[发明专利]一种基于断屑时间提取的刀具状态监测方法

说明书

本发明公开了一种基于断屑时间提取的刀具状态监测方法，属于钻削加工的刀具状态监测领域。切屑断裂瞬间会产生突发性声发射信号，本发明利用包络解调法得到声发射信号的低频包络曲线，然后利用小波峰谷检测法得到低频包络曲线的波谷位置(时刻)，从而提取出断屑时间(切屑断裂的时间间隔)。该方法有效提取出反映刀具状态的断屑时间均值这一特征值，利用该特征值对刀具状态进行监测，可以提高刀具状态监测的灵敏度，同时能够避免低频环境噪声和机床振动的干扰，为钻削加工提供了一种新的刀具状态监测方法，具有广泛的工程应用价值。

技术领域

本发明属于钻削加工的刀具状态监测领域，具体涉及一种基于断屑时间提取的刀具状态监测方法。

背景技术

钻削加工是制造业中使用最为广泛的金属切除方法之一，占整个金属切除任务的近40％。然而钻削加工处于封闭或半封闭的条件下，导致钻削加工过程的非平稳性较强，因此刀具故障会随机发生。能否有效地对钻削加工的刀具状态进行实时监测，己成为提高钻孔质量、降低生产成本、实现钻削加工自动化的关键性技术。

钻削加工过程常见的刀具故障包括刀具磨损、破损等。切削刃的磨钝、崩裂会导致切屑断裂困难，从而使切屑的形态、质量等发生变化，表现为切屑变长、变厚，因而切屑状态直接反映了刀具状态。切屑断裂的瞬间将引起切削力的波动，进而导致振动等信号产生波动；同时会产生突发性声发射信号。切屑断裂信号是很微弱的低频信号，会被淹没在加工现场的低频环境噪声和机床振动之中，因此无法从切削力、振动等信号中提取出来。然而在声发射信号中，切屑断裂信号会被调制到高频带，可以避免上述干扰。因此在钻削加工的刀具状态监测领域，声发射信号是一种很有前途的监测信号。

在传统的钻削加工的刀具状态监测方法中，声发射信号的处理方法有：包络波形法、计数法、频谱法和能量法等。这些刀具状态监测方法是从声发射信号幅值、能量的角度来识别刀具磨损状态。该方法易受传输路径、钻削过程的随机性和非平稳性的影响，导致刀具状态识别的可靠性差，无法满足工程应用要求。声发射信号中不仅含有刀具状态信息，还包含切削用量等其它信息，因此提取的特征值对刀具状态的灵敏度不高。特别是当切削用量发生改变后，需要重新分析声发射信号与刀具状态之间的关系，从而限制了声发射信号在钻削加工的刀具状态监测领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于断屑时间提取的刀具状态监测方法，以克服现有技术中的问题，本发明能够有效地提取切屑断裂时刻，并且对加工参数的变化和加工过程的随机波动不敏感，从而可以实现对钻削加工过程中刀具状态的可靠监测。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于断屑时间提取的刀具状态监测方法，该刀具状态监测方法利用数据采集系统和信号处理程序，从钻削加工过程产生的声发射信号中提取断屑时间，将断屑时间的平均值作为反映刀具状态的特征值，利用该特征值对钻削加工的刀具状态进行监测。

进一步地，所述从声发射信号中提取断屑时间的步骤为：

首先利用数据采集系统采集钻削加工过程产生的声发射信号，然后利用信号处理程序中包络解调法得到声发射信号的低频包络曲线，再利用信号处理程序中小波峰谷检测法得到低频包络曲线的波谷位置，从而得到反映刀具状态的断屑时间。

进一步地，所述数据采集系统包括安装在机床工作台上的声发射传感器，声发射传感器上连接有用于对声发射传感器的输出信号进行调理的前置放大器，前置放大器上连接有用于采集调理后的电压信号的模拟采集模块，模拟采集模块上连接有用于保存采集数据的电脑，所述信号处理程序置于电脑中；

机床工作台上设置加工工件，加工工件的正上方设置有连接在机床主轴上的钻销加工刀具。

进一步地，利用信号处理程序中包络解调法得到声发射信号的低频包络曲线，再利用信号处理程序中小波峰谷检测法得到低频包络曲线的波谷位置，从而得到反映刀具状态的断屑时间具体为：