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Title:
APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE OF END FACE DURING TURNING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166203
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed are an apparatus and a method for measuring the temperature of an end face during turning, wherein same belong to the technical field of cutting machining, and are suitable for measuring the temperature generated in a cutting region during the turning of the end face. The apparatus comprises a thermocouple sensor (5), slip rings (8, 9) and a specially-designed testing workpiece (1); the testing workpiece (1) is a product made of a material with a turning temperature thereof to be tested; an annular rip (2) designed on the testing workpiece (1) converts the turning of the end face into a cylindrical turning; and the design of a through hole (4) and a blind hole (3) makes the thermocouple sensor (5) be rationally buried inside the testing workpiece (1), wherein this improves the safety of the turning process and the stability of signals. Meanwhile, using the structure of the slip rings (8, 9) eliminates interference between devices. A temperature signal is collected by a data collection card via the slip rings (8, 9) and is transmitted to a temperature signal processing terminal (16), and finally, a more accurate temperature of the end face during turning is obtained. The device has a simple structure, is convenient to operate, and provides an effective measurement device and method for realizing the accurate measurement of the temperature of the end face during turning.

Inventors:
DUAN, Chunzheng (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
KOU, Wenneng (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
SUN, Yuwen (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
ZHANG, Fangyuan (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
LIU, Penghe (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
SUN, Wei (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
Application Number:
CN2017/106791
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
October 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
DALIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY (Patent Agency Center of DLUT, No. 2 Linggong RoadDalian, Liaoning 4, 116024, CN)
International Classes:
G01K1/14; G01K1/02; G01K7/02
Foreign References:
CN106840428A2017-06-13
CN105784167A2016-07-20
CN103134605A2013-06-05
CN102554702A2012-07-11
CN104772657A2015-07-15
CN103792016A2014-05-14
CN102128692A2011-07-20
CN103465106A2013-12-25
JP2001264184A2001-09-26
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种用于端面切削温度测量的装置, 其特征在于, 该装置包括热电偶 传感器 (5)、 滑环 (9)、 温度信号处理端 (16)和实验工件 (1) ; 实验工件 (1 )为待测车削温度材料制品, 其为圆筒状, 左侧预留夹持空间, 右侧 预留车削刀具宽度, 中间为突出的环状筋 (2); 环状筋 (2)上有两个孔 , 一个为盲孔 (3), 另一个通孔 (4), 盲孔 (3)和通孔 (4)的中心轴在一条 直线上; 在盲孔 (3)中设有热电偶传感器 (5)的探头, 热电偶传感器 (5) 另一侧通过输入导线 (6)与滑环的转子 (8)连接; 滑环的转子 (8)位于实 验工件 (1)右侧外, 二者通过螺钉 (7)固定在转子的固定槽 (12)上, 保持 滑环的转子 (8)与实验工件 (1)同轴, 以抵消离心力; 滑环的定子 (9)通 过输出导线 (15)与温度信号处理端 (16)连接, 同吋滑环的定子 (9)通过 挡板 (14)固定在固定架 (13)上, 防止转动; 刀具 (11)的刀刃 (10)用于车 削环状筋 (2)。

2.根据权利要求 1所述的装置, 其特征在于, 所述的实验工件 (1)上环 状筋 (2)的数量为两个以上, 环状筋 (2)的高度为 5~15mm, 从左向右高 度逐渐递减; 环状筋 (2)的厚度不超过刀刃 (10)的宽度; 环状筋 (2)中的 凹槽是由切槽刀加工而成, 凹槽保持一定宽度。

3.根据权利要求 1或 2所述的装置, 其特征在于, 所述的盲孔 (3)和通孔 (4)由电火花打孔机一个工序加工而成, 通孔 (4)的直径比盲孔 (3)大, 由一个工步加工而成, 然后通过通孔 (4)加工与热电偶传感器 (5)的探 头直径相当的盲孔 (3); 各环状筋 (2)的孔在垂直轴向平面上成一定角 分布。

4.一种用于端面切削温度测量的装置测量方法, 其特征在于, 步骤如 下:

( 1) 安装待测装置, 将装置加紧固定, 并将信号输出线连接至数据 采集卡;

(2) 用刀刃对准最右侧环状筋 (2), 按照数据目标设定切削量, 数据 采集卡同吋采集数据; 按照设定切削进给量进给刀具, 直到切断热电 偶传感器 (5)的探头无法采集到温度数据为止;

(3) 重复以上操作, 采取每个环状筋 (2)所得到的温度数据;

(4) 处理温度数据, 取每一组温度曲线最后数个循环的波动数据, 排除明显干扰数据, 得到每组所测得的最高温度值, 相互比较, 取最 大值, 即为相对精确的端面车削温度。

Description:
一种用于端面车削温度测量的装置与方法 技术领域

[0001] 本发明属于切削加工技术领域, 涉及一种端面车削温度的测量装置及其测量方 法。

背景技术

[0002] 车削温度是车削过程中产生的一种重要的物理 现象。 车削过程中产生的热一部 分散逸在周围介质中, 其余传入刀具、 切屑和工件中, 使其获得一定的温度。 不同的车削温度会导致不同的刀具、 工件的热变形, 从而影响零件的加工精度 、 刀具寿命, 降低生产效率。 同吋, 由于金属材料的组织也会随着车削温度的 不同产生变化, 所以车削温度也是影响工件表面质量的重要因 素。 因此, 通过 研究车削温度能够促进车削加工工艺得到进一 步发展。 在科学研究中, 为了便 于计算和建模, 正交车削是经常采用的一种切削方式, 而端面切削可以很方便 地实现正交切削。 此外, 对于材料组织变化的研究通常也是提取端面正 交车削 后的组织材料。 因此, 研究端面车削温度测量的装置与方法对于研究 车削加工 工艺具有非常重要的意义。

[0003] 目前车削温度测量的方法有很多种, 包括热电偶法、 光辐射法、 热辐射法、 金 相结构法等。 其中, 热电偶测温是目前比较成熟也较为常用的车削 温度测量方 法, 其原理是两种不同的导体材料相连并在连接处 存在温差吋, 会因表层电子 溢出而产生溢出电动势, 形成热电势, 称为赛贝克效应 (Seebeck) 。 由于特定 两种材料在一定温度条件下形成的热电动势是 一定的, 因此, 可根据热电势的 大小来判断待测区域受热状态及其温度变化情 况。 但是对于车削温度的测量, 由于工件的高速运转, 给温度测量带来了很多不便, 尤其是端面温度测量, 存 在较大的离心力, 有一定的信号干扰, 装置之间也容易相互干扰, 导致目前现 有的车削测温装置存在结构复杂、 测量结果不够准确等缺点。

技术问题

[0004] 为了解决以上问题, 本发明提供了一种结构简单、 操作方便、 测量精度高, 尤 其适合端面车削温度测量的装置及其测量方法 。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的技术方案:

[0006] 一种用于端面切削温度测量的装置, 包括热电偶传感器 5、 滑环 9、 温度信号处 理端 16和实验工件 1 ; 实验工件 1为待测车削温度材料制品, 其为圆筒状, 左侧 预留夹持空间, 右侧预留车削刀具宽度, 中间为突出的环状筋 2; 环状筋 2上有 两个孔, 一个为盲孔 3, 另一个为通孔 4, 盲孔 3和通孔 4的中心轴在一条直线上 ; 在盲孔 3中设有热电偶传感器 5的探头, 热电偶传感器 5另一侧通过输入导线 6 与滑环的转子 8连接; 滑环的转子 8位于实验工件 1右侧外, 二者通过螺钉 7固定 在转子的固定槽 12上, 保持滑环的转子 8与实验工件 1同轴, 以抵消离心力; 滑 环的定子 9通过输出导线 15与温度信号处理端 16连接, 同吋滑环的定子 9通过挡 板 14固定在固定架 13上, 防止转动; 刀具 11的刀刃 10用于车削环状筋 2。

[0007] 实验工件 1上环状筋 2的数量为两个以上, 环状筋 2的高度为 5~15mm, 从左向右 高度逐渐递减; 环状筋 2的厚度不超过刀刃 10的宽度, 如此即可把这种外圆车削 过程等效成 90°车刀端面车削过程; 环状筋 2中的凹槽是由切槽刀加工而成, 凹槽 保持一定宽度。

[0008] 盲孔 3和通孔 4由电火花打孔机一个工序加工而成, 通孔 4的直径比盲孔 3大, 由 一个工步加工而成, 然后通过通孔 4加工与热电偶传感器 5的探头直径相当的盲 孔 3, 这样处理主要为防止加工盲孔 3吋上层通孔 4的放电干扰。 各环状筋 2的孔 在垂直轴向平面上成一定角分布, 方便安装热电偶探头, 同吋平衡离心力。

[0009] 一种用于端面切削温度测量的装置测量方法, 步骤如下:

[0010] ( 1) 安装待测装置, 将装置加紧固定, 并将信号输出线连接至数据采集卡; [0011] (2) 用刀刃对准最右侧环状筋 2, 按照数据目标设定切削量, 数据采集卡同吋 采集数据; 逐渐进给刀具, 直到切断热电偶传感器 5的探头无法采集到温度数据 为止;

[0012] (3) 重复以上操作, 采取每个环状筋 2所得到的温度数据;

[0013] (4) 取每一组温度曲线最后数个循环的波动数据, 排除明显干扰数据, 得到 每组所测得的最高温度值, 相互比较, 取最大值, 即为相对精确的端面车削温 度。

发明的有益效果

有益效果

[0014] 本发明的有益效果是直接通过埋进实验工件 1的热电偶传感器 5的探头采集车削 过程中切削区域的温度数据, 通过逐步进给直到切断探头为止, 实现车削温度 的准确测量。 通过本装置的特殊环状筋 2将 90°端面车削转化成类似外圆车削的形 式, 使得实验过程更加方便。 本装置通过将热电偶传感器 5埋藏在装置内部保证 了其安全性, 同吋实验工件 1本身起到了一定的屏蔽作用, 减少信号干扰。 通过 转子 8的设计排除了装置之间的干扰问题, 能够保证实验工件 1的高速旋转。 本 发明装置结构简单, 安装、 操作方便, 能够实现一定车削参数下材料车削温度 对附图的简要说明

附图说明

[0015] 图 1是本发明的装置结构示意图。

[0016] 图 2是本发明的装置结构右视图示意图。

[0017] 图 3是本发明的装置实验完成之后结构示意图。

本发明的实施方式

[0018] 以下结合附图和技术方案, 进一步说明本发明的具体实施方式。

[0019] 如图 1所示, 该装置包括热电偶传感器 5、 滑环 9、 温度信号处理端 16和实验工 件 1 ; 实验工件 1为待测车削温度材料制品, 其为圆筒状, 左侧预留夹持空间, 右侧预留车削刀具宽度, 中间为突出的环状筋 2。 实验工件 1上环状筋 2的数量为 两个以上, 环状筋 2的高度为 5~15mm, 从左向右高度逐渐递减; 环状筋 2的厚度 不超过刀刃 10的宽度, 如此即可把这种外圆车削过程等效成 90°车刀端面车削过 程; 环状筋 2中的凹槽是由切槽刀加工而成, 凹槽保持一定宽度。 环状筋 2上有 两个孔, 一个为盲孔 3, 另一个为通孔 4, 盲孔 3和通孔 4的中心轴在一条直线上 ; 盲孔 3和通孔 4由电火花打孔机一个工序加工而成, 通孔 4的直径比盲孔 3大, 由一个工步加工而成, 然后通过通孔 4加工与热电偶传感器 5的探头直径相当的 盲孔 3, 这样处理主要为防止加工盲孔 3吋, 上层通孔 4的放电干扰。 每一个环状 筋 2的孔在垂直轴向平面上成一定角分布, 方便安装热电偶探头, 同吋平衡离心 力。 在盲孔 3中设有热电偶传感器 5的探头, 热电偶传感器 5另一侧通过输入导线 6与滑环的转子 8 连接; 滑环的转子 8位于实验工件 1右侧外, 二者通过螺钉 7固定 在转子的固定槽 12上, 保持滑环的转子 8与实验工件 1同轴, 以抵消离心力; 滑 环的定子 9通过输出导线 15与温度信号处理端 16连接, 同吋滑环的定子 9通过挡 板 14固定在固定架 13上, 防止转动; 刀具 11的刀刃 10用于车削环状筋 2。 温度信 号处理端 16选用采集频率比较高的, 最好是同步信号采集卡。

[0020] 将装置安装到机床上, 用三爪卡盘卡住装置左端。 以相应的速度启动机床, 用 刀刃 10以相应的进给量车削环状筋 2, 随着刀具离热电偶传感器 5的探头距离的 变化, 所采取的温度信号随之改变, 经过温度信号处理端 16, 温度信号呈现波 浪形状, 由于环状筋车削量的增加, 距离探头越近, 波峰依次增高, 当刀刃 10 切过探头的一瞬间, 此吋测得的就是最接近真实车削温度的数据。

[0021] 进一步, 热电偶传感器 5探头损坏, 不再接受温度数据。 但是由于数据采集频 率的存在, 导致最后一次采集数据的位置距离探头的远近 不一样, 以至于最后 一个信号数值不一样, 因此需要根据多个环状筋 2所测得的数据进行分析。 车削 过程完成之后, 装置结构如图 3所示。

[0022] 进一步, 在终端导入并整理所得到的几组数据, 对其进行光滑拟合。 实验取每 一组温度曲线最后数个循环的波动数据, 排除明显干扰数据, 得到每组所测得 的最高温度值, 相互比较, 取最大值, 即为相对精确的端面车削温度。