[發(fā)明專利]一種高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測方法

在審

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• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113369994A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周余慶;朱欽松;孫維方;孫兵濤;周潔;楊圓;方鈺堃;楊海
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 重慶強(qiáng)大凱創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 周欣

本發(fā)明申請屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測方法，包括以下步驟：(1)獲取實(shí)測振動信號，(2)獲取振動仿真信號，(3)檢驗(yàn)仿真樣本的有效性，(4)優(yōu)化仿真模型，(5)制備完全樣本，(6)制備完備樣本，(7)訓(xùn)練高精度監(jiān)測模型，(8)刀具分類監(jiān)測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法提供一種基于有限元仿真與生成式對抗網(wǎng)絡(luò)的高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測樣本完備化方法，以解決高速銑削過程的研究中樣本缺失和樣本不足的問題，同時可以避免診斷模型選取問題，并大大降低了模型參數(shù)調(diào)優(yōu)的難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

銑削是指使用旋轉(zhuǎn)的多刃刀具(銑刀)加工物體表面的一種機(jī)械加工方法，銑削加工一般在銑床或者鏜床上進(jìn)行，能加工平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸，還能加工比較復(fù)雜的特殊形面，由于銑削加工的生產(chǎn)效率較高，在機(jī)械制造行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。刀具作為銑削加工過程中最易損傷的部件，對其進(jìn)行及時有效的狀態(tài)監(jiān)測與故障識別至關(guān)重要。

高速銑削加工是指采用小徑銑刀，采取高轉(zhuǎn)速、小周期進(jìn)給量進(jìn)行銑削加工操作，相比于普通銑削加工具有高效率、高精度、表面粗糙度低等優(yōu)勢，高速銑削加工成為保障眾多難加工材料高效、高精度加工需求的重要加工手段。在高速銑削加工中，刀具損傷容易導(dǎo)致加工精度不足，嚴(yán)重制約了其加工性能。如何有效地進(jìn)行高速銑削的刀具狀態(tài)監(jiān)測(TCM)，準(zhǔn)確及時地識別刀具損傷程度，監(jiān)測刀具運(yùn)行狀態(tài)，已成為高速銑削加工智能化發(fā)展亟待解決的問題，也是當(dāng)前智能加工技術(shù)的主要研發(fā)方向之一。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對銑削加工過程中，刀具狀態(tài)的識別與監(jiān)測方面做了大量的研究工作，提出了諸多有效的高精度、高可靠性的診斷方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，這為銑削過程TCM研究提供了豐富的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，對于高速銑削而言，其刀具狀態(tài)的識別還面臨著如下兩個問題：

(1)由于高速銑削過程的復(fù)雜性和動態(tài)隨機(jī)性，容易出現(xiàn)若干實(shí)際加工中出現(xiàn)的刀具狀態(tài)類型在實(shí)驗(yàn)中沒有收集的情形，即用于模型訓(xùn)練的樣本數(shù)據(jù)集存在樣本缺失的問題。特別是在切削參數(shù)發(fā)生變化時，即測試樣本與實(shí)驗(yàn)樣本對應(yīng)的切削參數(shù)不盡相同時，已訓(xùn)練好的模型監(jiān)測性能差強(qiáng)人意，導(dǎo)致監(jiān)測模型難以應(yīng)用。

(2)目前眾多TCM模型需要大量樣本數(shù)據(jù)才能獲得良好的識別效果，而高速銑削加工過程樣本采集成本很高且非常費(fèi)時，在此條件下收集充足的刀具狀態(tài)樣本非常困難。而在樣本不足情形下，眾多TCM模型的監(jiān)測性能大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測方法，以解決高速銑削加工過程中，刀具狀態(tài)監(jiān)測樣本少且不全面的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案為：一種高速銑削過程刀具狀態(tài)監(jiān)測方法，

(1)獲取實(shí)測振動信號：根據(jù)實(shí)際加工需求，確定所用刀具、工件和切削參數(shù)，獲取若干刀具狀態(tài)下高速銑削加工過程中的實(shí)測振動信號；

(2)獲取振動仿真信號：根據(jù)Johnson-Cook本構(gòu)模型，以及實(shí)驗(yàn)所采用的刀具、工件和切削參數(shù)，利用仿真軟件進(jìn)行高速銑削過程動力學(xué)建模得到仿真模型，經(jīng)過仿真獲得正常刀具狀態(tài)的振動仿真信號；

(3)檢驗(yàn)仿真樣本的有效性：對比振動仿真信號和實(shí)測振動信號的余弦相似度值cos(θ)；若cos(θ)≥0.6，可判斷振動仿真信號是有效的，進(jìn)入步驟(5)，否則，執(zhí)行步驟(4)；

(4)優(yōu)化仿真模型：在步驟(2)的仿真模型中對Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出最佳參數(shù)組合；若最佳參數(shù)組合對應(yīng)的振動仿真信號和實(shí)測振動信號的余弦相似度值cos(θ)≥0.6，可判斷振動仿真信號是有效的，進(jìn)入步驟(5)，否則以最佳參數(shù)組合為基準(zhǔn)迭代執(zhí)行步驟(4)；