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AdaBoost算法使能的刀具磨损状态分阶段评估集成方法

王闯 武君胜 周光辉 张凯

王闯, 武君胜, 周光辉, 张凯. AdaBoost算法使能的刀具磨损状态分阶段评估集成方法[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 727-733. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200312
引用本文: 王闯, 武君胜, 周光辉, 张凯. AdaBoost算法使能的刀具磨损状态分阶段评估集成方法[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 727-733. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200312
WANG Chuang, WU Junsheng, ZHOU Guanghui, ZHANG Kai. AdaBoost Algorithm Enabled Integrated Algorithm of Staged Recognition of Cutting Tool Wear[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 727-733. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200312
Citation: WANG Chuang, WU Junsheng, ZHOU Guanghui, ZHANG Kai. AdaBoost Algorithm Enabled Integrated Algorithm of Staged Recognition of Cutting Tool Wear[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 727-733. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200312

AdaBoost算法使能的刀具磨损状态分阶段评估集成方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200312
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51975463

中国博士后自然科学基金项目 2018M643727

陕西省自然科学基础研究计划项目 2019JM-099

详细信息
    作者简介:

    王闯(1981-), 博士后, 研究方向为智能制造理论、智能车间生产运行控制系统、数字化制造, jack198122@163.com

    通讯作者:

    武君胜, 教授, 博士生导师, 博士, wujunsheng@nwpu.edu.cn

  • 中图分类号: TG156

AdaBoost Algorithm Enabled Integrated Algorithm of Staged Recognition of Cutting Tool Wear

  • 摘要: 提出了一种基于AdaBoost(Adaptive boosting)集成算法的刀具磨损全阶段回归模型建模方法。首先,利用获取到的加工过程信号和刀具磨损值,建立刀具磨损拟合曲线,以实现对初期磨损、平稳磨损和急剧磨损3个阶段的准确划分;其次,对加工过程信号进行特征提取,并与相应的刀具磨损值形成3个阶段的数据样本,利用支持向量机分别建立3个磨损阶段的回归模型;再次,利用AdaBoost在全阶段上确定3个磨损阶段回归模型的权重,最终建立刀具磨损状态识别的回归模型;最后,以某铣刀切削过程采集的刀具磨损数据集验证所提出的模型和方法的有效性。
  • 图  1  基于集成学习算法的刀具磨损回归模型建模过程

    图  2  实验装置与数据采集

    图  3  第10次走刀Z轴切削力无效值截断

    图  4  多项式次数与拟合误差关系

    图  5  刀具磨损拟合误差关系

    图  6  特征数据集在二维空间的分布

    图  7  各算法在全阶段和分阶段上的误差

    表  1  时域特征参数

    特征参数 计算公式
    平均值
    均方根
    标准差
    偏度
    峭度因子
    波形因子
    峰值因子
    脉冲因子
    裕度因子
    方差
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    表  2  频域特征参数

    特征参数 计算公式
    重心频率
    频率方差
    均方频率
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    表  3  磨损阶段划分结果

    磨损阶段 加工时间/s 走刀次数
    初期磨损 t < 324.338 1~75
    平稳磨损 324.338≤t < 552.682 76~127
    急剧磨损 t>552.682 128~315
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    表  4  全阶段刀刃1磨损识别结果

    算法 平均绝对误差/μm
    AdaBoost 0.768
    SVR 12.120
    CART 10.146
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    表  5  分阶段刀刃1磨损识别结果

    算法 初期阶段
    MAE/μm
    平稳阶段
    MAE/μm
    急剧阶段
    MAE/μm
    加权综合
    MAE/μm
    AdaBoost 0.985 0.000 0.414 0.480
    SVR 1.957 0.004 0.812 0.949
    CART 2.886 0.031 0.898 1.219
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  • 收稿日期:  2019-06-24
  • 刊出日期:  2021-05-01

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