一種智能瞬態(tài)切削測溫刀具、制作方法及其測溫方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智能切削測溫刀具、制作方法及其測溫方法，屬于切削加工領域 和先進制造技術領域，尤其涉及精密切削溫度自動測試領域。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)代機械加工中，隨著切削加工精度要求的不斷提高和加工對象的進一步復雜 化，由切削溫度變化引起的誤差在加工總誤差中所占比例呈增加趨勢，這已經(jīng)成為進一步 提高加工精度的主要障礙之一。切削熱和切削溫度是切削過程中重要的物理現(xiàn)象，由于切 削溫度是對切削過程進行自適應控制的重要參數(shù)，是對切削過程和刀具狀態(tài)間接監(jiān)控的重 要信號，因此在開展切削加工理論研宄、切削刀具性能試驗及被加工材料加工性能試驗等 研宄時，對切削溫度進行準確測量是先進制造領域的研宄重點之一。
[0003] 在薄壁類零件的高速切削加工中，由于加工時其散熱性差，熱變形產(chǎn)生的誤差大， 使尺寸和形位誤差難以達到圖紙要求；如在精密切削加工過程中，由于切削深度小，切削熱 及由此產(chǎn)生的切削溫度主要集中于切削刀具的刀尖位置，切削加工時，刀尖恰好嵌入切肩 與工件之間，切削溫度變化速度快，導致傳統(tǒng)切削溫度測量方法很難測量快速變化的刀尖 溫度；如在化爆材料加工過程中，由于化爆材料的不均勻性，其內(nèi)部隨機分布硬質(zhì)點，當切 到某個硬質(zhì)點時，或由于切削變形和振動等原因，會突然產(chǎn)生大量的切削熱而使工件出現(xiàn) 瞬時高溫脈沖，當這一瞬時高溫超出一定范圍時，會引爆工件而發(fā)生重大惡性事故。因此， 研制一種響應速度快、能準確測量刀尖切削溫度的方法和技術已成為精密切削加工急需解 決的關鍵問題，對先進制造及國防軍工部門的安全，高效生產(chǎn)具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于已有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種智能瞬態(tài)切削測溫刀具， 其具有能夠適應極端環(huán)境，響應速度快、測量精度高、能夠在生產(chǎn)現(xiàn)場對切削區(qū)域瞬態(tài)溫度 進行準確和實時測量等優(yōu)點。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案：
[0006] 一種智能瞬態(tài)切削測溫刀具，其特征在于：
[0007] 其包括：
[0008] 刀具本體；
[0009] 鍍附在所述刀具本體上的薄膜熱電偶，所述薄膜熱電偶包括鍍附在所述刀具本體 上的絕緣膜；鍍附在該絕緣膜上的熱電極一、熱電極二以及Si3N4保護膜；以及分別與所述 熱電極一、熱電極二連接，用于搭接所述熱電極一、熱電極二的熱接點；同時所述薄膜熱電 偶通過設置在所述刀具本體上的線槽將與所述熱電極一、熱電極二對應的熱電偶絲一、熱 電偶絲二引出；
[0010] 集成安裝在所述刀具本體上的溫度采集終端，用于實時采集切削溫度數(shù)據(jù)。
[0011] 進一步的，所述熱電極一為NiCr熱電偶薄膜，所述熱電極二為NiSi熱電偶薄膜。
[0012] 進一步的，所述刀具本體包括：鍍附有所述薄膜熱電偶的刀片結構以及集成安裝 有所述溫度采集終端的刀桿結構；所述刀桿結構包括：與所述線槽連通，用于穿插來自所 述熱電偶絲一、熱電偶絲二的垂直孔；與所述垂直孔連通，并將所述熱電偶絲一、熱電偶絲 二引入到橫向水平孔中的縱向槽；同時所述橫向水平孔與所述溫度采集終端嵌入槽連通， 用于將所述熱電偶絲一、熱電偶絲二引入到所述溫度采集終端嵌入槽中。
[0013] 進一步的，所述縱向槽通過擋板蓋封，并用螺釘固定。
[0014] 進一步的，所述溫度采集終端包括：
[0015] 與所述熱電偶絲一、熱電偶絲二連接，采集熱電偶信號并進行信號放大、冷端補 償、模數(shù)轉換和故障檢測的A/D轉換模塊；
[0016] 主控制器，接收所述A/D轉換模塊發(fā)送的數(shù)字溫度信號并對其進行顯示存儲控制 及無線傳輸；
[0017] 與所述主控制器連接的溫度顯示模塊，用于實現(xiàn)溫度的實時顯示；
[0018] 與所述主控制器連接的溫度數(shù)據(jù)存儲模塊，其采用SD卡作為存儲媒介，用于實現(xiàn) 測溫數(shù)據(jù)的實時存儲；
[0019] 與所述主控制器連接的無線傳輸模塊，該模塊通過無線數(shù)傳網(wǎng)絡ZigBee技術將 采集到的溫度數(shù)據(jù)無線發(fā)送到與該模塊對應的協(xié)調(diào)器，并通過所述協(xié)調(diào)器與計算機連接， 以實現(xiàn)通過計算機對切削溫度數(shù)據(jù)進行無線數(shù)據(jù)采集；
[0020] 以及系統(tǒng)供電模塊。
[0021] 進一步的，所述溫度采集終端還包括功能按鍵模塊，用于實現(xiàn)對系統(tǒng)時間校對、溫 度顯示控制以及測溫數(shù)據(jù)控制。
[0022] 本發(fā)明還要提供一種智能瞬態(tài)切削刀具制作方法，其特征在于：
[0023] 其包括如下步驟：
[0024] 1、制作所述測溫刀具：
[0025] ⑴、根據(jù)刀具設計要求將測溫刀具刀片加工成所需刀片形狀；
[0026] ⑵、在所述測溫刀具刀片上制備薄膜熱電偶測溫傳感器即在所述測溫刀具刀片上 先后（如利用直流磁控濺射方法）沉積Al2O3絕緣膜、NiCr熱電偶薄膜、NiSi熱電偶薄膜 以及Si3N4保護膜；
[0027] ⑶、用導電銀膠將NiCr熱電偶絲的一端與NiCr熱電偶薄膜粘結，并用導電銀膠將 NiSi熱電偶絲一端與NiSi熱電偶薄膜粘結；同時為了保證補償導線間以及補償導線與刀 片間的絕緣，先在線槽底部固定絕緣片并涂絕緣膠，絕緣膠固化后，將作為補償導線的各所 述熱電偶絲用密封膠在線槽內(nèi)引出接線端，并將所述線槽灌封；
[0028] ⑷、為了安裝補償導線，設置與所述測溫刀具刀片配合使用的刀桿結構；并在刀桿 結構的下底面先后依次加工縱向槽、與所述線槽連通的垂直孔、與所述線槽連通的橫向水 平孔；同時所述補償導線安裝絕緣護套后從所述測溫刀具刀片底端引出，使其依次穿過刀 桿結構的垂直孔、縱向槽，最后從橫向水平孔引入到數(shù)據(jù)采集終端嵌入槽，便于其與該數(shù)據(jù) 采集終端實現(xiàn)連接；
[0029] 2、安裝數(shù)據(jù)采集終端：
[0030] 在數(shù)據(jù)采集終端嵌入槽四周的刀桿結構上設置若干水平通孔并將數(shù)據(jù)采集終端 系統(tǒng)安裝在數(shù)據(jù)采集終端嵌入槽中。
[0031 ] 所述溫度采集終端包括：
[0032]與所述熱電偶絲一、熱電偶絲二連接，采集熱電偶信號并進行信號放大、冷端補 償、模數(shù)轉換和故障檢測的A/D轉換模塊；
[0033] 主控制器，接收所述A/D轉換模塊發(fā)送的數(shù)字溫度信號并對其進行顯示和
[0034] 存儲控制以及無線傳輸；
[0035] 與所述主控制器連接的溫度顯示模塊，用于實現(xiàn)溫度的實時顯示；
[0036] 與所述主控制器連接的溫度數(shù)據(jù)存儲模塊，其采用SD卡作為存儲媒介，用于實現(xiàn) 測溫數(shù)據(jù)的實時存儲；
[0037] 與所述主控制器連接的無線傳輸模塊，該模塊通過無線數(shù)傳網(wǎng)絡ZigBee技術將 采集到的溫度數(shù)據(jù)無線發(fā)送到與該模塊對應的協(xié)調(diào)器，并通過所述協(xié)調(diào)器與計算機連接， 以實現(xiàn)通過計算機對切削溫度數(shù)據(jù)進行無線數(shù)據(jù)采集；
[0038] 以及系統(tǒng)供電模塊。
[0039] 本發(fā)明還要提供一種基于所述智能瞬態(tài)切削刀具的瞬態(tài)切削測溫方法，其特征在 于：
[0040] 其包括如下步驟：
[0041] I、安裝所述智能瞬態(tài)切削刀具；
[0042] II、安裝待加工工件；
[0043] III、進行切削測溫實驗：將可插拔式無線傳輸數(shù)據(jù)發(fā)送模塊插入智能數(shù)據(jù)采集終 端，通過串口實現(xiàn)上位機與協(xié)調(diào)器的通信，協(xié)調(diào)器與計算機連接同時開啟計算機中溫度數(shù) 據(jù)采集軟件；同時將所述智能數(shù)據(jù)采集終端進行通電并開始切削測試。
[0044] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：
[0045] 本發(fā)明通過在切削刀具上直接沉積薄膜熱電偶切削測溫傳感器并集成智能數(shù)據(jù) 采集終端的設計，使得本發(fā)明能夠適應于精密、瞬態(tài)切削溫度測試環(huán)境，具有響應速度可達 毫秒或微秒級別、測量精度高、能夠?qū)η邢鲄^(qū)域瞬態(tài)溫度進行準確和實時測量等優(yōu)點；同時 可實現(xiàn)切削溫度在生產(chǎn)現(xiàn)場實時顯示；切削溫度數(shù)據(jù)實時存儲；切削溫度數(shù)據(jù)無線傳輸； 模塊化設計可以實現(xiàn)功能選擇；有效避免了數(shù)據(jù)的丟失，使智能瞬態(tài)測溫刀具具有較高可 靠性和穩(wěn)定性。實驗結果表明，本發(fā)明能夠滿足切削過程中瞬態(tài)切削溫度的測試要求。
【附圖說明】
[0046] 圖1本發(fā)明所述智能切削測溫刀具結構總示意圖；
[0047] 圖2本發(fā)明所述測溫刀具刀片的結構示意圖；
[0048] 圖3本發(fā)明所述測溫刀具刀桿的結構示意圖；
[0049] 圖4a_4c本發(fā)明所述NiCr/NiSi薄膜對應的掩膜示意圖；
[0050] 圖5本發(fā)明所述智能數(shù)據(jù)采集終端結構示意圖；<