CN107914184B - 一种测试铣削切削温度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试铣削切削温度的装置及方法，属于铣削切削温度的测试领域，要解决的技术问题为现有铣削切削温度测量不易操作且测量准确性差；其结构包括温度采集系统、试件以及主要由车架和装配在车架上的车刀组成的车床，试件为花键型试件，试件可旋转的装夹在车架上并位于车刀的刀尖处，车刀能够通过车削的方式模拟铣削对试件进行车削加工，车刀上靠近刀尖处设置有热电偶，热电偶连接至温度采集系统。其方法为基于一种测试铣削切削温度的装置通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度测试。

Description

一种测试铣削切削温度的装置及方法

技术领域

本发明涉及铣削切削温度的测试领域，具体地说是一种测试铣削切削温度的装置及方法。

背景技术

机械零件的加工90％以上是通过切削加工方式完成的，切削热是切削加工中的重要现象，大量切削热会使刀具温度升高，直接影响切削加工效率、刀具寿命及工件材料的加工质量。因此切削温度是切削过程中最重要的指标之一，准确测量切削温度对刀具的制作、加工工艺的选择等均具有重要意义。

铣削温度的准确测量一直是未解决的难点。目前最为常用的方法是人工/半人工热电偶法和光热辐射法，然而人工/半人工热电偶法操作复杂，且测量过程中会产生较大误差，因为铣削是断续切削方式，铣刀与工件断续接触，且铣刀一直在旋转，只能将热电偶安装在工件上，而工件不断被切削，又只能将热电偶放置于离切削位置较远的地方；铣刀与工件接触点一直在移动，光热辐射法无法准确找到接触点，因此准确性较差。

如何通过结构简单的测试装置准确检测铣削切削温度，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种测试铣削切削温度的装置及方法，来解决现有铣削切削温度测量不易操作且测量准确性差的问题，通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度的测量。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

一种测试铣削切削温度的装置，包括温度采集系统、试件和车床，车床包括车架以及装配在车架上的车刀和装夹机构，试件为花键型试件，试件通过装夹机构可旋转的装配在车架上并位于车刀的刀尖处，车刀能够通过车削的方式模拟铣削对试件进行车削加工，车刀上靠近刀尖处设置有热电偶，热电偶连接至温度采集系统。

在该装置中，车刀通过车削的方式模拟铣削对试件进行车削加工，在车削加工过程中，车刀固定不动，试件旋转并与车刀切削作用，同时，温度采集系统与热电偶配合采集车刀上靠近刀尖处的温度，车刀上靠近刀尖处的温度与车刀刀尖与试件之间接触点处的温度相近，因而可认为温度采集系统采集的温度即为铣削切削温度。

进一步的，试件为根据试件的切槽参数、通过铣削或电火加工的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成的花键型试件，试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，试件的切槽参数通过铣削实验的切削参数计算得出；且试件上加工有中心孔，试件通过中心孔定位的方式可旋转的装夹在车架上并位于车刀的刀尖处。

进一步的，车刀的表面上靠近刀尖处开设有能够容纳热电偶的放置槽，热电偶通过定位机构可拆装的定位在放置槽内，热电偶通过导线连接至温度采集系统。

热电偶通过定位机构定位在靠近刀尖处的放置槽内，可方便准确的检测切削过程中车刀上靠近刀尖处的温度，以得到切削过程中车刀刀尖与试件之间接触点处的温度。

进一步的，定位机构包括螺钉和压片，压片的一个端部上开设有能够供螺钉穿过的安装孔；车刀的表面上靠近放置槽处开设有螺纹孔，螺纹孔和刀尖分别位于放置槽的两侧，螺钉由上至下依次穿过安装孔和螺纹孔并将压片固定在车刀的上方，压片上与安装孔相对的另一个端部延伸至放置槽并能够将热电偶定位在放置槽内。通过螺钉和压片配合将热电偶定位在放置槽内，该定位机构结构简单、易于拆装。

进一步的，放置槽为激光切割形成的切槽。

进一步的，放置槽与刀尖的间距为0.2～2mm，放置槽的深度为0.3～0.5mm。

一种测试铣削切削温度的方法，基于上述任一项所述的一种测试铣削切削温度的装置通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度测试，包括通过车刀以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，并通过温度采集系统和热电偶的配合采集切削加工过程中车刀的温度。

进一步的，包括如下步骤：

S1、加工花键型试件：

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数，根据试件的切槽参数、通过铣削或电火花加工的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成花键型试件，并在花键型试件上加工中心孔；

S2、装配试件及温度采集系统：将花键型试件通过中心孔定位的方式可旋转的装配在车架上靠近车刀的刀尖处，将热电偶定位在车刀上靠近刀尖处，并将热电偶连接至温度采集系统；

S3、测试切削温度：车刀以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，温度采集系统通过热电偶采集车刀上靠近刀尖处的温度。

进一步的，步骤S1中，试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及齿的宽度；

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数的步骤为：

L1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径、铣削深度、铣削宽度以及铣削切削速度，并计算铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值；

L2、根据铣削的切削参数设定试件的切槽参数：试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，设定圆柱型棒料的直径与铣削深度一致，设定每个齿的宽度与铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值一致。

进一步的，执行步骤S3测试切削温度之前，进行切削参数转换，根据铣削的切削参数计算车削参数包括如下步骤：

M1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径r、铣削深度D、铣削宽度W、切削速度V，并计算铣削过程中铣刀每转一周铣刀的单个齿与工件的接触时间T：

M2：根据铣削的切削参数设定车削参数：车削参数包括车削深度、车削进给速度和试件的旋转速度，将车削深度设定为与铣削深度D一致，将车削进给速度设定为与铣削宽度W一致，将试件的旋转速度设定为与铣削切削速度V一致。

本发明的一种测试铣削切削温度的装置及方法具有以下优点：

1、车刀固定、旋转的花键型试件相对车刀运动，基于该装置可通过车刀以模拟铣削的方式对花键型试件进行加工，温度采集系统和热电偶配合可采集加工过程中车刀上靠近刀尖处的温度，车刀上靠近刀尖处的温度接近模拟铣削过程中刀尖与试件接触点的温度，测量相对准确，且该装置结构简单、易于操作；

2、在车刀上靠近刀尖处形成放置槽，通过定位机构将热电偶定位在放置槽内，不会影响车刀的切削效果；

3、定位机构为压片和螺钉，通过螺钉将压片的一端部可拆装的固定在车刀上，压片的另一端部延伸至放置槽并将热电偶压制在放置槽内，该定位机构结构简单、易操作；

4、通过车刀以模拟铣削的方式对花键型试件进行加工，通过热电偶与温度采集系统配合检测车刀上靠近刀尖处的温度，而车刀上靠近刀尖处的温度与车刀刀尖与花键型试件接触点的温度相近，即可通过车削方式检测到铣削切削温度，简化了检测过程，并提高了检测准确度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为实施例1一种测试铣削切削温度的装置的结构示意图；

附图2为实施例1一种测试铣削切削温度的装置中车刀、热电偶和定位机构的结构示意图；

图中：1、车架，2、车刀，3、热电偶，4、螺钉，5、压片，6、导线，7、温度采集系统，8、试件。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种测试铣削切削温度的装置及方法作以下详细地说明。

实施例1：

本发明的一种测试铣削切削温度的装置，包括温度采集系统7、试件8以及主要由车架1和装配在车架1上的车刀2组成的车床，试件8为花键型试件，试件8可旋转的装夹在车架1上并位于车刀2的刀尖处，车刀2能够通过车削的方式模拟铣削对试件8进行车削加工，车刀2上靠近刀尖处设置有热电偶3，热电偶3连接至温度采集系统7。

其中，试件8为根据试件8的切槽参数、通过铣削或电火加工的方式将圆柱型棒料沿轴向等间距切槽形成的花键型试件，试件8的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，试件8的切槽参数通过铣削实验的切削参数计算得出。

通过铣削实验的切削参数计算试件8的切槽参数的步骤为：

(1)设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径、铣削深度、铣削宽度以及铣削切削速度，并计算铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值；

(2)根据铣削的切削参数设定试件8的切槽参数：设定圆柱型棒料的直径与铣削深度一致，设定每个齿的宽度与铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值一致。

步骤(1)中，根据铣削切削速度可计算得出铣削过程中铣刀每转一周的时间为60/V，进而可计算出在铣削过程中铣刀每转一周铣刀与试件8接触的角度为2arccos[(r-W)/r]，进而可计算得出铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值本实施例中，单齿铣刀的直径为20mm，铣削深度为2mm，铣削宽度为1mm，铣削切削速度为1000r/min。

通过激光切割工艺在车刀2的表面上距离刀尖1mm开设有放置槽，放置槽的深度为0.4mm，放置槽用于容纳热电偶3，热电偶3通过定位机构定位在放置槽内，且热电偶3通过导线6连接在温度采集系统7。

本实施例中定位机构包括螺钉4和压片5，压片5呈长条状，压片5上沿长度方向延伸的两个端部分别为安装端部和定位端部，压片5的安装端部上开设有供螺钉4穿越的安装孔，螺钉4由上之下依次穿过安装孔和螺纹孔并将压片5固定在车刀2的表面上，压片5的定位端部延伸至放置槽并将热电偶3定位在放置槽内。通过拧动螺钉4可实现热电偶3的拆装。

本实施例一种测试铣削切削温度的装置的工作过程为：花键型试件可旋转的夹装在车架1上靠近车刀2刀尖处，车刀2上放置槽处为温度采集点，热电偶3通过定位机构固定在放置槽内，并通过导线6连接至温度采集系统7。检测温度时，车刀2固定，通过旋转花键型试件实现车刀2对花键型试件的切削加工，且车刀2以车削的方式模拟铣削对试件8进行车削加工，同时，温度采集系统7和热电偶3配合采集切削加工过程中温度采集点出温度，温度采集点与车刀2刀尖和试件8的接触点的距离接近，可认为温度采集点出温度近似为切削加工过程中车刀2刀尖和试件8接触点的温度。

在实际应用中，并不限于通过铣削方式将圆柱型棒料加工为花键型试件，也可采用电火花加工的方式将圆柱型棒料加工为花键型试件。

同时，车刀2上放置槽的深度以及放置槽与车刀2刀尖的间距也不唯一限定，可根据实验需要进行设定。

实施例2：

一种测试铣削切削温度的方法，基于实施例1公开的一种测试铣削切削温度的装置通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度测试，包括通过车刀2以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，并通过温度采集系统7和热电偶3的配合采集切削加工过程中车刀2的温度。步骤如下：

(1)加工花键型试件，并进行切削参数转换，具体包括如下工序：

(1.1)设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径r、铣削深度D、铣削宽度W、切削速度V，根据上述参数，计算得出：

铣削过程中铣刀每转一周的时间为60/V；

铣削过程中铣刀每转一周铣刀与试件8接触的角度为2arccos[(r-W)/r]；

铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值

铣削过程中铣刀每转一周铣刀的单个齿与工件的接触时间T为：

(1.2)根据上述铣削的切削参数设定试件8的切槽参数，试件8的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，设定圆柱型棒料的直径与铣削深度一致，设定每个齿的宽度与铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值一致，然后，根据试件8的切槽参数、通过铣削的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成花键型试件，并在花键型试件上加工中心孔；

(1.3)根据铣削的切削参数设定车削参数：车削参数包括车削深度、车削进给速度和试件8的旋转速度，将车削深度设定为与铣削深度D一致，将车削进给速度设定为与铣削宽度W一致，将试件8的旋转速度设定为与铣削切削速度V一致；

(2)装配试件8及温度采集系统7：将花键型试件通过中心孔定位的方式可旋转的装配在车架1上靠近车刀2的刀尖处，通过定位机构将热电偶3定位在放置槽内，并通过导线6将热电偶3连接至温度采集系统7；

(3)测试切削温度：车刀2固定不动，通过旋转花键型试件的方式实现车刀2对花键型试件的切削加工，且车刀2以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，温度采集系统7通过热电偶3采集车刀2上靠近刀尖处的温度。

鉴于放置槽与车刀2刀尖的间距为0.4mm，与车刀2刀尖与花键型试件的接触点非常接近，可认为温度采集系统7采集的温度与车刀2刀尖与花键型试件的接触点处的温度近似一致。从而可实现通过车削代替铣削的方式检测铣削切削温度。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (4)

1.一种测试铣削切削温度的装置，包括温度采集系统、试件和车床，车床包括车架以及装配在车架上的车刀和装夹机构，其特征在于试件为花键型试件，试件通过装夹机构可旋转的装配在车架上并位于车刀的刀尖处，车刀能够通过车削的方式模拟铣削对试件进行车削加工，车刀上靠近刀尖处设置有热电偶，热电偶连接至温度采集系统；

试件为根据试件的切槽参数、通过铣削或电火加工的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成的花键型试件，试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，试件的切槽参数通过铣削实验的切削参数计算得出；且试件上加工有中心孔，试件通过中心孔定位的方式可旋转的装夹在车架上并位于车刀的刀尖处；

车刀的表面上靠近刀尖处开设有能够容纳热电偶的放置槽，热电偶通过定位机构可拆装的定位在放置槽内，热电偶通过导线连接至温度采集系统；

定位机构包括螺钉和压片，压片的一个端部上开设有能够供螺钉穿过的安装孔；

车刀的表面上靠近放置槽处开设有螺纹孔，螺纹孔和刀尖分别位于放置槽的两侧，螺钉由上至下依次穿过安装孔和螺纹孔并将压片固定在车刀的上方，压片上与安装孔相对的另一个端部延伸至放置槽并能够将热电偶定位在放置槽内；

所述装置用于通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度测试，包括如下步骤：

S1、加工花键型试件：

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数，根据试件的切槽参数、通过铣削或电火花加工的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成花键型试件，并在花键型试件上加工中心孔；

S2、装配试件及温度采集系统：将花键型试件通过中心孔定位的方式可旋转的装配在车架上靠近车刀的刀尖处，将热电偶定位在车刀上靠近刀尖处，并将热电偶连接至温度采集系统；

S3、测试切削温度：车刀以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，温度采集系统通过热电偶采集车刀上靠近刀尖处的温度；

步骤S1中，试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及齿的宽度；

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数的步骤为：

L1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径、铣削深度、铣削宽度以及铣削切削速度，并计算铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值；

L2、根据铣削的切削参数设定试件的切槽参数：试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，设定圆柱型棒料的直径与铣削深度一致，设定每个齿的宽度与铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值一致；

执行步骤S3测试切削温度之前，进行切削参数转换，根据铣削的切削参数计算车削参数包括如下步骤：

M1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径r、铣削深度D、铣削宽度W、铣削切削速度V，并计算铣削过程中铣刀每转一周铣刀的单个齿与工件的接触时间T：

M2、根据铣削的切削参数设定车削参数：车削参数包括车削深度、车削进给速度和试件的旋转速度，将车削深度设定为与铣削深度D一致，将车削进给速度设定为与铣削宽度W一致，将试件的旋转速度设定为与铣削切削速度V一致。

2.根据权利要求1所述的一种测试铣削切削温度的装置，其特征在于放置槽为激光切割形成的切槽。

3.根据权利要求1所述的一种测试铣削切削温度的装置，其特征在于放置槽与刀尖的间距为0.2～2mm，放置槽的深度为0.3～0.5mm。

4.一种测试铣削切削温度的方法，其特征在于基于如权利要求1-3任一项所述的一种测试铣削切削温度的装置通过车削代替铣削的方式进行铣削切削温度测试，包括通过车刀以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，并通过温度采集系统和热电偶的配合采集切削加工过程中车刀的温度；

包括如下步骤：

S1、加工花键型试件：

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数，根据试件的切槽参数、通过铣削或电火花加工的方式将圆柱型棒料沿轴向切槽形成花键型试件，并在花键型试件上加工中心孔；

S2、装配试件及温度采集系统：将花键型试件通过中心孔定位的方式可旋转的装配在车架上靠近车刀的刀尖处，将热电偶定位在车刀上靠近刀尖处，并将热电偶连接至温度采集系统；

S3、测试切削温度：车刀以车削的方式模拟铣削对花键型试件进行切削加工，温度采集系统通过热电偶采集车刀上靠近刀尖处的温度；

步骤S1中，试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及齿的宽度；

根据铣削实验的切削参数计算试件的切槽参数的步骤为：

L1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径、铣削深度、铣削宽度以及铣削切削速度，并计算铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值；

L2、根据铣削的切削参数设定试件的切槽参数：试件的切槽参数包括圆柱型棒料的直径、齿的个数以及每个齿的宽度，设定圆柱型棒料的直径与铣削深度一致，设定每个齿的宽度与铣削过程铣刀每转一周铣刀与工件接触的弦长长度值一致；

执行步骤S3测试切削温度之前，进行切削参数转换，根据铣削的切削参数计算车削参数包括如下步骤：

M1、设定并计算铣削的切削参数：设定单齿铣刀的直径r、铣削深度D、铣削宽度W、铣削切削速度V，并计算铣削过程中铣刀每转一周铣刀的单个齿与工件的接触时间T：

M2、根据铣削的切削参数设定车削参数：车削参数包括车削深度、车削进给速度和试件的旋转速度，将车削深度设定为与铣削深度D一致，将车削进给速度设定为与铣削宽度W一致，将试件的旋转速度设定为与铣削切削速度V一致。