一种智能瞬态切削测温刀具、制作方法及其测温方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能切削测温刀具、制作方法及其测温方法，属于切削加工领域 和先进制造技术领域，尤其涉及精密切削温度自动测试领域。
【背景技术】
[0002] 在现代机械加工中，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，这已经成为进一步 提高加工精度的主要障碍之一。切削热和切削温度是切削过程中重要的物理现象，由于切 削温度是对切削过程进行自适应控制的重要参数，是对切削过程和刀具状态间接监控的重 要信号，因此在开展切削加工理论研宄、切削刀具性能试验及被加工材料加工性能试验等 研宄时，对切削温度进行准确测量是先进制造领域的研宄重点之一。
[0003] 在薄壁类零件的高速切削加工中，由于加工时其散热性差，热变形产生的误差大， 使尺寸和形位误差难以达到图纸要求；如在精密切削加工过程中，由于切削深度小，切削热 及由此产生的切削温度主要集中于切削刀具的刀尖位置，切削加工时，刀尖恰好嵌入切肩 与工件之间，切削温度变化速度快，导致传统切削温度测量方法很难测量快速变化的刀尖 温度；如在化爆材料加工过程中，由于化爆材料的不均匀性，其内部随机分布硬质点，当切 到某个硬质点时，或由于切削变形和振动等原因，会突然产生大量的切削热而使工件出现 瞬时高温脉冲，当这一瞬时高温超出一定范围时，会引爆工件而发生重大恶性事故。因此， 研制一种响应速度快、能准确测量刀尖切削温度的方法和技术已成为精密切削加工急需解 决的关键问题，对先进制造及国防军工部门的安全，高效生产具有重大的意义。
【发明内容】
[0004] 鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种智能瞬态切削测温刀具， 其具有能够适应极端环境，响应速度快、测量精度高、能够在生产现场对切削区域瞬态温度 进行准确和实时测量等优点。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案：
[0006] 一种智能瞬态切削测温刀具，其特征在于：
[0007] 其包括：
[0008] 刀具本体；
[0009] 镀附在所述刀具本体上的薄膜热电偶，所述薄膜热电偶包括镀附在所述刀具本体 上的绝缘膜；镀附在该绝缘膜上的热电极一、热电极二以及Si3N4保护膜；以及分别与所述 热电极一、热电极二连接，用于搭接所述热电极一、热电极二的热接点；同时所述薄膜热电 偶通过设置在所述刀具本体上的线槽将与所述热电极一、热电极二对应的热电偶丝一、热 电偶丝二引出；
[0010] 集成安装在所述刀具本体上的温度采集终端，用于实时采集切削温度数据。
[0011] 进一步的，所述热电极一为NiCr热电偶薄膜，所述热电极二为NiSi热电偶薄膜。
[0012] 进一步的，所述刀具本体包括：镀附有所述薄膜热电偶的刀片结构以及集成安装 有所述温度采集终端的刀杆结构；所述刀杆结构包括：与所述线槽连通，用于穿插来自所 述热电偶丝一、热电偶丝二的垂直孔；与所述垂直孔连通，并将所述热电偶丝一、热电偶丝 二引入到横向水平孔中的纵向槽；同时所述横向水平孔与所述温度采集终端嵌入槽连通， 用于将所述热电偶丝一、热电偶丝二引入到所述温度采集终端嵌入槽中。
[0013] 进一步的，所述纵向槽通过挡板盖封，并用螺钉固定。
[0014] 进一步的，所述温度采集终端包括：
[0015] 与所述热电偶丝一、热电偶丝二连接，采集热电偶信号并进行信号放大、冷端补 偿、模数转换和故障检测的A/D转换模块；
[0016] 主控制器，接收所述A/D转换模块发送的数字温度信号并对其进行显示存储控制 及无线传输；
[0017] 与所述主控制器连接的温度显示模块，用于实现温度的实时显示；
[0018] 与所述主控制器连接的温度数据存储模块，其采用SD卡作为存储媒介，用于实现 测温数据的实时存储；
[0019] 与所述主控制器连接的无线传输模块，该模块通过无线数传网络ZigBee技术将 采集到的温度数据无线发送到与该模块对应的协调器，并通过所述协调器与计算机连接， 以实现通过计算机对切削温度数据进行无线数据采集；
[0020] 以及系统供电模块。
[0021] 进一步的，所述温度采集终端还包括功能按键模块，用于实现对系统时间校对、温 度显示控制以及测温数据控制。
[0022] 本发明还要提供一种智能瞬态切削刀具制作方法，其特征在于：
[0023] 其包括如下步骤：
[0024] 1、制作所述测温刀具：
[0025] ⑴、根据刀具设计要求将测温刀具刀片加工成所需刀片形状；
[0026] ⑵、在所述测温刀具刀片上制备薄膜热电偶测温传感器即在所述测温刀具刀片上 先后（如利用直流磁控溅射方法）沉积Al2O3绝缘膜、NiCr热电偶薄膜、NiSi热电偶薄膜 以及Si3N4保护膜；
[0027] ⑶、用导电银胶将NiCr热电偶丝的一端与NiCr热电偶薄膜粘结，并用导电银胶将 NiSi热电偶丝一端与NiSi热电偶薄膜粘结；同时为了保证补偿导线间以及补偿导线与刀 片间的绝缘，先在线槽底部固定绝缘片并涂绝缘胶，绝缘胶固化后，将作为补偿导线的各所 述热电偶丝用密封胶在线槽内引出接线端，并将所述线槽灌封；
[0028] ⑷、为了安装补偿导线，设置与所述测温刀具刀片配合使用的刀杆结构；并在刀杆 结构的下底面先后依次加工纵向槽、与所述线槽连通的垂直孔、与所述线槽连通的横向水 平孔；同时所述补偿导线安装绝缘护套后从所述测温刀具刀片底端引出，使其依次穿过刀 杆结构的垂直孔、纵向槽，最后从横向水平孔引入到数据采集终端嵌入槽，便于其与该数据 采集终端实现连接；
[0029] 2、安装数据采集终端：
[0030] 在数据采集终端嵌入槽四周的刀杆结构上设置若干水平通孔并将数据采集终端 系统安装在数据采集终端嵌入槽中。
[0031 ] 所述温度采集终端包括：
[0032]与所述热电偶丝一、热电偶丝二连接，采集热电偶信号并进行信号放大、冷端补 偿、模数转换和故障检测的A/D转换模块；
[0033] 主控制器，接收所述A/D转换模块发送的数字温度信号并对其进行显示和
[0034] 存储控制以及无线传输；
[0035] 与所述主控制器连接的温度显示模块，用于实现温度的实时显示；
[0036] 与所述主控制器连接的温度数据存储模块，其采用SD卡作为存储媒介，用于实现 测温数据的实时存储；
[0037] 与所述主控制器连接的无线传输模块，该模块通过无线数传网络ZigBee技术将 采集到的温度数据无线发送到与该模块对应的协调器，并通过所述协调器与计算机连接， 以实现通过计算机对切削温度数据进行无线数据采集；
[0038] 以及系统供电模块。
[0039] 本发明还要提供一种基于所述智能瞬态切削刀具的瞬态切削测温方法，其特征在 于：
[0040] 其包括如下步骤：
[0041] I、安装所述智能瞬态切削刀具；
[0042] II、安装待加工工件；
[0043] III、进行切削测温实验：将可插拔式无线传输数据发送模块插入智能数据采集终 端，通过串口实现上位机与协调器的通信，协调器与计算机连接同时开启计算机中温度数 据采集软件；同时将所述智能数据采集终端进行通电并开始切削测试。
[0044] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0045] 本发明通过在切削刀具上直接沉积薄膜热电偶切削测温传感器并集成智能数据 采集终端的设计，使得本发明能够适应于精密、瞬态切削温度测试环境，具有响应速度可达 毫秒或微秒级别、测量精度高、能够对切削区域瞬态温度进行准确和实时测量等优点；同时 可实现切削温度在生产现场实时显示；切削温度数据实时存储；切削温度数据无线传输； 模块化设计可以实现功能选择；有效避免了数据的丢失，使智能瞬态测温刀具具有较高可 靠性和稳定性。实验结果表明，本发明能够满足切削过程中瞬态切削温度的测试要求。
【附图说明】
[0046] 图1本发明所述智能切削测温刀具结构总示意图；
[0047] 图2本发明所述测温刀具刀片的结构示意图；
[0048] 图3本发明所述测温刀具刀杆的结构示意图；
[0049] 图4a_4c本发明所述NiCr/NiSi薄膜对应的掩膜示意图；
[0050] 图5本发明所述智能数据采集终端结构示意图；<