[发明专利]一种增减材制造工艺中基体表面切削时机的获取方法

说明书

本发明公开一种增减材制造工艺中基体表面切削时机的获取方法，包括：利用热成像仪采集基体待加工区域的红外热成像图，捕捉基体待加工区域的最高点温度与设定的阀值进行比较，判断是否继续进行切削加工；同时采用刀具磨损仪采集刀具后刀面图片，及时分析输出刀具后刀面磨损量，绘制基体温度—刀具后刀面磨损量关系图，进一步分析出基体温度对刀具耐用度的影响，最终获取在增减材交替分层制造工艺进行基体表面切削时的最佳切削时机。本发明方法操作简单、易行、准确度高。

技术领域

本发明属于三维打印技术领域，具体涉及一种增减材制造工艺中基体表面切削时机的获取方法，尤其涉及干式切削的最佳切削时机。

背景技术

三维打印中，为了保证增材在制造过程中，不受到污染，交替分层制造工艺中不允许使用冷却液，以避免高温基体材料在冷却液作用下的淬硬效应。同时为避免切削刀具过热，基体材料在局部高温状态下切削后产生过大的冷却变形，在进行干式切削之前，需要使基体材料温度降低到与切削刀具相适宜的温度值，存在最佳的切削时机。

对于切削基体温度的测量，可采用接触式测量和非接触式测量。

接触式测量主要以热电偶法为代表，但是热电偶测量过程中必须将其放在物体内，破坏物体自身的热量分布，增大测量过程中产生误差。同时传统的人工热电偶测温法对热电偶的安装、布置均有严格的要求，并且必须在工件上预先加工出符合要求的形状以及尺寸精度的小孔，一般适合于金属切削理论研究，不适合对基体的实时监测走向工程实践。此外，由于热电偶焊点大小、放置深度等不同也会产生较大的测量误差。自然热电偶法通过测量刀具和工件切削过程中产生的热电动势，从而获取温度。可研究切削条件对切削温度的影响，但是测定的是切削区域的平均温度，无法获取切削区域指定点温度、最低温度和最高温度。

非接触测量法作为一种先进的测量手段正被广泛应用在众多领域中。其主要代表为红外热成像技术，该方法具有动态响应频率高，实现动态的监控、操作简便等特点。

红外热成像技术可方便地获取大量的刀具、工件的温度场分布信息，有利于金属切削加工过程中的机理研究和异常情况的监控；但是其对刀具高速切削过程中刀具前刀面的温度获取比较困难。

发明内容

本发明提供了一种增减材制造工艺中基体表面切削时机的获取方法，该方法操作简便、易行、准确度高。

一种增减材制造工艺中基体表面切削时机的获取方法，包括以下步骤：

(1)安装红外热成像仪检测工位、刀具磨损仪检测工位；刀具磨损仪上设定时间间隔Δt，红外热成像仪上设定基体温度阀值；

(2)红外热成像仪采集增减材交替分层制造获得的基体的待加工区域的红外热成像图片；捕捉基体待加工区域的最高温度T_max，与预先设定的阀值进行比较，若T_max低于阀值，切削加工继续进行，在刀具切削基体过程中，每隔Δt时间间隔，刀具磨损仪采集刀具的后刀面图片；若T达到预先设定的阀值，切削加工停止，刀具切削加工任务完成；

(3)对红外热成像仪采集到的图片进行分析处理，输出基体温度，同时对刀具磨损仪采集到的刀具后刀面图片进行分析输出刀具后刀面磨损量，绘制基体温度与刀具后刀面磨损量关系图，得出在增减材交替分层制造工艺中基体表面切削时机。

本发明采用红外热成像仪进行待加工区域(或称切削区域)基体温度检测，基本原理为斯蒂芬—波尔兹曼定律，即：

E₁＝ε₁σT⁴ (1-1)

式中，E₁—物体辐射单元单位面积的辐射能量(W/m²)；

ε₁—物体辐射单元表面辐射率(由物体表面性质决定)；