[发明专利]铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析系统及方法

权利要求书

1.一种铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、组建铣削试验系统——铣削试验系统包括数控机床及工件系统、声学与振动测量系统和声学与振动相关性分析系统，所述数控机床及工件系统主要由数控铣床、铣削刀具和被加工工件组成；所述声学与振动测量系统主要由声音校准器、声级计、加速度传感器、电荷放大器和高速数据采集仪组成，所述声音校准器用来校准声压级，所述声级计与高速数据采集仪相连后用于采集噪声信号，加速度传感器通过电荷放大器与高速数据采集仪相连后用于采集振动信号；所述声学与振动相关性分析系统主要由计算机组成；

第二步、准备工件——选择方体铝合金材料作为被加工工件后，将选择的工件装夹在铣床工作台上；

第三步、连接并校准试验设备；

第四步、铣削试验——启动铣削机床对工件进行加工，并采集铣削过程中的噪声信号和振动信号；

第五步、基于铣削试验数据整理所需的特征值从采集的噪声信号和振动信号的数据中，得到声压级的均方根值、声功率级的均方根值、三向加速度、速度和位移的均方根值；

第六步、绘制噪声信号和振动信号曲线；

第七步、分析铣削噪声和铣削振动之间的相互影响——改变铣削主轴转速、进给速度和铣削深度，可以绘制出在不同的铣削参数下声压级和三向加速度的变化规律，对于铣削试验中的变量进行回归模型分析，可以建立声压级和铣削参数以及铣削振动之间的回归模型，从而进行铣削噪声和铣削振动之间的相关性分析，得到铣削参数和振动对于铣削噪声的影响规律；给定铣削速度v，进给速度v_f，铣削深度a_p，加速度均方根值以及声压级L_p，建立铣削声压级关于铣削参数和铣削振动加速度之间的拟合关系：

建立铣削声压级模型，

(a)

其中，为预测声压级值；为加速度均方根值；为铣削速度；为进给速度；a_p为铣削深度；为系数常数；为指数；

对式(a)两端取对数得到下式，

(b)

基于铣削试验得到的数据，运用最小二乘法,通过MATLAB编程见附录得到C,x,y,z,w的值；

建立铣削声压级关于铣削参数、铣削振动之间的拟合模型为，

(a)

其中，为预测声压级值，为加速度均方根值，为铣削速度，为进给速度，a_p为铣削深度，为系数常数，为指数；

对式(a)两端取对数得：

(b)

由最小二乘法，获得误差的平方和为，

(c)

相关性系数R的一般性计算公式为：

(d)

其中，为两数据序列；为两数据序列的平均值；

本文引用MATLAB程序[R,P]=corrcoef(x1,y1)直接计算出相关性系数R的值。

2.根据权利要求1所述一种铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析方法，其特征在于，第三步中，连接并校准试验设备的具体方法如下：

（1）将高速数据采集仪的电源关闭后，通过USB数据传输线将高速数据采集仪与安装有声学与振动测量采集软件的计算机相连；

（2）将加速度传感器通过磁力座吸附在装夹工件的夹具平台上，并且加速度传感器的X、Y、Z三向分别对应数控铣床的X、Y、Z三向，将加速度传感器的三个输出端分别接入三个电荷放大器的输入端，然后将电荷放大器的输出端接高速数据采集仪；

（3）将声级计安装在距离工件一定距离处，通过专用数据线将声级计与高速数据采集仪连接；

（4）将高速数据采集仪的电源打开，并打开计算机桌面的声学与振动测量软件，将传声器的顶端旋转入声音校准器的底端，启动声音校准器的按钮开关，3～5秒以后对声级计进行传感器标定，在声压值显示为6.66时表明声级计可以正常使用，标定结束后取下声音校准器；

（5）设置声学与振动测量采集参数，先定义文件以及文件保存路径，然后设置采样频率、采集时间和采样个数；

（6）在正式开始试验之前，铣床开机，进行背景测量，扣除背景测量。