發(fā)布時間：2020-03-22 10:09

【摘要】：切削區(qū)域復(fù)雜的熱力耦合作用產(chǎn)生的大量切削熱,與零件加工質(zhì)量及刀具磨損直接相關(guān),切削溫度的測量對切削過程的研究具有指導(dǎo)意義。對于主軸處于高速旋轉(zhuǎn)的銑削加工而言,傳統(tǒng)測試方法存在布線困難、感溫元件響應(yīng)時間長等缺點,導(dǎo)致很難實時準確地測量銑削區(qū)域溫度。本文針對以上問題,將薄膜熱電偶溫度傳感器沉積在銑削刀片刀尖處,結(jié)合溫度信號無線傳輸方式,研究了一種基于薄膜熱電偶的銑削溫度測試技術(shù),實現(xiàn)了銑削過程中切削區(qū)域溫度實時準確的原位測量。具體研究內(nèi)容如下:將銑削加工簡化為平面應(yīng)變問題,應(yīng)用ABAQUS有限元通用軟件建立了三維正交切削模型,得到切削區(qū)域及刀片切削刃附近溫度場分布云圖。仿真結(jié)果可知刀片刀尖切削刃附近前/后刀面溫度大小差異不大,且為刀片最高溫度分布區(qū)域,為后續(xù)薄膜熱電偶測量端沉積位置提供參考依據(jù)。采用直流脈沖磁控濺射方法制備薄膜熱電偶溫度傳感器,研究發(fā)現(xiàn)分次沉積的Si02絕緣薄膜膜厚均勻、絕緣性能優(yōu)良,其絕緣電阻達到3.65×107Ω,克服了傳統(tǒng)制備工藝中因薄膜存在針孔導(dǎo)致絕緣性能較差的弊端。制備的NiCr/NiSi薄膜熱電極形狀規(guī)則、邊界整齊,兩熱電極貼合緊密形成熱接點,保證了測溫回路良好導(dǎo)通。對制備的薄膜熱電偶測溫刀片進行了靜動態(tài)技術(shù)特性研究,得到薄膜熱電偶測溫刀片塞貝克系數(shù)為41.17μV/℃,熱電偶動態(tài)響應(yīng)時間為83μs。理論分析可知薄膜熱電偶動態(tài)響應(yīng)時間與薄膜密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)及熱接點厚度有關(guān),與熱接點表面積無關(guān)。通過制備不同熱接點寬度模擬了薄膜熱電偶隨切削磨損情況,磨損后的薄膜熱電偶技術(shù)特性不發(fā)生改變,仍能準確測量銑削溫度。設(shè)計了基于ZigBee無線傳輸技術(shù)的銑削溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),結(jié)合自行開發(fā)的上位機人機交互溫度監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)銑削溫度實時存儲、處理及顯示。通過現(xiàn)場銑削實驗對銑削溫度測量系統(tǒng)進行了性能測試,確定了薄膜熱電偶在刀尖處最佳沉積位置,實驗表明測溫系統(tǒng)可以實時測量銑削區(qū)域溫度,并監(jiān)測到200ms內(nèi)溫度變化,為銑削溫度測量提供了新的技術(shù)支持。
【圖文】：

差電效應(yīng)”，即塞貝克效應(yīng)：將兩種不同材料電極Ａ和Ｂ首尾相連組成閉合回路，當逡逑回路兩端接觸點處于不同溫度場時，回路會產(chǎn)生電流（電動勢）�；芈冯娏鳎妱觿荩╁义洗笮∨c熱端溫度密切相關(guān)，，通過對電流（電動勢）的測量可間接表征熱端溫度值，圖１．２逡逑所示為熱電偶測量回路圖。熱電偶法可以直接測量切削溫度，具有較高準確性和可靠性，逡逑熱電偶測溫主要包括自然熱電偶、人工熱電偶及半人工熱電偶等方法。逡逑Ａ逡逑／邋４逡逑冷端邋／屯流動勢）％＾熱—逡逑Ａ逡逑Ｂ逡逑圖１．２熱電偶測量回路圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ逡逑（１）自然熱電偶逡逑自然熱電偶法將刀具與工件作為熱電偶兩極，組成閉合回路實現(xiàn)切削溫度的測量。逡逑測量前需對熱電偶進行靜態(tài)標定，用于確定輸出熱電勢與切削溫度之間的函數(shù)關(guān)系，標逡逑４逡逑

大連理工大學(xué)崔云先針對瞬態(tài)切削溫度測量的技術(shù)難題，采用雙放電腔微波ＥＣＲ逡逑等離子體增強非平衡磁控濺射技術(shù)在切削刀具后刀面上沉積ＮｉＣｒ／ＮｉＳｉ薄膜熱電偶，成逡逑功研制了一種基于薄膜熱電偶的測溫刀具，實現(xiàn)切削區(qū)瞬態(tài)溫度的實時測量［４４］。圖１．５逡逑為嵌入薄膜熱電偶測溫刀片示意圖。逡逑補償導(dǎo)線＼＼＼導(dǎo)電銀膠邐＼Ｓｉ0２絕緣薄膜／逡逑圖１．５嵌入薄膜熱電偶測溫刀片示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｂｌａｄｅ邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ＴＦＴＣ逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH811;TG54

【參考文獻】

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本文編號：2594889