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基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测

武滢

武滢. 基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 44-48. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.007
引用本文: 武滢. 基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 44-48. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.007
WU Ying. Monitoring cutting tool wear based on spindle current signal multi-feature fusion[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 44-48. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.007
Citation: WU Ying. Monitoring cutting tool wear based on spindle current signal multi-feature fusion[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 44-48. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.007

基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.007
基金项目: 

辽宁省自然科学基金项目 2019-ZD-0263

沈阳理工大学高层次人才计划支持项目 1050002000604

详细信息
    通讯作者:

    武滢, 女, 1981年生, 博士, 副教授, 主要研究方向为机械产品PHM、机械可靠性研究, 发表论文20余篇。E-mail: wying420@126.com

  • 中图分类号: TH17

Monitoring cutting tool wear based on spindle current signal multi-feature fusion

  • 摘要: 为实现在正常生产条件下进行刀具磨损的长期在线监测, 提出了基于主轴电流信号和粒子群优化支持向量机模型(PSO-SVM)的刀具磨损状态间接监测方法。首先对数控机床主轴电机电流信号进行分析, 将与刀具磨损相关的主轴电流信号多个特征参数和EMD能量熵进行特征融合作为输入特征向量; 其次, 通过粒子群寻优算法(PSO)对支持向量机模型(SVM)参数进行优化, 建立基于主轴电流信号融合特征和PSO-SVM理论的刀具磨损状态识别模型; 最后, 通过实验采集某立式加工中心主轴在刀具不同磨损状态下电流信号进行验证, 并与传统SVM模型、BP神经网络模型进行了对比分析。结果表明, 所提出的方法具有较高的准确率和较好的泛化能力。能够实现正常生产条件下对刀具磨损的长期在线监测。

     

  • 图  1  PSO-SVM建模流程图

    图  2  基于主轴电流的刀具磨损多特征融合识别方法流程图

    图  3  不同刀具磨损值下RMS值数据

    图  4  VB=0.146 mm时主轴电流信号IMF分解的前6个分量

    表  1  各统计特征计算公式

    名称 公式 名称 公式
    平均值 $ \overline x=\frac{1}{N} \sum\limits_{1}^{N} x_{i}$ 均方根 $\sqrt{\frac{1}{N} \sum\limits_{i=1}^{N} x(i)^{2}}$
    波形因子 $\frac{\sqrt{\frac{1}{N} \sum\limits_{i=1}^{N} x(i)^{2}}}{\frac{1}{N} \sum\limits_{i=1}^{N}|x(i)|}$ 波峰因子 $\frac{x_{\max }}{\sqrt{\frac{1}{N} \sum\limits_{i=1}^{N} x(i)^{2}}}$
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    表  2  电流信号特征值与刀具状态数据

    序号 1 2 61 62
    平均值 7.729 7.876 8.056 8.137
    均方根 8.381 8.5412 8.841 8.817
    波峰因子 1.597 1.615 1.698 1.707
    波形因子(×10-7) 6.085 6.102 6.174 6.213
    EMD能量熵 0.712 0.719 0.479 0.471
    刀具状态 1 1 2 2
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    表  3  刀具磨损状态识别准确率对比

    评价指标 PSO-SVM模型 SVM模型 神经网络模型
    识别准确率 0.981 3 0.972 6 0.964 6
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  • 收稿日期:  2021-10-12
  • 网络出版日期:  2022-03-12

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