的温度t_ij，其中i＝1,2...,8；j＝1；

(2)根据公式计算热源点的实时温升的理论值，其中，q_s-热源点强度；v-热源移动速度；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；R为铣刀半径，h为铣刀切削深度，如图2所示；

(3)确定温升公式 $t=\frac{Q\left(t\right)}{cp{\left(4\mathrm{\π}a\mathrm{\τ}\right)}^{3/2}}\exp \[-\frac{{(x-x_i)}^2+{(y-y_i)}^2+{(z-z_i)}^2}{4a\mathrm{\τ}}\],$ 其中Q(t)-切削加工点瞬时发热量，Q(t)＝C_mT，C_m＝Cm，Cm-工件材料的热容，C-工件材料的比热容，m工件的质量；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；τ-切削加工点发热后的任意时刻；t-固定点的温度变化；(x_i，y_i，z_i)为温度测量点的坐标，其中x_i，y_i，z_i为工件坐标系上的坐标点，如图3所示；

(4)将测量点的测量温度t_i1(i＝1,2...,8)代入温升公式中求解出Q(t)，利用Q(t)＝C_mT，计算热源点的温度T_i1(i＝1,2...,8)，并求平均值T₁为热源点的实际值，将热源点的理论温度和实际温度进行比较，若实际温度高于理论值，从而减小铣刀的径向切深，若实际温度低于理论值，从而增加铣刀的径向切深。

在本实施例中，八个温度测量点分布如图3和图4所示，热电偶测试热源的测试结果如图5所示，图6为热源点理论值和实际值曲线，将理论值和实际测量得到的温度值进行比较，发现实际温度略低于理论值，从而增大铣刀的轴向切深，改善铣削效果。通过对不同坐标的铣削温度进行测量，进行温度场建模，形成温度场测量，使得采集的实验温度更加正确可靠，对刀具铣削温度的分析更加精确。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法，其装置包括热电偶、红外热像仪、温度转换模块和显示模块，所述热电偶利用夹丝法安装在刀具上，并用导热绝缘胶固定，用绝缘垫使刀具底面与刀杆进行绝缘处理，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用安装在刀具上的热电偶测量铣削加工点的实时温度变化；在工件的铣削区域布置八个温度测量点，利用红外热像仪实时采集温度测量点的温度t_ij，其中i＝1,2...,8；j＝1；

(2)根据公式计算热源点的实时温升的理论值，其中，q_s-热源点强度；v-热源移动速度；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；R为铣刀半径，h为铣刀切削深度；

(3)确定温升公式 $t=\frac{Q\left(t\right)}{cp{\left(4\mathrm{\π}a\mathrm{\τ}\right)}^{3/2}}\exp \[-\frac{{(x-x_i)}^2+{(y-y_i)}^2+{(z-z_i)}^2}{4a\mathrm{\τ}}\],$ 其中Q(t)-切削加工点瞬时发热量，Q(t)＝C_mT，C_m＝Cm，Cm-工件材料的热容,T为热源点的实时温升的理论值，C-工件材料的比热容，m工件的质量；c-导热绝缘胶的比热容；p-导热绝缘胶的密度；a-导热绝缘胶的导热系数；τ-切削加工点发热后的任意时刻；t-固定点的温度变化；(x_i，y_i，z_i)为温度测量点的坐标，其中x_i，y_i，z_i为工件坐标系上的坐标点；

(4)将测量点的测量温度t_i1(i＝1,2...,8)代入温升公式中求解出Q(t)，利用Q(t)＝C_mT，计算热源点的温度T_i1(i＝1,2...,8)，并求平均值T₁为热源点的实际值，将热源点的理论温度和实际温度进行比较，若实际温度高于理论值，从而减小铣刀的径向切深，若实际温度低于理论值，从而增加铣刀的径向切深。

2.根据权利要求1所述的用于多孔材料铣削加工在线温度采集方法，其特征在于：所述步骤(1)中八个测温点分布位置为铣削切入线上等距分布的三个点和切出线上等距分布的三个点以及铣削中心线上等距分布的两个点。