一种切削热在线监测及调控装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种切削热在线监测及调控装置，属于监测系统技术领域。本发明采用光纤传递刀具后刀面热辐射给二色温度计，通过二色温度计将热辐射转化为温度数据通过信号转化器及数字示波器传递给PC机记录分析，来控制压力调控器控制刀具与加工工件内侧表面的压力，本发明不仅可以实时连续监控切削温度，具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高的显著优点，而且可以有效降低了因铣削热太高导致的工件表面灼伤使加工质量下降，延长刀具的使用寿命。
【专利说明】
一种切削热在线监测及调控装置【
技术领域
】
[0001]本发明涉及在线监测系统技术领域，具体涉及一种切削热在线监测及调控装置。 【【背景技术】】
[0002]铣削加工作为传统机械加工工艺中最为基本的一种切削加工方法，用来在工件内侧表面加工。近年来随着机械结构零部件材料一结构一体化的趋势，装配连接铣削工艺所占的比重快速上升，为了保证铣削质量、提高加工效率，高速铣削技术被广泛重视。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，极易造成材料剧烈变形所形成的大铣削力(扭矩、轴向力)和切削热量集中所形成的铣削高温。其中，铣削的温度对铣削工艺的影响随着高速铣削技术的应用更加显著，过高的铣削温度会直接导致铣肩变形复杂、铣刀磨损严重、使用寿命短等问题，这也会间接导致工件内表面加工精度和表面质量的下降。在高速铣削高温、高强度难加工材料和对温度极为敏感的树脂基复合材料时，铣削温度的控制更是成为保证加工效率和工件表面质量的关键所在，过高的钻削温度将会直接导致刀具失效和工件表面加工质量不合格。因此，在高速铣削条件下对铣削温度进行监测，铣削温度变化和铣刀刀具的压力值变化模型并进行铣削工艺优化，是高速铣削加工技术应用的必要条件。
[0003]公开号CN103128599A “一种用于高速钻削加工的切削温度监测装置”发明专利和公开号CN102554702A “刀杆式旋铣刀片切削力及温度测量装置”发明专利，上述两个发明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，不能调整刀具与工件的接触力，保护刀具在一定范围内对工件进行加工，减少刀具的损坏。【
【发明内容】
】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种切削热在线监测及调控装置，不仅能够同步实时在线测量各刀片切削力及切削温度，而且可以通过调控切削刀具与工件表面的压力来调控切削温度。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种切削热在线监测及调控装置，包括切削模块和监测模块，所述切削模块包括压力调控器、刀具、刀具支架、夹具、夹具基座及工件，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，所述压力调控器安装在刀具支架上，通过调整刀具支架的位置来控制刀具对工件的压力;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、 数字示波器及PC机，所述光纤与二色温度计耦合连接，且光纤一端对应刀具后刀面设置且距刀具后刀面0.4?1.0mm，将刀具的热辐射信息传递给二色温度计，所述二色温度计将热辐射信息转化为数字型号传送给信号转化器，由信号转换器转化成特定型号发送给数字示波器，所述PC机通过分析数字示波器发出的特定信号来连接和控制压力传感器，压力调控器也将刀具对工件的的压力信号转化成数据反馈给PC机。
[0007]较优地，所述二色温度计与压力调控器均安装在刀具支架上，与刀具同步运动。
[0008]较优地，所述一种切削热在线监测及调控装置，所述PC机采用虚拟仪器软件 LabVIEW构建软件平台，进行编程、显示与处理。
[0009]较优地，所述光纤、二色温度计、信号转化器、数字示波器、PC机及压力调控器组成一个闭环控制系统。[〇〇1〇]较优地，所述数字示波器设定温度报警系统，将报警系统生成的报警信号发送给 PC机控制压力调控器，调节刀具支架，使刀具停止工作;在信号转换器传送给数字示波器的数据未达到数字示波器的报警值时，数字示波器不发出报警信号，PC机根据数字示波器按正常信号控制压力调控器调节刀具对工件的压力。[〇〇11] 较优地，所述压力调控器通过调控刀具支架在刀具垂直工件加工面的方向上线性运动用于控制刀具，压力调控器控制刀具支架的方法是:刀具支架上装有微调旋钮控制刀具支架线性运动，且微调旋钮由步进电机控制，步进电机与压力调控器连接，压力调控器控制步进电机旋动微调旋钮。
[0012]本发明一种切削热在线监测及调控装置的工作原理为:用固定在夹具基座上的夹具夹紧工件外侧，用安装在刀具支架上的刀具前刀面贴紧工件内侧表面旋转铣削，刀具支架上安装有压力调控器和二色温度计，与二色温度计耦合的光纤端面固定在刀具后刀面 0.4?1.0mm的位置，将后刀面的热辐射信号传递给二色温度计转化为温度数据在传递给与二色温度计连接的信号转化器，信号转化器将温度数据转化成特性信号发送给数字示波器，再由数字示波器发送信号给PC机，PC机根据数据进行记录分析，发出相应的数值信号给压力调控器来调整刀具与工件内侧表面之间的压力，同时压力调控器也反馈压力值信号给 PC机记录分析，对铣削刀具和加工工件在线监控，且对刀具与工件之间的压力实行动态调整。
[0013]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0014](1)本发明采用光纤端面固定在刀具后刀面位置，测量装置结构紧凑，易于装调， 动态性能好，且测量精度高，可对刀具温度实施在线连续动态监测。
[0015](2)本发明采用压力调控器调整刀具对工件内侧表面的压力，不仅降低了因铣削热太高导致的工件表面灼伤使加工质量下降，而且还能有效延长刀具的使用寿命。
[0016](3)本发明还可以用于车削加工的切削力、切削温度的测量，且制作成本低。
[0017](4)本发明利用光纤作为热电偶感应热辐射，具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高的显著优点。【【附图说明】】
[0018]图1是本发明一种切削热在线监测装置的原理示意图。
[0019]附图中的各项说明为:
[0020]1-光纤;2-刀具;3-工件;4-夹具;5-二色温度计;6-信号转化器;7-数字示波器;8-夹具基座;9-PC机;10-压力调控器;11-刀具支架。【【具体实施方式】】
[0021]下面对照附图和结合最佳【具体实施方式】对本发明进行详细的阐述。
[0022]图1是本发明一种切削热在线监测装置的原理示意图。如图1所示，一种切削热在线监测及调控装置，包括切削模块和监测模块，切削模块包括压力调控器10、刀具2、刀具支架11、夹具4、夹具基座及工件8,工件3非加工部分被夹具夹紧，工件3被加工部分与刀具2紧贝占，所述压力调控器10安装在刀具支架11上，压力调控器10通过调控刀具支架11在刀具2垂直工件3加工面的方向上线性运动用于控制刀具2对工件3的压力；监测模块包括依次连接的光纤1、二色温度计5、信号转化器6、数字示波器7及PC机9,与二色温度计5耦合的光纤一端对应刀具2后刀面设置且距刀具2后刀面0.4mm，将刀具2的热辐射信号传递给二色温度计 5,然后由二色温度计5将热辐射信号转化为数字型号传送给信号转化器6,信号转换器6再将二色温度计5给出温度数据转化成特定信号发送给数字示波器7，PC机9通过分析数字示波器7发出的特定信号来控制压力传感器10,压力调控器10也将刀具2对工件3的的压力信号转化成数据反馈给PC机9，数字示波器7设定温度报警系统，将报警信号发送给PC机9控制压力调控器10调节刀具支架11，使刀具2停止工作;光纤、二色温度计、信号转化器、数字示波器、PC机及压力调控器组成一个闭环控制系统;其中，二色温度计与压力调控器均安装在刀具支架上，与刀具同步运动，二色温度计作用是通过光纤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。
[0023]本发明中光纤1与刀具2同步运动，采用光纤端面固定在刀具后刀面位置，测量装置结构紧凑，易于装调，动态性能好，测量精度高，可对刀具2温度实施在线连续动态监测， 可实时连续传递刀具2后刀面的热辐射给二色温度计5,而且光纤作为热电偶具有响应速度快、灵敏度高、测量精度高;压力调控器10根据PC机9分析后发出的信号动态启动步进电机带动微调旋钮来调整刀具支架11的位置，改变刀具2与工件3加工面的压力，降低因切削温度太高导致的工件3表面质量差的风险，延长了刀具2的使用寿命，同时压力调控器10也实时反馈压力数据给PC机9记录和分析。
【主权项】
1.一种切削热在线监测及调控装置，包括切削模块和监测模块，其特征在于:所述切削 模块包括压力调控器、刀具、刀具支架、夹具、夹具基座及工件，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，所述压力调控器安装在刀具支架上，通过调整刀具支架 的位置控制刀具对工件的压力;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、数字示波器及PC机，所述光纤与二色温度计耦合连接，且光纤一端对应刀具后刀面设置 且距刀具后刀面0.4?1.0mm，将刀具的热辐射信息传递给二色温度计，所述二色温度计将 热辐射信息转化为数字信号传送给信号转化器，由信号转换器转化成特定信号发送给数字 示波器，所述PC机通过分析数字示波器发出的信号来连接和控制压力传感器，压力调控器 检测刀具支架受到的压力状况并转化为数据信号反馈给PC机。2.根据权利要求1所述一种切削热在线监测及调控装置，其特征在于:所述二色温度计 与压力调控器均安装在刀具支架上，与刀具同步运动。3.根据权利要求1所述一种切削热在线监测及调控装置，其特征在于:所述PC机采用虚 拟仪器软件LabVIEW构建软件平台，进行编程、显示与处理。4.根据权利要求1所述一种切削热在线监测及调控装置，其特征在于:所述光纤、二色 温度计、信号转化器、数字示波器、PC机及压力调控器组成一个闭环控制系统。5.根据权利要求1所述一种切削热在线监测及调控装置，其特征在于:所述数字示波器 设定温度报警系统，将根据报警系统生成的报警信号发送给PC机控制压力调控器调节刀具 支架，使刀具停止工作。6.根据权利要求1所述一种切削热在线监测及调控装置，其特征在于:所述压力调控器 通过调控刀具支架在刀具垂直工件加工面的方向上线性运动用于控制刀具。
【文档编号】B23Q17/09GK106078357SQ201610369851
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】林勇传, 王春风, 黄健友, 谢正良, 韦珏宇
【申请人】广西大学