刀具作為金屬切削過程的直接執(zhí)行者,在加工過程中不可避免地存在磨損問題,刀具的狀態(tài)變化會直接導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降和生產(chǎn)成本增加。研究人員和加工企業(yè)針對這一問題,逐步建立了各自的刀具監(jiān)測系統(tǒng),面對系統(tǒng)長期監(jiān)測到的海量數(shù)據(jù),需要采用有效的方法對其進(jìn)行分析和挖掘才能發(fā)揮數(shù)據(jù)本身的價值�；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)對刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行智能識別,一方面可以掌握刀具的健康狀態(tài)、指導(dǎo)生產(chǎn)工作以及減少事故;另一方面,可以為后續(xù)的研究提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。近年來學(xué)者們基于大數(shù)據(jù)分析方法對刀具磨損狀態(tài)智能識別進(jìn)行研究,而該類方法在刀具磨損狀態(tài)識別應(yīng)用中存在以下幾個不足:（1）缺少對監(jiān)測到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值和噪聲處理;（2）對于海量數(shù)據(jù)缺少一個“劇烈”的過濾過程,未將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃r值的小數(shù)據(jù);（3）在進(jìn)行特征工程時缺少不同工況對采集信號主、次要影響程度的分析,特征屬性中不含有工況數(shù)據(jù)屬性;（4）進(jìn)行智能識別的單個或集成機(jī)器學(xué)習(xí)模型多以強(qiáng)學(xué)習(xí)器模型為基礎(chǔ),對于不同的數(shù)據(jù)屬性缺少差異互補(bǔ)性。本文針對現(xiàn)有研究的不足,開展了以下研究工作:（1）搭建穩(wěn)定的刀具監(jiān)測平臺,合理的設(shè)計試驗(yàn),為特征提取與模型融合奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ);（2）采用改進(jìn)后... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

刀具狀態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺簡圖

9磨損程度辨識上有了很大的突破。而理想的刀具磨損程度辨識是必須能準(zhǔn)確預(yù)測不同加工狀態(tài)下刀具的磨損情況。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，加工方式、加工刀具以及加工參數(shù)的變化都會導(dǎo)致監(jiān)測信號的變化，從而對刀具磨損程度辨識模型造成了巨大挑戰(zhàn)，因此在研究刀具磨損程度辨識問題時應(yīng)先確定監(jiān)測對象和監(jiān)測范圍。刀具狀態(tài)監(jiān)測現(xiàn)場如圖2-2所示。圖2-2刀具狀態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)平臺(1)監(jiān)測對象:目前數(shù)控車床是較為廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。車削的工作原理是：工件旋轉(zhuǎn)，車刀在平面內(nèi)作直線或曲線運(yùn)動。主要用于軸類零件或盤類零件的內(nèi)外圓柱面、任意錐角的內(nèi)外圓錐面等加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔等加工操作。據(jù)統(tǒng)計，因刀具失效造成停機(jī)約占機(jī)床總故障的22.4%，并且在刀具發(fā)生磨損時卻未能及時進(jìn)行處理可能導(dǎo)致工件報廢甚至人員傷害[43]。因此良好的車刀對保證工件的加工精度、表面質(zhì)量以及生產(chǎn)效率具有重要的意義。為了避免這些問題，本文選擇車刀磨損為研究對象。(2)切削三要素:在不同的加工條件對磨損程度不同的刀具進(jìn)行監(jiān)測，選擇的加工參數(shù)如下：主軸轉(zhuǎn)速：600（r·min-1）、800（r·min-1）、1000（r·min-1）；進(jìn)給速度：20（mm·min-1）、30（mm·min-1）、40（mm·min-1）；CNC機(jī)床聲發(fā)射傳感器直流電源放大器振動傳感器LMS數(shù)據(jù)采集裝置45#鋼

10背吃刀量0.2mm、0.25mm、0.3mm；(3)工件和刀具:本文所選的工件材料為：45#調(diào)質(zhì)鋼；硬度：HB236。切削刀具選擇YT15硬質(zhì)合金車刀，前角γ=11°,后角α=10°，主偏角kr=95°,副偏角kr′=5°,刃傾角λ=0°。(4)刀具磨損程度劃分:在實(shí)際生產(chǎn)中，刀具的磨損過程是相對較慢的。將一把新刀一直加工至所需的磨損狀態(tài)是十分巨大的工作，時間和成本也是無法估量。為了節(jié)約時間，首先要對刀具磨損程度進(jìn)行劃分，而磨損形式包括后刀面磨損、前刀面磨損以及前刀面與后刀面同時磨損（邊界磨損），通過研究表明[44]，后刀面磨損便于觀察和測量，所以本文選擇磨損形式為后刀面磨損；然后依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO3685-1977，選取測量后刀面加工中間部位的VB值作為磨損試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如表2-1所示3種磨損程度；最后按照三種磨損程度要求，在刀具磨床上對刀具進(jìn)行磨削，并在超眼光學(xué)顯微鏡下測量獲得，其劇烈磨損與正常磨損的刀具實(shí)物如圖2-3（a）、（b）所示。正常磨損刀具的VB值為0.2058mm，劇烈磨損刀具的VB值為0.3335mm。(5)潤滑方式:進(jìn)行切削加工中，冷卻液的使用可以減少刀具的磨損時間，提高刀具工作壽命。由于本實(shí)驗(yàn)機(jī)床自身限制以及冷卻液的使用會對傳感器造成一定的影響，因此本實(shí)驗(yàn)所有過程均不會采用冷卻液。表2-1刀具磨損程度類別初期磨損正常磨損劇烈磨損程度123VB值/mm0-0.10.1-0.30.3-1圖2-3刀具磨損實(shí)物圖ab


本文編號：3125180