[发明专利]一种基于特征融合的刀具磨损评估及监控的方法与系统

说明书

本发明涉及机械加工技术领域，具体地说是涉及一种基于特征融合的刀具磨损评估及监控的方法与系统。包括如下步骤：数据柔性采集、工况分割、数据预处理、特征提取、特征融合、评估监控。包括依次串联的工况分割模块、数据预处理模块、特征提取模块、特征融合模块、评估监控模块、自学习模块。可以实现对原始信号的多信号、多工况、多维度融合，得到更能综合反映刀具磨损状态的特征指标，用以评估刀具真实的性能状态和变化规律，进而给出更精准、及时的预警、报警及反馈优化策略。通过对刀具磨损的在线评估和监控性能的提高，逐步解决刀具磨损造成的机械加工问题，最终实现机械加工过程的降本、提质、增效。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地说是涉及一种基于特征融合的刀具磨损评估及监控的方法与系统。

背景技术

高速机械加工是先进加工制造业的重要组成部分，其优势在于极高的加工精度、极快的加工效率和极好的加工表面质量。在加工设备、加工工艺和工件材料等相对稳定的情况下，加工刀具的状态成为决定高速机械加工过程成本、质量和效率的关键因素。但随着机械加工过程的进行，刀具的磨损不可避免。不合理的磨损、用刀和换刀，首先会直接造成刀具的损失，增加成本；其次，在高速状态下进行机械加工，与工件接触区域的温度会急剧升高，使刀具的磨损加速，进而会降低工件加工精度、劣化工件表面粗糙度，影响加工质量，并会造成相应的工件材料浪费；另外，剧烈磨损的刀具更易破损崩刃，造成产生车削热、减少设备使用寿命、增加停机时间、直接降低生产效率和收益，甚至可能对机床和操作人员造成危险。传统解决刀具磨损问题的策略主要是根据加工经验和刀具平均寿命来替换刀具，这种方式比较固化、死板，常会导致刀具已经磨损但未被换下或磨损并不严重却被换下，难以适应灵活多样的加工场景，所以这种方法并不能有效解决刀具磨损造成的机械加工问题。因此，为在机械加工过程中实现降本、提质、增效，刀具磨损的在线评估与监控势在必行。

针对刀具磨损的在线监测的问题，学界和工业界的研究及应用也越来越多，所采用的思路主要是通过直接测量或间接测量的方法采集机械加工过程中的图像、电阻、放射性、切削力、振动、声发射、电流、功率等信号，并发掘这些信号与刀具磨损的隐藏关系来间接分析出刀具磨损量，评估刀具的磨损状态进而做监控应用。但是，目前的方法普遍存在一定缺陷：(1)大多只单独采集一种信号，如主轴电流信号、振动信号、温度信号、声发射等，用单一信号提取单一特征进行刀具磨损状态识别，所选信号或特征的局限性大；(2)虽采集多种信号，但提取的信号特征对刀具的磨损状态不够敏感、或者对不同的信号采用单一的分析技术提取信号特征，因此，对刀具状态的识别及监测的准确度都不高；(3)对所选信号提取了多种特征，但特征与磨损状态的分析多为单变量、单维度趋势分析，能反映的磨损状态有限，各个特征的多维信息和关联信息没有得到充分应用。使用这些特征直接用于刀具的磨损评估和监控，在复杂多变的工况环境下往往很难反映刀具真实的性能状态和变化规律并全面评估刀具的真实健康状态，所得到的评估结果和监控策略与实际情况也相差较大。

发明内容

本发明的目的是克服了原有技术中的不足，提供了基于特征融合的刀具磨损评估及监控的方法与系统。

一种基于特征融合的刀具磨损评估及监控的方法，其特征如下，包括如下步骤：

步骤(1)，数据柔性采集：基于系统所采用的柔性数据采集接口获取NC系统加工参数数据和用于反映刀具状态的传感器信号数据，并完成多源数据同步，得到完整的用于刀具监控和评估的原始数据集所采用的数据采集接口能充分兼容企业现行的各类NC系统及各种刀具监测传感器信号，从中按需获取分析优化所需数据；

步骤(2)，工况分割：对于步骤(1)中所得原始数据，在每个加工件加工结束后利用相应的NC系统加工参数结合加工过程逻辑及设定的触发点进行工况分割标识，形成分析所需最小粒度的有效信号，提取得到目标刀具、模式下稳定加工过程的原始数据D_orig；