【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(cè)量對(duì)切削過程的研究具有指導(dǎo)意義。對(duì)于主軸處于高速旋轉(zhuǎn)的銑削加工而言,傳統(tǒng)測(cè)試方法存在布線困難、感溫元件響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),導(dǎo)致很難實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量銑削區(qū)域溫度。本文針對(duì)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(hào)無線傳輸方式,研究了一種基于薄膜熱電偶的銑削溫度測(cè)試技術(shù),實(shí)現(xiàn)了銑削過程中切削區(qū)域溫度實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的原位測(cè)量。具體研究?jī)?nèi)容如下:將銑削加工簡(jiǎn)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(chǎng)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(cè)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(dá)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(diǎn),保證了測(cè)溫回路良好導(dǎo)通。對(duì)制備的薄膜熱電偶測(cè)溫刀片進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)技術(shù)特性研究,得到薄膜熱電偶測(cè)溫刀片塞貝克系數(shù)為41.17μV/℃,熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為83μs。理論分析可知薄膜熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間與薄膜密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)及熱接點(diǎn)厚度有關(guān),與熱接點(diǎn)表面積無關(guān)。通過制備不同熱接點(diǎn)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(zhǔn)確測(cè)量銑削溫度。設(shè)計(jì)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(jī)人機(jī)交互溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)銑削溫度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、處理及顯示。通過現(xiàn)場(chǎng)銑削實(shí)驗(yàn)對(duì)銑削溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試,確定了薄膜熱電偶在刀尖處最佳沉積位置,實(shí)驗(yàn)表明測(cè)溫系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)測(cè)量銑削區(qū)域溫度,并監(jiān)測(cè)到200ms內(nèi)溫度變化,為銑削溫度測(cè)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(dāng)逡逑回路兩端接觸點(diǎn)處于不同溫度場(chǎng)時(shí)，回路會(huì)產(chǎn)生電流（電動(dòng)勢(shì)）�；芈冯娏鳎妱�(dòng)勢(shì)）逡逑大小與熱端溫度密切相關(guān)，，通過對(duì)電流（電動(dòng)勢(shì)）的測(cè)量可間接表征熱端溫度值，圖１．２逡逑所示為熱電偶測(cè)量回路圖。熱電偶法可以直接測(cè)量切削溫度，具有較高準(zhǔn)確性和可靠性，逡逑熱電偶測(cè)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(dòng)勢(shì)）％＾熱—逡逑Ａ逡逑Ｂ逡逑圖１．２熱電偶測(cè)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(shí)現(xiàn)切削溫度的測(cè)量。逡逑測(cè)量前需對(duì)熱電偶進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，用于確定輸出熱電勢(shì)與切削溫度之間的函數(shù)關(guān)系，標(biāo)逡逑４逡逑

大連理工大學(xué)崔云先針對(duì)瞬態(tài)切削溫度測(cè)量的技術(shù)難題，采用雙放電腔微波ＥＣＲ逡逑等離子體增強(qiáng)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(cè)溫刀具，實(shí)現(xiàn)切削區(qū)瞬態(tài)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量［４４］。圖１．５逡逑為嵌入薄膜熱電偶測(cè)溫刀片示意圖。逡逑補(bǔ)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(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH811;TG54

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2594889