基于光纖光柵的鉆機鉆頭附近溫度場測試技術.pdf

1、近年來，鉆孔工序在航空航天、汽車制造、電子、醫(yī)療器械等領域應用廣泛，孔加工量約占機械加工總量的30％。在金屬鉆削加工過程中，鉆削溫度是反映鉆削性能的主要指標。鉆削溫度過高會影響刀具和工件材料的性能，鉆頭的磨損和使用壽命，而且影響積屑瘤的形成和大小，影響到切削力的變化和鉆削時的振動，從而影響加工表面的質量。因此有必要對鉆削過程中鉆頭溫度進行實時的監(jiān)測。鉆削溫度的在線檢測一直是金屬加工領域的研究熱點。傳統(tǒng)的理論分析算法復雜，接觸過程不容易觀

2、察，采用直接測量的方法又可能對鉆頭及工件造成一定的破壞，試驗數據準確性低。本文引入光纖光柵溫度傳感器測試鉆頭附近溫度場分布，結合有限元仿真軟件ANSYS/LS-DYNA仿真計算，反演估算鉆頭處溫度變化。本文主要工作包括以下幾個方面:
　　1.研究金屬鉆削熱的產生與傳遞理論，建立鉆頭、工件及切屑系統(tǒng)內的熱傳遞公式，引入光纖光柵測量鉆削溫度場，介紹了光纖光柵的鉆削場溫度傳感原理及測量中溫度與應力交叉敏感問題。
　　2.利用ANS

3、YS有限元分析模擬軟件，建立了金屬鉆削加工的有限元模型，進入LS-DYNA求解器，動態(tài)模擬了麻花鉆的鉆孔加工過程，分析預測了加工過程中工件的溫度、應力分布，比較了不同進給速度和轉速下的溫度分布情況。
　　3.采用光纖光柵作為溫度傳感器測量金屬鉆削加工中鉆頭附近溫度場分布。對光纖光柵溫度傳感器進行微小管式封裝，本文對傳統(tǒng)封裝方法進行了改良，通過實驗對比證明其排除應力/應變對傳感器的影響;搭建實驗平臺，選取Leadway450三向數控

4、鉆床，使用Ψ6 HSS高速鋼鉆頭，鉆削長寬為140 mm、厚度為5 mm、20 mm的方形工件，在工件側面中線位置處垂直鉆若干直徑1 mm的小孔，實驗前將光纖光柵溫度傳感器置入孔中，對鉆削過程中各測點溫度進行實時監(jiān)控;最后繪制各測點溫度隨時間變化曲線。單根光柵測溫比較不同進給速度、轉速、工件材質時工件測量點的最高溫度，選定一組試驗環(huán)境進行多根光柵測溫，真實反映了鉆進過程中工件附件溫度場即時變化。實驗所得結果與模擬仿真結果比較，相對誤差1