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1、2002年第36卷33*切削温度测量方法综述刘战强黄传真万熠艾兴山东大学摘要:对目前常用的切削温度测量方法进行了综合评述,介绍了各种测温方法的基本原理、优缺点及适用范围。关键词:金属切削,切削温度,测量方法SummaryofCuttingTemperatureMeasurementMethodsLiuZhanqiangHuangCuanzhenWanYietalAbstract:Thepresentmethodsusedtomeasurethecuttingtemperaturearesummarized.Thefundamentalprinciples,merit
2、sanddemeritsandapplicationrangesofthesecuttingtemperaturemeasurementmethodsareintroduced.Keywords:metalcutting,cuttingtemperature,measurementmethod(1)自然热电偶法1引言[1,3,4]自然热电偶法主要用于测定切削区域的在机械制造业中,虽然已发展出各种不同的零平均温度。采用自然热电偶法的测温装置如图1所件成型工艺,但目前仍有90%以上的机械零件是通示。它是利用刀具和工件分别作为自然热电偶的两过切削加工制成。在切削过程中,机床作功转换为极
3、,组成闭合电路测量切削温度。刀具引出端用导等量的切削热,这些切削热除少量逸散到周围介质线接入毫伏计的一极,工件引出端的导线通过起电中以外,其余均传入刀具、切屑和工件中,刀具、工件刷作用的铜顶尖接入毫伏计的另一极。测温时,刀和机床温升将加速刀具磨损,引起工件热变形,严重具与工件引出端应处于室温下,且刀具和工件应分时甚至引起机床热变形。因此,在进行切削理论研别与机床绝缘。切削加工时,刀具与工件接触区产究、刀具切削性能试验及被加工材料加工性能试验生的高温(热端)与刀具、工件各自引出端的室温(冷等研究时,对切削温度的测量非常重要。测量切削端)形成温差电势,该电势值可用接入的毫伏计测温度时,既可测定
4、切削区域的平均温度,也可测量出出,切削温度越高,该电势值越大。切削温度与热电切屑、刀具和工件中的温度分布。常用的切削温度势毫伏值之间的对应关系可通过切削温度标定得测量方法主要有热电偶法、光辐射法、热辐射法、金到。根据切削实验中测出的热电势毫伏值,可在标[1~5]相结构法等。定曲线上查出对应的温度值。2切削温度测量方法2.1热电偶法当两种不同材质组成的材料副(如切削加工中的刀具工件)接近并受热时,会因表层电子溢出而产生溢出电动势,并在材料副的接触界面间形成电位差(即热电势)。由于特定材料副在一定温升条件下形成的热电势是一定的,因此可根据热电势的大图1自然热电偶法测量切削温度示意图
5、小来测定材料副(即热电偶)的受热状态及温度变化采用自然热电偶法测量切削温度简便可靠,可情况。采用热电偶法的测温装置结构简单,测量方方便地研究切削条件(如切削速度、进给量等)对切便,是目前较成熟也较常用的切削温度测量方法。削温度的影响。值得注意的是,用自然热电偶法只根据不同的测量原理和用途,热电偶法又可细分为能测出切削区的平均温度,无法测得切削区指定点以下几种:的温度;同时,当刀具材料或(和)工件材料变换后,*中国博士后科学基金资助项目(项目编号:中博基2000-23)切削温度毫伏值曲线也必须重新标定。教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(项目编号:教外司留2000-479)(2)人工热
6、电偶法收稿日期:2001年10月人工热电偶法(也称热电偶插入法)[1,3]可用于4工具技术测量刀具、切屑和工件上指定点的温度,并可测得温(4)等效热电偶法度分布场和最高温度的位置。人工热电偶法测温装采用自然热电偶法测量切削温度时,由于温升置如图2所示。在刀具或工件被测点处钻一个小孔的影响,导线引出点的温度已不是标定时的室温,因(孔径越小越好,通常<05mm),孔中插入一对标此需要进行冷端温度补偿。但冷端温度补偿在原理准热电偶并使其与孔壁之间保持绝缘。切削时,热和具体实现方法上均存在一定问题,如测量PCBN电偶接点感受出被测点温度,并通过串接在回路中刀具的切削温度时,由于作为热电偶一
7、端的PCBN的毫伏计测出电势值,然后参照热电偶标定曲线得复合片尺寸小、导热系数大,导线引出点的温升较出被测点的温度。大,影响测量精度,需要予以消除,但采用接长刀片消除法在PCBN刀具上不易实现,若采用附加电势消除法则因刀片引出点有温升,所测电动势也难以反映真正的切削温度。此时,可采用等效热电偶[6,7]法测量PCBN焊接车刀外圆车削的切削温度,其工作原理如图4所示。刀片与工件组成自然热电偶的两极,热端为刀屑接触部分A(
