本发明涉及切削加工，具体地涉及一种面向刀具状态监测的孪生机理模型库构建方法。
背景技术：
1、刀具作为切削加工的直接执行者，在切削过程中极易出现磨损和破损。刀具的磨损或破损不仅会影响工件的加工质量，严重情况下甚至会引起设备损坏等安全问题。因此，在切削过程中实现对刀具状态的有效监测，以便在刀具失效前及时采取换刀措施，对保证切削加工质量、加工效率以及工艺系统安全性等具有重要的意义。
2、基于数字孪生虚实映射和实时交互的特点，通过构建刀具的数字孪生模型提升了刀具磨损状态监测精度。而在刀具数字孪生模型中，孪生机理模型是反映物理刀具状态演化和磨损机理的基础，一般利用刀具切削有限元仿真实现，但有限元仿真需要对切削加工中的应力应变场、温度场等物理行为进行精确模拟，影响孪生机理模型运行速度，此外，当工况发生变化时，刀具磨损退化规律会随之改变，导致变工况切削条件下刀具状态监测泛化能力和监测效率较低。
技术实现思路
1、本发明实施例的目的是提供一种面向刀具状态监测的孪生机理模型库构建方法，用于全部或至少部分的解决上述现有技术中存在的技术缺陷。
2、为了实现上述目的，本发明实施例提供一种面向刀具状态监测的孪生机理模型库构建方法，包括：
3、以sqlite系统为基础，以各特征实体之间的关系和属性为孪生机理模型库概念结构，以表结构设计、索引设计和关系约束为孪生机理模型库的逻辑结构，建立包含多种工况条件的孪生机理模型库，其中，所述孪生机理模型库存储有基于刀具的几何状态、材料属性、磨损退化规则以及物理行为特征维度参数建立的多种不同工况下的刀具孪生机理模型及其有限元仿真结果，各特征实体包括刀具孪生机理模型、加工工况信息、参数及用户特征实体；
4、采用加权最近邻的相似度比较法，设计应用于孪生机理模型库的未知工况推理机制，以实现孪生机理模型库在未知工况下的推理输出。
5、可选的，所述加工工况信息至少包括刀具参数、工件材料、切削速度、进给量和切深信息；
6、所述参数包括孪生机理模型中的刀具磨损率、刀具的几何特征、材料属性以及物理属性。
7、可选的，所述表结构表征为：
8、通过创建数据库表以存储不同特征实体的详细数据，其中，每个特征实体类型对应一个表，在概念结构设计中已定义的属性被包含在表的字段中。
9、可选的，所述索引设计表征为：以预设查询字段形式创建索引，以使孪生机理模型库对数据库表快速进行检索。
10、可选的，关系约束表征为：通过定义数据库表之间的关系约束，利用外键关系将不同特征实体的数据进行关联，以使孪生机理模型库的各个特征实体进行匹配和关联。
11、可选的，根据以下公式确定刀具的几何状态：
12、
13、式中，为刀具磨损率，w为后刀面磨损带长度，w为后刀面磨损带宽度，αn、γn分别为刀具的前角和后角。
14、可选的，根据以下公式确定刀具的材料属性：
15、
16、式中，为工件材料的流动应力，a、b、c、m、n为材料常数，ε为塑性应变，为应变率，为参考应变率，t为切削温度，tr为室内温度，tm为工件材料熔化温度。
17、可选的，根据以下公式确定刀具磨损过程中的应力应变和切屑分离物理行为：
18、τ＝μσn(x)；
19、
20、式中，τ为库伦摩擦模型，μ为摩擦系数，σn(x)为正应力，为总损伤；d1、d2、d3、d4为材料系数，σ为拉应力，σ0为等效应力，为塑性应变，为等效塑性应变，t为切削温度，troom为室温，tmelt为材料熔点。
21、可选的，根据以下公式确定刀具在切削过程中的磨损退化行为：
22、
23、式中，w为磨损量，a、b为常数，σm为刀具表面切应力，νs为刀-屑滑移速度，tn为切削温度，dt为时间积分。
24、可选的，加权最近邻的相似度比较法为：
25、
26、式中，t、x分别为新工况和孪生机理模型库中的工况，n为特征个数，wi为各特征对应权重，sim(ti,xi)为未知工况的局部特征相似度。
27、通过上述技术方案，利用数据库思想，以sqlite系统为基础建立了包含多种工况条件的孪生机理模型库，存储并管理工况匹配的孪生机理模型和有限元结果，提高了孪生机理模型库的多工况泛化能力和监测效率，增强了孪生机理模型库的管理便捷性，基于加权最近邻的相似度比较法设计了未知工况推理机制，实现了孪生机理模型库未知工况下的推理输出，有效提升了孪生机理模型库在变工况条件下的适应性。
28、本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
1.一种面向刀具状态监测的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，所述加工工况信息至少包括刀具参数、工件材料、切削速度、进给量和切深信息；
3.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，表结构表征为：
4.根据权利要求3所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，所述索引设计表征为：以预设查询字段形式创建索引，以使孪生机理模型库对数据库表快速进行检索。
5.根据权利要求3所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，关系约束表征为：通过定义数据库表之间的关系约束，利用外键关系将不同特征实体的数据进行关联，以使孪生机理模型库的各个特征实体进行匹配和关联。
6.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，根据以下公式确定刀具的几何状态：
7.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，根据以下公式确定刀具的材料属性：
8.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，根据以下公式确定刀具磨损过程中的应力应变和切屑分离物理行为：
9.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，根据以下公式确定刀具在切削过程中的磨损退化行为：
10.根据权利要求1所述的孪生机理模型库构建方法，其特征在于，加权最近邻的相似度比较法为：
