基于分形理論的刀具磨損狀態(tài)識(shí)別研究.pdf

1、在加工過程中，刀具磨損會(huì)影響工件的加工表面質(zhì)量和尺寸精度。因此，對(duì)刀具磨損進(jìn)行較準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與界定是目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化加工中一個(gè)亟待解決的課題。刀具磨損是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，切削中的各種因素都對(duì)刀具的磨損產(chǎn)生直接或間接的作用，產(chǎn)生不確定性，致使刀具切削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果難以具有好的穩(wěn)定性。深入的研究表明，刀具磨損具有非線性、隨機(jī)性和耗散性。刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷面臨著大量的非平穩(wěn)信號(hào)，研究開發(fā)處理非平穩(wěn)信號(hào)的工程實(shí)用方法是促進(jìn)刀具故障診斷技術(shù)不斷發(fā)

2、展的需要。 振動(dòng)分析是進(jìn)行刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的重要手段。本文旨在研究刀具的振動(dòng)信號(hào)處理和模式識(shí)別的方法。為此，首先設(shè)計(jì)并搭建了刀具磨損監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)；采集到刀具不同磨損程度的振動(dòng)信號(hào)；對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波降噪預(yù)處理，運(yùn)用分形識(shí)別法定量地診斷出磨損程度。 針對(duì)刀具振動(dòng)信號(hào)的非平穩(wěn)特性進(jìn)行分析，引入了基于小波分解和重構(gòu)的去噪方法，在比較了不同小波基函數(shù)、小波閾值規(guī)則對(duì)去噪效果的影響后，針對(duì)本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采

3、用db4基小波和默認(rèn)閾值規(guī)則去噪效果最好。 本文從工程應(yīng)用角度介紹了離散時(shí)間序列盒維數(shù)和信息維數(shù)的計(jì)算方法，研究了噪聲對(duì)盒維數(shù)計(jì)算的影響；闡述了關(guān)聯(lián)維數(shù)分析方法(G-P算法)，并給出了該算法中各參數(shù)的選取原則。分別采用互信息法和Cao方法確定時(shí)延量和最小嵌入維數(shù)，避免了參數(shù)選取的盲目性，保證了關(guān)聯(lián)維數(shù)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 通過sin信號(hào)、Lorenz信號(hào)、FBM信號(hào)仿真驗(yàn)證算法的正確性后，將分形應(yīng)用在刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。隨著刀

4、具磨損量的增加，刀具與工件之間的磨損加劇，振動(dòng)信號(hào)的波形變化越來越不規(guī)則，信號(hào)的分形維數(shù)逐漸增大。盒維數(shù)和信息維數(shù)變化較小，但變化趨勢(shì)明顯；關(guān)聯(lián)維數(shù)的變化相對(duì)較大，新刀的關(guān)聯(lián)維數(shù)最小，報(bào)廢刀的關(guān)聯(lián)維數(shù)明顯增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，刀具在整個(gè)磨損歷程中振動(dòng)信號(hào)分形維數(shù)的變化規(guī)律，其大小能較好地反映刀具不同磨損狀態(tài)，運(yùn)用振動(dòng)信號(hào)的分形維數(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)刀具磨損狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。 仿真和實(shí)際應(yīng)用表明，分形識(shí)別法以一種簡(jiǎn)單明了的方式來描述振動(dòng)信號(hào)的正