具备高适应性的高速铣削刀具磨损状态监测系统

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1、第45卷第1期2013年2月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics学8乙A报stronautlcsVoI．45No．1Feb．2013具备高适应性的高速铣削刀具磨损状态监测系统申志刚1何宁2(1．南京电子技术研究所，南京，210039；2．南京航空航天大学机电学院，南京，210016)摘要：为提高加工监测系统的适应性和智能化程度，提出基于刀具磨损曲线的实时刀具状态监测系统。自学习能力的引入使该系统可自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计，较大程度上摆脱对系统事先“教学”的依赖。

2、同时为有效抑帝】切刺参数变化带来的干扰，提出一种特征提取方法来自动提取敏感特征，减少监测系统开发时间和成本。针对高速铣削过程的刀具磨损监测，采用切削力和声发射传感器来采集信号，并运用时域、频域和小波分析技术来对信号进行处理，试验结果证明了所提出的自动特征提取方法的有效性和智能刀具状态监测系统的高适应性。关键词：状态监测；传感器；小波分解；马氏距离；刀具磨损中圈分类号：TGS06．1；TN91l文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)01—0049-06IntelligentToolWearConditionMonitori

3、ngSystemwithHighAdaptabilityinHiSpeedMillingProcessShenZhigan91，HeNing2(1．NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing，210039，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronautics8LAstronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Toenhan

4、cetheadaptabilityoftoolconditionmonitoring(TCM)system，annovelandintelli—gentmethodisproposedforautomaticidentifyingthedifferenttoolwearstatesandestimatingthewearvaluewithnoneedofthepre-designed”teaching”or’’training”phase．Automaticsensoryfeatureselec—tionmethodisusedtoai

5、dthesystematicdesignofTCM，andtosuppressinterferenceintroducedbychangesofcuttingparameter．Forceandacousticemissionsensorsareusedinhighspeedmillingopera—tions．Thetimedomain，frequencydomainandwaveletanalysistechniquesareappliedtoprocessingthesignals．Thereal—timeintelligentm

6、onitoringsystemisbuiltonthecycleprocessoflinearfittingandMa—halanobisdistance(MD)calculating．AseriesofexperimentapplicationonaCNCverticalmillingma—chinetoolshowthattheproposedmethodisaccurateforfeatureextractionandefficientforconditionmonitoringofcuttingtools．Keywords：co

7、nditionmonitoring；sensor；waveletdecomposition；Mahalanobisdistance；toolwear加工状态监测主要涉及3个环节：(1)传感器；(2)信号处理，特征提取；(3)监测系统模型。其中各个环节均存在多种选择。就传感器而言，切削力作为目前刀具状况监测(Toolconditionmonito—ring，TCM)研究中最为有效的指示信号而获得广泛运用，声发射、振动、电机电流、声音以及切削温度等信号也均为研究者采用，且多传感器融合运用的趋势明显[1。2]。TCM运用的信号处理技术既包括传

8、统的时域分析、频域分析，同时由于小波分析技术对于切削过程产生的非线性和非平稳的信号(包含有瞬态信号)的处理有其优势，因此也得到较多的应用[3。4]。监测系统构建涉及多种类型传感器和信号处理技术的选择，所采用