專利名稱：機床結構噪聲識別與控制方法
技術領域：
本發明屬于機床噪聲控制技術領域，具體涉及機床結構噪聲識別與控制方法。
背景技術：
任何彈性結構受任何激勵的作用都將產生振動響應，并且這個振動能量在整個結 構中傳播，當傳到結構表面時又將引起周圍空氣的波動，即形成聲輻射。因此在機械產品中 有振必有聲，二者是因果關系。由于結構噪聲來源于結構的振動，控制結構噪聲的根本就在 于控制結構的振動。同時，噪聲分析也可以作為機床動態性能診斷的一種工具，研究機床運 轉時的發聲機理，分析設備主要的噪聲源，通過反復修改結構的動態參數可以達到降低結 構聲輻射的目的，也有助于提高機床的動態性能。這種方法稱之為結構動力修改，其實施過 程如圖l所示。 印制電路板(PCB)數控鉆孔機是印制電路板精密孔位加工中關鍵的工藝裝備，對 于這種要求高速度、高精度、高穩定性的機械設備，振動、噪聲分析就變得很重要。現在PCB 鉆孔機床的動態設計方法是利用有限元技術進行結構分析；利用動力學分析軟件進行機床 虛擬樣機的動力學分析。這樣設計的機床基本可以滿足機床加工能力的設計目標，但還不 能對機床的整體性能進行預測及評價，也就無法保證機械設備高速度、高精度、高穩定性。 影響了機床的最終設計質量。
發明內容
本發明提供機床結構振動噪聲識別與控制方法，保證機床的設計質量。
機床結構噪聲識別與控制方法，包括 101、對機床零件和部件進行試驗模態分析，獲取零件和部件的模態頻率和模態振 型； 102、機床工作狀態下，測試機床零件和部件的工作變形； 103、機床工作狀態下，測試機床的噪聲，分析機床的噪聲頻帶； 104、綜合分析噪聲測試、模態分析和工作變形的數據，找出工作變形頻帶與所述
機床的噪聲頻帶相一致的零件和部件； 105、改變產生噪聲的機床零件和部件的結構。 步驟105之后還包括重復步驟101至104，直到測試得所述機床的噪音是最小為止。 步驟103具體包括錄制所述機床的噪音，對錄制的聲音進行分頻帶濾波，獲取各 種噪音對應的頻帶。 本發明通過對機床零件和部件進行試驗模態分析；對機床零件和部件進行工作變 形分析和噪聲測試；對比模態分析、工作變形分析和噪聲測試數據，識別機床結構的噪聲 源，找到產生噪聲的零件和部件；通過改變機床零件和部件的結構，最終降低機床噪聲，從 而提高機床的整體性能。本發明提供的噪聲識別與控制方法作為傳統設計方法的補充，能快速診斷機床動態性能，縮短開發周期，提高設計的準確度，幫助達到最優的動態設計。
圖1是結構振動噪聲修改過程圖； 圖2是本發明實施例中機床結構振動噪聲的識別方法過程圖； 圖3是本發明實施例中振動和噪聲識別過程框圖； 圖4是本發明實施例中機床部件的三維實體模型圖； 圖5是本發明實施例中機床部件的模態振型圖； 圖6是圖4所示機床部件的結構工作變形圖； 圖7本發明實施例中測試的低頻噪聲瀑布具體實施例方式
如圖2至圖8所示，本發明實施例的機床結構振動噪聲的識別與控制方法包括以 下步驟 A、待分析機床運動部件的三維實體模型如圖4所示，包括伺服電機41、電機座 42、主軸夾43、絲杠44、主軸45和刀具46，對該部件進行模態分析，利用Test. Lab軟件的 Impact Testing模塊進行錘擊模態試驗。利用polymax技術，提取各階模態，得到機床零部 件的各階模態頻率和對應的模態振型(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較大。 B、在機床正常工作狀態下，進行振動測試，測試運動部件各點的振動響應，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)。可以看到主軸夾在240Hz附近的振動較大。 C、在機床正常工作狀態下，測試機床的噪聲，分析噪聲的頻帶，對占支配地位的局 部聲源進行辨識。將麥克風置于機床運動部件前O. 5m處，利用Signature Acquisition軟 件錄制機床的噪聲，錄制聲音后，利用Audio R印lay & 11^1^叫軟件對聲音進行分頻帶濾 波，找出各種聲音對應的頻帶，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附近是機床主軸上下沖擊產生的咚咚聲音。 D、對噪聲識別、模態分析和振動測試的數據進行對比，噪聲頻帶與零部件振動頻 帶相吻合時，就可以確定噪聲由此部件產生，即找到噪聲聲源。綜合以上分析結果，可以得 出此絲杠-螺母運動結構中絲杠和螺母座及主軸夾產生了 240Hz附近的噪聲。需要指出的 是，240Hz的模態、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，優化機床整體性能，本發明實施例的方法還包括
E、改變產生噪聲的機床部件結構，重新進行以上測試及分析，即改變了其模態，進 而改變了工作變形，從而降低了噪聲，在加強主軸夾頭部的剛度，并更換了絲杠后，測得機 床噪聲減小6dB。 模態分析是靜態狀態下測試的數據，是機床結構的固有特性；工作變形是結構的 實際變形情況，是結構在工作狀態下表現出來的現象，工作變形是由于模態才產生的，模態 是因，工作變形是果。 綜上，本發明的總體思路為模態分析采用試驗測試方法分析得到，模態是結構的固有特性；測試機床實際工作狀態下，結構的變形；測試機床實際工作狀態下，機床的噪
聲，并分析其噪聲譜；分析機構變形和噪聲的一致性，確定產生噪聲的結構部件；通過修改
結構，即結構的固有模態發生改變，達到改變工作變形，降低噪聲的目的。 以上對本發明所提供的機床結構振動噪聲識別和控制方法進行了詳細介紹，本文
中應用具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助
理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，
在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本 發明的限制。
權利要求
機床結構噪聲識別與控制方法，其特征在于，包括101、對機床零件和部件進行試驗模態分析，獲取零件和部件的模態頻率和模態振型；102、機床工作狀態下，測試機床零件和部件的工作變形；103、機床工作狀態下，測試機床的噪聲，分析機床的噪聲頻帶；104、綜合分析噪聲測試、模態分析和工作變形的數據，找出工作變形頻帶與所述機床的噪聲頻帶相一致的零件和部件；105、改變產生噪聲的機床零件和部件的結構。
2. 根據權利要求1所述的機床結構振動噪聲的識別方法，其特征在于，步驟105之后還 包括重復步驟101至104，直到測試得所述機床的噪音是最小為止。
3. 根據權利要求1所述的機床結構振動噪聲的識別方法，其特征在于，步驟103具體包括錄制所述機床的噪音，對錄制的聲音進行分頻帶濾波，獲取各種噪音對應的頻帶。
全文摘要
本發明公開了機床結構噪聲識別與控制方法，涉及機床噪聲控制技術領域。該方法包括對機床零件和部件進行試驗模態分析，獲取零件和部件的模態頻率和模態振型；機床工作狀態下，測試機床零件和部件的工作變形，測試機床的噪聲，分析噪聲頻帶；綜合分析噪聲測試、模態分析和工作變形的數據，當噪聲頻帶與工作變形頻帶相一致時，就可以確定噪聲由此部件產生，即找到噪聲聲源；改變產生噪聲的機床零件和部件結構，即改變了其模態，進而改變了工作變形，從而降低了噪聲。
文檔編號B23Q11/00GK101733676SQ200810217368
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月17日 優先權日2008年11月17日
發明者宋福民, 崔彥洲, 雷群, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司;深圳市大族數控科技有限公司