CN105278452B - 一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法，是利用噪声采集传感器实时采集机床进行金属切削加工时的噪声信号，利用中央控制系统对噪声信号进行过滤处理，并计算出过滤处理后的噪声信号的频率和振幅，再通过中央控制系统发送指令，使定向声波发生器释放与噪音频率相同振幅相反的声波，对数控加工中心运行过程中的噪音进行叠加抵消，从而实现从传播途径对噪音进行清洁化控制的目的。

Description

一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法

技术领域

本发明涉及金属切削加工技术领域，特别是涉及一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法。

背景技术

清洁制造是一种将生产环境、资源利用率和低碳化等因素综合考虑的现代工业生产模式，即：实现产品在其整个生产过程中，对环境副作用的最小化。而制造过程中的噪声问题是一直以来困扰加工环境化效果的关键性问题，也是清洁制造中最普遍存在和亟待解决的技术难题。

金属切削是机械行业制造过程中最基本单元，也是清洁制造中关键性的一环，其噪声种类及频率多种多样，对生产环境的影响较大。研究表明：倘若金属切削过程中的噪声过大会对生产环境、工人的心理和生理造成较大的影响。金属切削过程中的噪声根据产生的原理不同，可分为：(1)机械噪声，由机械传动、摩擦和机械冲击等产生的噪声；(2)气流噪声，由气压变化所引起的气流状态变动产生的噪声。目前，控制切削过程中的噪音的主要技术有：对机床本身运行噪音进行控制和对传播过程的噪声弱化。对机床本身运行噪音进行控制主要包括对传动齿轮进行噪声控制、对支撑轴承进行噪声控制和对箱体进行噪声控制。由于机床的传动主要通过齿轮的啮合来完成，因此齿轮啮合的时候由于碰撞、接触摩擦和挤压等作用都会产生噪声，是机床噪声的主要来源，目前主要是通过提高齿轮的精度来控制机床噪声。对于支撑轴承的噪声，则是通过控制轴孔加工精度和提高轴孔配合精度，降低配合间隙以及改善润滑条件来降低运行过程中轴承噪声。由于机床动力源箱体以及主轴箱体具有阻隔噪声的作用，因而改善箱体材质，提高箱体刚性、加工精度和安装精度都能有效降低箱体噪声。对传播过程的噪声弱化，主要是利用具有优良阻尼性、吸波性、隔热性和抗震性等特点的泡沫铝进行噪声传播过程的弱化处理，从而提升机床运行过程中的静音效果。

以上这些降噪措施都是属于被动降噪的技术范畴。而且都没有获得非常理想的降噪效果，同时，从机床本身进行噪音控制的技术手段会提升机床本身的造价，并且无法完全阻隔噪音的产生与传播。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法，通过主动式降噪手段，即从传播源和传播过程对噪音进行有效的抵消，能有效弱化金属切削过程中的噪音对工作环境及工人的影响，从而营造出一种弱噪音的清洁制造环境，并具有实现简单，造价低廉的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法，包括如下步骤：

A.在以机床正面为轴对称的两个侧壁处分别预置一个噪声采集传感器，并将噪声采集传感器的高度设在与机床的金属切削加工面大致相同的位置；

B.由噪声采集传感器实时采集机床进行金属切削加工时的噪声信号；

C.将噪声采集传感器采集的噪声信号传送给中央控制系统，由中央控制系统进行过滤处理，并计算出过滤处理后的噪声信号的频率和振幅；

D.将过滤处理后的噪声信号的振幅与预置的阈值进行比较，当过滤处理后的噪声信号的振幅小于预置的阈值时，返回步骤B，否则，继续下一步骤；

E.由中央控制系统向预置在机床顶面位置的四个定向声波发生器发送控制信号，使定向声波发生器产生频率与噪声信号的频率相同或接近，振幅大小与噪声信号的振幅大致相同，振动方向与噪声信号的振动方向相反的定向声波抑制信号，从而对机床进行金属切削加工时的噪声进行叠加抵消；而后再返回步骤B进行循环直至金属切削加工过程结束为止。

所述的四个定向声波发生器分处在以机床主轴为中心并呈辐射状分布的区域中，且四个定向声波发生器分别处在预置矩形的四个角处。

所述对噪声信号进行过滤处理是滤除对人体没有影响的噪声频段的信号，保留对人体有影响的噪声频段的信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将主动降噪原理应用于金属切削的数控加工中心的降噪，能有效弱化金属切削过程中的噪音对工作环境及工人的影响，从而营造出一种弱噪音的清洁制造环境，并具有实现简单，造价低廉的特点。

2、本发明能自动识别对人体有害的噪声，并对其进行抑制，从而实现噪声传播途径的无污染阻隔。

3、本发明通过定向声波发生器释放抑制波段，能有效抑制噪声往数控加工中心外围传播，静音效果更好。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法不局限于实施例。

附图说明

图1是应用本发明的数控加工中心的机床的主视图。

图2是应用本发明的数控加工中心的机床的侧视图。

图3是应用本发明的数控加工中心的机床的俯视图。

图4是应用本发明的硬件构成的示意图。

图中，

1：数控加工中心的机床；2：噪声采集传感器；3：定向声波发生器；4：中央控制系统。

具体实施方式

实施例

如图1至图4所示，本发明的一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法，包括如下步骤：

A.在以机床1正面为轴对称的两个侧壁处分别预置一个噪声采集传感器2，并将噪声采集传感器2的高度设在与机床1的金属切削加工面大致相同的位置；

B.由噪声采集传感器2实时采集机床1进行金属切削加工时的噪声信号；

C.将噪声采集传感器2采集的噪声信号传送给中央控制系统4，由中央控制系统4进行过滤处理，并计算出过滤处理后的噪声信号的频率和振幅；

D.将过滤处理后的噪声信号的振幅与预置的阈值进行比较，当过滤处理后的噪声信号的振幅小于预置的阈值时，返回步骤B，否则，继续下一步骤；

E.由中央控制系统4向预置在机床顶面位置的四个定向声波发生器3发送控制信号，使定向声波发生器3产生频率与噪声信号的频率相同或接近，振幅大小与噪声信号的振幅大致相同，振动方向与噪声信号的振动方向相反的定向声波抑制信号，从而对机床1进行金属切削加工时的噪声进行叠加抵消；而后再返回步骤B进行循环直至金属切削加工过程结束为止。

所述的四个定向声波发生器3分处在以机床主轴为中心并呈辐射状分布的区域中，且四个定向声波发生器4分别处在预置矩形的四个角处。

所述对噪声信号进行过滤处理是滤除对人体没有影响的噪声频段的信号，保留对人体有影响的噪声频段的信号。

本发明的硬件构成主要包括两个噪声采集传感器2、一个中央控制系统4和四个定向声波发生器3，噪声采集传感器2分别安装在以机床正面为轴对称的两个侧壁，高度以接近加工面而不干涉机床机构运动为参考；这样布置的目的在于噪声采集传感器2能最大限度接近噪声发生源，而不影响机床加工和主轴的运动。数控加工中心的机床顶部安装有四个定向声波发生器3，以机床主轴为中心呈辐射状分布；这样分布的目的是能在四周均匀的释放定向声波段，形成自上而下的立体干涉波，能有效的抵消噪声；主动式降噪系统的中央控制系统4安装在数控加工中心的机床1后方位置，主要负责处理噪声采集传感器2传递回来的信号和向定向声波发生器3发送指令。

噪声采集传感器2接收来自数控加工中心的机床1进行金属切削加工时产生和发出的全部噪声信号，并通过光纤将所有的噪声信号传递给中央控制系统4；中央控制系统4接收到噪声信号后，对噪声信号进行辨识，主要辨识对人体有影响的噪声波段，并对其它波段的噪声进行过滤处理，最终留下纯净的只有人体能识别的噪声信号，接着进行解析：算出噪声的频率和振幅。并将信号传递给中央控制系统4内部的指令系统，由其发出动作信号给向定向声波发生器3，产生频率与噪声频率相同或接近，而振幅大小相同但振动方向相反的定向声波抑制信号；之所以采用定向声波发生器3，是为了使产生的抑制信号不会对人和环境造成二次污染。

本发明将主动降噪原理应用于金属切削的数控加工中心的降噪，能有效弱化金属切削过程中的噪音对工作环境及工人的影响，从而营造出一种弱噪音的清洁制造环境，并具有实现简单，造价低廉的特点。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种用于金属切削的数控加工中心的主动式降噪方法，其特征在于：包括如下步骤：

A.在以机床正面为轴对称的两个侧壁处分别预置一个噪声采集传感器，并将噪声采集传感器的高度设在与机床的金属切削加工面大致相同的位置；

B.由噪声采集传感器实时采集机床进行金属切削加工时的噪声信号；

C.将噪声采集传感器采集的噪声信号传送给中央控制系统，由中央控制系统进行过滤处理，并计算出过滤处理后的噪声信号的频率和振幅；

D.将过滤处理后的噪声信号的振幅与预置的阈值进行比较，当过滤处理后的噪声信号的振幅小于预置的阈值时，返回步骤B，否则，继续下一步骤；

E.由中央控制系统向预置在机床顶面位置的四个定向声波发生器发送控制信号，使定向声波发生器产生频率与噪声信号的频率相同或接近，振幅大小与噪声信号的振幅大致相同，振动方向与噪声信号的振动方向相反的定向声波抑制信号，从而对机床进行金属切削加工时的噪声进行叠加抵消；而后再返回步骤B进行循环直至金属切削加工过程结束为止；

所述的四个定向声波发生器分处在以机床主轴为中心并呈辐射状分布的区域中，且四个定向声波发生器分别处在预置矩形的四个角处；

所述对噪声信号进行过滤处理是滤除对人体没有影响的噪声频段的信号，保留对人体有影响的噪声频段的信号。