[发明专利]基于切削振动阻尼特性的在线刀具磨损监测方法

权利要求书

1.基于切削振动阻尼特性的在线刀具磨损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集切削加工过程中主轴振动信号和主轴电机电流信号；

步骤2：根据切削过程中主轴转速波动和电流信号的有效值判断切削状态，切削状态包括空切、正常切削和停机；

步骤3：对正常切削状态下的振动信号，确定过零点、局部极大值点和局部极小值点，采用广义过零点法计算信号沿时间轴上每一点处的局部均值频率；

步骤4：对正常切削状态下的振动信号，采用希尔伯特变换计算信号的幅值包络；

步骤5：利用局部均值频率函数和幅值包络函数计算切削振动局部阻尼比；

步骤6：利用刀具锋利和正常磨损时期的切削振动阻尼比数据确定加工过程刀具磨损的控制限；

步骤7：以μ+3σ阻尼比为刀具严重磨损阈值监控刀具磨损状态。

2.根据权利要求1所述的基于切削振动阻尼特性的在线刀具磨损监测方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：

步骤2.1：对采集的主轴电机电流信号选取当前两转时长的数据为基础，同时选取向前和向后两转时长的数据为参考数据，采用最小二乘曲线拟合得到各自拟合电流曲线；

y_c＝a_k·c^k+a_k-1·c^k-1+…+a₂·c²+a₁·c+a₀，k＝1,2,…

其中，k为多项式阶数，a₁...a_k为多项式系数，c为电流信号；

步骤2.2：从拟合电流曲线中确定出上升沿过零点和下降沿过零点时刻，通过上升沿过零点和下降沿过零点计算电流信号的周期T，进而计算出转速：

其中n为电机的磁极对数；

步骤2.3：通过和设定转速的比值得到转速波动率，转速波动率计算公式如下：

其中rpm为机床设定转速；

步骤2.4：对步骤2.1选取的电流信号计算其有效值RMS；

其中N为信号长度，c_i为电流信号点对应的值；

步骤2.5：设定转速波动率阈值和电流有效值阈值；

步骤2.6：通过设定的阈值对切削状态进行判断，并选择对应的正常切削状态下振动信号。

3.根据权利要求1所述的基于切削振动阻尼特性的在线刀具磨损监测方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：对正常切削状态下的振动信号确定过零点，局部极大值点和极小值点关键点；

步骤3.2：两个连续上过零点或两个连续极大值点之间的周期，两个连续下过零点或两个连续极小值点之间的周期，视为一个整周期，记为T₁，加权因子设为1；两个连续的过零点或极值点之间的周期视为半个周期，记为T₂，加权因子设为2；从一种极值点到下一个过零点，或者从一种过零点到下一个极值点之间的周期可以视为四分之一周期，记为T₄，加权因子设为4；

步骤3.3：采用广义过零点法计算信号沿时间轴上每一点处的局部均值频率；

其中T₁为完整周期，T₂为半周期，T₄为四分之一周期。

4.根据权利要求1所述的基于切削振动阻尼特性的在线刀具磨损监测方法，其特征在于，所述步骤4的具体步骤为：

步骤4.1：对正常切削状态下的振动信号x(t)进行希尔伯特变换；

式中t为时间，τ为时间尺度；

步骤4.2：由x(t)和y(t)构造解析函数；

z(t)＝x(t)+iy(t)＝a(t)e^iθ(t)

步骤4.3：得到幅值包络函数；