CN109202532A - 复合材料铣削温度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种复合材料铣削温度测量方法及装置，该方法包括基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度。本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法及装置通过在铣削区与温度测量位置所处的同一纵向平面上，获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，并根据第一铣削温度、第二铣削温度以及后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，方法简单、使用方便，且实时获取复合材料铣削区的铣削温度。

Description

复合材料铣削温度测量方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及机械加工温度测量技术领域，尤其涉及一种复合材料铣削温度测量方法及装置。

背景技术

复合材料加工过程中，刀具与工件摩擦会产生大量热量，从而使得工件温度会持续升高。由于复合材料本身的非均质性、各向异性等特点，容易引起工件在加工过程中热损伤。不仅影响工件的加工质量和加工精度，而且切削热量的集聚也会减少刀具寿命，降低加工效率。因此，了解切削加工过程中切削温度对复合材料高质、高效加工至关重要。

但加工过程中温度的测量，由于受到多种因素的影响，较难得到准确的测量结果。目前，对切削温度的测量技术及方法分为非接触式和接触式，主要包括红外热成像、热电偶等。

但是由于受到刀具与工件间界面模糊、受切屑遮挡限制以及切削液的影响，红外测温仪在进行热成像时，不易对焦，而且红外测温仪通常测量的是切屑表面，而不是切削界面的温度，如果没有采用合适的发射率还会导致较大测量误差。热电偶虽然测温方法相对简单、可靠，测量精度高，能够较为准确的反映出测量点的温度，但目前还没有充分利用热电偶来实现对复合材料切削区温度测量的有效测量方法。

发明内容

针对背景技术中现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种复合材料铣削温度测量方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供的一种复合材料铣削温度测量方法，该方法包括：

基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，其中，所述复合材料平均分为多段铣削区，所述第二次铣削为在所述第一次铣削的基础上的进一步铣削。

第二方面，本发明实施例提供的一种复合材料铣削温度测量装置，该装置包括：

第一处理模块，用于获取复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度；

第二处理模块，用于基于所述第一铣削温度、所述第二铣削温度，以及用于迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，其中，所述复合材料平均分为多段铣削区，所述第二次铣削为在所述第一次铣削的基础上的进一步铣削。

本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法及装置通过在铣削区与温度测量位置所处的同一纵向平面上，获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，并根据第一铣削温度、第二铣削温度以及后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，方法简单、使用方便，且实时获取复合材料铣削区的铣削温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的温度测量状态示意图；

图3为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

复合材料加工过程中，刀具与工件摩擦会产生大量热量，从而使得工件温度会持续升高。由于复合材料本身的非均质性、各向异性等特点，容易引起工件在加工过程中热损伤。不仅影响工件的加工质量和加工精度，因此为了保证复合材料工件的加工质量和加工精度，就需要了解复合材料加工过程中切削区的温度，目前对复合材料工件加工过程中温度的测量，有采用红外测温仪进行热成像，获取工件的温度，但该方法通常测量的是切屑表面，而不是切削界面的温度，如果没有采用合适的发射率还会导致较大测量误差。热电偶虽然测温方法相对简单、可靠，测量精度高，能够较为准确的反映出测量点的温度，但目前还没有充分利用热电偶来实现对复合材料切削区温度测量的有效测量方法。

为了实时获取复合材料切削区的温度，本发明实施例提供了一种复合材料铣削温度测量方法，图1为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤10、获取复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，其中，复合材料平均分为多段铣削区，第二次铣削为在第一次铣削的基础上的进一步铣削；

步骤11、基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度。

具体地，上述本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法具体为对复合材料进行2次铣削，获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，其中，复合材料根据每一次铣削的深度平均分为多段铣削区，即第一次铣削是在第二次铣削的基础上进行，且两次铣削的深度相同，都对应一段铣削区，其中，图2为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的温度测量状态示意图，如图2所示，锥形铣磨刀具21对复合材料的铣削为沿复合材料横向平面横向铣削即箭头22所示方向，第一铣削温度和第二铣削温度的获取位置位于铣削方向的纵向平面内，即点M-1处，同时第一铣削温度和第二铣削温度的获取位置也在复合材料的底面20上，铣削区位于温度获取位置的正上方即点M+1所在的区域，铣削区与温度获取位置之间可以有多段等深的待铣削区，其中各个分段的铣削深度相同均为y1，且铣削区与温度测量位置之间的分段数量至少为3段，M点只是其中的一个等分段点，当锥形铣磨刀具21第一次铣削该复合材料的一个等分段铣削区时，获取点M-1处的第一铣削温度，当锥形铣磨刀具21第二次铣削该复合材料的一个等分段铣削区时，获取点M-1处的第二铣削温度，且点M+1、点M和点M-1在同一垂直于底面的纵向平面内；根据复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，即通过将复合材料底面测量的第一铣削温度和第二铣削温度迭代入后差分迭代测量模型来获得复合材料铣削区的铣削温度。

本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法通过在铣削区与温度测量位置所处的同一纵向平面上，获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，并根据第一铣削温度、第二铣削温度以及后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，方法简单、使用方便，且实时获取复合材料铣削区的铣削温度。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，具体包括：

基于复合材料的多段铣削区，获得迭代次数，其中，每一次铣削都只铣削一段铣削区；

基于后差分迭代测量模型，根据迭代次数，迭代第一铣削温度和第二铣削温度，获得复合材料铣削区的铣削温度。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的2次铣削，每一次只铣削多段铣削区中的一段，且铣削深度相同，并获得第一铣削温度和第二铣削温度。在根据第一铣削温度、第二铣削温度以及后差分迭代测量模型获得铣削区的铣削温度时，需要将第一铣削温度和第二铣削温度迭代入后差分迭代测量模型，且根据需要，可以多次迭代，即第一次迭代后得到的值，可以作为下次的输入量进行迭代，其中，迭代次数根据铣削区的段数确定，如此获得复合材料铣削区的铣削温度，其中迭代次数的确定具体为：n＝(h-2y₁)/y₁，其中n为迭代次数，h为复合材料厚度，y₁为切削深度，同时，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法在设置切削深度和平均分配多段切削区时，根据能够获取整数的迭代次数而设置，且使得n大于等于1，如此方便获取复合材料铣削区的铣削温度。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的后差分迭代测量模型，具体为：

其中，为迭代初始点温度，为第二铣削温度，为复合材料的未铣削时的初始温度，为第一铣削温度，y₁为铣削深度，α为复合材料的热扩散率，t₁为复合材料的温度从到的变化时间。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的后差分迭代测量模型中的迭代初始点温度为需要求的量，第一铣削温度和第二铣削温度通过上述实施例可以测量获得，复合材料的未铣削时的初始温度、铣削深度以及复合材料的热扩散率均为已知量，同时，根据需要，如果需要多次迭代求得复合材料铣削区的铣削温度，则在模型中代入第一铣削温度和第二铣削温度后，获得迭代初始点温度，然后，将该迭代初始点温度作为下次迭代所需要的第二铣削温度代入测量模型中，同时上次代入的第二铣削温度作为第一铣削温度代入测量模型中，如此计算获得第二个迭代初始点温度，如果迭代2次，就可以获得复合材料铣削区的铣削温度，则第二个迭代初始点温度即为复合材料铣削区的铣削温度；如果需要迭代3次，则将第二个迭代初始点温度作为第二铣削温度代入测量模型，第一个迭代初始点温度作为第一铣削温度代入测量模型，如此获得第三个迭代初始点温度，该第三个迭代初始点温度即为复合材料铣削区的铣削温度，即通过测量模型得到的最新的迭代初始点温度作为下一次迭代的第二铣削温度，得到最新的迭代初始点温度所使用的第二铣削温度作为下一次迭代的第一铣削温度，如此灵活、准确获取复合材料铣削区的铣削温度。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法，还包括：

在复合材料的铣削方向上设置温度测量点。即复合材料切削区所在的纵向平面与复合材料底面垂直相交处设置温度测量点，来测量获得第一铣削温度和第二铣削温度，如此使得温度测量点距离铣削区的垂直距离最短。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法，还包括：

获取复合材料的第一铣削温度和第二铣削温度，其中：第一铣削温度为在温度测量点处测量获得的最大温度值，第二铣削温度为在温度测量点处测量获得的最大温度值。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中，获取的第一铣削温度为第一次铣削时温度测量点处测量获得的最大温度值；获取的第二铣削温度为第二次铣削时温度测量点处测量获得的最大温度值。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法，还包括：

在复合材料的温度测量点处设置热电偶。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中对第一铣削温度和第二铣削温度的获取是通过在温度测量点处设置的热电偶来获得的。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的在复合材料的温度测量点处设置热电偶，具体包括：

在温度测量点处钻取一个直径为1mm的盲孔；

将热电偶的测温端放置于盲孔内，测温端用于实时获取第一铣削温度和第二铣削温度。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的热电偶安放在复合材料的底面的温度测量点处所钻取的盲孔内，盲孔直径可为1mm，根据热电偶的测温端的尺寸大小来确定，热电偶的测温端在温度测量点处实时获取第一铣削温度和第二铣削温度。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法，还包括：

通过温度记录仪实时记录第一铣削温度和第二铣削温度，其中：热电偶与温度记录仪电连接。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法还包括通过温度记录仪实时记录热电偶测量获得的温度值，检测获得的第一次铣削时温度值中的最大值作为第一铣削温度以及获得的第二次铣削时温度值中的最大值作为第二铣削温度，同时通过记录的实时温度数据，还可以获得铣削过程中铣削区的温度变化情况。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的将热电偶的测温端放置于盲孔内，具体为：

通过导热绝缘胶将测温端固定在盲孔内。即本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量方法中的热电偶的测温端通过具有高导热率的绝缘胶固定在盲孔内，并通过电工胶将热电偶的导线和测温端固定在复合材料上进行二次固定。

本发明实施例还提供了一种复合材料铣削温度测量装置，图3为本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量装置结构示意图，如图3所示，该装置包括第一处理模块31和第二处理模块32，其中：

第一处理模块31获取复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，其中，复合材料平均分为多段铣削区，第二次铣削为在第一次铣削的基础上的进一步铣削；

第二处理模块32基于第一铣削温度、第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度。

具体地，上述本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量装置具体包括第一处理模块31和第二处理模块32，第一处理模块31获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，其中，复合材料根据每一次铣削的深度平均分为多段铣削区，即第一次铣削是在第二次铣削的基础上进行，且两次铣削的深度相同，都对应一段铣削区，对复合材料的铣削为沿复合材料横向平面横向铣削，第一铣削温度和第二铣削温度的获取位置位于铣削方向的纵向平面内，即第一铣削温度和第二铣削温度的获取位置可以在复合材料的底面，铣削区位于温度获取位置的正上方，铣削区与温度获取位置之间可以有多段等深的待铣削区；第二处理模块32根据复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代第一铣削温度和第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，即通过将复合材料底面测量的第一铣削温度和第二铣削温度迭代入后差分迭代测量模型来获得复合材料铣削区的铣削温度。

本发明实施例提供的复合材料铣削温度测量装置通过在铣削区与温度测量位置所处的同一纵向平面上，获取第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，并根据第一铣削温度、第二铣削温度以及后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，方法简单、使用方便，且实时获取复合材料铣削区的铣削温度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种复合材料铣削温度测量方法，其特征在于，包括：

基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，其中，所述复合材料平均分为多段铣削区，所述第二次铣削为在所述第一次铣削的基础上的进一步铣削。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度，复合材料第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度，以及用于迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，具体包括：

基于所述复合材料的多段铣削区，获得迭代次数，其中，每一次铣削都只铣削一段所述铣削区；

基于所述后差分迭代测量模型，根据所述迭代次数，迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度，获得所述复合材料铣削区的所述铣削温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述后差分迭代测量模型，具体为：

其中，为迭代初始点温度，为所述第二铣削温度，为所述复合材料的未铣削时的初始温度，为所述第一铣削温度，y₁为铣削深度，α为所述复合材料的热扩散率，t₁为所述复合材料的温度从到的变化时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述复合材料的铣削方向上设置温度测量点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述复合材料的所述第一铣削温度和所述第二铣削温度，其中：所述第一铣削温度为在所述温度测量点处测量获得的最大温度值，所述第二铣削温度为在所述温度测量点处测量获得的最大温度值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述复合材料的所述温度测量点处设置热电偶。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述复合材料的所述温度测量点处设置热电偶，具体包括：

在所述温度测量点处钻取一个盲孔；

将所述热电偶的测温端放置于所述盲孔内，所述测温端用于实时获取所述第一铣削温度和所述第二铣削温度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

通过温度记录仪实时记录所述第一铣削温度和所述第二铣削温度，其中：所述热电偶与温度记录仪电连接。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述将所述热电偶的测温端放置于所述盲孔内，具体为：

通过导热绝缘胶将所述测温端固定在盲孔内。

10.一种复合材料铣削温度测量装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于获取复合材料第一次铣削时铣削方向上测量的第一铣削温度以及第二次铣削时铣削方向上测量的第二铣削温度；

第二处理模块，用于基于所述第一铣削温度、所述第二铣削温度，以及用于迭代所述第一铣削温度和所述第二铣削温度的后差分迭代测量模型，得到复合材料铣削区的铣削温度，其中，所述复合材料平均分为多段铣削区，所述第二次铣削为在所述第一次铣削的基础上的进一步铣削。