CN205958132U - 一种用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构 - Google Patents

Abstract

一种用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，采用机械夹紧连接补偿导线与薄膜热电极的方法，实现薄膜传感器引线连接牢固，使用性能稳定，其特征在于：设有横截面为倒U形的加力架与横截面为L形的压板，在刀头的上表面与加力架的上顶面之间设有的平头螺钉依次穿过弹簧与上顶面的上通孔ii被螺母锁住。设有两根分别与热电极i、热电极ii材质相同的补偿导线i与补偿导线ii，补偿导线的头端与热电极的尾端在刀头的上表面平头螺钉下方分别叠加。从而彻底克服了现有技术中银胶粘结和焊接连接工艺繁琐、连接结合性差、性能不稳定的弊端。这种方法可以广泛应用于薄膜传感器制造与应用领域。

Description

一种用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构

技术领域 本实用新型涉及机床刀具测温技术。

背景技术 随着切削加工精度要求的不断提高和加工对象的进一步复杂化，由切削温度变化引起的误差在加工总误差中所占比例呈增加趋势，尤其在冶金建材、热工设备，动力机械、火箭发动机，化工容器、核能工程、精密加工等多种学科领域中，瞬态温度的测量都占有非常重要的地位，尤其是瞬态表面温度，这已经成为进一步提高加工精度的主要障碍之一。国内外常用的切削温度测量方法主要有自然热电偶法、人工热电偶法、半人工热电偶法、红外辐射测温法、固态图像传感器法等，但常规温度测量方法无法实时监测瞬态温度变化，薄膜热电偶具有热容量小、体积小、响应速度快，能够捕捉瞬时温度变化，同时薄膜热电偶可直接沉积在被测对象的表面，不破坏被测构件结构，而且对被测部件工作环境影响小等优点，因此在温度测量领域中得到了广泛的应用。

补偿导线与薄膜热电极的连接一直是困扰薄膜热电偶温度传感器制备与应用的关键问题。目前，通常采用耐高温导电银胶粘结和焊接方法实现薄膜热电极与补偿导线间的连接，但是导电银胶在固体状态下非常脆弱容易脱落，极不牢固，而且不同操作者在不同环境下由于受人为干扰和环境干扰因素，所使用导电银胶的物理和化学性质差异较大，并且银胶的稳定性较差，而焊接连接的方法对薄膜焊接专用设备、焊接技术和工艺水平要求较高，国内尚不具备开展条件，同时焊接连接方法成功率较低，这些都会对薄膜热电偶温度传感器制造和应用造成较大干扰，所以现在急需一种解决薄膜热电偶热电级薄膜与补偿导线连接问题的方法。

实用新型内容 为克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出如下技术方案：目的是要提供一种用于测量瞬态切削温度薄膜热电偶与补偿导线的接线方法，其具有拆装方便，连接牢固、电子性能稳定等优点，可解决薄膜热电偶的薄膜热电极与补偿导线连接存在的问题，此方法可以广泛应用于薄膜传感器制造与应用领域。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，包括镀附在切削用硬质合金刀片上的薄膜热 电偶，该薄膜热电偶由镀附在所述硬质合金刀片上表面的Al₂O₃绝缘薄膜，以及在所述Al₂O₃绝缘薄膜的上表面并列镀附的NiSi热电极i与NiCr热电极ii组成，在硬质合金刀片前部由NiSi热电极i、NiCr热电极ii搭接形成热接点，热电极i与热电极ii均为薄膜形式。在热电极i、热电极ii搭接形成的热接点上面镀附有SiO₂保护薄膜。其特征在于：设有横截面为倒U形的加力架，该加力架的上顶面为中间设有通孔i的长方形，前侧面为有一缺角的矩形，后侧面为缺角的菱形，这个缺角位于菱形的后侧面右上方，该缺角水平线的高度与所述硬质合金刀片(6)高度相等。上顶面的右侧边沿角度α延伸到缺角水平线的上方形成防护板。角度α的范围为120°-140°。角度α的最佳值为130°。上顶面与防护板内表面均设有高温绝缘胶层。前侧面与后侧面的下部设有等径通孔i，该等径通孔i的孔径大于刀杆紧固杆的直径。设有横截面为L形的压板，该压板的长边设有通孔iii，短边设有凹形缺口。在刀头的上表面与加力架的上顶面之间设有的平头螺钉依次穿过弹簧与上顶面的上通孔ii被螺母锁住。平头螺钉为绝缘材质。本案例中平头螺钉的绝缘材质为聚四氟乙烯。平头螺钉也可使用金属材质，下端固定有绝缘体。设有两根分别与热电极i、热电极ii材材质相同经压板的凹形缺口平行安置的补偿导线i与补偿导线ii，补偿导线i与补偿导线ii的头端与热电极i、热电极ii的尾端在刀头的上表面平头螺钉的下方分别叠加。横截面为倒U形的加力架材质为不锈钢。补偿导线i与补偿导线ii截面均为扁平状,其中：补偿导线i为镍硅合金材料的补偿导线，补偿导线ii为镍铬合金材料的补偿导线。

本实用新型的技术方案彻底克服了现有技术中银胶粘结和焊接工艺繁琐的弊端—传统银胶粘结补偿导线风干后，硬、脆、易脱落、粘胶工艺繁琐、粘接结合性差，而焊接连接的方法对薄膜焊接专用设备、焊接技术和工艺水平要求较高，国内尚不具备开展条件，同时焊接连接方法成功率较低，这些都会对薄膜热电偶温度传感器制造和应用造成较大干扰。本实用新型采用机械夹紧连接补偿导线与热电极的方法，使薄膜传感器使用性能稳定，引线连接牢固，引线连接制作工艺周期短，拆装均很方便。这种方法可以广泛应用于薄膜传感器制造与应用领域。

附图说明

图1是本实用新型用于测量瞬态切削温度时的整体示意图。

图2本实用新型用于测量瞬态切削温度时的刀杆示意图。

图3本实用新型用于测量瞬态切削温度时的夹紧机构示意图。

图4是加力架三维示意图。

图5是图4的主视图。

图6是图4的左视图。

图7是图4的俯视图。

图8是图7中N-N向剖视图。

图9是L形压板三维示意图。

图10是图1中沿序号11即L形压板的中线剖切的剖面图。

图11是图10中A处局部放大图。

图12是图11中M向刀片表面薄膜热电偶剖视图。

图中：1、热接点，2、NiSi热电极i，3、Al₂O₃绝缘薄膜，4、NiCr热电极ii，5、SiO₂保护薄膜，6、硬质合金刀片，7、加力架，7-1、加力架上顶面，7-2、加力架前侧面，7-3、加力架后侧面，7-4、加力架缺角水平线，7-5、加力架防护板，8、螺母，9、螺钉i，10、弹簧，11、L形压板，12、补偿导线i，13、补偿导线ii，14、刀杆紧固杆，15、刀杆，16、螺钉ii，17、孔i，18、孔ii，19、高温绝缘胶，20、凹形缺口，21、孔iii，22、孔iv，23、绝缘体。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图12所示，本瞬态切削用温度测量薄膜热电偶主要包括镀附在切削用硬质合金刀片6(型号为DNMX150608-WGM)上的薄膜热电偶，该薄膜热电偶由镀附在硬质合金刀片6上表面的Al₂O₃绝缘薄膜以及在这个Al₂O₃绝缘薄膜3的上表面并列镀附的NiSi热电极i-2、与NiCr热电极ii-4组成，在硬质合金刀片6前部由NiSi热电极i-2、NiCr热电极ii-4搭接所形成热接点1。热电极i-2与热电极ii-4均为薄膜形式。在热电极i-2、热电极ii-4搭接形成的热接点1上面镀附有SiO₂保护薄膜5。首先对硬质合金刀片6的前刀面进行抛光、清洗处理，采用磁控溅射工艺在经抛光后的硬质合金刀片6上依次沉积Al₂O₃绝缘薄膜3、热电极i-2、热电极ii-4、SiO₂保护薄膜5，得到所述用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶传感器。

2)薄膜热电偶引线夹紧机构制作

所述引线夹紧机构包括加力架7、螺钉i-9、L形压板11、弹簧10及螺母8。 图4为所述引线夹紧机构加力架三维示意图。加力架7由高精密线切割加工技术或模具加工而成。加力架7长方形的上顶面7-1中部设有通孔ii-18，前侧面7-2为有一缺角的矩形，这一缺角的斜边与硬质合金刀片6配合，加力架前侧面7-2与加力架后侧面7-3设有等径通孔i-17。加力架后侧面7-3为缺角菱形且缺角菱形位于加力架后侧面7-3右上方，加力架上顶面7-1的右侧边沿角度α延伸到所述加力架缺角水平线7-4，延伸角α为120°-140°且130°为最佳角度。引线夹紧机构中加力架7采用不锈钢材料，可以将加工时产生的切屑与镀附在硬质合金刀片6上的薄膜热电偶隔离，避免了加工形成的切屑磨损薄膜热电偶。如图10所示，加力架7内侧涂覆高温绝缘胶层19保证加力架7与硬质合金刀片6、薄膜热电偶之间完全绝缘。加力架防护板7-5有两个作用：1、保证硬质合金刀片6前刀面与加力架7中间面间缝隙小，切屑与热电偶热电极的隔离效果好；2、保证加力架上顶面7-1与硬质合金刀片6后刀面有一定的间距，使平头螺钉i-9及弹簧10有一定的放置空间。加力架上顶面7-1装配时与硬质合金刀片6上表面保持平行，这样可以保证螺母8与平头螺钉i-9配合时，螺母8与加力架上顶面7-1贴合面积最大。平头螺钉i-9为标准平头螺钉且呈正方形，材料为绝缘材料，本案例中采用聚四氟乙烯材料。平头螺钉9也可以采用金属材质，下端采用固定绝缘体23的方式。螺母8用于平头螺钉i-9的配合。补偿导线用L形压板11定位，L形压板11的长边长度为9mm，设有孔iii-21；短边长度为4mm，设有两个凹形缺口20。弹簧10用于提供引线夹紧机构的夹紧力。

3)薄膜热电偶引线夹紧机构的安装

如图1所示为引线夹紧机构用于测量切削时瞬态切削温度的三维整体示意图，当进行切削加工时，将弹簧10套栓在平头螺钉i-9上，平头螺钉i-9穿过孔i-17，将L形压板11的孔iii-21与平头螺钉i-9配合，再使螺母8与平头螺钉i-9配合并旋紧螺母8，套栓在平头螺钉i-9上的弹簧10被压缩，L形压板11被固定在螺母8与加力架上顶面7-1之间。将硬质合金刀片6与加力架7组合，将型号为PDJN2525M15的刀杆15上的刀杆紧固杆14穿过加力架7上的孔i-17及孔iv-22，旋紧刀杆上的刀具夹紧螺钉ii-16将所述组合固定夹紧，组成如图1所示的用于测量瞬态切削温度的整体结构。利用L形压板11上的凹形缺口20对补偿导线i-12与补偿导线ii-13进行水平方向的定位。再分别将补偿导线i-12与补偿导线ii-13的头端与热电极i-2、热电极ii-4的尾端在刀头6的上表面平头螺钉9的下方分 别叠加。松动螺母8使压缩的弹簧10伸长，在弹簧力的作用下将平头螺钉i-9压下直至与硬质合金刀片6贴紧，这样补偿导线i-12、补偿导线ii-13分别与热电极i-2、热电极ii-4一一对应被压紧，实现薄膜热电偶与补偿导线紧密接触。

本实用新型可以应用于测量瞬态切削温度时的薄膜热电偶引线连接，也可以在薄膜热电偶前期性能标定中使用，进一步保证了薄膜热电偶从性能标定至实际应用引线方式的一致性，具有拆装方便，连接牢固、电子性能稳定等优点，避免了传统银胶粘结补偿导线风干后，硬、脆、易脱落的缺点，实现了薄膜传感器实际切削加工时引线连接牢固，排除外界因素干扰，使薄膜传感器性能稳定，引线连接制作工艺周期短，优化了薄膜传感器热电极薄膜与补偿导线连接的繁琐工艺，从而可以广泛应用于薄膜传感器领域。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，包括镀附在切削用硬质合金刀片(6)上的薄膜热电偶，该薄膜热电偶由镀附在所述硬质合金刀片(6)上表面的Al₂O₃绝缘薄膜(3)以及在所述Al₂O₃绝缘薄膜(3)的上表面并列镀附的NiSi热电极i(2)与NiCr热电极ii(4)组成，在硬质合金刀片(6)前部由NiSi热电极i(2)、NiCr热电极ii(4)搭接形成热接点(1)，所述热电极i(2)与热电极ii(4)均为薄膜形式；在所述的热电极i(2)、热电极ii(4)搭接形成的热接点(1)上面镀附有SiO₂保护薄膜(5)；其特征在于：设有横截面为倒U形的加力架(7)，该加力架(7)的上顶面(7-1)为中间设有通孔ii(18)的长方形，前侧面(7-2)为有一缺角的矩形，后侧面(7-3)为缺角的菱形，所述缺角位于菱形的后侧面(7-3)右上方，该缺角水平线(7-4)的高度与所述硬质合金刀片(6)高度相等，上顶面(7-1)的右侧边沿角度α延伸到所述缺角水平线(7-4)的上方形成防护板(7-5)，所述上顶面(7-1)与防护板(7-5)内表面均设有高温绝缘胶层(19)；所述前侧面(7-2)与后侧面(7-3)的下部设有等径通孔i(17)，该等径通孔i(17)的孔径大于刀杆紧固杆(14)的直径；设有横截面为L形的压板(11)，该压板(11)的长边设有通孔iii(21)，短边设有凹形缺口(20)；在所述硬质合金刀片(6)的上表面与加力架(7)的上顶面(7-1)之间设有的平头螺钉(9)依次穿过弹簧(10)与上顶面(7-1)的上通孔ii(18)被螺母(8)锁住：设有两根分别与热电极i(2)、热电极ii(4)材质相同经所述L形的压板(11)的凹形缺口(20)平行安置的补偿导线i(12)与补偿导线ii(13)，所述补偿导线i(12)与补偿导线ii(13)的头端与所述热电极i(2)、热电极ii(4)的尾端在硬质合金刀片(6)的上表面所述平头螺钉(9)的下方分别叠加。

2.根据权利要求1所述的用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，其特征在于：所述角度α的范围为120°-140°。

3.根据权利要求2所述的用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，其特征在于：所述角度α的最佳值为130°。

4.根据权利要求1所述的用于测量瞬态切削温度的薄膜热电偶引线夹紧机构，其特征在于：所述补偿导线i(12)与补偿导线ii(13)截面均为扁平状。