[發明專利]一種切削力和切削溫度測量裝置及其制備和溫度補償方法

有效

• 申請號: 202010628704.9
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111906592B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 趙玉龍;龔濤波;趙友;王魯康
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;G01B21/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種切削力和切削溫度的測量裝置，其特征在于，包括：刀桿（7），刀桿（7）的前端安裝有刀片（3），刀片（3）和刀桿（7）之間安裝有切削力傳感器（1），刀片（3）的側邊安裝有切削溫度傳感器（2）；切削力傳感器（1）和切削溫度傳感器（2）均連接至信號采集卡（11），信號采集卡（11）連接至上位機（12）；

切削力傳感器（1）和刀片（3）的形狀及尺寸相同，切削力傳感器（1）包括形狀和尺寸相同的基板（18）和蓋板（13），基板（18）和蓋板（13）之間設置有切削力測量敏感結構（17），切削力測量敏感結構（17）連通至前焊盤（19），前焊盤（19）連通至后焊盤（21），后焊盤（21）連通至信號采集卡（11），前焊盤（19）和后焊盤（21）均固定設置在PCB板（15）上，PCB板（15）設置在基板（18）上；

切削力測量敏感結構（17）包括圓片狀AlSiCO陶瓷（24），圓片狀AlSiCO陶瓷（24）被夾裝在上電極板（26）和下電極板（25）之間，上電極板（26）設置在蓋板（13）的下部，下電極板（25）安裝在基板（18）的上部；

切削溫度傳感器（2）包括矩形AlSiCO陶瓷（28）、矩形AlSiCO陶瓷（28）通過鉑絲（30）連通有銅絲（32），銅絲（32）和信號采集卡（11）連通；

基板（18）上開設有圓形孔洞（36），圓形孔洞（36）內表面上涂覆有Al₂O₃絕緣層（27）；圓形孔洞（36）內從下到上依次設置有下電極板（25）、圓片狀AlSiCO陶瓷（24）和上電極板（26），上電極板（26）和涂覆在蓋板（13）下表面的Al₂O₃絕緣層（27）接觸；

矩形AlSiCO陶瓷（28）嵌入在刀片（3）側壁開設的槽（35）中，矩形AlSiCO陶瓷（28）的外表面覆蓋有保護蓋（33）；

切削力和切削溫度測量裝置中的切削力傳感器（2）外形與普通車刀的刀墊外形一致，并且具有相同的機械特性，能夠替代刀墊并安裝到刀具中；

所述切削力和切削溫度的測量裝置的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制造刀桿（7）；

步驟2，制備圓片狀AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）；

步驟2中，圓片狀AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）的制備過程為：

步驟2.1，將有機硅樹脂與乙醇按照2：1的質量比混合，然后再加入仲丁醇鋁，仲丁醇鋁的質量為有機硅樹脂質量的5%，得到混合液，將混合液攪拌均勻得到先驅體母液；

步驟2.2，將先驅體母液在干燥箱中干燥得到凝固后的固體；

步驟2.3，將凝固后的固體在流動氬氣環境中于350℃的溫度下熱處理4小時，得到熱處理后的固體；

步驟2.4，將熱處理后的固體搗碎，球磨并篩分，得到粒度小于1μm的粉末；

步驟2.5，將篩選后的粉末與先驅體母液按體積比為40:1的比例混合，得到混合物；

步驟2.6，將步驟2.5得到的混合物用壓片機壓成圓片和矩形狀，使用冷等靜壓機在200MPa的壓力下壓5min，得到陶瓷；

步驟2.7，燒結步驟2.6得到的陶瓷，得到圓片狀AlSiCO陶瓷（24）和矩形AlSiCO陶瓷（28）；

步驟3，制備切削力傳感器（1）；

將圓片狀AlSiCO陶瓷（24）的上下表面通過導電銀漿分別與上電極板（26）和下電極板（25）連接，將上電極板（26）、圓片狀AlSiCO陶瓷（24）和下電極板（25）共同嵌入基板（18）中，將PCB板（15）粘貼在基板（18）上，PCB板（15）上設置有兩個前焊盤（19）和兩個后焊盤（21），電連接前焊盤（19）和圓片狀AlSiCO陶瓷（24），電連接前焊盤（19）和后焊盤（21），將蓋板（13）和基板（18）連接；

步驟4，制備切削溫度傳感器（2）；

在矩形AlSiCO陶瓷（28）的側壁上打兩個孔洞（37），先在孔洞（37）的內側壁和底面涂抹一層鉑漿，然后將鉑絲（30）嵌入到兩個孔洞（37）中，鉑絲（30）的另一端和銅絲（32）連接，用熱縮管（31）包裹住鉑絲（30）在孔洞（37）以外的部分以及銅絲（32），制備出切削溫度傳感器（2）；在刀片（3）側面開設槽（35），把切削溫度傳感器（2）嵌入槽（35）中；

步驟5，安裝傳感器；

將切削力傳感器（1）安裝到刀桿（7）上，再將安裝有切削溫度傳感器（2）的刀片（3）安裝到切削力傳感器（1）上面；將切削力傳感器（1）的引線（14）和切削溫度傳感器（2）的信號線（4）穿過刀桿（7）和信號采集卡（11）連接上，信號采集卡（11）通過信號線與上位機（12）連接。