一種切削熱在線監測及調控裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種切削熱在線監測及調控裝置，屬于監測系統技術領域。本發明采用光纖傳遞刀具后刀面熱輻射給二色溫度計，通過二色溫度計將熱輻射轉化為溫度數據通過信號轉化器及數字示波器傳遞給PC機記錄分析，來控制壓力調控器控制刀具與加工工件內側表面的壓力，本發明不僅可以實時連續監控切削溫度，具有響應速度快、靈敏度高、測量精度高的顯著優點，而且可以有效降低了因銑削熱太高導致的工件表面灼傷使加工質量下降，延長刀具的使用壽命。
【專利說明】
一種切削熱在線監測及調控裝置【
技術領域
】
[0001]本發明涉及在線監測系統技術領域，具體涉及一種切削熱在線監測及調控裝置。 【【背景技術】】
[0002]銑削加工作為傳統機械加工工藝中最為基本的一種切削加工方法，用來在工件內側表面加工。近年來隨著機械結構零部件材料一結構一體化的趨勢，裝配連接銑削工藝所占的比重快速上升，為了保證銑削質量、提高加工效率，高速銑削技術被廣泛重視。然而，銑削本身作為一種半封閉式的機械加工方法，加工條件相對惡劣，銑削力和銑削熱都較為集中地產生在銑削刀具與工件相互作用的切削區域內，極易造成材料劇烈變形所形成的大銑削力(扭矩、軸向力)和切削熱量集中所形成的銑削高溫。其中，銑削的溫度對銑削工藝的影響隨著高速銑削技術的應用更加顯著，過高的銑削溫度會直接導致銑肩變形復雜、銑刀磨損嚴重、使用壽命短等問題，這也會間接導致工件內表面加工精度和表面質量的下降。在高速銑削高溫、高強度難加工材料和對溫度極為敏感的樹脂基復合材料時，銑削溫度的控制更是成為保證加工效率和工件表面質量的關鍵所在，過高的鉆削溫度將會直接導致刀具失效和工件表面加工質量不合格。因此，在高速銑削條件下對銑削溫度進行監測，銑削溫度變化和銑刀刀具的壓力值變化模型并進行銑削工藝優化，是高速銑削加工技術應用的必要條件。
[0003]公開號CN103128599A “一種用于高速鉆削加工的切削溫度監測裝置”發明專利和公開號CN102554702A “刀桿式旋銑刀片切削力及溫度測量裝置”發明專利，上述兩個發明專利均表現出可以實現進行長時間、連續的切削溫度的監測，但該裝置只能監測刀具或工件表面的溫度，不能調整刀具與工件的接觸力，保護刀具在一定范圍內對工件進行加工，減少刀具的損壞。【
【發明內容】
】
[0004]本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種切削熱在線監測及調控裝置，不僅能夠同步實時在線測量各刀片切削力及切削溫度，而且可以通過調控切削刀具與工件表面的壓力來調控切削溫度。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0006]—種切削熱在線監測及調控裝置，包括切削模塊和監測模塊，所述切削模塊包括壓力調控器、刀具、刀具支架、夾具、夾具基座及工件，所述工件非加工部分被夾具夾緊，工件被加工部分與刀具緊貼，所述壓力調控器安裝在刀具支架上，通過調整刀具支架的位置來控制刀具對工件的壓力;所述監測模塊包括依次連接的光纖、二色溫度計、信號轉化器、 數字示波器及PC機，所述光纖與二色溫度計耦合連接，且光纖一端對應刀具后刀面設置且距刀具后刀面0.4?1.0mm，將刀具的熱輻射信息傳遞給二色溫度計，所述二色溫度計將熱輻射信息轉化為數字型號傳送給信號轉化器，由信號轉換器轉化成特定型號發送給數字示波器，所述PC機通過分析數字示波器發出的特定信號來連接和控制壓力傳感器，壓力調控器也將刀具對工件的的壓力信號轉化成數據反饋給PC機。
[0007]較優地，所述二色溫度計與壓力調控器均安裝在刀具支架上，與刀具同步運動。
[0008]較優地，所述一種切削熱在線監測及調控裝置，所述PC機采用虛擬儀器軟件 LabVIEW構建軟件平臺，進行編程、顯示與處理。
[0009]較優地，所述光纖、二色溫度計、信號轉化器、數字示波器、PC機及壓力調控器組成一個閉環控制系統。[〇〇1〇]較優地，所述數字示波器設定溫度報警系統，將報警系統生成的報警信號發送給 PC機控制壓力調控器，調節刀具支架，使刀具停止工作;在信號轉換器傳送給數字示波器的數據未達到數字示波器的報警值時，數字示波器不發出報警信號，PC機根據數字示波器按正常信號控制壓力調控器調節刀具對工件的壓力。[〇〇11] 較優地，所述壓力調控器通過調控刀具支架在刀具垂直工件加工面的方向上線性運動用于控制刀具，壓力調控器控制刀具支架的方法是:刀具支架上裝有微調旋鈕控制刀具支架線性運動，且微調旋鈕由步進電機控制，步進電機與壓力調控器連接，壓力調控器控制步進電機旋動微調旋鈕。
[0012]本發明一種切削熱在線監測及調控裝置的工作原理為:用固定在夾具基座上的夾具夾緊工件外側，用安裝在刀具支架上的刀具前刀面貼緊工件內側表面旋轉銑削，刀具支架上安裝有壓力調控器和二色溫度計，與二色溫度計耦合的光纖端面固定在刀具后刀面 0.4?1.0mm的位置，將后刀面的熱輻射信號傳遞給二色溫度計轉化為溫度數據在傳遞給與二色溫度計連接的信號轉化器，信號轉化器將溫度數據轉化成特性信號發送給數字示波器，再由數字示波器發送信號給PC機，PC機根據數據進行記錄分析，發出相應的數值信號給壓力調控器來調整刀具與工件內側表面之間的壓力，同時壓力調控器也反饋壓力值信號給 PC機記錄分析，對銑削刀具和加工工件在線監控，且對刀具與工件之間的壓力實行動態調整。
[0013]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
[0014](1)本發明采用光纖端面固定在刀具后刀面位置，測量裝置結構緊湊，易于裝調， 動態性能好，且測量精度高，可對刀具溫度實施在線連續動態監測。
[0015](2)本發明采用壓力調控器調整刀具對工件內側表面的壓力，不僅降低了因銑削熱太高導致的工件表面灼傷使加工質量下降，而且還能有效延長刀具的使用壽命。
[0016](3)本發明還可以用于車削加工的切削力、切削溫度的測量，且制作成本低。
[0017](4)本發明利用光纖作為熱電偶感應熱輻射，具有響應速度快、靈敏度高、測量精度高的顯著優點。【【附圖說明】】
[0018]圖1是本發明一種切削熱在線監測裝置的原理示意圖。
[0019]附圖中的各項說明為:
[0020]1-光纖;2-刀具;3-工件;4-夾具;5-二色溫度計;6-信號轉化器;7-數字示波器;8-夾具基座;9-PC機;10-壓力調控器;11-刀具支架。【【具體實施方式】】
[0021]下面對照附圖和結合最佳【具體實施方式】對本發明進行詳細的闡述。
[0022]圖1是本發明一種切削熱在線監測裝置的原理示意圖。如圖1所示，一種切削熱在線監測及調控裝置，包括切削模塊和監測模塊，切削模塊包括壓力調控器10、刀具2、刀具支架11、夾具4、夾具基座及工件8,工件3非加工部分被夾具夾緊，工件3被加工部分與刀具2緊貝占，所述壓力調控器10安裝在刀具支架11上，壓力調控器10通過調控刀具支架11在刀具2垂直工件3加工面的方向上線性運動用于控制刀具2對工件3的壓力；監測模塊包括依次連接的光纖1、二色溫度計5、信號轉化器6、數字示波器7及PC機9,與二色溫度計5耦合的光纖一端對應刀具2后刀面設置且距刀具2后刀面0.4mm，將刀具2的熱輻射信號傳遞給二色溫度計 5,然后由二色溫度計5將熱輻射信號轉化為數字型號傳送給信號轉化器6,信號轉換器6再將二色溫度計5給出溫度數據轉化成特定信號發送給數字示波器7，PC機9通過分析數字示波器7發出的特定信號來控制壓力傳感器10,壓力調控器10也將刀具2對工件3的的壓力信號轉化成數據反饋給PC機9，數字示波器7設定溫度報警系統，將報警信號發送給PC機9控制壓力調控器10調節刀具支架11，使刀具2停止工作;光纖、二色溫度計、信號轉化器、數字示波器、PC機及壓力調控器組成一個閉環控制系統;其中，二色溫度計與壓力調控器均安裝在刀具支架上，與刀具同步運動，二色溫度計作用是通過光纖以不接觸被測高溫物體的方式測量運動物體和熱電的溫度，且二色溫度計抗干擾性強，不易受到輻射率的影響，能透過模糊不清的玻璃、水膜和煙之類的物質，作高精度測量。
[0023]本發明中光纖1與刀具2同步運動，采用光纖端面固定在刀具后刀面位置，測量裝置結構緊湊，易于裝調，動態性能好，測量精度高，可對刀具2溫度實施在線連續動態監測， 可實時連續傳遞刀具2后刀面的熱輻射給二色溫度計5,而且光纖作為熱電偶具有響應速度快、靈敏度高、測量精度高;壓力調控器10根據PC機9分析后發出的信號動態啟動步進電機帶動微調旋鈕來調整刀具支架11的位置，改變刀具2與工件3加工面的壓力，降低因切削溫度太高導致的工件3表面質量差的風險，延長了刀具2的使用壽命，同時壓力調控器10也實時反饋壓力數據給PC機9記錄和分析。
【主權項】
1.一種切削熱在線監測及調控裝置，包括切削模塊和監測模塊，其特征在于:所述切削 模塊包括壓力調控器、刀具、刀具支架、夾具、夾具基座及工件，所述工件非加工部分被夾具 夾緊，工件被加工部分與刀具緊貼，所述壓力調控器安裝在刀具支架上，通過調整刀具支架 的位置控制刀具對工件的壓力;所述監測模塊包括依次連接的光纖、二色溫度計、信號轉化 器、數字示波器及PC機，所述光纖與二色溫度計耦合連接，且光纖一端對應刀具后刀面設置 且距刀具后刀面0.4?1.0mm，將刀具的熱輻射信息傳遞給二色溫度計，所述二色溫度計將 熱輻射信息轉化為數字信號傳送給信號轉化器，由信號轉換器轉化成特定信號發送給數字 示波器，所述PC機通過分析數字示波器發出的信號來連接和控制壓力傳感器，壓力調控器 檢測刀具支架受到的壓力狀況并轉化為數據信號反饋給PC機。2.根據權利要求1所述一種切削熱在線監測及調控裝置，其特征在于:所述二色溫度計 與壓力調控器均安裝在刀具支架上，與刀具同步運動。3.根據權利要求1所述一種切削熱在線監測及調控裝置，其特征在于:所述PC機采用虛 擬儀器軟件LabVIEW構建軟件平臺，進行編程、顯示與處理。4.根據權利要求1所述一種切削熱在線監測及調控裝置，其特征在于:所述光纖、二色 溫度計、信號轉化器、數字示波器、PC機及壓力調控器組成一個閉環控制系統。5.根據權利要求1所述一種切削熱在線監測及調控裝置，其特征在于:所述數字示波器 設定溫度報警系統，將根據報警系統生成的報警信號發送給PC機控制壓力調控器調節刀具 支架，使刀具停止工作。6.根據權利要求1所述一種切削熱在線監測及調控裝置，其特征在于:所述壓力調控器 通過調控刀具支架在刀具垂直工件加工面的方向上線性運動用于控制刀具。
【文檔編號】B23Q17/09GK106078357SQ201610369851
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】林勇傳, 王春風, 黃健友, 謝正良, 韋玨宇
【申請人】廣西大學