数控转塔冲床的振动与噪声分析

0 引言

数控转塔冲床作为一种加工效率高、自动化程度高以及生产成本相对较低的冲裁设备之一，非常适用于多样化中小批量生产，因此其在加工领域的应用将越来越广泛[1]。但随着科学技术的不断发展，机床向高速度大功率方向发展，那么由于机身振动而引起的噪声问题也越来越严重，冲床在工作时冲件的突然断裂和能量的突然释放，床身将产生巨大的振动噪声,其噪声声压级较大，其峰值可以达到100～120 dB[2]，远远超过了国家规定的工业噪声控制标准。因此，找到噪声源、降低噪声是机床研究、设计重要任务之一。

数控转塔冲床工作时，由振动产生的噪声通过表面向外辐射，其表面振动的大小在一定程度上反应了辐射噪声能量的大小，对床身表面进行振动测试，并对振动加速度信号进行频谱分析，找到其主要的振动频率。同样，对冲床的空气噪声进行测试，通过频谱分析，找到其主要的噪声频率。通过两者频率谱的对比[3]，分析两者的测试信号，并通过测点频谱分析的对比，识别了冲床的主要噪声源是由床身振动引起的。

1 振动与噪声测试

1.1 振动与噪声的测量

机身的振动测量主要是通过压电式加速度传感器布置在机身上。当冲床工作时，机身就会产生剧烈振动，采集到的加速度信号通过电荷放大器传入到采集系统，最后进入电脑。噪声的测量主要是通过在冲床周围布置噪声点，然后通过声级计测量噪声信号，由声级计再传入数据采集系统，最后进入电脑。其所需的试验仪器，如表1所示，试验框图如图1所示：

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表1 试验主要仪器设备

  

序号 仪器名称 仪器型号 数量1 加速度传感器 CA-YD107 3 2 声级计 TES1351 2 3 电荷放大器 YE5850型电荷放大器 1 4 数据采集箱 AZ308数据采集系统 1 5 分析系统 Adcras，Sscras 1

  

图1 振动噪声测试框图

  

图2 冲床加速度测点布置示意图

1.2 振动、噪声测点的布置示意图

  

图3 噪声测点布置图

图2里黑色小圆点表示加速度传感器所放位置，共有 4 个测点，分别用 1#、2#、3#、4# 对加速度传感器进行标号。3#测点加速度传感器放在侧板顶端，4#测点加速度传感器放在右视图隔板上。

分别于入院或体检时取清晨空腹静脉血检测血清PCT、hs-CRP及D-Dimer水平，分析老年肺炎患者的病情与 PCT、hs-CRP及 D-Dimer的关系。采用电化学发光法检测血清PCT水平，免疫比浊法检测血清hs-CRP及D-Dimer水平，所有操作均严格按说明书要求执行。

1.3 噪声与振动的测试结果

数控转塔冲床的主轴电机转速为400 r/min时，数控转塔冲床各振动测点的加速度结果如表2所示：

根据GB4215－84测点布置标准，本试验噪声测试点布置如图3所示，黑色小矩形点表示声级计所放位置，距离侧板1 m，离地面1.5 m，每个噪声测点之间相距1.5 m，声级计放置在垂直于侧板的方向上。

由表2、表3可知1#、4#加速度测点的加速度值明显比2#、3#加速度测点的值要大，其加速度附近所对应的噪声测点B的值也比2#、3#加速度测点附近的噪声测点A的值大，说明噪声测点处噪声值越大，其附近的振动就越大，因此机身的噪声主要是由机身振动引起的。

从《意见》中还可以看出，国家层面上对生态补偿的主体界定多集中在省、市政府和显性受益人，对隐性受益人(生态利益的间接受益人)的付费义务和污染制造者的补偿责任涉及较少。生态补偿制度中财政转移支付只是其中一个重要组成部分，但是，仅仅靠增加国家和地方政府的财政支出来进行生态补偿，其有限的资金难以满足生态环境可持续发展的需求；再者，若缺少对受益人的环保义务约束，相关人群不能有效履行义务，生态破坏者也没有承担相应的环境责任，将致使整个社会环境保护的意识提升缓慢，“搭便车”现象得不到有效制止。

 

表2 各测点加速度值

  

加速度测试点 电压值/mV 标定值/mV·g-1加速度/g 1# 1 459 0.012 898 18.80 2# 576.50 0.012 946 7.46 3# 811.20 0.012 898 10.46 4# 1 094.40 0.011 748 12.86

 

表3 噪声测试点噪声强度 dB

  

噪声测试点 背景噪声 开机噪声 工作最大值A 71.3 78.3 103.7 B 71.9 80.5 107.9

通过本次测试与分析可知，数控转塔冲床在工作时，冲头在冲裁钢板一瞬间会有撞击噪声，但相比床身振动引起的噪声要小的多，因此，冲床噪声的主要来源是由于机身振动引起的。针对床身振动而引起的噪声可以通过改变机床结构，提高机身刚度来实现，但这对于大型的工业生产企业来说需要投入更多的生产成本，并不经济现实。因此在设备已经购置并安装完成的前提下，可以采用整机隔噪的方法来降低噪声。可考虑在冲压区域的防护罩内部粘贴吸声材料、适当增加有机玻璃板厚度，提高隔声效果。也可以在床身内部引入吸振结构，促进振动衰减，以此来抑制床身振动与噪声。

应用TES1351声级计对数控转塔冲床在各噪声测点进行背景噪声、开机噪声及工作噪声的测量，得到各噪声测点强度如表3所示：

2 信号的频域与时域分析

2.1 噪声信号与加速度信号的频谱关系分析

为了准确的判断冲床冲裁时噪声随时间的信号关系，对测试信号进一步作时域分析，Ch1是冲头工作时力时域信号，Ch2、Ch3、Ch4是加速度时域信号，Ch5是噪声时域信号。

 

表4 噪声信号与加速度信号主频对应关系表 Hz

  

噪声测点 主要频率成分噪声测点 A 320 642.5 962.5加速度测点 2# 322.5 - -3# 322.5 - -噪声测点 B 325 632.5 962.5加速度测点 1# - 622.5 -4# 305 - -

噪声测试点A的频谱峰值点主要在320 Hz左右，其附近的振动加速度测试点2#的Z方向、3#的Y方向的频谱峰值点也是在320 Hz左右且相干性较好，可见噪声测试点A的噪声主要是由振动测试点2#附近的Z方向、3#附近的Y方向的振动共同引起的；噪声测试点B的频谱峰值在320 Hz左右时，相对应的振动测试点4#的频谱峰值点是在305 Hz左右，噪声测试点B的频谱峰值在630 Hz左右时，相对应的振动测试点1#的频谱峰值点是在630 Hz左右，相干性都较好，可见噪声测试点B的噪声主要是由振动测试点4#附近的X方向的振动以及振动测试点1#附近的Y方向振动共同引起的。可见冲床的主要噪声是由于床身振动引起的。

2.2 时域信号分析

根据实际噪声测点与各组加速度测点对应的位置关系，分析各信号频率成分得到如表4所示噪声与振动对应的信号频率关系。

参考文献：

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图4 冲床工作时时域信号

3 结语

相对于背景噪声，工作噪声强度与其差值大于10 dB，根据声测量方法可知，当测得的噪声强度与背景噪声强度差值大于10 dB时，背景噪声的影响可忽略不计。则机床工作噪声强度可以直接用声级计测得的数据。

从图4可以看出，当冲床工作时，会有撞击噪声，但撞击产生的噪声相比于机床振动噪声要小得多，其撞击产生的噪声大小约占振动产生噪声的1/4，冲裁后噪声信号经过0.15 s后降落到与背景噪声信号大体一致。噪声信号的最大压力差出现在冲裁后10 ms左右，这是由于声音的滞后性所导致的，因此从时域上也可以确定数控转塔冲床的噪声来源主要是由于床身振动引起的。

[1]陈琪.数控转塔冲床振动与噪声的控制研究［D］.扬州大学，2011.

[2]郭伟，宋爱平，杨益，等．数控转塔冲床振动噪声分析检测及针对性建议[J].机械工程与自动化，2013（3）:115-117.

[3]邹瑶.HPR-3048数控转塔冲床机身结构分析与优化[D].东南大学，2015.

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[4]许颖颖.数控冲床噪声控制研究[J].机械制造,2012，41(2):89-93.