雙通道熱電偶測溫系統(tǒng)及切削溫度測試中應(yīng)用

摘要:針對切削溫度連續(xù)測試數(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試中，測試結(jié)果表明:系統(tǒng)操作簡單，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、方便的切削溫度測試方法。但熱電偶測溫法存在以下缺點(diǎn)-3:①響應(yīng)速度慢;②接觸式測溫;③不具備連續(xù)多點(diǎn)采集功能;④面向切削加工應(yīng)用的多通道測量熱電偶采集系統(tǒng)較為少見。本文針對熱電偶存在的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)測溫并保存功能由計(jì)算機(jī)編程控制實(shí)現(xiàn)，多通道測量由計(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，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,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，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)。