切削加工温度测量的作用

切削加工是机械制造业最基本、最常用的加工方法之一。切屑形成和摩擦产生的切削热始终贯穿着整个切削过程。由于工件、刀具和切屑彼此相互关联，切削热会在这些介质中传播和扩散：其一会使得刀具的温度升高，对刀具寿命影响是非常巨大的；其二也会使得工件的温度升高，对工件的加工质量和表面质量的影响也是不容忽视的。因此，为了减少刀具磨损、延长刀具寿命、保证加工安全、提高加工质量，研究切削热具有重要的实际意义。特别是对切削过程中时变的切削温度进行实时在线测量和监控又是其中至关重要的环节。

在机械制造业中，切削温度的获取主要有理论和实验两种方法。迄今为止，实验方法中的温度测量主要包括接触式测量和非接触式测量。其中，接触式测量方法具有测量精度高、操作简单等优点，因而成为应用时间最长、范围最广的测量方法之一，也是目前进行切削温度在线测量中最成熟的方法。由于接触式测量需要安装热电偶并要对信号进行引出，因此在某些情况下会存在热电偶安装受限和信号引出困难等诸多问题。接触式测量方法主要包含有自然热电偶法、人工热电偶法、半人工热电偶法等。其中，自然热电偶法主要用于测量切削区域的平均温度，不能测量指定点的温度；人工热电偶法和半人工热电偶法可以测量指定点的温度，但通常需要在刀具上打孔将热电偶埋设焊接其中，而打孔往往存在困难且会导致刀具结构及温度场的改变。另外，热电偶法需要对刀具进行特殊加工，甚至改造主轴结构，以便将随刀具旋转的热电偶的输出信号发送到外部进行处理。然而，随着机床主轴转速越来越高，这种方法越来越难以实现。即使现今较为流行的薄膜热电偶的兴起，也都很难避免上述需要解决的问题。

非接触式测量方法主要有红外测温法、光导纤维测温法和发射吸收光谱法，另外也有应用激光干涉法、多光谱辐射测温法等。在切削测温领域，红外测温法因其非接触、易得到被测物体温度场分布、信号引出方便等优点，而得以广泛应用。但红外测温法因受加工环境影响过大而尚未达到实用阶段，并且分辨率往往过低；光纤测温的分辨率也同样很低，仅达到2°C，还涉及到光学通路，且整体设备的体积较为庞大；激光干涉法是利用激光干涉条纹移动的数目与温度成正比的原理来实现温度测量，但测量范围过窄；多光谱辐射测温法是根据多波长下被测物体辐射强度的测量信息来获取其真实温度，但未见其在铣削切削温度测量方面得到应用。