一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法與流程

本發明涉及機械加工領域，具體而言，涉及一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法。

背景技術：
車削即車床加工，車床加工是機械加工的一部份。車床加工主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床加工。車刀是用于車削加工的、具有一個切削部分的刀具。車刀是切削加工中應用最廣的刀具之一。車刀的工作部分就是產生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等結構要素。顆粒增強鈦基復合材料兼具鈦合金與非金屬增強體的綜合性能，與基體鈦合金相比，具有更高的比強度、比剛度，優異的抗蠕變、耐高溫等極佳的物理性能和力學性能，在航空航天、電子信息及半導體照明和交通運輸等領域有著重大且迫切的戰略需求。顆粒增強鈦基復合材料的切削加工性比鈦合金更差。聚晶金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。在車削加工中，切削溫度是切削過程的一項重要的性能指標，它直接反映了切削過程中切削熱的產生，影響到切削力、已加工表面質量、刀具磨損、刀具壽命、加工成本和加工效率。聚晶金剛石刀具具有導熱系數高、傳熱快、切削溫度不易測量的特性，無法用傳統快加熱標定方法對聚晶金剛石刀具的熱電偶標定。因此在聚晶金剛石刀具車削加工中不可避免地要遇到切削溫度測量的問題。近年來，國內外研究人員針對聚晶金剛石刀具溫度標定開展了一些研究，取得了一些進展。目前常用的方法有自然熱電偶標定法、紅外輻射法測溫等方法。自然熱電偶法的刀具和工件，組成自然熱電偶的材料副，通過測量熱電偶兩端的熱電勢，確定切削區域的溫度。紅外輻射法測溫根據物體表面輻射出的熱能，測量物體表面的溫度。但由于聚晶金剛石刀具硬度高、導熱快等特性，在切削過程中不宜采用上述方法進行測量。

技術實現要素：
本發明提供了一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法，旨在解決上述問題。本發明是這樣實現的：一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法，包括以下步驟：步驟一：利用標定方法標定出硬質合金——顆粒增強鈦基復合材料的熱電偶標定曲線；步驟二：搭建實驗平臺，利用硬質合金刀具對顆粒增強鈦基復合材料開展車削試驗，測量硬質合金刀具車削顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢，并根據所述步驟一換算成切削溫度；所述實驗平臺包括用于安裝紅外測溫儀的固定架，該固定架自下而上依次包括底座、調節桿及安裝頭，所述安裝頭球鉸連接于所述調節桿的頂部；步驟三：測量車削時切屑某固定流出點的紅外測量溫度；步驟四：以自然熱電偶測得的切削溫度為標準，將測得的所述切削溫度與標準切削溫度進行比對，得出紅外測量溫度與標準切削溫度的對應關系；步驟五：將車削刀具換成聚晶金剛石刀具進行車削，測得紅外測量溫度，通過所述步驟四得出的溫度關系獲得該條件下的車削溫度；同時測量聚晶金剛石刀具與顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢；步驟六：擬合出聚晶金剛石刀具——顆粒增強鈦基復合材料的標定曲線。進一步地，還包括步驟七：測量自然熱電偶的熱電勢并通過標定曲線換算出對應的切削溫度。進一步地，在所述步驟二中采用自然熱電偶方法測量硬質合金刀具車削顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢。進一步地，在所述步驟三中利用紅外測溫儀發出的紅外光束對準車削時切屑某固定流出點，得出紅外測量溫度。進一步地，在所述步驟三中紅外測溫儀采用固定的發射率。進一步地，在所述步驟五中將車削刀具換成聚晶金剛石刀具進行車削后保持紅外測溫儀安裝及測量位置不變。進一步地，在所述步驟五中采用自然熱電偶法測量聚晶金剛石刀具與顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢。進一步地，在所述步驟六中通過多元回歸擬合的方法進行擬合。進一步地，在所述步驟六中通過變換不同車削速度、進給量及切削深度獲取多個熱電勢與車削溫度的對應關系之后再進行擬合。進一步地，所述調節桿包括頂桿、底桿及調節套，所述頂桿及底桿沿豎向滑動連接，所述調節套設于頂桿及底桿的外部，調節套的下段與所述底桿轉動連接，調節套的上段與頂桿螺接。本發明的有益效果是：本發明通過上述設計得到的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法，通過這種間接測量的方法測出的數據準確度更高，測量更加方便，操作更加簡單。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法在實施過程中硬質合金刀具車削顆粒增強鈦基復合材料車削溫度測量試驗平臺的結構示意圖；圖2是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法在實施過程中聚晶金剛石刀具車削顆粒增強鈦基復合材料車削溫度測量試驗平臺的結構示意圖；圖3是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法在實施過程中聚晶金剛石刀具——顆粒增強鈦基復合材料標定曲線的示意圖；圖4是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法中固定架的剖視示意圖；圖5是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法中固定架的主視示意圖；圖6是本發明實施方式提供的聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法的固定架中調節套的軸測示意圖。圖中標記分別為：顆粒增強鈦基復合材料101；紅外測溫儀102；紅外光束103；紅外測溫點104；硬質合金刀具105；聚晶金剛石刀具106；切屑107；固定架201；底座202；調節桿203；安裝頭204；頂桿205；底桿206；調節套207。具體實施方式為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。在本發明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置關系的術語為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。實施例1，請參閱圖1-圖6。本實施例提供了一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法，主要用于測量聚晶金剛石刀具106在車削顆粒增強鈦基復合材料101時的切削溫度，主要包括以下步驟：步驟一：利用標定方法標定出硬質合金——顆粒增強鈦基復合材料101的熱電偶標定曲線；步驟二：搭建實驗平臺，利用硬質合金刀具105對顆粒增強鈦基復合材料101開展車削試驗，測量硬質合金刀具105車削顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢，并根據所述步驟一換算成切削溫度；步驟三：測量車削時切屑107的紅外測量溫度；步驟四：以自然熱電偶測得的切削溫度為標準，將測得的紅外測量溫度與標準切削溫度進行比對，得出紅外測量溫度與標準切削溫度的對應關系；步驟五：將車削刀具換成聚晶金剛石刀具106進行車削，測得紅外測量溫度，通過所述步驟四得出的溫度關系獲得該條件下的車削溫度；同時測量聚晶金剛石刀具106與顆粒增強鈦基復合材料101的熱電勢；步驟六：擬合出聚晶金剛石刀具106——顆粒增強鈦基復合材料101的標定曲線。通過這種間接測量的方法測出的數據準確度更高，測量更加方便，操作更加簡單。在本實施例中還包括步驟七：測量自然熱電偶的熱電勢并通過標定曲線換算出對應的切削溫度。之間換算成切削溫度使實驗數據更加直觀。具體地，在所述步驟二中采用自然熱電偶方法測量硬質合金刀具105車削顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢。自然熱電偶方法測量熱電勢是常用的測量方法之一，具有準確性高、方便操作等優點。具體地，在所述步驟三中利用紅外測溫儀102發出的紅外光束103對準車削時切屑107流出的點，形成紅外測溫點104，得出紅外測量溫度。在切削過程中切屑107流出的點基本是固定的，利用紅外測溫儀102對準該固定點，使紅外測溫儀102持續進行溫度測量，使實驗結果更加準確。具體地，在所述步驟三中紅外測溫儀102采用固定的發射率。固定的發射率使測量過程中數值的變化與溫度的變化呈線性關系，準確性更高。在所述步驟五中將車削刀具換成聚晶金剛石刀具106進行車削后保持紅外測溫儀102安裝及測量位置不變。這樣使紅外測溫儀102在刀具變換前后所檢測的位置保持一致，準確性更高。具體地，在所述步驟五中采用自然熱電偶法測量聚晶金剛石刀具106與顆粒增強鈦基復合材料101的熱電勢。采用自然熱電偶法能夠方便地測出熱電勢。具體地，在所述步驟六中通過多元回歸擬合的方法進行擬合。多元回歸擬合方法是一種準確性比較高的擬合方法。在擬合過程中，在所述步驟六中通過變換不同車削速度、進給量及切削深度獲取多個熱電勢與車削溫度的對應關系之后再進行擬合。通過不同情形的模擬測量，有利于得到更為準確的數值。實驗平臺用于進行實驗，其具體結構較為簡單，可以在車床上進行，實驗部位的結構示意圖可以參考圖1及圖2；在實驗平臺中用到了紅外測溫儀102，在使用過程中紅外測溫儀102需要固定并進行調節，因此在本實施例中，所述實驗平臺包括用于安裝紅外測溫儀102的固定架201，該固定架201自下而上依次包括底座202、調節桿203及安裝頭204，所述安裝頭204球鉸連接于所述調節桿203的頂部；所述調節桿203包括頂桿205、底桿206及調節套207，所述頂桿205及底桿206沿豎向滑動連接，所述調節套207設于頂桿205及底桿206的外部，調節套207的下段與所述底桿206轉動連接，調節套207的上段與頂桿205螺接。底座202用于將該固定架201固定或安裝在車床或其他設備上。調節桿203用于調節紅外測溫儀102的高度，安裝頭204與調節桿203球鉸連接，在使用時可以進行角度的調整；調節桿203中頂桿205及底桿206沿豎向滑動連接，使得頂桿205能夠相對底桿206上下滑動；調節套207與底桿206轉動連接的關系，使調節套207能夠相對底桿206轉動，且轉動過程中二者不發生位移；調節套207與頂桿205螺接的關系，使調節套207在轉動時能夠帶動頂桿205上下移動，從而達到調節的作用。這種結構的調節桿203結構設計合理，在調節時只需要旋擰調節套207即可實現高度調節作用，操作簡便，結構穩定，調節時整個固定架201穩定性更高，有利于對紅外測溫儀102位置的微調，間接使得實驗更穩定，數據準確性更高。實施例2。本實施例提供了一種聚晶金剛石刀具車削鈦基復合材料溫度的測量方法，具體包括以下步驟：1)利用傳統標定方法標定出硬質合金——顆粒增強鈦基復合材料101的熱電偶標定曲線；2)搭建如圖1所示的試驗平臺，利用硬質合金刀具105對顆粒增強鈦基復合材料101開展車削試驗，采用自然熱電偶方法測量硬質合金刀具105車削顆粒增強鈦基復合材料的熱電勢，并根據步驟1)換算成切削溫度；3)利用紅外測溫儀102發出的紅外光束103對準車削時切屑107流出的某一固定點，選擇固定的發射率，得出紅外測量溫度；4)以自然熱電偶測得的切削溫度為標準，將紅外測溫儀102測得的紅外測量溫度與標準切削溫度進行比對，得出紅外測量溫度與標準切削溫度的對應關系；5)將車削刀具換成聚晶金剛石刀具106進行車削，搭建如圖2所示的試驗平臺。保持紅外測溫儀102安裝及測量位置不變，測得紅外測量溫度，通過步驟4得出的溫度關系可以獲得該條件下準確的車削溫度。同時采用自然熱電偶法測量聚晶金剛石刀具106與顆粒增強鈦基復合材料101的熱電勢；6)變換不同車削速度、進給量及切深獲取多個熱電勢與車削溫度的對應關系，通過多元回歸擬合的方法擬合出如圖3所示的聚晶金剛石刀具106——顆粒增強鈦基復合材料101的標定曲線；7)后續只要測量自然熱電偶的熱電勢就能通過標定曲線準確的換算出對應的切削溫度。以上所述僅為本發明的優選實施方式而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。