基于电流信号和振动信号的刀具失效监测研究.pdf

2015年8月
机床与液压
Aug.2015
第43卷第15期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vol 43 No 15
DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2015.15.035
基于电流信号和振动信号的刀具失效监测研究
罗忠良2,卢万强2
四川省装备制造业产业集群技术创新中心,四川德阳618000
2.四川工程职业技术学院,四川德阳618000)
摘要:针对单一信号监测刀具失效状态存在的缺陷问题,提出电流信号和振动信号的融合方式辨识刀具失效的监测方
法。研究了监测信号的预处理和特征提取方法,利用有限元分析软件建立了刀具失效状态监测的多参效融合模型,得出了
刀具失效实时判定准则。研究结果表明:电流信号和振动信号的特征融合方式能有效提高刀具失效在线监测实时辨识的准
确性和稳定性
关键词:刀具失效;电流信号;振动信号;实时辨识
中图分类号:TH16;TG71文献标志码:A文章编号:1001-3881(2015)15-139-3
Study on Failure of Tool Monitoring Based on Current Signal and Vibration Signal
LUO Zhongliang
1,2. LU Wanqiang
( 1. Sichuan Equipment Manufacturing Industry Cluster Technology Innovation Center, Deyang Sichuan 618000
China; 2. Sichuan Engineering Technical College, Deyang Sichuan 618000, China)
Abstract: Aimed at a single signal monitoring tool failure problem of existence state, the monitoring method of fusion recognition
tool failure of current signal and vibration sigal was presented. The monitoring signal preprocessing and feature extraction method were
researched, the parameters fusion mode of tool failure monitoring was established using finite element analysis software, the real-time
criterion of tool failure was got. Research results show that the characteristics of current signal and vibration signal fusion methods can
effectively improve the on-line identification of tool failure monitoring accuracy and stability
Keywords: Tool failure; Current signal Vibration signal; Real time identification
0前言
(磨损或破损)就会引起切削力的波动,进而引起切
金属切削加工中,刀具失效会造成机床振动,加削转矩的改变,导致主轴电机电流出现相应的变化,
工质量下降,甚至是工件报废和停机等故障,统计显故而可以通过主轴电机电流信号的变化实现对刀具失
示,刀具失效引起的停机故障占数控机床总停机时间效状态的监测。南昌大学的冯艳等人研究了机床主
的1/5-1/3。研究表明,配备刀具监测系统后的数控轴电机电流信号的采集、存储和分析。同时电流传感
机床不仅可以大幅减少故障停机时间,而且能提高生器价格便宜,安装方便,非常适合于实际工程项目的
产率10%~60%,提高机床利用率50%以上,节约加应用。电机的三相电流分别为い、2、,采用的电
工成本30%左右"。研究开发刀具失效监控系统,机电流等效方法,可以得到主轴电机电流的RMS值为
对防止工件报废和设备损坏,保证人员安全和提高生
ms=√(H++/)/3
产效率具有较大的理论意义和经济效益。
为了提高监测系统的可靠性,还可以辅助采集切
国内外学者对刀具的失效监测提出了许多有效的削时的振动信号,利用振动信号对于工况变化的高灵
方法,主要包括切削力、声发射、振动、电机电流和敏度,及时掌控刀具的失效状况时。
加工表面质量等,大多属于单一监测方法,在实际应
实际监测应用中常以主轴电机电流信号为主,切
用中都有一定的局限性。本文作者提出电流信号和振削振动信号为辅。
动信号的融合监测法,是充分利用各个监测量的长2刀具失效监测信号的预处理
处,互补短处,拓宽监测范围,提髙监测精度和判别
考虑到实际切削加工环境中存在较多的电磁干扰
成功率
和噪声干扰,这些干扰信号会严重影响监测信号质
1刀具失效监测信号的选择
量,甚至淹没各种有用的特征信号,因此需要对信号
金属切削加工过程中,在刀具、工件及切削参数进行预处理。首先对信号进行频域分析,找到反映刀
等保持不变,其他因素相对稳定时,一且刀具失效具失效状态的频率成分。图3为刀具失效前后主轴电
收稿日期:2014-06-09
作者简介:罗忠良(1970-),女,技师,实验师,主要从事机械制造与数控技术应用研究。E-mail:sclzliang@163.com