專利名稱：刀具破磨損狀態檢測方法及其檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工中刀具磨損監測、診斷與維護領域，特別涉及一種刀具破磨損狀態檢測方法及其檢測系統。
背景技術：
工業統計表明，刀具失效是引起機床故障的首要因素，由此引起的停機時間占數控機床總停機時間的1/5 1/3。研究表明，數控機床配備 刀具監測系統后可減少75%的故障停機時間，提高生產率10% 60%，提高機床利用率50%以上，節約加工費用達30%。目前，國內外對刀具的破、磨損檢測已經開展了大量的研究，德國、美國、日本、意大利和瑞典各大公司也都開發了各自的刀具破磨損檢測儀。刀具破磨狀態損檢測方法主要有兩大類直接法和間接法。直接法主要是指接觸法和光學圖像法，這類技術雖然在近幾年得到了很大的發展，但由于測試條件的限制，需要中斷機加工過程，所需硬件設施復雜、投入大。間接法主要包括測試切削力、刀具振動、進給電機的電流、聲發射或聲波等信號，采用信號處理的方法提取刀具切削、磨削過程中的特征信息，來判別刀具的破磨損狀態。現有的各類方法均有不足之處，例如，由于切削力和刀具材料、切削深度、切削速度、刀具結構等都有關系，干擾因素多且復雜，不容易準確判別刀具的破磨損狀態。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術中之不足，間接檢測刀具破磨損的方法干擾因素多且復雜，不容易準確判別刀具的破磨損狀態的不足，本發明提供一種刀具破磨損狀態檢測方法及其檢測系統，通過刀具在切削、磨削過程中產生的振動來實時檢測和判別刀具的破磨損狀態。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種刀具破磨損狀態檢測方法，包括以下步驟①測量刀具切削、磨削過程中的振動信號，并對所述振動信號進行采集、放大、傳輸與顯不;②對所述的振動信號進行模式濾波法計算，實現振動信號的最優分解處理；③對所述的振動信號時頻子波進行分類整理與特征提取，分離出機械設備運轉信號，獲得刀具振動信號中的切削、磨削信號，以及刀具破磨損特征分類信號；④對所述時頻子波進行分類、聚集和信號分離處理，對各類時頻子波進行信號重構，再統計各類信號的峭度指標(Cq)和峰值指標(Ip)，根據各類分離信號指標參數在Cq — I,平面的動態分布情況來檢測刀具的破磨損和機床運行狀態，實現刀具破磨損狀態的識別檢測與定量化預警、預報。步驟(2)中對振動信號進行模式濾波計算之前，先采用高低分頻方法分離機床和切屑產生的低頻干擾信號，高低分頻方法采用多階5點與7點數據平滑處理，邊界點采用5點平滑處理，中間點采用7點平滑處理，處理階數應大于200。
步驟②中對振動信號采用模式濾波法進行時頻子波的最優分解，進而進行時頻子
波的分類、聚集和信號分離處理，并選取如下的模式濾波時頻子波表達式來分解信號
權利要求
1.一種刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 ①測量刀具切削、磨削過程中的振動信號，并對所述振動信號進行采集、放大、傳輸與顯示; ②對所述的振動信號進行模式濾波法計算，實現振動信號的最優分解處理； ③對所述的振動信號時頻子波進行分類整理與特征提取，分離出機械設備運轉信號，獲得刀具振動信號中的切削、磨削信號，以及刀具破磨損特征分類信號； ④對所述時頻子波進行分類、聚集和信號分離處理，對各類時頻子波進行信號重構，再統計各類信號的峭度指標(Cq)和峰值指標(Ip)，根據各類分離信號指標參數在Cq — I,平面的動態分布情況來檢測刀具的破磨損和機床運行狀態，實現刀具破磨損狀態的識別檢測與定量化預警、預報。
2.根據權利要求I所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于步驟(2)中對振動信號進行模式濾波計算之前，先采用高低分頻方法分離機床和切屑產生的低頻干擾信號，高低分頻方法采用多階5點與7點數據平滑處理，邊界點采用5點平滑處理，中間點采用7點平滑處理，處理階數應大于200。
3.根據權利要求I或2所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于步驟②中對振動信號采用模式濾波法進行時頻子波的最優分解，進而進行時頻子波的分類、聚集和信號分離處理，并選取如下的模式濾波時頻子波表達式來分解信號
4.根據權利要求I所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于對各類時頻子波進行重構形成分類分離信號，計算各類信號的峰值指標(Ip)和峭度指標(Cq)數值，根據各類分離信號指標參數在Cq — Iq平面的動態分布情況來檢測刀具的破磨損和機床運行狀態。
5.根據權利要求I所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于步驟④刀具振動信號時頻子波在“ β 2_ α ” 二維特征平面歸為A Q共17類，這17類時頻子波根據刀具工作過程中的不同表現又歸為四類1強沖擊類；11分散類；ΙΠ過渡類；IV磨損類；各類分離信號指標參數在所述的Cq — I,平面上劃分為強沖擊衰減區、弱沖擊衰減區、低頻中衰減強沖擊區、過渡區和磨損特征區五個特征區域。
6.根據權利要求I或3所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于分散類分離信號Cq — I,的分布用以判別刀具車削、磨削金屬時機床與刀具的運動狀態，強沖擊類分離信號Cq — I,的分布情況用以判別因刀具過度磨損而出現的機床抖動和大幅度異常振動，過渡類分離信號Cq — I,的分布情況用以判別刀具在初期磨損、正常磨損和急劇磨損階段之間的轉變，而磨損類分離信號Cq — I,的分布情況用來定量確定刀具的磨損量。
7.根據權利要求I所述的刀具破磨損狀態檢測方法，其特征在于還包括步驟(5):對所述的各種振動信號采用數字化音頻測試技術，輔助識別各種特征信號。
8.一種基于權利要求1-7任一項所述的刀具破磨損狀態檢測方法的檢測系 統，其特征是包括加速度傳感器，設置在所述刀具的刀桿上，用來測量刀具切削、磨削過程中產生的振動信號; 振動信號采集模塊，與所述的加速度傳感器相連，對刀具的振動信號進行采集、放大；振動信號傳輸模塊，與振動信號采集模塊相連，對所述的振動信號采集模塊發送的振動信號進行傳輸和變送，傳輸方式為無線傳輸或有線傳輸； 振動信號接收模塊，接收來自所述的振動信號傳輸模塊發送的振動信號； 振動信號分析處理模塊，與振動信號接收模塊相連，對振動信號接收模塊傳送的振動信號進行信號最優分解的模式濾波計算，以及信號的模式濾波處理，實現時頻子波的分類整理與特征提取，分離出機械設備運轉信號，獲得刀具振動信號中的切削、磨削信號，以及刀具破磨損特征分類信號； 刀具破磨損狀態知識庫，存儲有通用的刀具破磨損狀態特征的分類信息； 振動信號識別模塊，與振動信號分析處理模塊和刀具破磨損狀態知識庫相連，對振動信號分析處理模塊分離出的刀具振動信號中的切削、磨削信號，以及刀具破磨損特征分類信號進行定量統計，然后將統計結果與刀具破磨損狀態知識庫中的特征模式進行檢索匹配，確定刀具的破磨損狀態； 控制信息發送模塊，與振動信號識別模塊相連，傳輸刀具破磨損狀態識別結果； 控制信息接收模塊，接收來自控制信息發送模塊的信息。
9.根據權利要求8所述的刀具破磨損狀態檢測系統，其特征在于所述的振動信號分析處理模塊中包括用于將時域信號中機床振動與切屑產生的低頻干擾進行濾除的高低分頻器，所述的高低分頻器對數據進行多階5點與7點平滑處理，邊界點以5點平滑處理，中間點以7點平滑處理，處理階數大于200。
10.根據權利要求8或9所述的刀具破磨損狀態檢測系統，其特征在于所述的振動信號分析處理模塊中，對振動信號采用模式濾波法進行時頻子波的最優分解，進而進行時頻子波的分類、聚集和信號分離處理，并選取如下的模式濾波時頻子波表達式來分解信號
11.根據權利要求10所述的刀具破磨損狀態檢測系統，其特征在于還包括處理系統終端顯示子模塊，與振動信號識別模塊相連，用于顯示振動信號分析、識別的結果； 預警顯示子模塊，與所述的控制信息接收模塊相連，接收、顯示控制信息接收模塊發送的控制信號； 數字化音頻信號測試模塊，測試、識別振動信號分析處理模塊分離出的刀具振動信號成分，以及刀具破磨損特征分類信號，定性診斷刀具的破磨損情況。
全文摘要
本發明涉及一種刀具破磨狀態損檢測方法，包括以下步驟①測量刀具切削、磨削過程中的振動信號；②對所述的振動信號進行模式濾波法計算；③對所述的振動信號時頻子波進行分類整理與特征提取；④對所述時頻子波進行分類、聚集和信號分離處理，對各類時頻子波進行信號重構，再統計各類信號的峭度指標(Cq)和峰值指標(Ip)，根據各類分離信號指標參數在Cq—Iq平面的動態分布情況來檢測刀具的破磨損和機床運行狀態，實現刀具破磨損狀態的識別檢測與定量化預警、預報。本發明通過簡單的監測設備，實現刀具磨損狀況的檢測；信號識別穩健性好，保證機械加工生產的安全，提高加工零件的精度，提高機床生產率與機床利用效率。
文檔編號B23Q17/09GK102765010SQ20121022754
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者呂苗榮, 陸健 申請人:常州大學