[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

说明书

本发明公开了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，该装置将切削力传感器和切削温度传感器直接和刀片直接接触，距离切削位置近，能够实现对切削力的直接、准确地测量，具有响应快、精度高的性能。本发明的切削力和切削温度测量装置中的切削力传感器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，使得切削力传感器直接和车刀接触，测量精度高，不占用额外的空间，该切削力传感器结构简单、体积小，具有兼容性好、可靠性高的特点，解决了当前很多商业化切削力传感器难以用于实际加工切削状态监测的难题。

技术领域

本发明属于切削状态监测领域，具体涉及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。

背景技术

切削加工过程状态监测技术是实现切削加工过程自动化智能化的重要条件，对产品的加工质量、机床的加工效率和刀具的寿命有着决定性影响。尤其对于精密与超精密加工而言，安全可靠的切削状态实时监测起着关键性作用。切削力和切削温度是切削加工过程中的重要监测对象。实时测量切削力，并根据测量结果调整切削参数，可以起到提高加工质量、保证加工效率、降低成本的作用。切削力测量最直接可靠的方式就是测量刀片产生的切削力。切削温度传感器可以实时测量切削温度，可以及时了解刀具的磨损和机床的发热情况，起到保证零件加工精度、保护刀具的作用。目前研究最广泛的切削力传感器的是应变式和压电式两种，但是这两种传感器存在体积较大、精度不够高、不能直接测量等问题。切削温度测量方法主要有人工热电偶法、红外高温计法和红外热像仪法，这三种测量方法的测量结果都不够理想。

因此迫切需要发展切削力和切削温度高精度测量系统，将切削力传感器和切削温度传感器集成化，同时实现切削力和切削温度的测量。测量系统中的切削力传感器应当具有精度高、体积小的性能，切削温度传感器应当满足响应速率快、灵敏度高、范围广、性能稳定的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供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，用于解决现有技术中缺乏同时能够高精度的测量切削力和切削温度的装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种切削力和切削温度的测量装置，包括：刀杆，刀杆的前端安装有刀片，刀片和刀杆之间安装有切削力传感器，刀片的侧边安装有切削温度传感器；切削力传感器和切削温度传感器均连接至信号采集卡，信号采集卡连接至上位机；

切削力传感器和刀片的形状及尺寸相同，切削力传感器包括形状和尺寸相同的基板和盖板，基板和盖板之间设置有切削力测量敏感结构，切削力测量敏感结构连通至前焊盘，前焊盘连通至后焊盘，后焊盘连通至信号采集卡，前焊盘和后焊盘均固定设置在PCB板上，PCB板设置在基板上；

切削力测量敏感结构包括圆片状AlSiCO陶瓷，圆片状AlSiCO陶瓷被夹装在上电极板和下电极板之间，上电极板设置在盖板的下部，下电极板安装在基板的上部；

切削温度传感器包括矩形AlSiCO陶瓷、矩形AlSiCO陶瓷通过铂丝连通有铜丝，铜丝和信号采集卡连通。

本发明的进一步改进在于：

优选的，基板的表面和盖板的表面均包裹有一层Al₂O₃绝缘层，基板设置有两个前焊盘，每一个前焊盘各自通过引线和一个后焊盘连接；两个前焊盘、两个后焊盘和两个引线均相对于刀片长度方向中心线对称。

优选的，后焊盘通过引线和信号采集卡连接，引线一部分粘贴在基板上，另一部分穿过刀杆和信号采集卡连接。

优选的，基板上开设有圆形孔洞，圆形孔洞内表面上涂覆有Al₂O₃绝缘层；圆形孔洞内从下到上依次设置有下电极板、圆片状AlSiCO陶瓷和上电极板，上电极板和涂覆在盖板下表面的Al₂O₃绝缘层接触。