[發(fā)明專利]薄壁零件復(fù)雜工況加工狀態(tài)監(jiān)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410141465.9
• 申請(qǐng)日: 2014-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN103941645B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長青;李迎光;周鑫;牟文平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/406
• 分類號(hào): G05B19/406
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工狀態(tài)在線檢測判別技術(shù)，屬于數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種側(cè)銑加工中利用多種傳感器同時(shí)對(duì)刀具磨損及工件變形進(jìn)行監(jiān)測的方法，具體地說是一種基于多傳感器融合與支持向量機(jī)的薄壁零件復(fù)雜工況加工狀態(tài)監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

近年數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展使數(shù)控加工趨于數(shù)字化、虛擬化、自動(dòng)化和智能化，使加工效率得到極大提升，尤其是高檔數(shù)控機(jī)床在數(shù)控加工領(lǐng)域中已經(jīng)不可或缺。數(shù)控加工能力是衡量加工設(shè)備的重要指標(biāo)之一。對(duì)于如飛機(jī)結(jié)構(gòu)件或渦輪葉片等高成本、高精度的零件，除了高檔加工設(shè)備，同時(shí)需要在線監(jiān)測去控制表面加工質(zhì)量，提升加工精度，并降低加工成本。在過去的幾十年里，加工狀態(tài)監(jiān)測已被廣泛研究，尤其針對(duì)刀具磨損、工件變形及顫振等問題，在簡單加工工藝上如鉆孔或簡單零件上的在線檢測、監(jiān)測已經(jīng)發(fā)展到成熟階段。然而，對(duì)于帶有大跨度或大高厚比的薄壁零件，因其曲率變化大、加工易變形，導(dǎo)致切削力變化，影響加工精度，所以仍沒有成熟的在線監(jiān)測方法。目前通過刀具的在線檢測提高刀具壽命，并降低了加工成本，但是刀具變形磨損及對(duì)切削力的影響無法考慮。總之，復(fù)雜薄壁零件中工件變形，刀具磨損及刀具變形的同時(shí)出現(xiàn)，為復(fù)雜零件的加工狀態(tài)監(jiān)測帶來了挑戰(zhàn)。

加工狀態(tài)識(shí)別是一個(gè)多因素、非線性的問題。其中影響因素如切削參數(shù)主要包括切深、切寬、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給。將多種因素綜合考慮，構(gòu)成了不同參數(shù)下的不同加工狀態(tài)及正常或非正常的物理信號(hào)特征。薄壁零件狀態(tài)識(shí)別的另外一個(gè)難點(diǎn)是刀具磨損、刀具變形及工件變形之間的耦合效應(yīng)，影響監(jiān)測信號(hào)，可以概括為兩方面：一方面加工狀態(tài)之間的相互影響，即刀具磨損帶來切削力增大，切削力增大帶來刀具變形甚至帶來工件的變形；另一方面各種加工狀態(tài)下物理信號(hào)的難區(qū)分問題。因此，加工狀態(tài)識(shí)別成為目前的一個(gè)難點(diǎn)。

現(xiàn)有的研究主要集中在單一加工狀態(tài)監(jiān)測或相互沒有關(guān)聯(lián)的多種加工狀態(tài)監(jiān)測。帶有耦合效應(yīng)的，尤其是薄壁零件數(shù)控加工中刀具磨損和工件變形這種同時(shí)發(fā)生的加工狀態(tài)仍需要進(jìn)一步研究，將多種加工狀態(tài)集中在一起考慮。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的加工狀態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目單一，不能反應(yīng)多種加工狀態(tài)耦合效應(yīng)的問題，發(fā)明一種將多種工況耦合并通過支持向量機(jī)對(duì)加工狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的薄壁零件復(fù)雜工況加工狀態(tài)監(jiān)測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種薄壁零件復(fù)雜工況加工狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、設(shè)計(jì)帶有耦合效應(yīng)的不同加工狀態(tài)的切削實(shí)驗(yàn)，包括正常加工狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)、刀具磨損狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)、工件變形狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)以及刀具磨損并且工件變形狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為鋁合金材料側(cè)銑加工；

步驟2、進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)，利用切削力傳感器和加速度傳感器采集不同加工狀態(tài)下的力學(xué)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)；

步驟3、分別對(duì)切削力信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到各加工狀態(tài)的力學(xué)信號(hào)敏感頻段及振動(dòng)信號(hào)敏感頻段；

步驟4、通過離散小波變換的信號(hào)處理方法對(duì)敏感波段進(jìn)行處理，分解出指定頻率即步驟3中的敏感頻段，得到敏感頻段信號(hào)的近似分量和細(xì)節(jié)分量，分別提取近似分量和細(xì)節(jié)分量的信號(hào)均值和方差等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息；

步驟5、將兩種信號(hào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息與切削實(shí)驗(yàn)的切削參數(shù)進(jìn)行信息融合，一起組成特征向量，作為加工狀態(tài)辨識(shí)的輸入向量；

步驟6、采用支持向量機(jī)算法進(jìn)行加工狀態(tài)辨識(shí)，利用采集的數(shù)據(jù)對(duì)支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，得到不同加工狀態(tài)的判別式；

步驟7、通過判別條件對(duì)加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，辨識(shí)加工狀態(tài)。

所述切削力信號(hào)敏感波段在127Hz到275Hz之間。

所述振動(dòng)信號(hào)敏感波段在140Hz到210Hz之間。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明首次提出針對(duì)帶有耦合效應(yīng)加工狀態(tài)識(shí)別的方法，主要應(yīng)用在工件變形與刀具磨損的耦合效應(yīng)上，也可以擴(kuò)展到其他加工方法。利用信息融合理論實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征的融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶有耦合效應(yīng)的加工條件進(jìn)行在線監(jiān)測。傅立葉變換方法成功獲取不同加工條件下的敏感信息，并通過小波分解的方法增強(qiáng)信號(hào)的信息提取能力，利用支持向量機(jī)獲得識(shí)別結(jié)果。基于多傳感器融合與支持向量機(jī)的復(fù)雜工況加工狀態(tài)監(jiān)測方法更準(zhǔn)確的掌握復(fù)雜薄壁件的數(shù)控加工狀態(tài)，降低成本，保證加工質(zhì)量。

本發(fā)明能將刀具磨損和工件變形區(qū)分開。通過力學(xué)傳感器和加速度傳感器分別采集力學(xué)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)。利用小波分解的信號(hào)處理方法，將提取的信號(hào)特征的均值和方差值進(jìn)行小波分解，再利用支持向量機(jī)進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別。在特征層面上信息融合理論來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)識(shí)別，解決了目前無法同時(shí)監(jiān)測有耦合效應(yīng)加工狀態(tài)的問題。