沈陽第一機(jī)床廠切削溫度測量方法總述
沈陽第一機(jī)床廠1.導(dǎo)語
在機(jī)械制作業(yè)中，雖然已發(fā)展出各種不相同的零件成型技術(shù)，但當(dāng)時仍有90%以上的機(jī)械零件是通過切削加工制成。在切削過程中，機(jī)床作功轉(zhuǎn)換為等量的切削熱，這些切削熱除少數(shù)逸散到周圍介質(zhì)中以外，其他均傳入刀具、切屑和工件中，刀具、工件和機(jī)床溫升將加速刀具磨損，致使工件熱變形，嚴(yán)肅時甚至致使機(jī)床熱變形。因此，在進(jìn)行切削理論研討、刀具切削功用試驗及被加工材料加工功用試驗等研討時，對切削溫度的測量非常重要。測量切削溫度時，既可測定切削區(qū)域的平均溫度，也可測量出切屑、刀具和工件中的溫度分布。常用的切削溫度測量方法首要有熱電偶法、光輻射法、熱輻射法、金相方案法等。
沈陽第一機(jī)床廠2.切削溫度測量方法
2.1 熱電偶法
當(dāng)兩種不相同材料組成的材料副如切削加工中的刀具—工件靠近并受熱時，會因表層電子溢出而發(fā)作溢出電動勢，并在材料副的接觸界面間構(gòu)成電位差即熱電勢。由于特定材料副在一定溫升條件下構(gòu)成的熱電勢是一定的，因此可根據(jù)熱電勢的大小來測定材料副即熱電偶的受熱情況及溫度改動情況。選用熱電偶法的測溫設(shè)備方案簡略，測量便當(dāng)，是當(dāng)時較老到也較常用的切削溫度測量方法。
根據(jù)不相同的測量原理和用途，熱電偶法又可細(xì)分為以下幾種：
沈陽第一機(jī)床廠1天然熱電偶法
天然熱電偶法首要用于測定切削區(qū)域的平均溫度。選用天然熱電偶法的測溫設(shè)備是運(yùn)用刀具和工件分別作為天然熱電偶的南北極，組成閉合電路測量切削溫度。刀具引出端用導(dǎo)線接入毫伏計的一極，工件引出端的導(dǎo)線通過起電刷作用的銅頂尖接入毫伏計的另一極。測溫時，刀具與工件引出端應(yīng)處于室溫下，且刀具和工件應(yīng)分別與機(jī)床絕緣。切削加工時，刀具與工件接觸區(qū)發(fā)作的高溫?zé)岫伺c刀具、工件各自引出端的室溫冷端構(gòu)成溫差電勢，該電勢值可用接入的毫伏計測出，切削溫度越高，該電勢值越大。切削溫度與熱電勢毫伏值之間的對應(yīng)聯(lián)絡(luò)可通過切削溫度標(biāo)定得到。根據(jù)切削試驗中測出的熱電勢毫伏值，可在標(biāo)定曲線上查出對應(yīng)的溫度值。
選用天然熱電偶法測量切削溫度簡練可靠，可便當(dāng)?shù)匮杏懬邢鳁l件如切削速度、進(jìn)給量等對切削溫度的影響。值得注意的是，用天然熱電偶法只能測出切削區(qū)的平均溫度，無法測得切削區(qū)指定點(diǎn)的溫度；一同，當(dāng)?shù)毒卟牧匣蚝凸ぜ牧限D(zhuǎn)換后，切削溫度—毫伏值曲線也有必要從頭標(biāo)定。
沈陽第一機(jī)床廠2人工熱電偶法
人工熱電偶法也稱熱電偶刺進(jìn)法可用于測量刀具、切屑和工件上指定點(diǎn)的溫度，并可測得溫度分布場和最高溫度的方位。人工熱電偶法測溫設(shè)備是在刀具或工件被測點(diǎn)處鉆一個小孔孔徑越小越好，通常φ＜0.5mm，孔中刺進(jìn)一對標(biāo)準(zhǔn)熱電偶并使其與孔壁之間堅持絕緣。切削時，熱電偶接點(diǎn)感受出被測點(diǎn)溫度，并通過串接在回路中的毫伏計測出電勢值，然后參照熱電偶標(biāo)定曲線得出被測點(diǎn)的溫度。
人工熱電偶法的利益是：關(guān)于特定的人工熱電偶材料只需標(biāo)定一次；熱電偶材料可活絡(luò)選擇，以改進(jìn)熱電偶的熱電活絡(luò)性和動態(tài)響應(yīng)速度，跋涉熱電偶傳感質(zhì)量。但由于將人工熱電偶埋入超硬刀具材料如陶瓷、PCBN、PCD等內(nèi)比照困難，因此綁縛了該方法的推行運(yùn)用。
沈陽第一機(jī)床廠3半人工熱電偶法
將天然熱電偶法和人工熱電偶法結(jié)合起來即組成了半人工熱電偶法。半人工熱電偶是將一根熱電活絡(luò)材料金屬絲如康銅焊在待測溫點(diǎn)上作為一極、以工件材料或刀具材料作為另一極而構(gòu)成的熱電偶。選用該方法測量切削溫度的工作原理與天然熱電偶法和人工熱電偶法相同。由于半人工熱電偶法測溫時選用單根導(dǎo)線聯(lián)接，不必考慮絕緣疑問，因此得到了較廣泛的運(yùn)用。
沈陽第一機(jī)床廠4等效熱電偶法
選用天然熱電偶法測量切削溫度時，由于溫升的影響，導(dǎo)線引出點(diǎn)的溫度已不是標(biāo)守時的室溫，因此需要進(jìn)行冷端溫度賠償。但冷端溫度賠償在原理和具體完畢方法上均存在一定疑問，如測量PCBN刀具的切削溫度時，由于作為熱電偶一端的PCBN復(fù)合片標(biāo)準(zhǔn)小、導(dǎo)熱系數(shù)大，導(dǎo)線引出點(diǎn)的溫升較大，影響測量精度，需要予以消除，但選用接長刀片消除法在PCBN刀具上不易完畢，若選用附加電勢消除規(guī)則因刀片引出點(diǎn)有溫升，所測電動勢也難以反映實在的切削溫度。此時，可選用等效熱電偶法測量PCBN焊接車刀外圓車削的切削溫度，其工作原理是由刀片與工件組成天然熱電偶的南北極，熱端為刀—屑接觸有些A其平均溫度即為需要測量的切削溫度θ；冷端分別為工件與刀具的引出端。工件引出點(diǎn)C處的溫度為室溫θ0，刀具引出點(diǎn)B由于距離刀尖較近而有溫升，由于B點(diǎn)溫度是測量核算切削溫度悉數(shù)必要的，因此需一同測量B點(diǎn)溫度θ′。測量時，選用一標(biāo)準(zhǔn)熱電偶NiCr-NiSi測量B點(diǎn)溫度θ′其間NiCr端也是主測量回路C-AB的引出端。測量得到兩個熱電動勢：E1為工件—刀具—導(dǎo)線NiCr所構(gòu)成的主測量回路發(fā)作的熱電動勢；E2為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶NiCr-NiSi發(fā)作的熱電動勢。通過標(biāo)定設(shè)備獲得各材料間的熱電特性曲線，求出其斜率，再由測得的E1、E2核算出切削溫度θ為
θ=E1/bWT+(bbw+bWT)E2/bbbWT+θ0
式中：bWT為工件—刀具的熱電特性曲線斜率；bbw為導(dǎo)線—工件的熱電特性曲線斜率；bb為刀具引出點(diǎn)測量熱電偶熱電特性曲線斜率。
2.2 光、熱輻射法
選用光、熱輻射法測量切削溫度的原理是刀具、切屑和工件材料受熱時都會發(fā)作一定強(qiáng)度的光、熱輻射，且輻射強(qiáng)度隨溫度升高而加大，因此可通過測量光、熱輻射的能量直接測定切削溫度。
沈陽第一機(jī)床廠1輻射高溫計法
運(yùn)用紅外輻射高溫計可測定刀具或工件表面的溫度分布。紅外勘探器將接收的紅外線轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)線性化處置后即可獲得相應(yīng)的溫度值。但選用紅外輻射高溫計只限于測量刀具或工件表面面的溫度。
沈陽第一機(jī)床廠2紅外照相法
選用紅外照相法的車削溫度測量設(shè)備設(shè)備于車床橫溜板的機(jī)座板上，使刀具、照相機(jī)相關(guān)于工件排成一線；照相機(jī)配有專門的紅外輻射集結(jié)調(diào)度設(shè)備；刀夾可使照相機(jī)鏡頭盡可能靠近工件表面；為避免切屑濺射的影響，照相機(jī)鏡頭用有機(jī)玻璃罩子罩住，鏡頭與工件表面之間方案了擋屑板，透過板上的小孔可對刀具和工件表面攝影選用高溫紅外膠卷。測量溫度前，首先用熱電偶進(jìn)行定標(biāo)校準(zhǔn)，即熱電偶由電加熱并在不相同溫度下照相，所需曝光時間通過預(yù)試驗判定，顯影后的膠卷用顯微光密度計讀數(shù)，得到高溫紅外膠卷在不相同曝光時間下光密度與溫度的對應(yīng)聯(lián)絡(luò)。根據(jù)此對應(yīng)聯(lián)絡(luò)，可以判定切削過程中工件或刀具的溫度。用紅外照相法測定的切削溫度可用于研討切削溫度的分布情況。
沈陽第一機(jī)床廠3紅外熱像儀法
紅外熱像儀的根柢工作原理是運(yùn)用了斯蒂芬—波爾茲曼規(guī)則，即
E=εσT4
式中：E為物體輻射單元單位面積的輻射能量W/m2；ε為物體輻射單元表面輻射率取決于物體表面性質(zhì)；σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)σ=5.76×10 -8W/m2·K4；T為物體輻射單元的表面溫度K。
切削時，紅外熱像儀通過光機(jī)掃描安排勘探工件或刀具表面輻射單元的輻射能量，并將每個輻射單元的輻射能量轉(zhuǎn)換為電子視頻信號，通過對信號進(jìn)行處置，以可見①只能測量600℃以上的溫度；②樣件制作恰當(dāng)繁瑣；③屬往后破壞性測量，不便于在出產(chǎn)現(xiàn)場推行運(yùn)用；④所判定的切削溫度分布情況歸于定量分析；⑤設(shè)備凌亂，技術(shù)難度高，實習(xí)運(yùn)用遭到一定綁縛。
沈陽第一機(jī)床廠2.4 其它方法
除上述切削溫度測量方法外，常見的測溫方法還有顯微硬度分析法、量熱法、涂色法等。
顯微硬度分析法是將刀具、工件和切屑在不相同溫度下呈現(xiàn)不相同硬度的根柢原理進(jìn)行逆向運(yùn)用，根據(jù)材料受熱后的顯微硬度直接測知其切削溫度。
量熱法是將受熱后的刀具、切屑或工件浸入水中并測定水溫的升高，根據(jù)水的溫升核算刀具、切屑或工件的溫度。這種方法常用于測定金屬切削過程中進(jìn)入刀具、切屑或工件的熱量百分比。
另一方法是將刀具沿切屑流出方向?qū)ΨQ剖開，在剖面上涂上可在一定溫度下熔解的微細(xì)金屬粉末，然后將刀具合攏固定進(jìn)行切削，切削完后再將刀具分脫離，通過查詢微細(xì)粉末熔化區(qū)域來判定刀具內(nèi)部切削溫度的分布情況。
此外，還可用涂色法判定切削溫度，但該方法測量精度較低。
沈陽第一機(jī)床廠3．結(jié)語
綜上所述，各種測量切削溫度的方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和不相同的適用范圍。因此，在實習(xí)運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)具體情況選用最恰當(dāng)?shù)那邢鳒囟炔轵灧椒ā４送猓瑸榱嗽诔霎a(chǎn)現(xiàn)場對切削溫度進(jìn)行更精確、更便當(dāng)、更及時的測量，還需要對切削溫度測量方法作進(jìn)一步深化研討和改進(jìn)完善。
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