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基于ICEEMDAN-RCMWPE与WOA-KELM数控机床刀具健康状态监测技术的研究

王寿元 李积元 张涛

王寿元, 李积元, 张涛. 基于ICEEMDAN-RCMWPE与WOA-KELM数控机床刀具健康状态监测技术的研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 52-59. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.007
引用本文: 王寿元, 李积元, 张涛. 基于ICEEMDAN-RCMWPE与WOA-KELM数控机床刀具健康状态监测技术的研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 52-59. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.007
WANG Shouyuan, LI Jiyuan, ZHANG Tao. Research of health monitoring technology for CNC machine tools based on ICEEMDAN-RCMWPE and WOA-KELM[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 52-59. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.007
Citation: WANG Shouyuan, LI Jiyuan, ZHANG Tao. Research of health monitoring technology for CNC machine tools based on ICEEMDAN-RCMWPE and WOA-KELM[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 52-59. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.007

基于ICEEMDAN-RCMWPE与WOA-KELM数控机床刀具健康状态监测技术的研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.007
基金项目: 青海省科技厅基金资助项(2020-ZJ-740)
详细信息
    作者简介:

    王寿元,男,1998年生,硕士研究生,从事于数控机床故障诊断方面的研究。E-mail:2760841401@qq.com

    通讯作者:

    李积元,男,1969年生,硕士生导师,教授,从事于数控机床数字化设计与制造等方面的研究。E-mail:lijiyuan6939@126.com

  • 中图分类号: TH17

Research of health monitoring technology for CNC machine tools based on ICEEMDAN-RCMWPE and WOA-KELM

  • 摘要: 针对数控机床刀具健康状态特征提取不足以及识别准确率低等问题,提出了一种刀具健康状态监测方法。首先,利用改进完全集合经验模态分解(ICEEMDAN)和精细复合多尺度加权排列熵(RCMWPE)进行信号处理与特征提取,提取出能够表征刀具健康状态的特征信息;其次经t-SNE处理,实现特征信息的降维与融合;最后将获取的低维特征输入到构建的鲸鱼优化核极限学习机(WOA-KELM)健康状态识别模型,从而对刀具健康状态进行分类与识别。经实验验证表明,所提出的信号处理、特征提取以及状态识别模型在刀具健康状态监测方面取得了很好的成效,其状态识别准确率高达99.76%,能够高效、准确地对刀具磨损状态进行分类和识别。

     

  • 图  1  基于WOA优化KELM参数流程图

    图  2  健康状态监测流程图

    图  3  实验装置结构图

    图  4  后刀面磨损变化曲线图

    图  5  振动信号时域图

    图  6  ICEEMDAN信号分解时域图和频谱图

    图  7  振动信号各IMF分量相关系数和能量熵

    图  8  刀具在4种状态下的各排列熵值

    图  9  振动信号t-SNE降维结果

    图  10  WOA-KELM状态识别结果

    表  1  铣削实验主要设备和切削条件

    硬件条件型号和主参数切削条件参数
    数控铣床高速数控机床
    Roder Tech RFM760
    主轴转速/
    (r/min)
    10 400
    测力仪Kister 9265B三向测力仪进给速度/
    (mm/min)
    1555
    电荷放大器Kister5019A多通道电荷
    放大器
    轴向切削深度/mm0.2
    切削材料Inconel718,长方形径向切削宽度/mm0.125
    刀具球头硬质合金具,
    3切削刃
    每次走刀进
    给量/mm
    0.001
    数据采集卡NIDAQ数据采集卡采样频率
    /kHz
    50
    磨损测量器LEICA MZ12显微镜冷却条件干切
    下载: 导出CSV

    表  2  刀具状态划分结果

    类别走刀次数/次切削刃磨损量平均值/μm
    初期磨损1~5039.6~87.3
    正常磨损51~22588.1~124.7
    急剧磨损226~300125.1~156.1
    磨钝失效300~315156.6~165.2
    下载: 导出CSV

    表  3  各方法状态识别准确率

    模型错分类样本数准确率/(%)
    EEMD-RCMWPE-WOA-KELM595.61
    CEEMDAN-MWPE-WOA-KELM397.42
    ICEEMDAN-CMWPE-WOA-KELM297.92
    CEEMDAN-RCMWPE-WOA-KELM298.43
    ICEEMDAN-RCMWPE-WOA-KELM199.76
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-20
  • 录用日期:  2023-07-13
  • 网络出版日期:  2023-11-06

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