降低机床主轴箱噪声的措施

发布时间：2021-04-20 20:12:22点击率：

在现代机床工业中，机床噪声成了评价机床性能的重要指标之一，因为噪声的高低直接反映出产品设计结构、工艺措施、零件制造、配套件和装配质量以及管理的水平,而且直接影响操作者的身心健康。而机械行业标准《ZB J50 004金属切削机床噪声声压级的测定》也对此作了强制性的规定，机床整机噪声声压级不应超过83dB(A)。在整机噪声中，主轴箱的噪声大，因此如何减少主轴箱的噪声就成为一个重要的课题。

我公司生产的数控镗铣床及立式加工中心，主轴箱一般采用二级传动（图1），第一级为电动机带动齿轮轴1（齿数Z=31）将动力传给滑移齿轮2(Z=52)，第二级为滑移齿轮2传到主轴齿轮4(Z=31)上或由齿轮5（Z=21）传到主轴齿轮５(Z=62) 上。通过气缸带动拨叉然后带动滑移齿轮２和５上下移动从而实现变速。
由于机床主轴的旋转速度很高，所以齿轮的设计精度为5级，都经过马格磨齿机磨削过，但机床在高速旋转时仍有高的噪声和冲击声，经测定，大声压级达到85dB，已经超过了机械行业标准的上限83dB。
拆开主轴箱侧盖发现噪声主要来自一对大减速比５/３及２／４齿轮组合。拆下两对啮合的滑移齿轮发现齿端啮合部有明显的变毛现象。为检查齿轮啮合的接触精度，在一个齿轮的齿面涂上红丹粉，另一齿轮的齿面涂上普鲁士兰，然后根据两齿轮啮合时涂色的均匀性衡量齿轮的接触精度，经检查，四齿轮接触精度大齿形方向为７微米，齿向方向为10微米，接触精度较差，且齿根过渡曲线处呈现出齿顶干涉现象（图2）。
逐项分析出现这种现象的原因，出现滑移齿轮齿端啮合部变毛是因为气动换挡缺乏缓冲，高低速换挡时产生撞击，滑移齿轮变毛是因为气动换挡缺乏缓冲，发生撞击从而使齿轮变毛，如图３所示，从径向方向看换挡时两齿轮的啮合，由于换档是在任意位置，没有采取齿端倒角，则换挡时两齿轮极可能产生碰撞，从而导致齿轮端部受冲击撞毛，且换档次数越多则受损越严重，从而导致噪声。为解决如上问题，一是换档气缸采用带缓冲气缸，二时齿轮采用齿端大倒角（30°~45°）,换挡时两
齿轮先是相对滑动直至正确啮合(图４)，大大减小了冲击。齿顶干涉是因为磨齿没有磨到位，而且齿轮有齿形误差和周节误差时，会导致相啮合轮齿提瞬时冲撞。解决的有效方法是在保证齿轮啮合重叠系数的前提下，将配对大齿轮的齿顶高削低0.5mm,或者采用齿顶修缘。我们采用齿顶修缘，修缘量为：齿顶直线方向0.01m，齿高方向0.3m(m为齿轮模数)（见图5）。另外由于齿轮的齿向误差或安装误差的存在，破坏了齿轮的接触精度，进而影响齿轮的噪声，为了减小这些
误差的影响可采用鼓形齿，即对轮齿齿向形状进行修整使之中凸0.05mm,使轮齿受载时载荷趋向均匀，有效地降低了噪声。

经过上述处理，主轴箱冲击声消失，噪声也明显降低，为进一步改善噪声，我们又采取了以下措施：

１．合理地控制齿侧间隙。由于齿轮标准GB10095-88中，齿轮的加工误差和安装误差、齿厚公差、中心距公差等随机变量对齿侧间隙的影响成正态概率分布，但实际装配中可能出现大或小法向间隙，所以合理地控制齿侧间隙尤为重要。根据齿轮副的实际工作状况确定准确的法向侧隙，根据实际中心距和已加工齿轮的公法线数值，计算出另一齿轮的公法线长度及其偏差。但要注意侧隙并不是越小越好，侧隙过小，噪声将急剧增大;反之，若将侧隙定得稍大一些，则对噪声的影响并不大。这一点我们也有体会，初我们将侧隙定为e类，后来经实验，将侧隙放大到d类与e类之间，噪声反而减小。

２．改善齿轮的传动结构。原主轴箱齿轮２与４属升速传动，而５与３减速比较大，这些都与噪声产生有关。在基本不降低机床性能的情况下，我们减小了减速比，将齿轮２与４改为等速传动，收到了良好的效果。润滑。数控机床一般采用稀油润滑或油雾润滑，润滑油必须经过精细滤网过滤，否则其中含有的微粒易嵌入轮齿表面引起表面不平甚至点蚀，进而导致噪声。

３．静平衡大齿轮转动惯量较大，材质不均匀，使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不重合，工作时产生不平衡的离心力，使齿轮副产生周期性的振动，所以大齿轮加工后作静平衡有利于降低工作噪声。

通过以上措施，我们成功地将主轴箱噪声控制在７５dB以下，达到了机床优等品的标准。

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