數(shù)控銑床主軸噪聲故障的分析與處理方法

　　導(dǎo)讀：與齒輪同理，軸承的轉(zhuǎn)速越高，回轉(zhuǎn)基頻就越大，噪聲也就隨之增大軸承滾動(dòng)體內(nèi)外環(huán)各自的精度如果不高，將成為影響軸承噪聲的主要因素滾動(dòng)體或軸承的內(nèi)外環(huán)上凹陷點(diǎn)很多，在頻譜上表現(xiàn)出這些頻率的高次諧波，引起的噪聲也就越高。

數(shù)控銑床主軸噪聲故障的處理

　　主軸噪聲故障分析

　　數(shù)控銑床中由于主軸的變速系統(tǒng)采用若干傳動(dòng)軸、齒輪和軸承，因此在工作中不可避免地要產(chǎn)生振動(dòng)噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲。而數(shù)控銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速是在機(jī)床不停止工作的狀態(tài)下，由計(jì)算機(jī)控制完成的，因此它比普通機(jī)床產(chǎn)生的噪聲更為連續(xù)，更具有代表性。

　　國(guó)內(nèi)某品牌的數(shù)控銑床在初次使用時(shí)噪聲就較大，并且噪聲聲源主要來(lái)自主傳動(dòng)系統(tǒng)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)噪聲越來(lái)越大，用聲級(jí)計(jì)在主軸2000r/min的轉(zhuǎn)速下，測(cè)得噪聲為85.2dB。

　　◆ 故障檢查與分析

　　機(jī)械系統(tǒng)受到外界任何的激振力，系統(tǒng)就會(huì)因?qū)Υ思ふ窳Ξa(chǎn)生響應(yīng)而出現(xiàn)振動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)能量在整個(gè)系統(tǒng)中傳播，當(dāng)傳播到輻射表面，這個(gè)能量就轉(zhuǎn)換成壓力波，經(jīng)空氣再傳出去，即聲輻射。因此，激發(fā)響應(yīng)、系統(tǒng)內(nèi)部傳遞及聲輻射這三個(gè)步驟就是振動(dòng)噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成過程。

　　數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)土作時(shí)，正是由于齒輪、軸承等零部件經(jīng)過激發(fā)響應(yīng)，并在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞和輻射而出現(xiàn)了噪聲，且這些部件又由于出現(xiàn)了異常情況，使激振力加大從而使噪聲增大。

　�。�1）齒輪噪聲分析。數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主要是靠齒輪來(lái)完成變速和傳動(dòng)的因此，齒輪的嚙合傳動(dòng)是主要噪聲源之一。

　　機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的噪聲主要有：

　�、冽X輪在嚙合中，齒與齒之間出現(xiàn)連續(xù)沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產(chǎn)生受迫振動(dòng)并帶來(lái)沖擊噪聲。

　�、谝螨X輪受到外界激振力的作用而產(chǎn)生齒輪固有頻率的瞬態(tài)自由振動(dòng)并帶來(lái)噪聲。

　�、垡螨X輪與傳動(dòng)軸及軸承的裝配出現(xiàn)偏心而引起旋轉(zhuǎn)不平衡慣性力，由此產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)速相一致的低頻振動(dòng)。隨著軸的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一次發(fā)出一次共鳴噪聲。

　�、芤螨X與齒之間的摩擦導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生的自激振動(dòng)并帶來(lái)摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平，會(huì)引起快速周期性的沖擊噪聲。

　�。�2）軸承噪聲分析。該數(shù)控銑床的主軸變速系統(tǒng)共有滾動(dòng)軸承38個(gè)。軸承與軸頸及支承孔的裝配、預(yù)緊力、同心度、潤(rùn)滑條件以及作用在軸承上負(fù)荷的大小、徑向間隙等都對(duì)噪聲有很大影響。而且軸承本身的制造偏差，在很大程度上決定了軸承的噪聲。滾動(dòng)軸承最易產(chǎn)生變形的部位就是其內(nèi)外環(huán)。內(nèi)外環(huán)在外部因素和自身精度的影響下，有可能產(chǎn)生搖擺振動(dòng)、軸向振動(dòng)、徑向振動(dòng)、軸承環(huán)本身的徑向振動(dòng)和軸向彎曲振動(dòng)。

　　與齒輪同理，軸承的轉(zhuǎn)速越高，回轉(zhuǎn)基頻就越大，噪聲也就隨之增大軸承滾動(dòng)體內(nèi)外環(huán)各自的精度如果不高，將成為影響軸承噪聲的主要因素滾動(dòng)體或軸承的內(nèi)外環(huán)上凹陷點(diǎn)很多，在頻譜上表現(xiàn)出這些頻率的高次諧波，引起的噪聲也就越高。

　　主軸噪聲故障處理

　　1、齒輪噪聲控制

　　由于齒輪噪聲的產(chǎn)生是多因素引起的，其中有些因素是齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)決定的針對(duì)故障銑床出現(xiàn)的主軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)齒輪噪聲的特點(diǎn)，在不改變?cè)�設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在原有齒輪上進(jìn)行修理和改進(jìn)，以減少噪聲。

　　◆ 齒頂修緣

　　由于齒形誤差和齒距的影響，在輪齒承載產(chǎn)生了彈性變形后，造成齒輪嚙合時(shí)瞬時(shí)頂撞和沖擊。因此，為了減少齒輪在嚙合時(shí)由于齒頂凹凸而造成的嚙合沖擊，可進(jìn)行齒頂修緣。齒頂修緣的目的是校正齒的彎曲變形和補(bǔ)償齒輪誤差，從而降低齒輪噪聲。修緣量取決于齒距誤差和承載后齒輪的彎曲變形量，以及彎曲方向等。

　　修緣時(shí)主要針對(duì)該機(jī)床嚙合頻率最高的那幾對(duì)齒輪和這些齒輪在模數(shù)為3、4、5mm時(shí)所采取的不同修緣量。在修緣時(shí)一定要注意修緣量的控制，并采取重復(fù)試驗(yàn)的方法，以免修緣量過大而破壞有效的工作齒廓，或修緣量過小起不到修緣的作用齒形修緣時(shí)，可根據(jù)這幾對(duì)齒輪的具體情況只修齒頂或只修齒根，只有在單獨(dú)修齒頂或修齒根達(dá)不到良好效果時(shí)，齒頂和齒根才共同修修緣量的徑向和軸向值可分配給一個(gè)齒輪，也可根據(jù)情況分配給兩個(gè)齒輪。

　　◆ 控制齒形誤差

　　齒形誤差是由多種因素造成的，觀察故障銑床傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪，發(fā)現(xiàn)齒形誤差主要是在加工過程中出現(xiàn)的，其次是因長(zhǎng)期運(yùn)行條件不好所致。齒形誤差在齒輪嚙合時(shí)出現(xiàn)的噪聲比較常見。一般情況下，齒形誤差越大出現(xiàn)的噪聲也就越大。對(duì)于中凹齒形，輪齒在一次嚙合中受到兩次沖擊，噪聲很大，并且齒形越凹噪聲就越大。因此將齒輪輪齒修形，使之適當(dāng)呈中凸形，以達(dá)到降低噪聲的目的。

　　◆ 控制嚙合齒輪中心距的改變

　　嚙合齒輪實(shí)際中心距的變化將引起壓力角的改變，如果嚙合齒輪的中心距出現(xiàn)周期性變化，那么也將使壓力角發(fā)生周期性變化，噪聲也會(huì)周期性增大。對(duì)嚙合中心距的分析表明，當(dāng)中心距偏大時(shí)噪聲影響并不明顯，而中心距偏小時(shí)噪聲就明顯增大在控制嚙合齒輪的中心距時(shí)，對(duì)齒輪的外徑、傳動(dòng)軸的變形、傳動(dòng)軸與齒輪和軸承的配合都應(yīng)控制在理想狀態(tài)。這樣可盡可能消除由于嚙合中心距的改變而出現(xiàn)的噪聲。

　　◆ 注意潤(rùn)滑油對(duì)控制噪聲的作用

　　潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑和冷卻的同時(shí)，還起一定的阻尼作用，噪聲隨油量和黏度的增加而變小。若能在齒面上維持一定的油膜厚度，就能防止嚙合齒面直接接觸，可衰減振動(dòng)能量，從而降低噪聲，所以用黏度大的油對(duì)減少噪聲有利。

　　該故障銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是飛濺潤(rùn)滑，而飛濺潤(rùn)滑會(huì)增加油的擾動(dòng)噪聲。實(shí)際仁齒輪潤(rùn)滑需油量很少，其主要目的是為了形成壓力油膜，以利于潤(rùn)滑。實(shí)驗(yàn)證明，齒輪潤(rùn)滑以嚙入側(cè)給油最佳。這樣，既起到了冷卻作用，又在進(jìn)入嚙合區(qū)前，在齒面上形成了油膜。如果能控制濺起的油少量進(jìn)入嚙合區(qū)，降噪效果更佳。

　　據(jù)此，將各個(gè)油管重新布置，使?jié)櫥�油按理想狀態(tài)濺入每對(duì)齒輪，以控制由于潤(rùn)滑不利而產(chǎn)生的噪聲。

　　2、軸承噪聲控制

　　◆ 控制內(nèi)外環(huán)質(zhì)量

　　故障銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，所有軸承都是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，外環(huán)固定。這時(shí)內(nèi)環(huán)如出現(xiàn)徑向偏擺就會(huì)引起旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡，從而出現(xiàn)振動(dòng)噪聲。如果軸承的外環(huán)，配合孔形狀和位置公差都不好時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)徑向擺動(dòng)，這樣就破壞了軸承部件的同心度。如果內(nèi)環(huán)與外環(huán)端面的側(cè)向出現(xiàn)較大跳動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致軸承內(nèi)環(huán)相對(duì)于外環(huán)發(fā)生歪斜。

　　軸承的精度越高，上述的偏擺量就越小，出現(xiàn)的噪聲也就越小。除控制軸承內(nèi)外環(huán)幾何形狀偏差外，還應(yīng)控制內(nèi)外環(huán)滾道的波紋度，降低表面粗糙度，嚴(yán)格控制在裝配過程中滾道的表面磕傷和劃傷，否則不可能降低軸承的振動(dòng)噪聲。

　　經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，滾道的波紋度為密波或疏波時(shí)，滾動(dòng)體在滾動(dòng)時(shí)的接觸點(diǎn)顯然不同，由此引起的振動(dòng)頻率相差很大。

　　◆ 控制軸承與孔和軸的配合精度

　　該故障銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中，軸承與軸和孔的配合，應(yīng)保證軸承有必要的徑向間隙。徑向工作間隙的最佳數(shù)值，是由內(nèi)環(huán)在軸上和外環(huán)在孔中的配合，以及在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下內(nèi)環(huán)和外環(huán)所產(chǎn)生的溫差所決定的。因此軸承中初始間隙的選擇對(duì)控制軸承的噪聲具有重要意義。過大的徑向間隙會(huì)導(dǎo)致低頻部分的噪聲增加，而較小的徑向間隙又會(huì)引起高頻部分的噪聲增加。

　　一般間隙控制在0.01mm時(shí)最佳。外環(huán)在孔中的配合形式會(huì)影響噪聲的傳播。較緊的配合會(huì)提高傳聲性，從而使噪聲加大。過緊的配合，會(huì)迫使?jié)L道變形，從而加大軸承滾道的形狀誤差，使徑向間隙減小，也導(dǎo)致噪聲的增加。軸承外環(huán)過松的配合同樣會(huì)引起較大噪聲。只有松緊適當(dāng)?shù)呐浜峡墒馆S頸與孔接觸處的油膜對(duì)外環(huán)振動(dòng)產(chǎn)生阻尼，從而降低噪聲。

　　另外，配合部位的形位公差和表面粗糙度，應(yīng)符合所選軸承精度等級(jí)的要求。如果軸承很緊地安裝在加工不準(zhǔn)確的軸上，那么軸的誤差就會(huì)傳遞給軸承內(nèi)環(huán)滾道，并以較高的波紋度形式表現(xiàn)出來(lái)，噪聲也就隨之增大。