本發(fā)明涉及機(jī)械加工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種加熱輔助銑削工藝方法及裝置。

背景技術(shù)：

加熱輔助切削通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行加熱，提高材料的塑性，降低材料硬度和屈服強(qiáng)度，減小切削過(guò)程中的切削力，抑制鋸齒形切屑的產(chǎn)生，降低切削顫振，提高刀具壽命，提高加工表面質(zhì)量，從而達(dá)到提高加工效率、降低成本的目的。當(dāng)前研究加熱輔助切削時(shí)多選用激光為熱源，存在一些問(wèn)題，一方面在使用激光作為熱源時(shí)，只能通過(guò)非接觸的測(cè)量方式測(cè)量溫度，同時(shí)熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度并不均勻存在很大的溫度梯度，使用激光作為熱源時(shí)，切削速度、切深和進(jìn)給受到激光功率的影響，要實(shí)現(xiàn)高速切削需要大功率的激光，成本高；另一方面常使用加熱輔助切削的材料多為典型難加工材料，如高溫合金等，雖然使用加熱輔助切削的方式可以提高其切削加工性，但刀具磨損依然嚴(yán)重，頻繁取下刀片進(jìn)行刀具磨損量的測(cè)量，帶來(lái)了再次裝夾時(shí)的刀具定位問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一套可以測(cè)量切削力的加熱輔助銑削裝置，同時(shí)兼顧銑刀磨損的在線監(jiān)測(cè)，以克服上述缺陷。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，設(shè)計(jì)了一種可測(cè)量切削力和在位檢測(cè)銑刀磨損狀態(tài)的加熱輔助銑削裝置，包括裝夾單元、測(cè)力單元和刀具磨損檢測(cè)單元；

所述的裝夾單元包括夾具，所述的夾具用于夾持工件，在所述的工件上加工有用于安裝加熱器的孔，加熱器安裝在該孔內(nèi)與溫度控制儀相連；在工件的內(nèi)部還安裝有溫度傳感器，所述的溫度傳感器也與溫度控制儀相連；在所述的夾具上設(shè)置有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道；

所述的測(cè)力單元包括力傳感器，所述的夾具固定在力傳感器的工作表面；力傳感器采集切削力的信號(hào)，并依次經(jīng)過(guò)放大器和采集卡將切削力信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出

所述的刀具磨損檢測(cè)單元包括固定在機(jī)床上的工具顯微鏡，通過(guò)顯微鏡觀測(cè)刀具的磨損情況，使用計(jì)算機(jī)記錄刀具不同時(shí)刻的磨損形貌。

進(jìn)一步的，所述的工件與夾具之間設(shè)置有隔熱板。

進(jìn)一步的，所述的隔熱板為陶瓷板。

進(jìn)一步的，所述的溫度傳感器插裝在所述的工件內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述的力傳感器安裝在機(jī)床工作臺(tái)表面。

進(jìn)一步的，所述的夾具與工件之間通過(guò)螺栓進(jìn)行固定和定位。

進(jìn)一步的，在所述的工件內(nèi)安裝有多個(gè)加熱器，每個(gè)加熱器均與溫度控制儀相連。

本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置對(duì)工件進(jìn)行加熱輔助切削工藝的方法，包括以下步驟：

1.將力傳感器裝夾在機(jī)床工作臺(tái)上，將夾具固定在力傳感器的工作表面，將用于隔熱的陶瓷板和待加工的工件裝夾到夾具上實(shí)現(xiàn)工件的定位和夾緊；

2.在給工件進(jìn)行加熱之前，打開(kāi)水泵使循環(huán)水通過(guò)水管和夾具上預(yù)留的水循環(huán)通道實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過(guò)高，對(duì)力傳感器造成損傷；

3.打開(kāi)水循環(huán)系統(tǒng)后，通過(guò)溫度控制儀設(shè)定要給工件加熱的溫度，然后加熱器開(kāi)始工作對(duì)工件進(jìn)行加熱，在加熱過(guò)程中插入到工件內(nèi)部的溫度傳感器將會(huì)將測(cè)得的工件的溫度信號(hào)傳遞到溫度控制儀，溫度控制儀上會(huì)顯示工件的實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)工件的溫度達(dá)到設(shè)定值后，加熱器停止工作，當(dāng)工件溫度低于設(shè)定值時(shí)，加熱器開(kāi)始工作，使工件溫度維持在設(shè)定溫度附件；

當(dāng)工件溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，維持30min使其溫度波動(dòng)為+/-10℃以內(nèi)時(shí)，開(kāi)始使用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工；

進(jìn)一步的，在銑削加工過(guò)程中，通過(guò)力傳感器5采集切削力的信號(hào)，并依次經(jīng)過(guò)放大器和采集卡將切削力信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出。

進(jìn)一步的，在銑削加工一定量后，將銑刀移動(dòng)到固定在機(jī)床上的工具顯微鏡處，通過(guò)顯微鏡觀測(cè)刀具的磨損情況，使用計(jì)算機(jī)記錄刀具不同時(shí)刻的磨損形貌。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過(guò)在工件上加工孔，然后將加熱器安裝在孔內(nèi)，對(duì)工件進(jìn)行加熱，使得熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度均勻；且在切削過(guò)程中，切削速度、切深和進(jìn)給不再受到熱源的影響，降低了成本；同時(shí)本發(fā)明通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)工件的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，可以使控制器根據(jù)測(cè)定的溫度調(diào)節(jié)加熱器的溫度。

本發(fā)明通過(guò)在機(jī)床上安裝工具顯微鏡，對(duì)刀具的磨損進(jìn)行觀察，記錄，解決了頻繁取下刀片進(jìn)行刀具磨損量的測(cè)量，帶來(lái)的再次裝夾時(shí)的刀具定位問(wèn)題。

本發(fā)明還通過(guò)夾具上加工有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過(guò)高，對(duì)力傳感器造成損傷。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1工件與夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2溫度控制單元硬件原理圖；

圖3加熱輔助銑削裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1機(jī)床工作臺(tái)，2放大器，3采集卡，4導(dǎo)線，5力傳感器，6導(dǎo)線，7溫度控制儀，8夾具，9溫度傳感器，10工件，11銑刀，12加熱器，13水循環(huán)通道，14工具顯微鏡，15導(dǎo)線，16計(jì)算機(jī)，17陶瓷板，18水管，19水泵，20螺釘。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

下面將結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖3所示：一種可測(cè)量切削力和在位檢測(cè)銑刀磨損狀態(tài)的加熱輔助銑削裝置，包括裝夾單元、測(cè)力單元和刀具磨損檢測(cè)單元；

如圖1所示，所述的裝夾單元包括夾具8，所述的夾具用于夾持工件10，在所述的工件10上加工有用于安裝加熱器的孔，加熱器12安裝在該孔內(nèi)與溫度控制儀7相連；在工件的內(nèi)部還安裝有溫度傳感器9，所述的溫度傳感器9也與溫度控制儀7相連；在所述的夾具上設(shè)置有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道13；水循環(huán)通道13通過(guò)水管18與水泵19相連；

具體的，溫度控制單元的硬件原理圖如圖2所示，選用單片機(jī)作為控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng)變送器后輸入到單片機(jī)內(nèi)，溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)分析處理后一方面輸出到顯示屏顯示當(dāng)前溫度，一方面輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器溫度及功率的控制。

測(cè)力單元包括力傳感器5，所述的夾具固定在力傳感器5的工作表面；力傳感器5采集切削力的信號(hào)，并依次經(jīng)過(guò)放大器和采集卡將切削力信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出

所述的刀具磨損檢測(cè)單元包括固定在機(jī)床上的工具顯微鏡14，通過(guò)顯微鏡觀測(cè)刀具的磨損情況，使用計(jì)算機(jī)16記錄刀具不同時(shí)刻的磨損形貌。

所述的工件與夾具之間設(shè)置有陶瓷板17進(jìn)行隔熱。

具體包括如下步驟：

首先將力傳感器5裝夾在機(jī)床工作臺(tái)1上，然后將夾具8固定在力傳感器5的工作表面，最后將用于隔熱的陶瓷板17和待加工的工件10裝夾到夾具8上實(shí)現(xiàn)工件的定位和夾緊。

在給工件10進(jìn)行加熱之前，打開(kāi)水泵19使循環(huán)水通過(guò)水管18和夾具上預(yù)留的水循環(huán)通道13實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的冷卻，以防止夾具8與力傳感器5接觸區(qū)域的溫度過(guò)高，對(duì)力傳感器5造成損傷。打開(kāi)水循環(huán)系統(tǒng)后，通過(guò)溫度控制儀7設(shè)定要給工件加熱的溫度，然后加熱器12開(kāi)始工作對(duì)工件10進(jìn)行加熱，在加熱過(guò)程中插入到工件內(nèi)部的溫度傳感器9將會(huì)將測(cè)得的工件的溫度信號(hào)傳遞到溫度控制儀7，溫度控制儀上會(huì)顯示工件的實(shí)時(shí)溫度，當(dāng)工件的溫度達(dá)到設(shè)定值后，加熱器停止工作，當(dāng)工件溫度時(shí)，加熱器開(kāi)始工作，使工件溫度維持在設(shè)定溫度附件。當(dāng)工件溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，維持30min使其溫度波動(dòng)為+/-10℃以內(nèi)時(shí)，開(kāi)始使用銑刀11(可使用整體立銑刀或盤(pán)銑刀)對(duì)工件進(jìn)行銑削加工。

銑削加工過(guò)程中，通過(guò)力傳感器5采集切削力的信號(hào)，并依次經(jīng)過(guò)放大器2和采集卡3將切削力信號(hào)轉(zhuǎn)化輸出。銑削加工一定量后，將銑刀移動(dòng)到固定在機(jī)床上的工具顯微鏡14處，通過(guò)顯微鏡觀測(cè)刀具的磨損情況，使用計(jì)算機(jī)16記錄刀具不同時(shí)刻的磨損形貌。

從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過(guò)在工件上加工孔，然后將加熱器安裝在孔內(nèi)，對(duì)工件進(jìn)行加熱，使得熱影響區(qū)內(nèi)材料溫度均勻；且在切削過(guò)程中，切削速度、切深和進(jìn)給不再受到熱源的影響，降低了成本；同時(shí)本發(fā)明通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)工件的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，可以使控制器根據(jù)測(cè)定的溫度調(diào)節(jié)加熱器的溫度。

本發(fā)明通過(guò)在機(jī)床上安裝工具顯微鏡，對(duì)刀具的磨損進(jìn)行觀察，記錄，解決了頻繁取下刀片進(jìn)行刀具磨損量的測(cè)量，帶來(lái)的再次裝夾時(shí)的刀具定位問(wèn)題。

本發(fā)明還通過(guò)夾具上加工有用于水循環(huán)冷卻的水循環(huán)通道實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的冷卻，以防止夾具與力傳感器接觸區(qū)域的溫度過(guò)高，對(duì)力傳感器造成損傷。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。