本實用新型屬于切削技術領域，具體涉及一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置。
背景技術：
銑削是指使用旋轉的多刃刀具切削工件，將毛坯固定，用高速旋轉的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征，這是高效率的加工方法。隨著時代的發展，銑削工藝在我國大中型機械加工業用得越來越廣泛。然而，銑削本身作為一種半封閉式的機械加工方法，加工條件相對惡劣，銑削力和銑削熱都較為集中地產生在銑削刀具與工件相互作用的切削區域內。切削金屬時，由于切屑剪切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉變為熱，導致了切削熱的產生。這會直接導致銑刀磨損嚴重、切削刀具壽命短等問題。為了提高切削效率、提高工件的精度和降低工件表面粗糙度，一般都會在使用切削液對刀具和工件進行冷卻潤滑。但是高速切削時產生的空氣湍流會使大部分切削液在達到刀具之前就被吹散，因而難以對刀具進行沖洗和冷卻。因此，在高速銑削條件下對銑削溫度進行監測，并能根據銑削溫度變化，對銑刀刀具進行有效冷卻，是高速銑削加工技術應用的必要條件。
公開號CN103465106A“車銑復合加工中心的切削溫度測量裝置”發明專利和公開號CN202985257U“一種切削溫度測量裝置”實用新型專利，上述兩個專利均表現出可以實現進行長時間、連續的切削溫度的監測，但該裝置只能監測刀具或工件表面的溫度，在高速切削時不能自動啟動切削液進行有效降溫，調整刀具與工件的切削溫度，保護刀具在一定范圍內對工件進行加工，減少刀具的損壞。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本實用新型提供了一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置，不僅能夠同步實時在線測量各刀片切削力及切削溫度，而且高速切削時可以自動啟動切削液進行有效降溫，調控刀具與工件的切削溫度。
為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置，包括切削模塊、監測模塊和冷卻裝置；所述切削模塊包括夾具、夾具基座、工件、刀具與刀具支架，所述夾具安裝在所述夾具基座上，所述工件非加工部分被夾具夾緊，工件被加工部分與刀具緊貼，所述刀具安裝在所述刀具支架上；所述監測模塊包括依次連接的光纖、二色溫度計、信號轉化器及控制器，所述光纖與二色溫度計耦合連接，且光纖一端設置在刀具后刀面，該端距刀具后刀面2-3mm；所述冷卻裝置包括切削液供液器和霧化噴嘴，所述霧化噴嘴設置在刀具支架上，其噴嘴與刀具間隔設置，噴嘴開口朝向所述刀具的刀面設置；所述霧化噴嘴連接所述切削液供液器，所述切削液供液器連接所述控制器。
進一步地，所述切削模塊還包括壓電測力計，所述壓電測力計分別與所述刀具支架和控制器連接。
進一步地，所述二色溫度計與壓電測力計均安裝在刀具支架上，與刀具同步運動。
進一步地，所述切削液供液器內設置有濃度傳感器，所述濃度傳感器連接所述控制器。
進一步地，所述監測模塊還包括數字示波器，所述數字示波器分別與所述信號轉化器、控制器連接。
進一步地，所述霧化噴嘴包括至少三個，所述霧化噴嘴環繞設置在所述刀具周圍。
進一步地，所述霧化噴嘴可拆卸地設置在所述刀具支架上。
采用上述技術方案后，本實用新型的有益效果是：
(1)本實用新型通過在機床刀具中設置監測模塊和冷卻裝置，可以用于機床車削加工的切削溫度的監測和調整，結構簡單，制作成本低。
(2)本實用新型采用光纖設置在刀具后刀面，該端距刀具后刀面2-3mm，裝置結構緊湊，易于裝調，動態性能好，且測量精度高，可對刀具溫度實時在線連續動態監測。
(3)本實用新型采用霧化噴嘴環繞設置在刀具上，且其噴嘴開口朝向所述刀具的刀面，通過控制器發出的指令向刀具周圍區域噴射切削液，即使在高速切削的環境下，仍可以實現良好的冷卻和潤滑效果。
【附圖說明】
圖1是本發明一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置的原理示意圖。
其中：1-夾具，2-夾具基座，3-工件，4-刀具，5-刀具支架，6-光纖，7-二色溫度計，8-信號轉化器，9-控制器，10-切削液供液器，11-霧化噴嘴，12-壓電測力計，13-數字示波器。
【具體實施方式】
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。
如圖1所示，一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置，包括切削模塊、監測模塊和冷卻裝置；所述切削模塊包括夾具1、夾具基座2、工件3、刀具4與刀具支架5，所述夾具1安裝在所述夾具基座2上，所述工件3非加工部分被夾具1夾緊，工件3被加工部分與刀具4緊貼，所述刀具4安裝在所述刀具支架5上；所述監測模塊包括依次連接的光纖6、二色溫度計7、信號轉化器8及控制器9，所述光纖6與二色溫度計7耦合連接，且光纖6一端設置在刀具4后刀面，該端距刀具4后刀面2-3mm；所述冷卻裝置包括切削液供液器10和霧化噴嘴11，所述霧化噴嘴11設置在刀具4上，其噴嘴與刀具4間隔設置，噴嘴開口朝向所述刀具4的刀面設置；所述霧化噴嘴11連接所述切削液供液器10，所述切削液供液器10連接所述控制器9。
本實用新型的重點在于，一是在距離所述刀具4后刀面2mm處設置了光纖6，將刀具4的熱輻射信息傳遞給二色溫度計7，所述二色溫度計7將熱輻射信息發送給信號轉化器8，由信號轉化器8轉化成特定信號發送給控制器9；二色溫度計7的作用是通過光纖6以不接觸被測高溫物體的方式測量運動物體和熱電的溫度，且二色溫度計7抗干擾性強,不易受到輻射率的影響,能透過模糊不清的玻璃、水膜和煙之類的物質,作高精度測量。二是在所述刀具4上環繞設置所述霧化噴嘴11，其噴嘴與刀具4間隔設置，噴嘴開口朝向所述刀具4的刀面設置；所述霧化噴嘴11可以把切削液壓縮成細小的水霧，可以順利到達刀具表面，降溫效果明顯；并根據控制器9發出的指令向刀具4的刀面周圍區域噴射切削液，以實現高速切削時對所述刀具4和工件3的冷卻降溫。
為了使切削液的用量和噴射時間更精確，在所述切削液供液器10內設置有濃度傳感器，所述濃度傳感器連接所述控制器9。所述濃度傳感器將檢測到的濃度信號傳遞給所述控制器9，所述控制器9對接收到的濃度信號進行分析，結合監測模塊得到的切削溫度，計算得出所需切削液的用量和噴射時間，同時控制器9向霧化噴嘴11發出噴射指令。
本實施例在所述刀具4周圍環繞設置了三個所述霧化噴嘴11，這樣的設計可以使切削液更均勻地噴射在刀具4的刀面周圍區域，使刀具4和工件3得到充分快速的冷卻降溫。進一步地，所述霧化噴嘴11可拆卸地安裝在所述刀具支架5上，當其堵塞時，只需拆卸下清理，清理完畢后重新安裝在所述刀具支架5上，無需更換全部噴嘴，成本較低。
作為本實用新型的進一步優化，所述切削模塊還包括壓電測力計12，所述壓電測力計12分別與所述刀具支架5和控制器9連接，所述壓電測力計12根據控制器9發出的信號，檢測出刀具支架5所受到的壓力后，通過調整刀具支架5的位置，使刀具4在工件3的加工面方向作線性運動的距離發生改變，動態啟動步進電機帶動微調旋鈕來調整刀具支架5的位置，以控制刀具4對工件3加工面的壓力。壓電測力計12可以測量所述刀具4對所述工件3的力值，并且可以保存數據，連接控制器9后可以做測力波段檢測。設置壓電測力計12可以降低因切削溫度太高導致的工件表面質量差的風險，延長了刀具4的使用壽命，同時壓電測力計12實時反饋壓力數據給控制器9記錄和分析。
本實用新型中監測模塊還包括數字示波器13，所述數字示波器13分別與所述信號轉化器8、控制器9連接。采用數字示波器13與所述信號轉化器8連接，可以將采集到的數字信號進行保存和處理，能直觀的顯示在數字示波器上13，并通過USB接口與控制器9連接。
光纖6與刀具4同步運動，采用光纖6端面固定在刀具4后刀面位置，易于裝調，動態性能好，測量精度高，可對刀具4的溫度實時在線連續動態監測，可實時連續傳遞刀具4后刀面的熱輻射給二色溫度計7，而且光纖6作為熱電偶具有響應速度快、靈敏度高、測量精度高。所述二色溫度計7與壓電測力計12均安裝在刀具支架5上，與刀具4同步運動，這樣的設計可以使測量裝置結構緊湊，而且能夠使霧化噴嘴隨著刀具支架運動使噴射的切削液范圍加大。進一步地，所述控制器9為PC機，并且PC機上設有切削溫度采集和切削液控制界面，通過采用虛擬儀器軟件LabVIEW構建軟件平臺，進行編程、顯示與處理，可以非常便捷地控制和測量本裝置的硬件設備。
本實用新型一種機床刀具切削溫度監測及冷卻裝置的使用過程和工作原理是：用夾具1夾緊工件3的外側，用安裝在刀具支架5上的刀具4前刀面貼緊工件3的內側表面旋轉銑削，刀具支架5上安裝有壓電測力計12和二色溫度計7。本實施例將二色溫度計7耦合的光纖端面固定在刀具4后刀面2mm的位置，將后刀面的熱輻射信號傳遞給二色溫度計7轉化為溫度數據，再傳遞給與二色溫度計7連接的信號轉化器8，信號轉化器8將溫度數據轉化成數字信號發送給數字示波器13，再由數字示波器13發送信號給控制器9，控制器9根據接收到的數字信號進行記錄分析與顯示，并將相應的數值信號發送給所述切削液供液器10。與此同時，切削液供液器10根據濃度傳感器測得的濃度值信號發送給控制器9進行對比分析，計算得出冷卻刀具4所需切削液的用量和噴射時間，最后打開切削液供液器10上的開關，根據控制器9發出的數值指令控制霧化噴嘴11向刀具4的刀面周圍區域噴射一定濃度和用量的切削液。
本實用新型采用光纖6端面固定在刀具4后刀面位置，能實現對銑削刀具的溫度測量和在線監控；在刀具4上設置霧化噴嘴11，通過控制器9發出的指令向刀具4的刀面周圍區域噴射切削液，在高速切削時切削液也可以順利與刀具4接觸，不會被湍流的空氣阻擋，實現以有效的冷卻，且能對切削液的濃度和用量進行實行動態調整，可以實現良好的冷卻和潤滑效果。
以上較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步的詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所述作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。