机床结构噪声识别与控制方法 【技术领域】
本发明属于机床噪声控制技术领域，具体涉及机床结构噪声识别与控制方法。
背景技术
任何弹性结构受任何激励的作用都将产生振动响应，并且这个振动能量在整个结构中传播，当传到结构表面时又将引起周围空气的波动，即形成声辐射。因此在机械产品中有振必有声，二者是因果关系。由于结构噪声来源于结构的振动，控制结构噪声的根本就在于控制结构的振动。同时，噪声分析也可以作为机床动态性能诊断的一种工具，研究机床运转时的发声机理，分析设备主要的噪声源，通过反复修改结构的动态参数可以达到降低结构声辐射的目的，也有助于提高机床的动态性能。这种方法称之为结构动力修改，其实施过程如图1所示。
印制电路板(PCB)数控钻孔机是印制电路板精密孔位加工中关键的工艺装备，对于这种要求高速度、高精度、高稳定性的机械设备，振动、噪声分析就变得很重要。现在PCB钻孔机床的动态设计方法是利用有限元技术进行结构分析；利用动力学分析软件进行机床虚拟样机的动力学分析。这样设计的机床基本可以满足机床加工能力的设计目标，但还不能对机床的整体性能进行预测及评价，也就无法保证机械设备高速度、高精度、高稳定性。影响了机床的最终设计质量。
【发明内容】
本发明提供机床结构振动噪声识别与控制方法，保证机床的设计质量。
机床结构噪声识别与控制方法，包括：
101、对机床零件和部件进行试验模态分析，获取零件和部件的模态频率和模态振型；
102、机床工作状态下，测试机床零件和部件的工作变形；
103、机床工作状态下，测试机床的噪声，分析机床的噪声频带；
104、综合分析噪声测试、模态分析和工作变形的数据，找出工作变形频带与所述机床的噪声频带相一致的零件和部件；
105、改变产生噪声的机床零件和部件的结构。
步骤105之后还包括：重复步骤101至104，直到测试得所述机床的噪音是最小为止。
步骤103具体包括：录制所述机床的噪音，对录制的声音进行分频带滤波，获取各种噪音对应的频带。
本发明通过对机床零件和部件进行试验模态分析；对机床零件和部件进行工作变形分析和噪声测试；对比模态分析、工作变形分析和噪声测试数据，识别机床结构的噪声源，找到产生噪声的零件和部件；通过改变机床零件和部件的结构，最终降低机床噪声，从而提高机床的整体性能。本发明提供的噪声识别与控制方法作为传统设计方法的补充，能快速诊断机床动态性能，缩短开发周期，提高设计的准确度，帮助达到最优的动态设计。
【附图说明】
图1是结构振动噪声修改过程图；
图2是本发明实施例中机床结构振动噪声的识别方法过程图；
图3是本发明实施例中振动和噪声识别过程框图；
图4是本发明实施例中机床部件的三维实体模型图；
图5是本发明实施例中机床部件的模态振型图；
图6是图4所示机床部件的结构工作变形图；
图7本发明实施例中测试的低频噪声瀑布图；
【具体实施方式】
如图2至图8所示，本发明实施例的机床结构振动噪声的识别与控制方法包括以下步骤：
A、待分析机床运动部件的三维实体模型如图4所示，包括伺服电机41、电机座42、主轴夹43、丝杠44、主轴45和刀具46，对该部件进行模态分析，利用Test.Lab软件的Impact Testing模块进行锤击模态试验。利用polymax技术，提取各阶模态，得到机床零部件的各阶模态频率和对应的模态振型(如图5所示)。从振型上看，在240Hz附近主轴夹头和丝杠连接处的振动较大。
B、在机床正常工作状态下，进行振动测试，测试运动部件各点的振动响应，利用Operational Deflection Shapes & Time Animation模块分析得到部件的工作变形图(如图6所示)。可以看到主轴夹在240Hz附近的振动较大。
C、在机床正常工作状态下，测试机床的噪声，分析噪声的频带，对占支配地位的局部声源进行辨识。将麦克风置于机床运动部件前0.5m处，利用Signature Acquisition软件录制机床的噪声，录制声音后，利用Audio Replay &Filtering软件对声音进行分频带滤波，找出各种声音对应的频带，得到图7所示的低频噪声瀑布图。从噪声瀑布图上分析，在240Hz附近是机床主轴上下冲击产生的咚咚声音。
D、对噪声识别、模态分析和振动测试的数据进行对比，噪声频带与零部件振动频带相吻合时，就可以确定噪声由此部件产生，即找到噪声声源。综合以上分析结果，可以得出此丝杠-螺母运动结构中丝杠和螺母座及主轴夹产生了240Hz附近的噪声。需要指出地是，240Hz的模态、240Hz的工作变形、240Hz的噪声，都在240Hz，称之为相吻合。
为了降低噪音，优化机床整体性能，本发明实施例的方法还包括：
E、改变产生噪声的机床部件结构，重新进行以上测试及分析，即改变了其模态，进而改变了工作变形，从而降低了噪声，在加强主轴夹头部的刚度，并更换了丝杠后，测得机床噪声减小6dB。
模态分析是静态状态下测试的数据，是机床结构的固有特性；工作变形是结构的实际变形情况，是结构在工作状态下表现出来的现象，工作变形是由于模态才产生的，模态是因，工作变形是果。
综上，本发明的总体思路为：模态分析采用试验测试方法分析得到，模态是结构的固有特性；测试机床实际工作状态下，结构的变形；测试机床实际工作状态下，机床的噪声，并分析其噪声谱；分析机构变形和噪声的一致性，确定产生噪声的结构部件；通过修改结构，即结构的固有模态发生改变，达到改变工作变形，降低噪声的目的。
以上对本发明所提供的机床结构振动噪声识别和控制方法进行了详细介绍，本文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。