采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法及系统 |
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申请号 | CN202410053017.7 | 申请日 | 2024-01-12 | 公开(公告)号 | CN117733648A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
申请人 | 上海交通大学; | 发明人 | 侯志保; 姚振强; 杜海峰; 汤振荣; | ||||
摘要 | 本 发明 提供了一种采用薄片绝缘 热电偶 的切削 温度 测试方法及系统,测试系统包括 工件 、热电偶、 导线 、热电偶测温采集卡、 切削刀具 ,测试方法为:将热电偶的第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面进行 抛光 处理,随后通过 薄膜 沉积方式 镀 一层绝缘薄膜;使用第一工件和第二工件夹紧热电偶;加工工件时,工件材料与金属薄片发生塑性 变形 ,第一金属薄片与第二金属薄片粘接在一起,形成测温结点。本发明通过在金属薄片四周沉积绝缘薄膜制备出薄片绝缘热电偶,提高了热电偶绝缘可靠性,两个金属薄片在塑性变形作用下粘接在一起形成测温结点,提高了磨削测温 稳定性 和灵敏度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤: |
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说明书全文 | 采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法及系统技术领域[0001] 本发明涉及切削加工的技术领域,具体地,涉及采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法及系统。 背景技术[0002] 铣削和磨削是去除材料的有效加工方式,在切削加工领域占据重要地位,在加工过程中,工件固定在机床的位移平台上,铣刀或者砂轮作为刀具,高速旋转切削工件材料,工件表面的温度可达数百摄氏度。温度是影响工件表面加工质量的重要因素,温度过高将会引起工件表面烧伤,降低工件的强度。测量加工表面的温度对于评估加工质量、提高工件性能具有重要意义。 [0003] 在铣削或者磨削过程中,一般采用红外热像仪或者接触式热电偶测量温度。红外热像仪可以测量区域温度,测温面积大,但易受切削液的遮挡,导致温度测量不准确。热电偶由两种不同的金属构成,在测温结点处金属丝相连接,在不同温度下热电偶会形成不同的电势差,测量热电偶两极之间的电势差,从而可以得到温度数值。为了达到切削测温效果,一般用2块工件夹持热电偶金属丝,热电偶丝凸出工件,在砂轮或者铣刀的作用下,凸出工件的金属丝被切除,工件发生塑性变形并与金属丝粘接在一起,形成测温结点。除了测温结点外,热电偶金属丝之间需要进行绝缘处理,一般通过云母片将热电偶两极金属丝与工件进行彼此绝缘。这种热电偶夹持方式可以测量切削工件表面的温度值,但是测温结点由金属丝塑性变形形成,较不稳定,而且切削液容易渗入热电偶金属丝与工件之间的缝隙中,破坏热电偶测量回路的绝缘性能,导致测温失败。因此为了提高切削温度测试效果,需要研究出具有高稳定、高精度的切削工件表面测温方法。 [0004] 因此,需要提出一种新的技术方案。 发明内容[0006] 根据本发明提供的一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法,所述方法包括如下步骤: [0007] 步骤S1:选用金属薄片热电偶,将热电偶的第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面进行抛光处理; [0010] 步骤S4:将工件切割成第一工件和第二工件,镀膜后的第一金属薄片与第二金属薄片平行贴合,第一工件和第二工件夹紧热电偶的第一金属薄片与第二金属薄片,金属薄片垂直于工件加工方向并凸出工件加工表面,绝缘薄膜将第一金属薄片、第二金属薄片与工件进行绝缘; [0011] 步骤S5:加工工件时,切削刀具将工件上表面凸出的热电偶金属薄片连同工件材料切除,在切削刀具作用下,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片与第二金属薄片粘接在一起,形成测温结点,热电偶测温采集卡测量金属结点之间的电势差,得到工件加工区域温度值。 [0012] 优选地,所述步骤S1中的第一金属薄片和第二金属薄片的材料符合IEC国际标准,分度号及材料为S型铂铑‑纯铂、R型铂铑‑纯铂、B型铂铑‑铂铑、K型镍铬‑镍硅、T型纯铜‑铜镍、J型铁‑铜镍、N型镍铬硅‑镍硅、E型镍铬‑铜镍; [0013] 所述第一金属薄片和第二金属薄片的厚度为10μm–200μm,宽度为1mm‑5mm。 [0017] 所述绝缘薄膜的厚度为0.1μm–1.5μm。 [0018] 优选地,所述步骤S4中的第一工件与第二工件贴合后存在一个从工件加工表面贯穿到工件底面的长方体区域,用于放置薄片热电偶,工件表面矩形贯穿区域的长度不低于金属薄片宽度,矩形贯穿区域的宽度不大于经过镀膜的第一金属薄片和第二金属薄片贴合后的厚度。 [0019] 本发明还提供一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试系统,所述系统包括如下模块: [0020] 模块M1:选用金属薄片热电偶,将热电偶的第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面进行抛光处理; [0021] 模块M2:在第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面上通过薄膜沉积方式镀一层绝缘薄膜; [0022] 模块M3:镀膜后的第一金属薄片、第二金属薄片分别作为热电偶的正极和负极,分别通过导线与热电偶测温采集卡进行连接; [0023] 模块M4:将工件切割成第一工件和第二工件,镀膜后的第一金属薄片与第二金属薄片平行贴合,第一工件和第二工件夹紧热电偶的第一金属薄片与第二金属薄片,金属薄片垂直于工件加工方向并凸出工件加工表面,绝缘薄膜将第一金属薄片、第二金属薄片与工件进行绝缘; [0024] 模块M5:加工工件时,切削刀具将工件上表面凸出的热电偶金属薄片连同工件材料切除,在切削刀具作用下,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片与第二金属薄片粘接在一起,形成测温结点,热电偶测温采集卡测量金属结点之间的电势差,得到工件加工区域温度值。 [0025] 优选地,所述模块M1中的第一金属薄片和第二金属薄片的材料符合IEC国际标准,分度号及材料为S型铂铑‑纯铂、R型铂铑‑纯铂、B型铂铑‑铂铑、K型镍铬‑镍硅、T型纯铜‑铜镍、J型铁‑铜镍、N型镍铬硅‑镍硅、E型镍铬‑铜镍; [0026] 所述第一金属薄片和第二金属薄片的厚度为10μm–200μm,宽度为1mm‑5mm。 [0027] 优选地,所述模块M2中的薄膜沉积方式为化学气相沉积或者物理气相沉积; [0028] 所述绝缘薄膜为具有绝缘性质的陶瓷氧化物或者金属氧化物。 [0029] 优选地,所述模块M2中的绝缘薄膜的材质为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛; [0030] 所述绝缘薄膜的厚度为0.1μm–1.5μm。 [0031] 优选地,所述模块M4中的第一工件与第二工件贴合后存在一个从工件加工表面贯穿到工件底面的长方体区域,用于放置薄片热电偶,工件表面矩形贯穿区域的长度不低于金属薄片宽度,矩形贯穿区域的宽度不大于经过镀膜的第一金属薄片和第二金属薄片贴合后的厚度。 [0032] 与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果: [0033] 1、本发明在金属薄片四周沉积绝缘薄膜,提高了热电偶金属极与工件之间绝缘的可靠性; [0034] 2、本发明的金属薄片具有较大的宽度、绝缘薄膜的厚度仅为亚微米至数微米,有利于两个金属薄片在塑性变形作用下粘接在一起形成测温结点,提高了磨削测温稳定性; [0036] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显: [0037] 图1为切削温度测试系统示意图; [0038] 图2为绝缘薄片热电偶金属极示意图; [0039] 图3为工件夹持绝缘薄片热电偶的俯视剖面示意图; [0040] 图4为绝缘薄片热电偶与工件组装的三维示意图; [0041] 图5为本发明的流程原理图。 [0042] 其中: [0043] 工件1 第一工件11 [0044] 热电偶2 第二工件12 [0045] 导线3 第一金属薄片21 [0046] 热电偶测温采集卡4 第二金属薄片22 [0047] 切削刀具5 绝缘薄膜23 具体实施方式[0048] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0049] 实施例1: [0050] 参照图5,根据本发明提供的一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法,所述方法包括如下步骤: [0051] 步骤S1:选用金属薄片热电偶,将热电偶的第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面进行抛光处理;第一金属薄片和第二金属薄片的材料符合IEC国际标准,分度号及材料为S型铂铑‑纯铂、R型铂铑‑纯铂、B型铂铑‑铂铑、K型镍铬‑镍硅、T型纯铜‑铜镍、J型铁‑铜镍、N型镍铬硅‑镍硅、E型镍铬‑铜镍;第一金属薄片和第二金属薄片的厚度为10μm–200μm,宽度为1mm‑5mm。 [0052] 步骤S2:在第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面上通过薄膜沉积方式镀一层绝缘薄膜;薄膜沉积方式为化学气相沉积或者物理气相沉积;绝缘薄膜为具有绝缘性质的陶瓷氧化物或者金属氧化物;绝缘薄膜的材质为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛;绝缘薄膜的厚度为0.1μm–1.5μm。 [0053] 步骤S3:镀膜后的第一金属薄片、第二金属薄片分别作为热电偶的正极和负极,分别通过导线与热电偶测温采集卡进行连接; [0054] 步骤S4:将工件切割成第一工件和第二工件,镀膜后的第一金属薄片与第二金属薄片平行贴合,第一工件和第二工件夹紧热电偶的第一金属薄片与第二金属薄片,金属薄片垂直于工件加工方向并凸出工件加工表面,绝缘薄膜将第一金属薄片、第二金属薄片与工件进行绝缘;第一工件与第二工件贴合后存在一个从工件加工表面贯穿到工件底面的长方体区域,用于放置薄片热电偶,工件表面矩形贯穿区域的长度不低于金属薄片宽度,矩形贯穿区域的宽度不大于经过镀膜的第一金属薄片和第二金属薄片贴合后的厚度。 [0055] 步骤S5:加工工件时,切削刀具将工件上表面凸出的热电偶金属薄片连同工件材料切除,在切削刀具作用下,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片与第二金属薄片粘接在一起,形成测温结点,热电偶测温采集卡测量金属结点之间的电势差,得到工件加工区域温度值。 [0056] 本发明还提供一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试系统,所述采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试系统可以通过执行所述采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法的流程步骤予以实现,即本领域技术人员可以将所述采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法理解为所述采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试系统的优选实施方式。 [0057] 实施例2: [0058] 本发明还提供一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试系统,所述系统包括如下模块: [0059] 模块M1:选用金属薄片热电偶,将热电偶的第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面进行抛光处理;第一金属薄片和第二金属薄片的材料符合IEC国际标准,分度号及材料为S型铂铑‑纯铂、R型铂铑‑纯铂、B型铂铑‑铂铑、K型镍铬‑镍硅、T型纯铜‑铜镍、J型铁‑铜镍、N型镍铬硅‑镍硅、E型镍铬‑铜镍;第一金属薄片和第二金属薄片的厚度为10μm–200μm,宽度为1mm‑5mm。 [0060] 模块M2:在第一金属薄片和第二金属薄片的四个侧面上通过薄膜沉积方式镀一层绝缘薄膜;薄膜沉积方式为化学气相沉积或者物理气相沉积;绝缘薄膜为具有绝缘性质的陶瓷氧化物或者金属氧化物;绝缘薄膜的材质为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛;绝缘薄膜的厚度为0.1μm–1.5μm。 [0061] 模块M3:镀膜后的第一金属薄片、第二金属薄片分别作为热电偶的正极和负极,分别通过导线与热电偶测温采集卡进行连接; [0062] 模块M4:将工件切割成第一工件和第二工件,镀膜后的第一金属薄片与第二金属薄片平行贴合,第一工件和第二工件夹紧热电偶的第一金属薄片与第二金属薄片,金属薄片垂直于工件加工方向并凸出工件加工表面,绝缘薄膜将第一金属薄片、第二金属薄片与工件进行绝缘;第一工件与第二工件贴合后存在一个从工件加工表面贯穿到工件底面的长方体区域,用于放置薄片热电偶,工件表面矩形贯穿区域的长度不低于金属薄片宽度,矩形贯穿区域的宽度不大于经过镀膜的第一金属薄片和第二金属薄片贴合后的厚度。 [0063] 模块M5:加工工件时,切削刀具将工件上表面凸出的热电偶金属薄片连同工件材料切除,在切削刀具作用下,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片与第二金属薄片粘接在一起,形成测温结点,热电偶测温采集卡测量金属结点之间的电势差,得到工件加工区域温度值。 [0064] 实施例3: [0065] 本发明提供了一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法,测试系统包括工件1、热电偶2、导线3、热电偶测温采集卡4、切削刀具5,测试方法为:将热电偶的第一金属薄片 21和第二金属薄片22的四个侧面进行抛光处理,随后通过薄膜沉积方式镀一层绝缘薄膜 23;使用第一工件11和第二工件12夹紧热电偶;加工工件时,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片21与第二金属薄片22粘接在一起,形成测温结点。本发明通过在金属薄片四周沉积绝缘薄膜制备出薄片绝缘热电偶,提高了热电偶绝缘可靠性,两个金属薄片在塑性变形作用下粘接在一起形成测温结点,提高了磨削测温稳定性和灵敏度。 [0066] 根据本发明提供的一种采用薄片绝缘热电偶的切削温度测试方法,所需装置包括:测试系统包括工件1、热电偶2、导线3、热电偶测温采集卡4、切削刀具5,如图1所述;热电偶制备方法和切削温度测试方法如下: [0067] 选用K型镍铬‑镍硅金属薄片热电偶,将热电偶2的第一金属薄片21和第二金属薄片22的四个侧面进行抛光处理;抛光后热电偶金属薄片的厚度为100μm‑150μm,宽度为1mm‑2mm。 [0068] 在热电偶第一金属薄片21和第二金属薄片22的4个侧面上通过化学气相沉积或者物理气相沉积的方式镀一层绝缘薄膜23,如图2所示;绝缘薄膜的材质可为二氧化硅、氧化铝或二氧化钛;绝缘薄膜的厚度在0.1μm–1.5μm。 [0069] 镀膜后的第一金属薄片21、第二金属薄片22分别作为热电偶的正极和负极,分别通过导线3与热电偶测温采集卡4进行连接。 [0070] 将工件1切割成第一工件11和第二工件12,镀膜后的第一金属薄片21与第二金属薄片22平行贴合,第一工件11和第二工件12夹紧热电偶的第一金属薄片21与第二金属薄片22,金属薄片垂直于工件加工方向并凸出工件加工表面一定高度,绝缘薄膜将第一金属薄片21、第二金属薄片22与工件进行绝缘,如图3所示。 [0071] 加工工件时,切削刀具5将工件1上表面凸出的热电偶金属薄片连同工件材料切除,在切削刀具5作用下,工件材料与金属薄片发生塑性变形,第一金属薄片21与第二金属薄片22粘接在一起,形成测温结点,热电偶测温采集卡4测量金属结点之间的电势差,得到工件加工区域温度值。 [0072] 所述第一工件11与第二工件12贴合后存在一个从工件加工表面贯穿到工件底面的长方体区域,用于放置薄片热电偶2,工件表面矩形贯穿区域的长度不低于金属薄片宽度,矩形贯穿区域的宽度不大于经过镀膜的第一金属薄片21和第二金属薄片22贴合后的厚度,如图4所示。 [0073] 所述金属薄片四周沉积绝缘薄膜,降低了热电偶绝缘层厚度,提高了绝缘效果,同时金属薄片具有较大的宽度、绝缘薄膜的厚度仅为亚微米至数微米,有利于两个金属薄片在塑性变形作用下粘接在一起形成测温结点,提高了磨削测温稳定性;金属薄片厚度较小,提高了测温灵敏度。 [0074] 本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。 |