基于双谱的刀具振动信号特征值提取.pdf

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1、第7期组合机床与自动化加工技术N0．72014年7月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJu1．2014文章编号：1001—226．5(2014)07—0070—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．07．019基于双谱的刀具振动信号特征值提取邵占帅，黄民(北京信息科技大学机电学院，北京100192)摘要：针对数控机床刀具磨损故障诊断中振动信号特征值提取问题，提出了使用双谱间接估计法对振动信号进行分析处理来提取特征值的方法。对于双谱分析结果数据量庞大的问题，使用奇异值分解的方法对双谱分析后的结果进

2、一步压缩提取优化，从而得到不同磨损阶段的刀具振动信号特征值。为后期的模式识别系统提供了数据基础。关键词：刀具磨损；振动信号；双谱分析；特征值中图分类号：TH166；TG65文献标识码：AUsingBispectrumAnalysistoExtractCharacteristicValuesoftheToolVibrationSignalsSHAOZhan-shuai，HUANGMin(SchoolofElectromechaniealEngineering，BeijingInformationScience&TechnologyUniversity，Beijing100192，China)

3、Abstract：InviewoftheproblemthatcharacteristicvaluewasextractedfromtoolvibrationsignalsinCNCmachinetoolwearfault~agnosis，themethodwasputforwardthatvibrationsignalwasprocessedbyindi—rectestimationmethodofbispectrumanalysis．Then，thebispectrumresultwasdecomposedbysingularval—uedecompositionforsolvingi

4、tsvastdata，resultingindifferentstagesofthewearofcuttingtoolvibrationsignalcharacteristicvalue．So，thereisdatafoundationforlatepatternrecognitionsystem．Keywords：toolweal"；vibrationsignal；bispectrumanalysis；characteristicvalue0引言特征值进一步提取来达到提高识别率的目的。1双谱分析的相关理论刀具是高档数控机床非常重要的功能部件，在其切削过程中，由于受到工件、切屑的剧烈摩擦，

5、高温和高压双谱是信号的三阶统计量，是高阶谱中的一个特条件下工作的刀具的前、后面接触区域内会产生磨损，且例。双谱的意义在于表征了谱值、两个频率分量和j这种磨损会随切削时间的增加而逐渐增大。在初期磨损个谱元之间的关系，同时，弥补了功率谱的不足——定阶段，刀具的加工工件尺寸和几何情况变化不大，而严重量地描述了信号中与故障密切相关的非线性相位耦阶段的刀具就会失效(失效原因主要包括刀具磨钝、刀刃合。因此，在现代的故障诊断中得到了广泛的应用。塑l生变形、磨损及热磨损等)。因此，减少刀具失效和及与定义功率谱类似，为了保证高阶累积量和高阶时的预报刀具的失效是提高生产效率和加工质量的一个矩的傅里叶变换存在，

6、要求高阶累积量和高阶矩是绝重要途径。减少刀具失效的最重要的方法就是进行刀具对可和的。即：的在线状态监测，在线监测过程中重要一环就是提取刀∑⋯∑Im(。,72，⋯¨)l<+。。(1)具不同磨损阶段的信号特征值，同时，特征值提取的好坏直接影响着后面模式识别的优劣。阶谱又称多谱，而三阶谱又称双谱，其表示形式当前的刀具磨损特征值提取方法主要有：基于时为舭(wl，to2)。其定义为：域和频域的提取方法、基于小波域的提取方法和经验B(l)=∑∑c3(r2)e-i(,o】2r2(2)模态分析方法。针对于刀具磨损的振动信号，单独使l=2：：用这些方法达不到建立一个良好的刀具识别系统的目双谱估计分为直接估计

7、法和间接估计法，本文中的。然而将这些方法结合起来使用时，识别率和系统所采用的是间接估计法，因此在这里主要介绍一下双的稳定性虽然有明显的提高，然而却和期望的准确识谱的间接估计法。间接估计法是从观测数据出发，先别率相比还有一定的距离，这就说明，刀具的振动信号将三阶累量估计出来，然后利用傅里叶变换得到双谱中有一部分刀具磨损特征信号是没有提取出来的。本的估计。设(0)，(1)，⋯，(N一1)为／v个观测样文中采用处理非高斯信号的