摘要：针对单台或小样本数控机床刀具可靠性评估时,传统的基于大样本统计的可靠性评估方法因缺乏时间、动态、个性化的精确性描述而难以发挥作用。为了提高单台或小样本条件下的机床刀具运行可靠性评估精度和可信性,作者提出了一种基于奇异值分解(SVD)和支持向量空间的运行可靠性评估方法。首先通过实验对机床切削加工过程中的刀架振动信号进行获取,采用小波包分解、能量分布和时频域统计量分析,提取出与刀具磨损量密切相关的显著特征指标。为了降低计算复杂程度和减小冗余成分,进一步利用SVD对所提取的刀具正常磨损条件的振动信号时频域高维特征数据集进行降维处理。然后将降维数据作为测试样本代入支持向量空间模型构造支持向量空间超球体,以该超球体所定义的圆心和半径为计算依据,将待检样本相对于超球体的相对距离作为描述刀具的性能退化指标,并引入降半型隶属度函数,将相对距离指标映射到[0,1]区间,将其定义为刀具的运行可靠性。分别以两把磨损状态为失效与正常的刀具作为评估案例,通过对其降维前后数据进行支持向量超球体空间构造以及可靠性评估,结果表明维数据约简可有效减小数据分散性过大所导致的超球体形状变形问题。最后以多把刀具统一失效阈值下的通用数据对刀具1进行可靠性评估,结果表明在训练数据条件足够大的情况下,刀具的相对距离和运行可靠度趋势性更加明显,波动性减少,特别是在磨损后期,这种变化有利于刀具服役性能的精准评估。所提出的运行可靠性评估方法摆脱了传统可靠性评估对大样本统计数据的依赖,为丰富和发展小样本数据的可靠性评估提供了新的理论支持和技术手段。

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