[发明专利]一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构与制备方法

说明书

一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构与制备方法，该测量刀具温度的结构包括绝缘膜、热电阻薄膜、保护膜、刀具涂层和引出脚，所述绝缘膜形成在刀具所需测温位置，所述绝缘膜上具有凹陷区域，所述热电阻薄膜形成在所述凹陷区域内，所述保护膜形成在所述热电阻薄膜上，所述涂层覆盖所述保护膜，所述热电阻薄膜与所述引出脚电连接，所述引出脚位于所述保护膜和所述涂层的覆盖区域外并用于通过引出导线与温度采集终端电连接。通过本发明，可获得测温精度高、工作可靠、通用性强的实时测温刀具。

技术领域

本发明涉及切削刀具领域，特别是涉及一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构与制备方法。

背景技术

切削是机械加工中一种重要的工件成形方法。切削过程中，刀具和工件之间剧烈摩擦，产生大量切削热，使刀具和工件的温度升高，引起工件变形，影响切削的精度，加剧刀具的磨损。切削温度是反应加工状态的一个重要参数，也是机床进行自适应控制的重要依据，因此有必要在加工过程中对切削温度进行监测。

在切削变形区，切屑沿前刀面流出的过程中与前刀面发生剧烈的摩擦和挤压作用，使得温度不断升高。因此刀具温度的最高点位于与刀刃有一小段距离的前刀面上。目前常见的切削刀具温度测量方法主要有自然热电偶法、人工热电偶法、半人工热电偶法、辐射测温法等。其中，自然热电偶法将工件和刀具作为热电偶的两极，人工热电偶法和半人工热电偶法都需要在刀具或工件上打孔以放入热电偶，不仅使用上受到诸多限制，而且还不能准确测得前刀面温度最高点处的温度。此外在刀具上打孔会削弱刀具的强度和刚度，影响加工精度。辐射测温法适用于远距离非接触测量物体表面温度，但是由于切削环境复杂，该方法的使用会受到切削液、切屑等干扰，难以保证测温精度。

传统的热电偶测温方法不仅会降低刀具性能，影响加工质量，而且会有较大的测温误差。此外，传统的热电阻测温方案是采用粘接的方式将热电阻丝固定于刀具，不仅连接方式不够可靠，而且测量结果会产生误差。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷，提供一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构与制备方法，以获得测温精度高、工作可靠、通用性强的实时测温刀具。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种使用薄膜热电阻测量刀具温度的结构，包括绝缘膜、热电阻薄膜、保护膜、刀具涂层和引出脚，所述绝缘膜形成在刀具所需测温位置，所述绝缘膜上具有凹陷区域，所述热电阻薄膜形成在所述凹陷区域内，所述保护膜形成在所述热电阻薄膜上，所述涂层覆盖所述保护膜，所述热电阻薄膜与所述引出脚电连接，所述引出脚位于所述保护膜和所述涂层的覆盖区域外并用于通过引出导线与温度采集终端电连接。

进一步地：

所述保护膜形成在所述凹陷区域内，所述热电阻薄膜与所述保护膜的厚度之和与所述凹陷区域的深度相等，优选地，所述凹陷区域的深度在0.5-5微米范围内。

所述测温位置为一处或者多处位置，在所述刀具的前刀面和/或者后刀面。

所述绝缘膜的材料为SiO₂或者Al₂O₃，厚度在1-10微米。

所述热电阻薄膜的材料为Pt或者Ni，厚度在0.3-3微米。

所述保护膜的材料为Si₃N₄或SiO₂，厚度在0.2-2微米。

所述涂层的材料为TiC、CrC、TiN、TiCN、Al₂O₃中的一种或多种复合的多层材料结构，厚度在1-10微米。