基于电机电流信号的铣削刀具破损监测方法研究

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1、分类号学号M201170519学校代码10487密级硕士学位论文基于电机电流信号的铣削刀具破损监测方法研究学位申请人：连凌能学科专业：机械电子工程指导教师：李斌教授刘红奇博士答辩日期：2014年01月13日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringToolBreakageMonitoringMethodBasedonMotorCurrentSignalinMillingCandidate:LianLingnengMajor:MechanicalE

2、lectronicEngineeringSupervisor:Prof.LiBinDr.LiuHongqiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJan.13,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位

3、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要为了提高生产率和工件的加工精度以及产品的多样化，数控机床在工业生产中已经得到普遍应用。加工过程中发生刀具破损会降低加工效率，影响

4、加工质量，尤其对于精密零件，刀具破损会导致工件报废，造成经济损失。而且铣削加工是断续切削，增加刀具破损监测的难度，因此，对铣削刀具破损监测的深入研究具有重要实际意义。首先，调研工业现场并查阅了相关文献，根据现有研究的不足，从机床铣削加工机理及特征出发，在进行了充分的实验以及理论分析的基础上，研究基于电机电流信号的铣削加工刀具破损监测方法。然后，通过理论原理与模拟信号对奇异谱算法进行阐述，并且基于奇异谱算法，对电机电流信号进行降噪处理，提高信噪比。通过奇异值减少数据量，降低信号特征值的提取难度。最后，使用奇异谱算法对实际铣削加工中的电流信号进行预处理，通过奇异值保存电流信号中的特征频

5、率成分，提高信号信噪比以便于下一步提取特征值。再次，在时域、频域内对电机电流信号进行分析，基于奇异谱算法，可以得到电机电流信号的奇异值，但是因为奇异值之间并不是独立的，相互之间有交叉信息，会对结果造成影响，因此，对奇异值进一步提取马氏距离与谱平滑度作为刀具破损监测的特征值。通过不同切削参数、不同破损程度的试验验证了特征值的有效性，从而建立特征向量。最后，根据线性判别函数的原理与准则，设计并构建铣削加工刀具破损线性判别函数识别模型。使用提取的有效特征值对模型进行训练，结合了奇异值分解算法的降噪能力与判别函数的分类能力，基于交叉验证法对模型识别率进行验证，发现模型对样本的识别准确率能达

6、到95%。关键词：铣削；刀具破损；电流信号；奇异谱算法；线性判别函数I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractToimproveproductivity,obtainbetterprecisionandvariousproducts,CNCmillingmachinesarewidelyusedinmodernindustries.Thefailureofcuttingtoolsduringmillingsignificantlydecreasesthemachiningproductivityandtheproductquality.Moreover,abrokentoo

7、lwillcausepreciouspartstobescrappedandwillseriouslyaffecttheresultingeconomicbenefit.Themillingprocessisaninterruptedcuttingoperationthatincreasesthedifficultyoftoolbreakagedetection.Aneffectiveandreliablemethodisneededtoachievetoolbrea