[發明專利]一種數控滾齒機滾刀狀態智能監測方法

有效

• 申請號: 201811314647.6
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109396956B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 李國龍;董鑫;何坤;賈亞超
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發明公開了一種數控滾齒機滾刀狀態智能監測方法，包括以下步驟：步驟一，實時采集B軸振動信號；步驟二，對B軸振動信號進行數據分割；步驟三，構建滾刀狀態標準樣本集X，提取樣本初始特征向量f₀；步驟四，構建滾刀狀態互K近鄰圖G，進行特征選擇構成樣本特征向量f；步驟五，構建滾刀狀態特征矩陣F，建立模糊相似關系矩陣R，并構造傳遞閉包t(R)進行聚類分析，實現滾刀狀態識別。本發明通過構建滾刀狀態互K近鄰圖，將數控滾齒機主軸振動信號處理與圖譜理論相結合，可實現滾刀狀態的在線實時監測，以便及時進行滾刀更換和刃磨，避免擴展裂紋、刀齒斷裂的發生，能減少對操作人員專業技能的依賴，推動數控滾齒機的智能化進程。

技術領域

本發明涉及刀具狀態智能監測方法，特別涉及一種數控滾齒機滾刀狀態智能監測方法。

背景技術

隨著以智能制造為主導的第四次工業革命的推進，數控機床也朝著精密、高速、高效、智能的方向發展，刀具狀態監測成為數控機床生產廠家的主要突破方向?，F有研究表明，刀具狀態監測可以提升加工效率10％-60％，減少停機故障率75％，提高機床利用率50％以上，并且能有效避免由刀具失效造成的工件報廢及機床故障，節約成本30％以上。因此，刀具狀態監測技術對保證工件質量、生產安全，提高生產效率有著重大意義。

滾刀作為數控滾齒機的核心部件，在滾齒加工過程中會隨著切削時間的增加而逐漸磨損，導致加工效率和加工質量的降低，在磨損到一定程度后需要更換或進行刃磨。目前，數控滾齒機用戶通過組織工人時刻檢查滾刀狀態，根據工人經驗判斷更換滾刀的時間。一方面造成人力成本的增加；另一方面，滾刀更換過早會造成成本的浪費，更換過晚會降低加工質量、增加生產成本，甚至會導致滾刀提前終止使用壽命。滾刀不同于普通刀具，價格比較昂貴，有效地對滾刀狀態進行實時監測，將提高生產效率和良品率并降低生產成本。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種數控滾齒機滾刀狀態智能監測方法，其通過滾刀滾切加工循環中B軸(主軸)振動信號特征，實現滾刀狀態的實時監測，并能自動識別滾刀磨損狀態，以解決現有技術中人工靠經驗檢查滾刀狀態所存在的不足。

本發明數控滾齒機滾刀狀態智能監測方法，包括以下步驟：

步驟一，通過預埋振動加速度傳感器實時采集滾刀滾切加工循環中B軸的振動模擬量，所述B軸為數控滾齒機的主軸；振動模擬量利用機床總線接入PLC控制器中經A/D轉換成數字量，從而獲得B軸振動信號；并將滾切加工循環劃分為空滾切階段、過渡滾切階段及穩態滾切階段；

所述空滾切階段表征滾刀與齒輪毛坯接觸前的運動過程；

所述過渡滾切階段表征滾刀切入和切出齒輪毛坯的運動過程；切入時，滾刀與齒輪毛坯接觸面積逐漸增大；切出時，滾刀與齒輪毛坯接觸面積逐漸減??；

所述穩態滾切階段表征滾刀與齒輪毛坯接觸面積最大且相對穩定的運動過程；

步驟二，根據B軸振動信號周期性出現的峰值跳躍特征對信號進行數據分割，將一個滾切加工循環的振動信號在時域上分割成三段，分別對應空滾切階段、過渡滾切階段及穩態滾切階段；

步驟三，進行大量的滾刀全生命周期滾齒加工實驗，選取各類滾刀狀態下對應的穩態滾切階段B軸振動信號，構建滾刀狀態標準樣本集X，并進行樣本標號；提取樣本的時域特征參數、頻域特征參數及Hilbert包絡譜頻域特征參數，構成樣本初始特征向量f₀；

步驟四，利用滾刀狀態標準樣本集X中的全體樣本構建滾刀狀態互K近鄰圖G，建立圖G的相似矩陣S和拉普拉斯矩陣L；對特征參數進行去均值化處理；然后計算每個特征參數的拉普拉斯分值，并以此作為依據進行特征選擇，構成樣本特征向量f；

步驟五，根據最新獲得的滾刀穩態滾切階段B軸振動信號樣本，結合滾刀狀態標準樣本集X中的樣本及其標號，構建滾刀狀態特征矩陣F：