【摘 要】
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铣削加工是工业生产中重要零部件的加工方式之一,铣削加工过程中会产生切削热,当温度过高时会导致刀具磨损加快、零件表面受损,铣削温度的监测可以为铣刀设计、零件高质量加工、智能制造中的监测环节等研究提供参考。目前,在刀具中嵌入人工热电偶,同时采用无线蓝牙传输和电池供电的集成式刀柄系统是主要的铣削温度测量方法,但存在蓝牙传输距离近、不稳定、电池供电时间极短的问题,因此,本文研究采用持续供电的无线供电方式、
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:“数字化制造与数控加工技术”（51722505）；
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铣削加工是工业生产中重要零部件的加工方式之一,铣削加工过程中会产生切削热,当温度过高时会导致刀具磨损加快、零件表面受损,铣削温度的监测可以为铣刀设计、零件高质量加工、智能制造中的监测环节等研究提供参考。目前,在刀具中嵌入人工热电偶,同时采用无线蓝牙传输和电池供电的集成式刀柄系统是主要的铣削温度测量方法,但存在蓝牙传输距离近、不稳定、电池供电时间极短的问题,因此,本文研究采用持续供电的无线供电方式、更好的无线信号传输方式来设计和实现一种用于铣削温度监测的刀柄系统。本文首先对刀柄系统的方案进行设计,提出了基于K型热电偶的温度信号感知方案、基于磁耦合谐振无线电能传输（MCRWPT）技术的无线电能供应方案以及基于射频识别（RFID）技术和无线保真（WiFi）技术的无线信号传输方案;其次,本文对温度信号感知、无线电能传输和无线信号传输的关键技术进行研究,在靠近铣刀切削刃处埋孔安装热电偶,利用冷端动态测量的方式降低温度信号误差,使用Maxwell软件进行电磁场建模,优化无线电能传输模块的参数以提高电能传输效率和输出功率,运用软件编解码技术和网络通信技术分别搭建基于RFID技术和WiFi技术的无线传输模块,以传输错误率为指标比较两种技术的传输性能;接着,采用Altium Designer软件、SolidWorks软件设计系统的硬件,采用MDK软件、Visual Studio软件编写系统的软件代码;最后,本文完成了刀柄系统的实物制作,并进行了无线电能传输、无线信号传输和温度信号感知三部分的性能测试,得到了系统的性能参数,同时在机床上对Ti6Al4V材料工件进行实时切削测温实验,实现了铣削刀具温度的实时监测。本文创新性地利用MCRWPT技术和WiFi技术实现了铣削刀具温度的在线监测,研究成果表明,基于MCRWPT技术的可持续供电方式比电池供电的方式更好,基于WiFi技术无线传输数据比基于蓝牙技术和基于RFID技术传输的方式更稳定。
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