[发明专利]一种切削力和切削温度测量装置及其制备和温度补偿方法

权利要求书

1.一种切削力和切削温度的测量装置，其特征在于，包括：刀杆（7），刀杆（7）的前端安装有刀片（3），刀片（3）和刀杆（7）之间安装有切削力传感器（1），刀片（3）的侧边安装有切削温度传感器（2）；切削力传感器（1）和切削温度传感器（2）均连接至信号采集卡（11），信号采集卡（11）连接至上位机（12）；

切削力传感器（1）和刀片（3）的形状及尺寸相同，切削力传感器（1）包括形状和尺寸相同的基板（18）和盖板（13），基板（18）和盖板（13）之间设置有切削力测量敏感结构（17），切削力测量敏感结构（17）连通至前焊盘（19），前焊盘（19）连通至后焊盘（21），后焊盘（21）连通至信号采集卡（11），前焊盘（19）和后焊盘（21）均固定设置在PCB板（15）上，PCB板（15）设置在基板（18）上；

切削力测量敏感结构（17）包括圆片状AlSiCO陶瓷（24），圆片状AlSiCO陶瓷（24）被夹装在上电极板（26）和下电极板（25）之间，上电极板（26）设置在盖板（13）的下部，下电极板（25）安装在基板（18）的上部；

切削温度传感器（2）包括矩形AlSiCO陶瓷（28）、矩形AlSiCO陶瓷（28）通过铂丝（30）连通有铜丝（32），铜丝（32）和信号采集卡（11）连通；

基板（18）上开设有圆形孔洞（36），圆形孔洞（36）内表面上涂覆有Al₂O₃绝缘层（27）；圆形孔洞（36）内从下到上依次设置有下电极板（25）、圆片状AlSiCO陶瓷（24）和上电极板（26），上电极板（26）和涂覆在盖板（13）下表面的Al₂O₃绝缘层（27）接触；

矩形AlSiCO陶瓷（28）嵌入在刀片（3）侧壁开设的槽（35）中，矩形AlSiCO陶瓷（28）的外表面覆盖有保护盖（33）；

切削力和切削温度测量装置中的切削力传感器（2）外形与普通车刀的刀垫外形一致，并且具有相同的机械特性，能够替代刀垫并安装到刀具中；

所述切削力和切削温度的测量装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制造刀杆（7）；

步骤2，制备圆片状AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）；

步骤2中，圆片状AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）的制备过程为：

步骤2.1，将有机硅树脂与乙醇按照2：1的质量比混合，然后再加入仲丁醇铝，仲丁醇铝的质量为有机硅树脂质量的5%，得到混合液，将混合液搅拌均匀得到先驱体母液；

步骤2.2，将先驱体母液在干燥箱中干燥得到凝固后的固体；

步骤2.3，将凝固后的固体在流动氩气环境中于350℃的温度下热处理4小时，得到热处理后的固体；

步骤2.4，将热处理后的固体捣碎，球磨并筛分，得到粒度小于1μm的粉末；

步骤2.5，将筛选后的粉末与先驱体母液按体积比为40:1的比例混合，得到混合物；

步骤2.6，将步骤2.5得到的混合物用压片机压成圆片和矩形状，使用冷等静压机在200MPa的压力下压5min，得到陶瓷；

步骤2.7，烧结步骤2.6得到的陶瓷，得到圆片状AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）；

步骤3，制备切削力传感器（1）；

将圆片状AlSiCO陶瓷（24）的上下表面通过导电银浆分别与上电极板（26）和下电极板（25）连接，将上电极板（26）、圆片状AlSiCO陶瓷（24）和下电极板（25）共同嵌入基板（18）中，将PCB板（15）粘贴在基板（18）上，PCB板（15）上设置有两个前焊盘（19）和两个后焊盘（21），电连接前焊盘（19）和圆片状AlSiCO陶瓷（24），电连接前焊盘（19）和后焊盘（21），将盖板（13）和基板（18）连接；

步骤4，制备切削温度传感器（2）；

在矩形AlSiCO陶瓷（28）的侧壁上打两个孔洞（37），先在孔洞（37）的内侧壁和底面涂抹一层铂浆，然后将铂丝（30）嵌入到两个孔洞（37）中，铂丝（30）的另一端和铜丝（32）连接，用热缩管（31）包裹住铂丝（30）在孔洞（37）以外的部分以及铜丝（32），制备出切削温度传感器（2）；在刀片（3）侧面开设槽（35），把切削温度传感器（2）嵌入槽（35）中；

步骤5，安装传感器；

将切削力传感器（1）安装到刀杆（7）上，再将安装有切削温度传感器（2）的刀片（3）安装到切削力传感器（1）上面；将切削力传感器（1）的引线（14）和切削温度传感器（2）的信号线（4）穿过刀杆（7）和信号采集卡（11）连接上，信号采集卡（11）通过信号线与上位机（12）连接。