一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置

技术领域

本发明涉及瞬态铣削温度检测技术及传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于薄膜热电偶温度传感器的铣削温度测试装置。

背景技术

随着加工系统的自动化和智能化水平的提升，特别是在高速、精密及超精密加工中，铣削温度及分布是影响刀具寿命和加工质量的关键因素之一。其中铣削区域温度及分布的精确测量一直是铣削加工机理研究的热点和难题。铣削温度作为高速铣削过程中最为重要的参数之一，在切削加工过程中，由于切削力、切削热、切入切出冲击等因素的综合作用，刀具与工件接触表面会经历复杂瞬变的温度场的变化，产生磨损和破损，从而劣化了加工表面的质量，降低了零部件的尺寸精度和机床的加工效率。因此，如何快速、可靠、准确地采集铣削过程刀具前刀面与切屑接触区域的瞬态温度信息一直受到研究者的广泛关注，设计并研制出满足应用需求的温度传感装置是实现铣削过程智能监测的必要条件，更是实现智能制造的关键之一。

由于在铣削过程中工件固定、刀具旋转、刀片进行断续切割、非接触式的测温方法无法获得加工时刀片前刀面与切屑接触区域的准确温度，而传统的接触式测温方法又容易因为不可避免的摩擦导致传感器损坏。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置。本发明将可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器嵌入在铣刀片前刀面中，传感器可以拆卸和更换，传感器热接点可跟随磨损。解决了传统测量方法无法测量刀具前刀面与切屑接触区域温度的技术短板，并且通过将温度采集发射装置嵌入在铣刀柄中，实现了铣削过程中温度通过无线实时传输至pc端以变化的曲线形式显示实时温度，为高速铣削、精密加工中的温度测量提供新的方法和技术途径，具有重要的应用价值。

本发明采用的技术手段如下：

一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置，包括：铣刀片、与所述铣刀片配合连接的T型铣刀刀柄、嵌入在T型铣刀刀柄内部的温度采集发射终端、嵌入在铣刀片前刀面上的可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器，薄膜热电偶温度传感器通过补偿导线连接温度采集发射终端，温度信号经无线传输至pc端上机位，实现瞬态铣削温度的实时测量。

进一步地，所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器包括采用99氧化铝陶瓷材料制成的楔形陶瓷基底、固定在基底内的第一补偿导线和第二补偿导线、依次沉积在基底上的第一热电极薄膜和第二热电极薄膜以及沉积在两个热电极薄膜上的保护薄膜。

进一步地，所述铣刀片采用硬质合金制成，铣刀片的前刀面开设有楔形槽，用于放置可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器。

进一步地，所述T型铣刀刀柄上开设有方形槽，用于放置温度采集发射终端固定组件，所述温度采集发射终端固定在温度采集发射终端固定组件内部。

进一步地，所述T型铣刀刀柄上还开设有两个螺栓凹槽及第一补偿导线通孔；所述T型铣刀刀柄与所述铣刀片的连接处开设有第二补偿导线通孔。

进一步地，所述温度采集发射终端固定组件呈镂空的长方体状，左右两侧分别开设有通孔，两侧螺栓与刀柄处两个螺栓凹槽之间过盈配合，用于固定温度采集发射终端；下侧壁上开设有导线通孔。

进一步地，所述第一补偿导线通孔与导线通孔相互对应。

进一步地，所述温度采集发射终端固定组件采用聚四氟乙烯材料制成。

进一步地，所述第二热电极薄膜搭接在所述第一热电极薄膜上，搭接的区域形成为可跟随磨损的热接点区域。

进一步地，所述第一热电极薄膜采用NiCr薄膜；所述第二热电极薄膜采用NiSi薄膜；所述第一补偿导线采用NiCr引线；所述第二补偿导线采用NiSi引线；所述保护薄膜采用SiO

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的铣削温度测试装置，采用可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器，其具有热接点自更新、可跟随磨损、寿命长、动态响应速度快、灵敏度高等优点。

2、本发明提供的铣削温度测试装置，将可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器嵌入在硬质合金铣刀片前刀面内，具有可拆卸、可更换的优点，且薄膜热电偶温度传感器随铣刀片直接参与切削，能够实现对铣刀前刀面与切屑接触区域的瞬态温度测量。

基于上述理由本发明可在瞬态铣削温度检测技术及传感器等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明铣削温度测试装置的整体结构示意图。

图2为本发明铣削温度测试装置的T型铣刀刀柄三维示意图。

图3为本发明薄膜热电偶温度传感器与硬质合金铣刀片装配示意图。

图4为本发明薄膜热电偶温度传感器爆炸示意图。

图5为本发明薄膜热电偶温度传感器电极细节图。

图6为本发明温度采集发射终端固定组件三维示意图。

图7为本发明装置瞬态温度采集及无线传输系统的工作框图。

图中：1、T型铣刀刀柄；1-1、螺栓凹槽；1-2、第一补偿导线通孔；1-3、第二补偿导线通孔；1-4、方形槽；2、温度采集发射终端固定组件；2-1、导线通孔；3、螺栓；4、补偿导线；4-1、第二补偿导线；4-2、第一补偿导线；5、铣刀片；6、薄膜热电偶温度传感器；6-1、陶瓷基底；6-2、第一热电极薄膜；6-3、第二热电极薄膜；6-4、保护薄膜；6-5、热接点区域；7、紧固螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置，包括：铣刀片5、与所述铣刀片5配合连接的T型铣刀刀柄1、嵌入在T型铣刀刀柄1内部的温度采集发射终端、嵌入在铣刀片5前刀面上的可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器6，薄膜热电偶温度传感器6通过补偿导线4连接温度采集发射终端的信号输入端，切削产生热电势的传递，热电势经温度采集发射终端模数转化为温度信号，温度信号经无线传输至PC端上机位，实现铣削温度的实时测量。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述铣刀片5采用硬质合金制成，通过紧固螺钉7固定在T型铣刀柄上，铣刀片5的前刀面开设有楔形槽，用于放置可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器6。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4、5所示，所述可跟随磨损薄膜热电偶温度传感器6包括采用99氧化铝陶瓷材料制成的陶瓷基底6-1、固定在基底6-1内的第一补偿导线4-2和第二补偿导线4-1、依次沉积在基底6-1上的第一热电极薄膜6-2和第二热电极薄膜6-3以及沉积在第二热电极薄膜6-3上的保护薄膜6-4；所述第二热电极薄膜6-3搭接在所述第一热电极薄膜6-2上，搭接的区域形成为可跟随磨损的热接点区域6-5。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述第一热电极薄膜6-2采用NiCr薄膜；所述第二热电极薄膜6-3采用NiSi薄膜；所述第一补偿导线4-2采用NiCr引线；所述第二补偿导线4-1采用NiSi引线；所述保护薄膜6-4采用SiO

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，所述T型铣刀刀柄1上开设有方形槽1-4，用于放置温度采集发射终端固定组件，所述温度采集发射终端固定在温度采集发射终端固定组件2内部。所述T型铣刀刀柄1上还开设有两个螺栓凹槽1-1及第一补偿导线通孔1-2；所述T型铣刀刀柄1与所述铣刀片5的连接处开设有第二补偿导线通孔1-3。所述T型铣刀刀柄1采用标准T型数控刀柄，数控刀柄型号为ATS 60-C40-H28-160-4T，且该型数控刀柄1长度随温度采集发射终端固定组件2的尺寸进行选取；

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图6所示，所述温度采集发射终端固定组件2呈镂空的长方体状，左右两侧分别开设有通孔，两侧螺栓与刀柄处两个螺栓凹槽1-1之间过盈配合，用于固定温度采集发射终端；以保证装载温度采集终端后，智能铣削刀具加工时保持动平衡，下侧壁上开设有导线通孔2-1。所述温度采集发射终端固定组件2采用线切割技术和激光焊接技术加工为长方体外壳状。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，为降低无线数据传输信号所受干扰，所述温度采集发射终端固定组件均采用聚四氟乙烯制作而成。

综上所述，本发明可应用于瞬态铣削温度的测量，本发明提供了一种可跟随刀-屑接触磨损的瞬态铣削温度测试装置，将可跟随磨损的薄膜热电偶温度传感器嵌入在铣刀片前刀面上，在方便拆卸、更换的同时薄膜热电偶温度传感器可以跟随铣刀片一起磨损，以保证传感器可以实时监测铣刀前刀面与刀屑接触区域的瞬态温度，并将温度采集发射装置嵌入在铣刀柄中，实现了铣削过程中温度通过无线实时传输至pc端以变化的曲线形式显示实时温度。因此，本发明具有可拆卸、可更换、热接点可自更新、动态响应速度快、灵敏度高、对铣削加工区域瞬态温度进行准确和实时测量等优点。本发明为瞬态铣削温度测试提供了新的方法，为智能铣削测温刀具的研究与开发提供了新的技术途径。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。