CN106944835A - 一种加热辅助铣削装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加热辅助铣削装置及方法，包括装夹单元、测力单元和刀具磨损检测单元；所述的装夹单元包括夹具，所述的夹具用于夹持工件，在所述的工件上加工有用于安装加热器的孔，加热器安装在该孔内与温度控制仪相连；在工件内还安装有温度传感器，所述的温度传感器也与温度控制仪相连；在所述的夹具上设置有用于水循环冷却的水循环通道；所述的测力单元包括力传感器，所述的夹具固定在力传感器的工作表面；力传感器采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出所述的刀具磨损检测单元包括固定在机床上的工具显微镜，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机记录刀具不同时刻的磨损形貌。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工相关技术领域，具体的说，是涉及一种加热辅助铣削工艺方法及装置。
背景技术
加热辅助切削通过对材料进行加热，提高材料的塑性，降低材料硬度和屈服强度，减小切削过程中的切削力，抑制锯齿形切屑的产生，降低切削颤振，提高刀具寿命，提高加工表面质量，从而达到提高加工效率、降低成本的目的。当前研究加热辅助切削时多选用激光为热源，存在一些问题，一方面在使用激光作为热源时，只能通过非接触的测量方式测量温度，同时热影响区内材料温度并不均匀存在很大的温度梯度，使用激光作为热源时，切削速度、切深和进给受到激光功率的影响，要实现高速切削需要大功率的激光，成本高；另一方面常使用加热辅助切削的材料多为典型难加工材料，如高温合金等，虽然使用加热辅助切削的方式可以提高其切削加工性，但刀具磨损依然严重，频繁取下刀片进行刀具磨损量的测量，带来了再次装夹时的刀具定位问题。
发明内容
本发明的目的是设计一套可以测量切削力的加热辅助铣削装置，同时兼顾铣刀磨损的在线监测，以克服上述缺陷。
为实现这一目的，设计了一种可测量切削力和在位检测铣刀磨损状态的加热辅助铣削装置，包括装夹单元、测力单元和刀具磨损检测单元；
所述的装夹单元包括夹具，所述的夹具用于夹持工件，在所述的工件上加工有用于安装加热器的孔，加热器安装在该孔内与温度控制仪相连；在工件的内部还安装有温度传感器，所述的温度传感器也与温度控制仪相连；在所述的夹具上设置有用于水循环冷却的水循环通道；
所述的测力单元包括力传感器，所述的夹具固定在力传感器的工作表面；力传感器采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出
所述的刀具磨损检测单元包括固定在机床上的工具显微镜，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机记录刀具不同时刻的磨损形貌。
进一步的，所述的工件与夹具之间设置有隔热板。
进一步的，所述的隔热板为陶瓷板。
进一步的，所述的温度传感器插装在所述的工件内。
进一步的，所述的力传感器安装在机床工作台表面。
进一步的，所述的夹具与工件之间通过螺栓进行固定和定位。
进一步的，在所述的工件内安装有多个加热器，每个加热器均与温度控制仪相连。
本发明还提供了一种利用上述装置对工件进行加热辅助切削工艺的方法，包括以下步骤：
1.将力传感器装夹在机床工作台上，将夹具固定在力传感器的工作表面，将用于隔热的陶瓷板和待加工的工件装夹到夹具上实现工件的定位和夹紧；
2.在给工件进行加热之前，打开水泵使循环水通过水管和夹具上预留的水循环通道实现对夹具的冷却，以防止夹具与力传感器接触区域的温度过高，对力传感器造成损伤；
3.打开水循环系统后，通过温度控制仪设定要给工件加热的温度，然后加热器开始工作对工件进行加热，在加热过程中插入到工件内部的温度传感器将会将测得的工件的温度信号传递到温度控制仪，温度控制仪上会显示工件的实时温度，当工件的温度达到设定值后，加热器停止工作，当工件温度低于设定值时，加热器开始工作，使工件温度维持在设定温度附件；
当工件温度达到设定温度后，维持30min使其温度波动为+/-10℃以内时，开始使用铣刀对工件进行铣削加工；
进一步的，在铣削加工过程中，通过力传感器5采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出。
进一步的，在铣削加工一定量后，将铣刀移动到固定在机床上的工具显微镜处，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机记录刀具不同时刻的磨损形貌。
本发明的有益效果如下：
本发明通过在工件上加工孔，然后将加热器安装在孔内，对工件进行加热，使得热影响区内材料温度均匀；且在切削过程中，切削速度、切深和进给不再受到热源的影响，降低了成本；同时本发明通过温度传感器检测工件的问题，实现 了对温度的实时监控的同时，可以使控制器根据测定的温度调节加热器的温度。
本发明通过在机床上安装工具显微镜，对刀具的磨损进行观察，记录，解决了频繁取下刀片进行刀具磨损量的测量，带来的再次装夹时的刀具定位问题。
本发明还通过夹具上加工有用于水循环冷却的水循环通道实现对夹具的冷却，以防止夹具与力传感器接触区域的温度过高，对力传感器造成损伤。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1工件与夹具结构示意图；
图2温度控制单元硬件原理图；
图3加热辅助铣削装置整体结构示意图；
图中：1机床工作台，2放大器，3采集卡，4导线，5力传感器，6导线，7温度控制仪，8夹具，9温度传感器，10工件，11铣刀，12加热器，13水循环通道，14工具显微镜，15导线，16计算机，17陶瓷板，18水管，19水泵，20螺钉。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合附图1-3对本发明进行详细说明。
如图3所示：一种可测量切削力和在位检测铣刀磨损状态的加热辅助铣削装置，包括装夹单元、测力单元和刀具磨损检测单元；
如图1所示，所述的装夹单元包括夹具8，所述的夹具用于夹持工件10，在所述的工件10上加工有用于安装加热器的孔，加热器12安装在该孔内与温度控制仪7相连；在工件的内部还安装有温度传感器9，所述的温度传感器9也与温度控制仪7相连；在所述的夹具上设置有用于水循环冷却的水循环通道13；水循环通道13通过水管18与水泵19相连；
具体的，温度控制单元的硬件原理图如图2所示，选用单片机作为控制器，温度传感器将检测到的温度信号经变送器后输入到单片机内，温度信号经过分析处理后一方面输出到显示屏显示当前温度，一方面输出控制信号，实现对加热器温度及功率的控制。
测力单元包括力传感器5，所述的夹具固定在力传感器5的工作表面；力传感器5采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出
所述的刀具磨损检测单元包括固定在机床上的工具显微镜14，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机16记录刀具不同时刻的磨损形貌。
所述的工件与夹具之间设置有陶瓷板17进行隔热。
具体包括如下步骤：
首先将力传感器5装夹在机床工作台1上，然后将夹具8固定在力传感器5的工作表面，最后将用于隔热的陶瓷板17和待加工的工件10装夹到夹具8上实现工件的定位和夹紧。
在给工件10进行加热之前，打开水泵19使循环水通过水管18和夹具上预留的水循环通道13实现对夹具的冷却，以防止夹具8与力传感器5接触区域的温度过高，对力传感器5造成损伤。打开水循环系统后，通过温度控制仪7设定要给工件加热的温度，然后加热器12开始工作对工件10进行加热，在加热过程中插入到工件内部的温度传感器9将会将测得的工件的温度信号传递到温度控制仪7，温度控制仪上会显示工件的实时温度，当工件的温度达到设定值后，加热器停止工作，当工件温度时，加热器开始工作，使工件温度维持在设定温度附件。当工件温度达到设定温度后，维持30min使其温度波动为+/-10℃以内时，开始使用铣刀11(可使用整体立铣刀或盘铣刀)对工件进行铣削加工。
铣削加工过程中，通过力传感器5采集切削力的信号，并依次经过放大器2和采集卡3将切削力信号转化输出。铣削加工一定量后，将铣刀移动到固定在机床上的工具显微镜14处，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机16记录刀具不同时刻的磨损形貌。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明通过在工件上加工孔，然后将加热器安装在孔内，对工件进行加热，使得热影响区内材料温度均匀；且在切削过程中，切削速度、切深和进给不再受到热源的影响，降低了成本；同时本发明通过温度传感器检测工件的问题，实现了对温度的实时监控的同时，可以使控制器根据测定的温度调节加热器的温度。
本发明通过在机床上安装工具显微镜，对刀具的磨损进行观察，记录，解决了频繁取下刀片进行刀具磨损量的测量，带来的再次装夹时的刀具定位问题。
本发明还通过夹具上加工有用于水循环冷却的水循环通道实现对夹具的冷却，以防止夹具与力传感器接触区域的温度过高，对力传感器造成损伤。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种加热辅助铣削装置，其特征在于，包括装夹单元、测力单元和刀具磨损检测单元；
所述的装夹单元包括夹具，所述的夹具用于夹持工件，在所述的工件上加工有用于安装加热器的孔，加热器安装在该孔内与温度控制仪相连；在工件内还安装有温度传感器，所述的温度传感器也与温度控制仪相连；在所述的夹具上设置有用于水循环冷却的水循环通道；
所述的测力单元包括力传感器，所述的夹具固定在力传感器的工作表面；力传感器采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出
所述的刀具磨损检测单元包括固定在机床上的工具显微镜，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机记录刀具不同时刻的磨损形貌。
2.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，所述的工件与夹具之间设置有隔热板。
3.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，所述的隔热板为陶瓷板。
4.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，所述的温度传感器插装在所述的工件内。
5.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，所述的力传感器安装在机床工作台表面。
6.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，所述的夹具与工件之间通过螺栓进行固定和定位。
7.如权利要求1所述的一种加热辅助铣削装置，其特征在于，在所述的工件内安装有多个加热器，每个加热器均与温度控制仪相连。
8.一种加热辅助切削工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.将力传感器装夹在机床工作台上，将夹具固定在力传感器的工作表面，将用于隔热的陶瓷板和待加工的工件装夹到夹具上实现工件的定位和夹紧；
步骤2.在给工件进行加热之前，打开水泵使循环水通过水管和夹具上预留的水循环通道实现对夹具的冷却，以防止夹具与力传感器接触区域的温度过高，对力传感器造成损伤；
步骤3.打开水循环系统后，通过温度控制仪设定要给工件加热的温度，然后加热器开始工作对工件进行加热，在加热过程中插入到工件内部的温度传感器将会将测得的工件的温度信号传递到温度控制仪，温度控制仪上会显示工件的实时温度，当工件的温度达到设定值后，加热器停止工作，当工件温度低于设定值时，加热器开始工作，使工件温度维持在设定温度附件；当工件温度达到设定温度后，维持一段时间后，开始使用铣刀对工件进行铣削加工。
9.如权利要求8所述的一种加热辅助切削工艺方法，其特征在于，在铣削加工过程中，通过力传感器采集切削力的信号，并依次经过放大器和采集卡将切削力信号转化输出。
10.如权利要求8所述的一种加热辅助切削工艺方法，其特征在于，在铣削加工一定量后，将铣刀移动到固定在机床上的工具显微镜处，通过显微镜观测刀具的磨损情况，使用计算机记录刀具不同时刻的磨损形貌。
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