毕业论文-切削热与光纤传感器

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1、目录一.切削热的产生与传导1二.切削温度及其影响因素2三.切削温度的测量4四.切削温度实时测量传感器及其特性5五.传统传感器与光纤传感器10六.光纤传感器的应用12切削热与光纤传感器切削热与切削温度是切削过程中产生的重要物理现象。切削时做的功，可转化为等量的热。功削热除少量散逸在四周介质中外，其余均传进刀具、切屑和工件中，并使它们温度升高，引起工件变形、加速刀具磨损。因此，研究切削热与切削温度具有重要的实用意义。切削热的产生与传导切削热是由切削功转变而来的。如下图1所示，其中包括：剪切区变形功形成的热0、切屑与前刀

2、面摩擦功形成的热％、已加工表面与后刀面摩擦功形成的热Q”，因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与已加工表面接触区，如图示,三个发热区与三个变形区相对应。所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。图切削热的产生与传导切削塑性金属时切削热主要由剪切区变形热和前刀面摩擦热形成；切削脆性金属时则后刀面摩擦热占的比例较多。切削热传散出去主要由切屑、工件、刀具和周围介质（空气、切削液等），影响热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及周围介质的状况。工件材料导热系数大时，传递到工件

3、的热量增多，更易引起工件发生热变形，影响工件加工精度和表面质量；刀具材料热导系数大时，刀具温度上升，易发生热变形，影响加工精度，导致刀具磨损加剧；使用切削液、喷雾冷却等手段改善介质条件，可带走更多热量，且不影响切削过程。二.切削温度及其影响因素切削温度是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度。切削温度的高低取决于切削热的产生和传出情况。切削温度主要受工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损和切削液的影响，以下对这几个主要因素加以分析。分析各因素对切削温度的影响，主要应从这些因素对单位时间内产生的热量和传出的热量的

4、影响进手。假如产生的热量大于传出的热量，则这些因素将使切削温度增高；某些因素使传岀的热量增大，则这些因素将使切削温度降低。（一）工件材料工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对切削温度的影响是很大的。由理论分析知，单位切削力是影响切削温度的重要因素，而工件材料的强度（包括硬度）直接决定了单位切削力，所以工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切削热增多，切削温度升高。工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。工件材料的强度、硬度越高，总切削力越大，单位时间内产热量越多，切削温度越高；工件材料导热性越好，切削区平均温度越

5、低。合金钢强度普遍高于45钢，而导热系数又一般低于45钢，所以切削合金钢的切削温度高于45钢。（二）切削用量1•切屑速度：提高，消耗功增加，切削热增加，切削温度增加，但非正比增加，对切削温度影响最人；2•进给量：增加，切屑变厚，单位时间内切除量增加，使得切削温度上升，对切削温度影响次之；3•背吃刀量：增加，切削热虽然会正比例增加，但刀具的散热条件同时也被大大改善，故对切削温度的影响很小。（三）刀具几何参数1•切削温度随前角的增大而降低。这是由于前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于18。〜

6、20°后,对切削温度的影响减小，这是由于楔角变小而使散热体积减小的缘故。2•主偏角减小时，使切削宽度增大，切削厚度减小，因此，切削变形和摩擦增大，切削温度升高。但当切削宽度增大后，散热条件改善。由于散热起主要作用，故随着主偏角减少，切削温度下降。3.负倒棱在（0—2）f范围内变化，刀尖圆弧半径在0-1.5mm范围内变化，基本上不影响切削温度。由于负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。（四

7、）刀具的磨损在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈明显。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。（五）切削液的影响切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如水基切削液。切削液的热导率、比热容和流量越大，切削温度越低。三.切削温度的测量切削温度不仅影响刀具的磨损和寿命,而且影响表面加工质量。因此,切削热是研究切削加工的重要方面，其中切削

8、温度在线测量又是至关重要的。切削温度测量方法主要包括自然热电偶法、人工热电偶法、半人工热电偶法和光热辐射法等其他方法。热电偶法最为实用和成熟，但因为接触式测量而带来热电偶安装受限和信号引出困难的问题。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，但通常在刀具上打孔将热电偶埋设其中，打