CN205968456U - 一种机床刀具切削温度监测及冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于切削技术领域。一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，包括切削模块、监测模块和冷却装置；所述切削模块包括夹具、夹具基座、工件、刀具与刀具支架；所述监测模块包括依次连接的光纤、二色温度计、信号转化器及控制器，所述光纤与二色温度计耦合连接，且光纤一端设置在刀具后刀面，该端距刀具后刀面2‑3mm；所述冷却装置包括切削液供液器和雾化喷嘴，雾化喷嘴设置在刀具支架上，其喷嘴与刀具间隔设置，喷嘴开口朝向所述刀具的刀面设置；所述雾化喷嘴连接所述切削液供液器，所述切削液供液器连接所述控制器。本实用新型测量精度高，可以连续监测切削温度，而且高速切削时可以自动启动切削液进行有效降温，调控刀具与工件的切削温度。

Description

一种机床刀具切削温度监测及冷却装置

【技术领域】

本实用新型属于切削技术领域，具体涉及一种机床刀具切削温度监测及冷却装置。

【背景技术】

铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件，将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征，这是高效率的加工方法。随着时代的发展，铣削工艺在我国大中型机械加工业用得越来越广泛。然而，铣削本身作为一种半封闭式的机械加工方法，加工条件相对恶劣，铣削力和铣削热都较为集中地产生在铣削刀具与工件相互作用的切削区域内。切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，导致了切削热的产生。这会直接导致铣刀磨损严重、切削刀具寿命短等问题。为了提高切削效率、提高工件的精度和降低工件表面粗糙度，一般都会在使用切削液对刀具和工件进行冷却润滑。但是高速切削时产生的空气湍流会使大部分切削液在达到刀具之前就被吹散，因而难以对刀具进行冲洗和冷却。因此，在高速铣削条件下对铣削温度进行监测，并能根据铣削温度变化，对铣刀刀具进行有效冷却，是高速铣削加工技术应用的必要条件。

公开号CN103465106A“车铣复合加工中心的切削温度测量装置”发明专利和公开号CN202985257U“一种切削温度测量装置”实用新型专利，上述两个专利均表现出可以实现进行长时间、连续的切削温度的监测，但该装置只能监测刀具或工件表面的温度，在高速切削时不能自动启动切削液进行有效降温，调整刀具与工件的切削温度，保护刀具在一定范围内对工件进行加工，减少刀具的损坏。

【实用新型内容】

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，不仅能够同步实时在线测量各刀片切削力及切削温度，而且高速切削时可以自动启动切削液进行有效降温，调控刀具与工件的切削温度。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，包括切削模块、监测模块和冷却装置；所述切削模块包括夹具、夹具基座、工件、刀具与刀具支架，所述夹具安装在所述夹具基座上，所述工件非加工部分被夹具夹紧，工件被加工部分与刀具紧贴，所述刀具安装在所述刀具支架上；所述监测模块包括依次连接的光纤、二色温度计、信号转化器及控制器，所述光纤与二色温度计耦合连接，且光纤一端设置在刀具后刀面，该端距刀具后刀面2-3mm；所述冷却装置包括切削液供液器和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在刀具支架上，其喷嘴与刀具间隔设置，喷嘴开口朝向所述刀具的刀面设置；所述雾化喷嘴连接所述切削液供液器，所述切削液供液器连接所述控制器。

进一步地，所述切削模块还包括压电测力计，所述压电测力计分别与所述刀具支架和控制器连接。

进一步地，所述二色温度计与压电测力计均安装在刀具支架上，与刀具同步运动。

进一步地，所述切削液供液器内设置有浓度传感器，所述浓度传感器连接所述控制器。

进一步地，所述监测模块还包括数字示波器，所述数字示波器分别与所述信号转化器、控制器连接。

进一步地，所述雾化喷嘴包括至少三个，所述雾化喷嘴环绕设置在所述刀具周围。

进一步地，所述雾化喷嘴可拆卸地设置在所述刀具支架上。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过在机床刀具中设置监测模块和冷却装置，可以用于机床车削加工的切削温度的监测和调整，结构简单，制作成本低。

(2)本实用新型采用光纤设置在刀具后刀面，该端距刀具后刀面2-3mm，装置结构紧凑，易于装调，动态性能好，且测量精度高，可对刀具温度实时在线连续动态监测。

(3)本实用新型采用雾化喷嘴环绕设置在刀具上，且其喷嘴开口朝向所述刀具的刀面，通过控制器发出的指令向刀具周围区域喷射切削液，即使在高速切削的环境下，仍可以实现良好的冷却和润滑效果。

【附图说明】

图1是本发明一种机床刀具切削温度监测及冷却装置的原理示意图。

其中：1-夹具，2-夹具基座，3-工件，4-刀具，5-刀具支架，6-光纤，7-二色温度计，8-信号转化器，9-控制器，10-切削液供液器，11-雾化喷嘴，12-压电测力计，13-数字示波器。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，包括切削模块、监测模块和冷却装置；所述切削模块包括夹具1、夹具基座2、工件3、刀具4与刀具支架5，所述夹具1安装在所述夹具基座2上，所述工件3非加工部分被夹具1夹紧，工件3被加工部分与刀具4紧贴，所述刀具4安装在所述刀具支架5上；所述监测模块包括依次连接的光纤6、二色温度计7、信号转化器8及控制器9，所述光纤6与二色温度计7耦合连接，且光纤6一端设置在刀具4后刀面，该端距刀具4后刀面2-3mm；所述冷却装置包括切削液供液器10和雾化喷嘴11，所述雾化喷嘴11设置在刀具4上，其喷嘴与刀具4间隔设置，喷嘴开口朝向所述刀具4的刀面设置；所述雾化喷嘴11连接所述切削液供液器10，所述切削液供液器10连接所述控制器9。

本实用新型的重点在于，一是在距离所述刀具4后刀面2mm处设置了光纤6，将刀具4的热辐射信息传递给二色温度计7，所述二色温度计7将热辐射信息发送给信号转化器8，由信号转化器8转化成特定信号发送给控制器9；二色温度计7的作用是通过光纤6以不接触被测高温物体的方式测量运动物体和热电的温度，且二色温度计7抗干扰性强,不易受到辐射率的影响,能透过模糊不清的玻璃、水膜和烟之类的物质,作高精度测量。二是在所述刀具4上环绕设置所述雾化喷嘴11，其喷嘴与刀具4间隔设置，喷嘴开口朝向所述刀具4的刀面设置；所述雾化喷嘴11可以把切削液压缩成细小的水雾，可以顺利到达刀具表面，降温效果明显；并根据控制器9发出的指令向刀具4的刀面周围区域喷射切削液，以实现高速切削时对所述刀具4和工件3的冷却降温。

为了使切削液的用量和喷射时间更精确，在所述切削液供液器10内设置有浓度传感器，所述浓度传感器连接所述控制器9。所述浓度传感器将检测到的浓度信号传递给所述控制器9，所述控制器9对接收到的浓度信号进行分析，结合监测模块得到的切削温度，计算得出所需切削液的用量和喷射时间，同时控制器9向雾化喷嘴11发出喷射指令。

本实施例在所述刀具4周围环绕设置了三个所述雾化喷嘴11，这样的设计可以使切削液更均匀地喷射在刀具4的刀面周围区域，使刀具4和工件3得到充分快速的冷却降温。进一步地，所述雾化喷嘴11可拆卸地安装在所述刀具支架5上，当其堵塞时，只需拆卸下清理，清理完毕后重新安装在所述刀具支架5上，无需更换全部喷嘴，成本较低。

作为本实用新型的进一步优化，所述切削模块还包括压电测力计12，所述压电测力计12分别与所述刀具支架5和控制器9连接，所述压电测力计12根据控制器9发出的信号，检测出刀具支架5所受到的压力后，通过调整刀具支架5的位置，使刀具4在工件3的加工面方向作线性运动的距离发生改变，动态启动步进电机带动微调旋钮来调整刀具支架5的位置，以控制刀具4对工件3加工面的压力。压电测力计12可以测量所述刀具4对所述工件3的力值，并且可以保存数据，连接控制器9后可以做测力波段检测。设置压电测力计12可以降低因切削温度太高导致的工件表面质量差的风险，延长了刀具4的使用寿命，同时压电测力计12实时反馈压力数据给控制器9记录和分析。

本实用新型中监测模块还包括数字示波器13，所述数字示波器13分别与所述信号转化器8、控制器9连接。采用数字示波器13与所述信号转化器8连接，可以将采集到的数字信号进行保存和处理，能直观的显示在数字示波器上13，并通过USB接口与控制器9连接。

光纤6与刀具4同步运动，采用光纤6端面固定在刀具4后刀面位置，易于装调，动态性能好，测量精度高，可对刀具4的温度实时在线连续动态监测，可实时连续传递刀具4后刀面的热辐射给二色温度计7，而且光纤6作为热电偶具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高。所述二色温度计7与压电测力计12均安装在刀具支架5上，与刀具4同步运动，这样的设计可以使测量装置结构紧凑，而且能够使雾化喷嘴随着刀具支架运动使喷射的切削液范围加大。进一步地，所述控制器9为PC机，并且PC机上设有切削温度采集和切削液控制界面，通过采用虚拟仪器软件LabVIEW构建软件平台，进行编程、显示与处理，可以非常便捷地控制和测量本装置的硬件设备。

本实用新型一种机床刀具切削温度监测及冷却装置的使用过程和工作原理是：用夹具1夹紧工件3的外侧，用安装在刀具支架5上的刀具4前刀面贴紧工件3的内侧表面旋转铣削，刀具支架5上安装有压电测力计12和二色温度计7。本实施例将二色温度计7耦合的光纤端面固定在刀具4后刀面2mm的位置，将后刀面的热辐射信号传递给二色温度计7转化为温度数据，再传递给与二色温度计7连接的信号转化器8，信号转化器8将温度数据转化成数字信号发送给数字示波器13，再由数字示波器13发送信号给控制器9，控制器9根据接收到的数字信号进行记录分析与显示，并将相应的数值信号发送给所述切削液供液器10。与此同时，切削液供液器10根据浓度传感器测得的浓度值信号发送给控制器9进行对比分析，计算得出冷却刀具4所需切削液的用量和喷射时间，最后打开切削液供液器10上的开关，根据控制器9发出的数值指令控制雾化喷嘴11向刀具4的刀面周围区域喷射一定浓度和用量的切削液。

本实用新型采用光纤6端面固定在刀具4后刀面位置，能实现对铣削刀具的温度测量和在线监控；在刀具4上设置雾化喷嘴11，通过控制器9发出的指令向刀具4的刀面周围区域喷射切削液，在高速切削时切削液也可以顺利与刀具4接触，不会被湍流的空气阻挡，实现以有效的冷却，且能对切削液的浓度和用量进行实行动态调整，可以实现良好的冷却和润滑效果。

以上较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所述作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，包括切削模块、监测模块和冷却装置；其特征在于：所述切削模块包括夹具、夹具基座、工件、刀具与刀具支架，所述夹具安装在所述夹具基座上，所述工件非加工部分被夹具夹紧，工件被加工部分与刀具紧贴，所述刀具安装在所述刀具支架上；所述监测模块包括依次连接的光纤、二色温度计、信号转化器及控制器，所述光纤与二色温度计耦合连接，且光纤一端设置在刀具后刀面，该端距刀具后刀面2‐3mm；所述冷却装置包括切削液供液器和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置在刀具支架上，其喷嘴与刀具间隔设置，喷嘴开口朝向所述刀具的刀面设置；所述雾化喷嘴连接所述切削液供液器，所述切削液供液器连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，其特征在于：所述切削模块还包括压电测力计，所述压电测力计分别与所述刀具支架和控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，其特征在于：所述二色温度计与压电测力计均安装在刀具支架上。

4.根据权利要求1所述的一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，其特征在于：所述切削液供液器内设置有浓度传感器，所述浓度传感器连接所述控制器。

5.根据权利要求1所述的一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，其特征在于：所述监测模块还包括数字示波器，所述数字示波器分别与所述信号转化器、控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种机床刀具切削温度监测及冷却装置，其特征在于：所述雾化喷嘴包括至少三个，所述雾化喷嘴环绕设置在所述刀具周围。