基于光纤光栅的钻机钻头附近温度场测试技术

【摘要】近年来，钻孔工序在航空航天、汽车制造、电子、医疗器械等领域应用广泛，孔加工量约占机械加工总量的30%。在金属钻削加工过程中，钻削温度是反映钻削性能的主要指标。钻削温度过高会影响刀具和工件材料的性能，钻头的磨损和使用寿命，而且影响积屑瘤的形成和大小，影响到切削力的变化和钻削时的振动，从而影响加工表面的质量。因此有必要对钻削过程中钻头温度进行实时的监测。钻削温度的在线检测一直是金属加工领域的研究热点。传统的理论分析算法复杂，接触过程不容易观察，采用直接测量的方法又可能对钻头及工件造成一定的破坏，试验数据准确性低。本文引入光纤光栅温度传感器测试钻头附近温度场分布，结合有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA仿真计算，反演估算钻头处温度变化。本文主要工作包括以下几个方面：1.研究金属钻削热的产生与传递理论，建立钻头、工件及切屑系统内的热传递公式，引入光纤光栅测量钻削温度场，介绍了光纤光栅的钻削场温度传感原理及测量中温度与应力交叉敏感问题。2.利用ANSYS有限元分析模拟软件，建立了金属钻削加工的有限元模型，进入LS-DYNA求解器，动态模拟了麻花钻的钻孔加工过程，分析预测了加工过程中工件的温度、应力分布，比较了不同进给速度和转速下的温度分布情况。3.采用光纤光栅作为温度传感器测量金属钻削加工中钻头附近温度场分布。对光纤光栅温度传感器进行微小管式封装，本文对传统封装方法进行了改良，通过实验对比证明其排除应力/应变对传感器的影响；搭建实验平台，选取Leadway450三向数控钻床，使用φ6HSS高速钢钻头，钻削长宽为140mm、厚度为5mm、20mm的方形工件，在工件侧面中线位置处垂直钻若干直径1mm的小孔，实验前将光纤光栅温度传感器置入孔中，对钻削过程中各测点温度进行实时监控；最后绘制各测点温度随时间变化曲线。单根光栅测温比较不同进给速度、转速、工件材质时工件测量点的最高温度，选定一组试验环境进行多根光栅测温，真实反映了钻进过程中工件附件温度场即时变化。实验所得结果与模拟仿真结果比较，相对误差10%左右。分析误差产生原因及展望如何提高系统的准确性。
【作者】洪俊；
【导师】余有龙；
【作者基本信息】合肥工业大学，光电信息工程，2014，硕士
【关键词】光纤光栅；温度传感器；钻削温度场；有限元分析；封装；

【参考文献】
[1]赵鑫淼.压力容器用钢氧化物冶金技术研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.
[2]郭欢.中日韩自由贸易区的经济效应及其对浙江省对外经贸的影响分析[D].浙江工商大学,国际商务,2013,硕士.
[3]黄亚男.基于功能主义目的论的科普翻译实践报告[D].鲁东大学,英语笔译（专业学位）,2014,硕士.
[4]封　紫１,徐必巨２,吴海兵１.论我国花卉产业发展瓶颈及应对措施[J].云南农业大学学报(社会科学版),2014,06:59-63.
[5]李咏今.硫化橡胶在受力状态下耐热性的合理评定方法[J].特种橡胶制品.1989(04)
[6]杨英.全固态1.3μm波段锁模激光特性研究[D].山东大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[7]黄玉龙.股权结构对高管薪酬契约实施效率影响的实证研究[D].中南大学,管理科学与工程,2014,博士.
[8]赵璐璐.基于特征匹配的全景图像拼接算法研究[D].西北大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[9]何蛟,崔雷,侯跃芳.面向主题词/副主题词的PubMed数据挖掘软件[J].中华医学图书情报杂志,2005,01:49-51.
[10]许伟.原料鲜度及发酵条件对香肠中亚硝酸盐和亚硝胺变化规律的影响[D].江南大学,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[11]庞雪玲.寒冷地区污水厂氮磷去除的优化运行研究[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[12]魏玮.赤峰地区铁路货运网络布局优化研究[D].吉林大学,交通运输工程,2014,硕士.
[13]王贤红.在华跨国公司中国雇员跨文化适应问题的调查[D].华东师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[14]黄毅.智能Agent技术在图书管理信息系统中的研究与应用[D].广东工业大学,2004.
[15]樊淑兰.聚氨酯丙烯酸酯合成及其UV固化涂料的制备及性能研究[D].西安科技大学,材料学,2013,硕士.
[16]邢晶.粉末冶金气门座的合金设计及组织性能[D].长春工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[17]段强.独立学院“90”后大学生思想特点及其教育对策研究[D].中北大学,思想政治教育,2013,硕士.
[18]付颖赫.媒体关注对企业环保投入的影响研究[D].南京农业大学,会计学,2012,硕士.
[19]阎超德.网络最短路径搜索程序的设计与技巧[J].郑州经济管理干部学院学报,2003,02:84-86.
[20]魏巍.胡锦涛关于军队思想政治教育重要论述研究[D].国防科学技术大学,军队政治工作学,2013,硕士.
[21]贾乐.2-6岁幼儿秩序行为特点及其关键期的培养研究[D].沈阳师范大学,学前教育学,2014,硕士.
[22]李阳柳.珠三角金融产业集聚实证研究[D].广东外语外贸大学,区域经济,2013,硕士.
[23]应勇.缺血再灌注损伤中大鼠肝窦内皮细胞B7-1、B7-2蛋白表达的实验研究[D].江西医学院,外科学,2003,硕士.
[24]崔良峰.新型农村养老保险基金保值增值研究[D].黑龙江八一农垦大学,会计学,2013,硕士.
[25]朱丽青.浙江横店影视职业学院在线考试系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[26]王玉洁.AZ51镁合金的低电压微弧氧化研究[D].北京交通大学,2015.
[27]张乐时.从军法到国法的转变[D].湖南科技大学,专门史,2013,硕士.
[28]吕翔.天津市出国（境）培训项目评估体系研究[D].天津大学,公共管理,2013,硕士.
[29]王树彬,王执铨,吉小鹏.多指标约束条件下广义系统的容错控制[J].控制与决策,2008,01:103-106.
[30]叶萌.我国股票型开放式基金份额变动因素研究[D].湖北大学,金融学,2011,硕士.
[31]伍旭坤.论债权人撤销权制度[D].湘潭大学,民商法学,2011,硕士.
[32]王纪圆.CRM在银行汇兑系统中的应用[J].金融电子化,2003,07:40-41.
[33]赵慧君.我国创业板市场退市制度的法律问题研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[34]李丹丹.基于改进粒子群算法的混沌时间序列预测[D].燕山大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[35]张翼.基于UHF RFID自主标准的协议验证及芯片前端设计[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[36]朱一苗,施小宇,姜招嫦,潘文胜.早期原发性十二指肠腺癌1例报道并文献回顾[J].实用肿瘤杂志,2014,04:357-360.
[37]秦月.《汉语水平词汇和汉字等级大纲》甲级字研究[D].华中科技大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[38]李喆.微博时代我国政府新闻发言人制度研究[D].北京体育大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[39]陈胜强.Poisson冲击下修理工可休假的贮备系统可靠性分析[D].燕山大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[40]刘晶涛.CCTV-5大型足球赛事报道现状及发展对策研究[D].沈阳体育学院,体育人文社会学,2013,硕士.
[41]陆基孟,王铁男.反向断层地震物理模型的设计和制作[J].石油地球物理勘探,1987,06:644-652.
[42]田琳.书法家的自我教育研究[D].山西师范大学,美术学,2013,硕士.
[43]郭璇,孙文波,张晓新,王梦恕.地下圆形隧道自由变形法的力法推导及例证[J].铁道学报,2014,09:85-91.
[44]徐杰.区段站阶段计划自动编制模型和算法研究[D].西南交通大学,2003.
[45]张鹏宇.基于ARINC825的飞机数字化驾舱容错控制系统[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[46]陈子龙.基于系统动力学方法的工程项目绩效管理研究[D].南京大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[47]高为炳.关于非线性控制系统的稳定性问题[J].自动化学报,1964,01:16-27.
[48]黄锐.搏心通软胶囊治疗心阳不振型心悸的临床观察[D].湖北中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[49]邹琼娅.一种宽频双极化基站天线的设计与研究[D].华中师范大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[50]陈洪海,李一平.滑模模糊控制应用于自治水下机器人的实验研究[J].控制与决策,2002,S1:788-790+794.