[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

说明书

本发明涉及一种铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析系统，包括数控机床及工件系统、声学与振动测量系统以及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；所述声学与振动相关性分析系统主要由计算机组成。本发明能够同时测量工件在铣削加工过程中产生的噪声和振动，实时监测加工时噪声与振动状态，并分析噪声信号和振动信号的相关性，建立噪声声压级的预测模型，为铣削加工的降噪减振提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析系统及方法，尤其是一种在铣削加工过程中同步采集噪声信号和振动信号的测试与分析系统和方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

据了解，铣削是以铣刀为加工刀具的机械加工方式，铣刀安装在机床主轴上，并且随着主轴做旋转运动，工件装夹在工作台上做进给运动，从而完成铣刀对工件表面进行切削的加工过程。铣削可以加工出许多比较特殊或者复杂的表面，因此在机械加工中，铣削加工应用较为广泛。而在铣削加工过程中，铣削噪声和铣削振动是比较常见的现象。在铣削过程中，噪声主要来源于机床本底噪声、工件与刀具之间摩擦的噪声、铣削系统振动引起的噪声，强烈的噪声制约着生产率的提高，并且影响工人的健康；铣削加工过程中的振动主要有强迫振动和自激振动两种形式，主要由于机床上回转件的不平衡运动和工件与刀具之间摩擦或者撞击引起的，强烈的振动会影响工件表面的加工精度，缩短机床的使用寿命，容易使刀具磨损。由于声音是物体的振动引起的，因此在铣削加工过程中产生的振动也会导致噪声的产生，由此可知，铣削噪声和铣削振动相互影响。目前已经有很多学者对铣削过程进行了研究，但是一般只局限于理论知识、试验或者数值模拟等等角度来单独分析在铣削过程中噪声的变化规律或者振动的变化规律，尚未见有关于铣削噪声和振动两者同步采集及两者相关性分析系统。因此，有必要设计一种铣削噪声与铣削振动实时同步监测以及分析的系统，在此基础上才能研究铣削噪声和铣削振动的特征，进而研究在不同铣削参数下铣削噪声和三向铣削振动加速度的变化规律以及噪声和振动之间的相关性，为铣削加工状态的监测提供科学的指导。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种合理的铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析系统及方法，该系统能够在铣削时实时同步采集噪声信号和振动信号，对铣削系统的状态进行实时监测，并且能够分析噪声和振动信号之间的相关性。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：

一种铣削噪声与铣削振动的监测及其相关性分析系统，包括数控机床及工件系统、声学与振动测量系统以及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，用于实时采集工件加工过程中的噪声信号和振动信号；所述声学与振动相关性分析系统主要由计算机组成，用于对采集的噪声信号和振动信号进行实时的时域分析、频域分析和相关性分析。

本发明的铣削噪声和铣削振动的测量系统能够同步测量采集噪声和振动信号，相关性分析系统能够实时绘制出在不同铣削参数下的声学信号以及三向振动加速度信号的时域和频域曲线图；可以实时监测铣削系统的噪声与振动状态，并对该状态进行评估；建立铣削声压级和铣削参数以及铣削三向振动加速度之间的相关性模型，在给定的铣削参数下根据铣削振动可以预测铣削声压级信号；可以分析在给定的铣削参数下铣削噪声和振动之间的相互影响规律。本发明能够同时测量工件在铣削加工过程中产生的噪声和振动，实时监测加工时噪声与振动状态，并分析噪声信号和振动信号的相关性，建立噪声声压级的预测模型，为铣削加工的降噪减振提供理论指导。

本发明进一步优化的技术方案如下：