本项创新涉及一种新型铣削测温刀具及其制造工艺,该技术属于切削工具制造领域。该铣削测温刀具由刀具切削主体和嵌入的环形测温模块组成,其中环形测温模块采用热敏陶瓷材料,其内径为6至8毫米,外径为10至12毫米,高度为3至5毫米。相较于传统铣削刀具,本技术的铣削测温刀具具有更广泛的测温范围和更高的温度变化灵敏度,同时解决了薄膜热电偶传感器测温刀具制备工艺复杂、难以大规模生产的问题。
背景技术
随着智能制造的发展,航空航天、医疗器械、汽车制造等一系列制造业都向着精密化、集成化、智能化转型,刀具作为切削的直接参与者,不能再仅仅局限于优异的切削性能,更应发展为能够对切削状态进行监控的感知型刀具,并结合传感器,软硬件设施,工业互联网、大数据以及人工智能等技术实现对刀具状态的预测,从而达到对切削过程的实时控制、快速优化或实时调整切削参数等功能。
在切削加工中,刀具磨损是不可避免的,但是刀具的磨损值却无法直接在切削加工过程中观测得到,因此一般都是通过刀具的切削状态来推测刀具磨损状态。在智能制造的背景下,刀具的切削状态可以通过传感器传输到刀具状态监测系统,再将这些数据上传至大数据云存储系统,通过对大量数据的分析来预测出刀具的磨损状态,并给出适合当下加工的切削参数。目前对刀具状态的监测主要在切削力、切削振动、切削噪声以及切削温度这四个方面,得益于传感器技术的发展,切削力、切削振动、切削噪声的监测技术已较为完善,而切削温度的监测仍存在较多薄弱点。
现在工业上一般采用红外相机对切削温度进行测量,但是该技术存如下问题:首先其价格昂贵,其次它只能检测表面温度,一旦测温点被遮挡,将无法完成测温,检测过程中还容易被切屑干扰,最后它在冷却液环境下测温精度严重下降。
目前测温精度最高且最有效的方法是在刀具切削刃附近嵌入薄膜热电偶,论文(Cutting tools embedded with thin film thermocouples vertically to the rakeface for temperature measurement[J].Sensors and Actuators A:Physical,2019,296:392-399.)中利用嵌入薄膜热电偶制作的智能测温刀具响应速度可达亚微秒级别,但该方法制造过程复杂,生产成本较高,只适合实验研究中对切削温度的测量,无法实现批量生产应用于工业制造中。专利CN104942318A提供了一种智能瞬态切削测温刀具,研制了一种利用薄膜热电偶镀附在刀具本体上的智能测温刀具,其能够对切削区域瞬态温度进行准确和实时测量,但此种方法镀附的薄膜热电偶无法长时间承受切屑的冲击,造成刀具还未失效而薄膜热电偶提前磨损的现象。
因此,本领域亟需一种制备工艺简单,测量灵敏度高,且抗磨损性能强的铣削测温刀。
实现思路