[发明专利]一种用于高速钻削加工的切削温度监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削温度监测装置，具体涉及一种用于高速钻削加工的切削温度监测装置，属于机械工程技术领域。

背景技术

钻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，用来在工件上生成孔，钻孔工序约占机械加工总量的40～50%。近年来随着机械结构零部件材料－结构一体化的趋势，装配连接制孔工艺所占的比重快速上升，为了保证制孔质量、提高加工效率，高速钻削技术被广泛重视。然而，钻削本身作为一种半封闭式的机械加工方法，切削条件相对恶劣，钻削力和钻削热都较为集中地产生在钻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钻削力(扭矩、轴向力)和切削热量集中所形成的钻削高温。其中，钻削温度对钻削工艺的影响随着高速钻削技术的应用更加显著，过高的钻削温度会直接导致钻屑变形复杂、钻头磨损严重、使用寿命短等问题，这也会间接导致孔加工精度和孔加工表面质量的下降。在高速钻削高温、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，钻削温度的控制更是成为保证加工效率和制孔质量的关键所在，过高的钻削温度将会直接导致刀具失效和孔加工质量不合格。因此，在高速钻削条件下对钻削温度进行长时间、连续的监测，以此为依据建立在刀具寿命周期内的切削温度变化和孔加工质量变化模型并进行钻削工艺优化，是高速钻削加工技术应用的必要条件。

对于开放式切削加工（如车削）的长时间、连续变化温度监测一般采用辐射温度原理获取，最常用的是红外热像仪法和光纤红外温度计法。由于切削区域半封闭，辐射无法直接到达，因此这类方法对于钻削加工的切削温度监测是不适用的。目前对钻削温度的测量仍然以瞬时切削温度的采集为主，还无法对钻削温度的变化进行长时间、连续的监测。钻削瞬时切削温度的实验测量则一般采用在工件中埋入热电偶的方法来获取某点瞬时温度值。常见的方法有两种，一是人工热电偶法，直接埋入热电偶对来采集距离切削刃较近的工件上某点的瞬时钻削温度，二是半人工热电偶法，利用工件材料作为热电偶对中的一极，与埋入工件材料的另一极热电偶组成热电偶对，直接测量切削刃上某一点的瞬时钻削温度。人工热电偶法的优点在于可利用标准热电偶，工件材料不同也不需要进行标定；半人工热电偶法的优点是能直接获得切削刃上的温度。但两种方法都涉及到先要在工件上制直径小于0.5mm的小孔且埋入热电偶，并对热电偶所埋位置有严格要求，因此实验设置比较复杂，且一次实验设置仅能完成一个切削瞬时温度值的测量，而无法获得对刀具寿命和孔加工质量有直接影响的长时间、连续变化的切削温度的监测记录。此外，对于一些无法使用电火花制小孔的工件材料（如树脂基增强复合材），半人工热电偶测温也有较大的实践难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人工热电偶测温原理的用于高速钻削加工的切削温度监测装置，其将实验装置固定在旋转的钻削刀具上，能够通过一次的实验设置，实现对钻削刀具在刀具寿命周期内的长时间、连续的切削温度监测，并且对所钻削的工件材料没有要求。

本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：

一种用于高速钻削加工的切削温度监测装置，其包括温度模块支架组件和温度监测系统，所述温度支架组件设置于切削刀柄上，所述温度监测系统安装在该温度模块支架组件之中。

所述的温度模块支架组件包括：温度模块支架、胀紧连接套、上支架盖板、下支架盖板、下支架盖压紧螺钉和上支架盖压紧螺钉，其中，温度模块支架设有两对称的内腔，并通过套胀紧连接套的鼓涨作用与所述切削刀柄连接在一起，上支架盖板通过上支架盖压紧螺钉与温度模块支架的上端相连接，下支架盖板通过下支架盖压紧螺钉与温度模块支架的下端相连接。

所述的温度监测系统包括：钻削刀具、两存储式温度采集模块和两标准热电偶，其中，钻削刀具安装在切削刀柄之中并设有两沿轴向贯通刀体的内冷孔，两存储式温度采集模块分别设置于所述温度模块支架中的两内腔中，两标准热电偶产生由切削热量导致的热电势信号，并且从钻削刀具的钻尖处分别穿过两内冷孔延伸至所述温度模块支架中的两内腔，最终连接至两存储式温度采集模块。

所述的存储式温度采集模块集成有能够独立提供工作电源的电源子模块和能够实现热电势信号数据长时间、连续记录并存储的存储子模块。

所述的温度模块支架组件的温度模块支架、胀紧连接套、上支架盖板、下支架盖板、下支架盖压紧螺钉和上支架盖压紧螺钉的分布呈对称状，在绕所述切削刀柄的轴线高速旋转时保持动平衡。

所述的温度模块支架组件与切削刀柄的安装同轴度由所述胀紧连接套分别鼓涨挤紧切削刀柄和温度模块支架来保证。