專利名稱：機(jī)床結(jié)構(gòu)噪聲識(shí)別與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)床噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及機(jī)床結(jié)構(gòu)噪聲識(shí)別與控制方法。
背景技術(shù)：
任何彈性結(jié)構(gòu)受任何激勵(lì)的作用都將產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)，并且這個(gè)振動(dòng)能量在整個(gè)結(jié) 構(gòu)中傳播，當(dāng)傳到結(jié)構(gòu)表面時(shí)又將引起周圍空氣的波動(dòng)，即形成聲輻射。因此在機(jī)械產(chǎn)品中 有振必有聲，二者是因果關(guān)系。由于結(jié)構(gòu)噪聲來(lái)源于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，控制結(jié)構(gòu)噪聲的根本就在 于控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。同時(shí)，噪聲分析也可以作為機(jī)床動(dòng)態(tài)性能診斷的一種工具，研究機(jī)床運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)聲機(jī)理，分析設(shè)備主要的噪聲源，通過(guò)反復(fù)修改結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)參數(shù)可以達(dá)到降低結(jié) 構(gòu)聲輻射的目的，也有助于提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。這種方法稱之為結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改，其實(shí)施過(guò) 程如圖l所示。 印制電路板(PCB)數(shù)控鉆孔機(jī)是印制電路板精密孔位加工中關(guān)鍵的工藝裝備，對(duì) 于這種要求高速度、高精度、高穩(wěn)定性的機(jī)械設(shè)備，振動(dòng)、噪聲分析就變得很重要?，F(xiàn)在PCB 鉆孔機(jī)床的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是利用有限元技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；利用動(dòng)力學(xué)分析軟件進(jìn)行機(jī)床 虛擬樣機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析。這樣設(shè)計(jì)的機(jī)床基本可以滿足機(jī)床加工能力的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但還不 能對(duì)機(jī)床的整體性能進(jìn)行預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)，也就無(wú)法保證機(jī)械設(shè)備高速度、高精度、高穩(wěn)定性。 影響了機(jī)床的最終設(shè)計(jì)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲識(shí)別與控制方法，保證機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量。
機(jī)床結(jié)構(gòu)噪聲識(shí)別與控制方法，包括 101、對(duì)機(jī)床零件和部件進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取零件和部件的模態(tài)頻率和模態(tài)振 型； 102、機(jī)床工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床零件和部件的工作變形； 103、機(jī)床工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床的噪聲，分析機(jī)床的噪聲頻帶； 104、綜合分析噪聲測(cè)試、模態(tài)分析和工作變形的數(shù)據(jù)，找出工作變形頻帶與所述
機(jī)床的噪聲頻帶相一致的零件和部件； 105、改變產(chǎn)生噪聲的機(jī)床零件和部件的結(jié)構(gòu)。 步驟105之后還包括重復(fù)步驟101至104，直到測(cè)試得所述機(jī)床的噪音是最小為止。 步驟103具體包括錄制所述機(jī)床的噪音，對(duì)錄制的聲音進(jìn)行分頻帶濾波，獲取各 種噪音對(duì)應(yīng)的頻帶。 本發(fā)明通過(guò)對(duì)機(jī)床零件和部件進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析；對(duì)機(jī)床零件和部件進(jìn)行工作變 形分析和噪聲測(cè)試；對(duì)比模態(tài)分析、工作變形分析和噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)，識(shí)別機(jī)床結(jié)構(gòu)的噪聲 源，找到產(chǎn)生噪聲的零件和部件；通過(guò)改變機(jī)床零件和部件的結(jié)構(gòu)，最終降低機(jī)床噪聲，從 而提高機(jī)床的整體性能。本發(fā)明提供的噪聲識(shí)別與控制方法作為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充，能快速診斷機(jī)床動(dòng)態(tài)性能，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，幫助達(dá)到最優(yōu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。


圖1是結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲修改過(guò)程圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的識(shí)別方法過(guò)程圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中振動(dòng)和噪聲識(shí)別過(guò)程框圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)床部件的三維實(shí)體模型圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)床部件的模態(tài)振型圖； 圖6是圖4所示機(jī)床部件的結(jié)構(gòu)工作變形圖； 圖7本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)試的低頻噪聲瀑布具體實(shí)施例方式
如圖2至圖8所示，本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的識(shí)別與控制方法包括以 下步驟 A、待分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的三維實(shí)體模型如圖4所示，包括伺服電機(jī)41、電機(jī)座 42、主軸夾43、絲杠44、主軸45和刀具46，對(duì)該部件進(jìn)行模態(tài)分析，利用Test. Lab軟件的 Impact Testing模塊進(jìn)行錘擊模態(tài)試驗(yàn)。利用polymax技術(shù)，提取各階模態(tài)，得到機(jī)床零部 件的各階模態(tài)頻率和對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型(如圖5所示)。從振型上看，在240Hz附近主軸夾頭 和絲杠連接處的振動(dòng)較大。 B、在機(jī)床正常工作狀態(tài)下，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，測(cè)試運(yùn)動(dòng)部件各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，利用 Operational Deflection Shapes & Time Animation模塊分析得到部件的工作變形圖(如 圖6所示)?？梢钥吹街鬏S夾在240Hz附近的振動(dòng)較大。 C、在機(jī)床正常工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床的噪聲，分析噪聲的頻帶，對(duì)占支配地位的局 部聲源進(jìn)行辨識(shí)。將麥克風(fēng)置于機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件前O. 5m處，利用Signature Acquisition軟 件錄制機(jī)床的噪聲，錄制聲音后，利用Audio R印lay & 11^1^叫軟件對(duì)聲音進(jìn)行分頻帶濾 波，找出各種聲音對(duì)應(yīng)的頻帶，得到圖7所示的低頻噪聲瀑布圖。從噪聲瀑布圖上分析，在 240Hz附近是機(jī)床主軸上下沖擊產(chǎn)生的咚咚聲音。 D、對(duì)噪聲識(shí)別、模態(tài)分析和振動(dòng)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，噪聲頻帶與零部件振動(dòng)頻 帶相吻合時(shí)，就可以確定噪聲由此部件產(chǎn)生，即找到噪聲聲源。綜合以上分析結(jié)果，可以得 出此絲杠-螺母運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)中絲杠和螺母座及主軸夾產(chǎn)生了 240Hz附近的噪聲。需要指出的 是，240Hz的模態(tài)、240Hz的工作變形、240Hz的噪聲，都在240Hz，稱之為相吻合。
為了降低噪音，優(yōu)化機(jī)床整體性能，本發(fā)明實(shí)施例的方法還包括
E、改變產(chǎn)生噪聲的機(jī)床部件結(jié)構(gòu)，重新進(jìn)行以上測(cè)試及分析，即改變了其模態(tài)，進(jìn) 而改變了工作變形，從而降低了噪聲，在加強(qiáng)主軸夾頭部的剛度，并更換了絲杠后，測(cè)得機(jī) 床噪聲減小6dB。 模態(tài)分析是靜態(tài)狀態(tài)下測(cè)試的數(shù)據(jù)，是機(jī)床結(jié)構(gòu)的固有特性；工作變形是結(jié)構(gòu)的 實(shí)際變形情況，是結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象，工作變形是由于模態(tài)才產(chǎn)生的，模態(tài) 是因，工作變形是果。 綜上，本發(fā)明的總體思路為模態(tài)分析采用試驗(yàn)測(cè)試方法分析得到，模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有特性；測(cè)試機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)的變形；測(cè)試機(jī)床實(shí)際工作狀態(tài)下，機(jī)床的噪
聲，并分析其噪聲譜；分析機(jī)構(gòu)變形和噪聲的一致性，確定產(chǎn)生噪聲的結(jié)構(gòu)部件；通過(guò)修改
結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)發(fā)生改變，達(dá)到改變工作變形，降低噪聲的目的。 以上對(duì)本發(fā)明所提供的機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲識(shí)別和控制方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文
中應(yīng)用具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助
理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，
在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本 發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
機(jī)床結(jié)構(gòu)噪聲識(shí)別與控制方法，其特征在于，包括101、對(duì)機(jī)床零件和部件進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取零件和部件的模態(tài)頻率和模態(tài)振型；102、機(jī)床工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床零件和部件的工作變形；103、機(jī)床工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床的噪聲，分析機(jī)床的噪聲頻帶；104、綜合分析噪聲測(cè)試、模態(tài)分析和工作變形的數(shù)據(jù)，找出工作變形頻帶與所述機(jī)床的噪聲頻帶相一致的零件和部件；105、改變產(chǎn)生噪聲的機(jī)床零件和部件的結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的識(shí)別方法，其特征在于，步驟105之后還 包括重復(fù)步驟101至104，直到測(cè)試得所述機(jī)床的噪音是最小為止。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的識(shí)別方法，其特征在于，步驟103具體包括錄制所述機(jī)床的噪音，對(duì)錄制的聲音進(jìn)行分頻帶濾波，獲取各種噪音對(duì)應(yīng)的頻帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了機(jī)床結(jié)構(gòu)噪聲識(shí)別與控制方法，涉及機(jī)床噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括對(duì)機(jī)床零件和部件進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取零件和部件的模態(tài)頻率和模態(tài)振型；機(jī)床工作狀態(tài)下，測(cè)試機(jī)床零件和部件的工作變形，測(cè)試機(jī)床的噪聲，分析噪聲頻帶；綜合分析噪聲測(cè)試、模態(tài)分析和工作變形的數(shù)據(jù)，當(dāng)噪聲頻帶與工作變形頻帶相一致時(shí)，就可以確定噪聲由此部件產(chǎn)生，即找到噪聲聲源；改變產(chǎn)生噪聲的機(jī)床零件和部件結(jié)構(gòu)，即改變了其模態(tài)，進(jìn)而改變了工作變形，從而降低了噪聲。
文檔編號(hào)B23Q11/00GK101733676SQ200810217368
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者宋福民, 崔彥洲, 雷群, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司;深圳市大族數(shù)控科技有限公司