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(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)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(guò)程中隨刀具切過(guò)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(guò)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(jiàn)。本文針對(duì)熱電偶存在的③、④問(wèn)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(guò)程的采集結(jié)果保存起來(lái)，采集過(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制。板卡采用PCI總線接口,通過(guò)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)發(fā)
       AD7202板信號(hào)從模擬量輸入接頭J2輸入，然后經(jīng)過(guò)阻容元件、多路開(kāi)關(guān)進(jìn)入儀器放大器，經(jīng)過(guò)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(yǔ)
       設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了雙通道熱電偶采集系統(tǒng)，采用VB語(yǔ)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(kāi)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(guò)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)。