雙通道熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)及切削溫度測(cè)試中應(yīng)用

摘要:針對(duì)切削溫度連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存等問題,，設(shè)計(jì)開發(fā)一種雙通道熱電偶連續(xù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)采用熱電偶作為溫度傳感器,，可進(jìn)行雙通道熱電偶溫度連續(xù)采集,。應(yīng)用到實(shí)際高速銑削工件切削溫度測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果表明:系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,，性能穩(wěn)定,，為高速切削工件切削溫度的理論分析提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。增加熱電偶數(shù)量該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多通道溫度的實(shí)時(shí)連續(xù)采集,。
1.引言
       為了對(duì)切削過程中隨刀具切過工件不同位置時(shí)工件瞬態(tài)切削溫度的變化進(jìn)行研究,，溫度測(cè)試過程需要進(jìn)行連續(xù)或者間隔很小的數(shù)據(jù)采集”,。雖然各種新型溫度測(cè)試方法不斷涌現(xiàn)，熱電偶法仍然是可靠,、方便的切削溫度測(cè)試方法,。但熱電偶測(cè)溫法存在以下缺點(diǎn)-3:①響應(yīng)速度慢;②接觸式測(cè)溫;③不具備連續(xù)多點(diǎn)采集功能;④面向切削加工應(yīng)用的多通道測(cè)量熱電偶采集系統(tǒng)較為少見。本文針對(duì)熱電偶存在的③,、④問題,，提出一種雙通道熱電偶連.續(xù)采集系統(tǒng)解決方案。
該系統(tǒng)的連續(xù)測(cè)溫并保存功能由計(jì)算機(jī)編程控制實(shí)現(xiàn),，多通道測(cè)量由計(jì)算機(jī)外接采集卡連接多根熱電偶絲實(shí)現(xiàn),。采用TES-1310K型熱電偶作為傳感器，以RBHAD7202采集卡同時(shí)進(jìn)行多路采集熱電偶的電壓信號(hào),，將整個(gè)過程的采集結(jié)果保存起來,，采集過程采用計(jì)算機(jī)控制。板卡采用PCI總線接口,通過采用高速精度高AD芯片,、精度高儀器放大器,、高密度FPGA邏輯芯片實(shí)現(xiàn)高速、精度高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,。
2熱電偶標(biāo)定試驗(yàn)
       標(biāo)定裝置見圖1)包括YG-5檢定爐,、SR23控溫儀、標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶一支,、TES-1310型熱電偶若干,、銅絲若干、示波器等,。標(biāo)定方案如圖2所示,。將TES-1310熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶末端用銅絲捆在一起標(biāo)準(zhǔn)熱電偶外套有陶瓷保護(hù)層，保障兩支熱電偶不接觸),，置于YG-5檢定爐爐膛內(nèi),，標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶與SR23控溫儀連接，作為控溫反饋信號(hào),TES-1310型熱電偶則接示波器,，以便在標(biāo)定時(shí)讀出其電壓值,。接通電源后控制YG-5檢定爐膛內(nèi)溫度從室溫逐步升高，在100℃-850℃之間,每隔50℃保溫一段時(shí)間,，分別從SR23控溫儀和示波器上讀出熱電偶的溫度和輸出電壓并記錄;溫度達(dá)到上限850°C后,，開始降溫，同樣每隔50℃保溫一段時(shí)間,，分別從SR23控溫儀和示波器上讀出熱電偶的溫度和輸出電壓并記錄,。為消除隨機(jī)誤差影響，每支熱電偶標(biāo)定測(cè)試三次。


將每支熱電偶的3次標(biāo)定數(shù)據(jù)求取平均值,，標(biāo)定曲線如圖3所示,。

3數(shù)據(jù)采集卡選擇與界面程序開發(fā)
       AD7202板信號(hào)從模擬量輸入接頭J2輸入，然后經(jīng)過阻容元件,、多路開關(guān)進(jìn)入儀器放大器,，經(jīng)過儀器放大器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和干擾抑制，再送到程控放大器,，然后送到A/D芯片,。PC機(jī)首先選通相應(yīng)的通道，然后觸發(fā)A/D,A/D完成后,，讀取A/D結(jié)果。J2是37芯接頭,，針腳定義如圖4所示,。

       工件材料為Inconel718鎳基高溫合金。保持每齒進(jìn)給量0.02mm/z,、軸向切削深度2.5mm,、徑向切削深度1.5mm不變，改變主軸轉(zhuǎn)速995rpm,、1990rpm,、2985rpm、3980rpm,，考察切削速度500m/min,、1000m/min、1500m/min和2000m/min對(duì)工件切削溫度的影響規(guī)律,。采集的數(shù)據(jù)如圖7所示,。


       工件最高瞬態(tài)切削溫度隨切削速度變化情況如圖8所示。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),，隨著切削速度的升高,其最高切削溫度呈現(xiàn)先上升,，后下降趨勢(shì)，切削溫度隨切削速度升高出現(xiàn)了下降拐點(diǎn),。

5結(jié)語
       設(shè)計(jì)開發(fā)了雙通道熱電偶采集系統(tǒng),，采用VB語言設(shè)計(jì)了熱電偶溫度連續(xù)采集系統(tǒng)的控制程序?qū)ζ溥M(jìn)行了標(biāo)定調(diào)試。對(duì)開發(fā)的雙通道熱電偶溫度連續(xù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,，通過對(duì)采集到的切削溫度進(jìn)行分析,，研究了隨切削切削速度升高工件最高瞬態(tài)切削溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)高速切削條件下,，隨切削速度提高工件溫度峰值出現(xiàn)拐點(diǎn),。