铣削刀具破损检测的第二代小波变换原理.pdfVIP

中国科学 E 辑 : 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 6 期 : 1174 ~ 1184 SCIENCE IN CHINA PRESS 铣削刀具破损检测的第二代小波变换原理 * 何正嘉 , 曹宏瑞, 李臻, 訾艳阳, 陈雪峰 西安交通大学机械工程学院, 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049 * E-mail: hzj@ 收稿日期: 2008-03-04; 接受日期: 2008-06-30 国家自然科学基金(批准号:和国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号: 2005CB724100)资助项目 摘要 指出非平稳信号处理领域中第二代小波变换的本质是动态信号与基函数进行内积 关键词 变换的数学原理, 即通过信号与基函数的尺度函数和小波函数的内积运算, 得到信号的分解 第二代小波 与重构. 利用第二代小波基函数振荡衰减和紧支性质, 分析数控机床铣削加工过程中的声发 内积运算 射信号, 有效地提取并识别出立铣刀破损状态特征以及对工件表面加工质量的影响, 为故障 刀具破损 加工质量 诊断、误差溯源、质量控制提供科学依据. 制造装备的健康状况与服役性能是加工质量的 于不同检测原理的刀具状态监测系统[10]. 与直接测 决定因素之一. 随着服役时间的推移, 制造装备核心 量刀具磨损量或破损量的方法相比, 间接检测刀具 部件的功能将退化或失效, 可能出现刀具破损[1,2] 、主 状态的方法不影响加工过程, 易于实现刀具状态在 [3] [4] 轴动不平衡 、轴承损坏 等故障, 引起刀具-工件系 线监测, 因此对其的研究更为广泛, 目前提出了利用 统相对振动增大, 导致加工误差变大, 零件精度降低. 切削力、振动、声发射及电机电流等不同传感信号进 质量控制领域里应用广泛的统计过程控制(statistical 行刀具状态检测的方法. 当刀具磨损或破损比较严 process control, SPC) 技术通过控制图对工件质量进 重时, 检测到工况信号的幅值和概率分布将会发生 行监控, 及时发现质量参数的异常波动, 但它不能确 变化, 信号中的频率成分, 不同频率成分的能量, 以 定引起加工误差的原因[5]; 基于状态空间的多工序误 及频谱的主能量的谱峰位置也将发生改变. 因此, 通 差流传递模型(variation transmission model)可以定位 过时域统计[11~13]和频谱分析[14,15]方法, 可以在一定 产生加工误差的工序, 但由于它没有从设备层上进 程度上提取刀具故障特征信息. 由于金属切削过程 行误差溯源分析, 也不能诊断出故障工序的加工误差 的复杂性, 比如对于铣削这类断续切削方式, 加工过 是由设备的哪部分失效引起[6,7]. 随着加工质量保证从 程有冲击现象, 检测到的动态信号具有明显的非平 传统的以工件参数为基本点的统计质量控制法向以检 稳性, 而且对于刀具微弱破损或早期损伤情况, 其特 测及调整过程参数和状态参数为基本点的确定性测量 征信息往往表现得不够明显, 容易被噪声淹没. 为了 方法过渡, 实现运行中制造装备状态的实时监控以确 能够比较清楚地反映出故障特征信息, 应用先进的非 保零件加工质量的精确控制已成为必需[8,9]. 平稳信号