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數控銑床主軸噪聲故障（zhàng）維修方法

2014-7-6 來源：數控機床市場（chǎng）網作（zuò）者：-

　摘要：在（zài）很（hěn）多數控銑床中，由於主軸的變速係（xì）統仍采用若幹傳動軸、齒輪和（hé）軸承，因此在工作（zuò）中不可避免地要產生振動噪（zào）聲、摩擦噪聲和衝擊噪聲。而數控銑床主傳動係統的變（biàn）速是在機床不停止工作（zuò）的狀態下，由計算機控（kòng）製完成的，因此它比普通機床產生（shēng）的噪（zào）聲更為連續，更具有代表性。

　　一、主軸噪聲故（gù）障分析

　　在很多數控銑床中（zhōng），由於（yú）主軸的變速係統仍采用（yòng）若幹傳動軸、齒輪和軸承，因（yīn）此在工作中不可避免地要產生（shēng）振動噪聲、摩擦噪（zào）聲和衝擊噪聲。而數（shù）控銑床主傳動（dòng）係統（tǒng）的變（biàn）速是在機床不（bú）停止工作的狀態下，由計算機控製完成的，因此它比普通機床產生的噪聲更為連續，更具有代表性。

　　某數（shù）控銑床，在（zài）初次使用時噪聲就較（jiào）大，並且噪聲聲源主（zhǔ）要來自主傳動係統，隨（suí）著使（shǐ）用時間的（de）延長噪聲越來越大，用（yòng）聲（shēng）級計在主軸2000r/min的轉速下，測得噪聲為85.2dB。

　　故障檢查與分析

　　機械係統（tǒng）受到外界任何的激振力，係統就（jiù）會因對此激（jī）振力產生響應而出現振（zhèn）動。這個（gè）振動能量在整個係統中傳播，當傳播到輻射表麵，這個能量就轉換成壓力波，經（jīng）空（kōng）氣再傳出去，即聲輻射。因此，激發響應、係統內部傳遞及聲輻射這三個步驟就（jiù）是振動噪聲、摩擦噪聲和衝擊噪聲的形成過程。

　　數控（kòng）銑床的主傳動係統土作時，正是由於齒輪、軸（zhóu）承等零部件經過（guò）激發響應，並在係統內部傳遞和輻射（shè）而出現了噪聲，且這些部件又由於出現（xiàn）了異常情況，使激振力加大從而使噪聲增（zēng）大。

　　（1）齒輪噪聲分析。數控銑床的主傳動係統主要（yào）是靠齒輪來完成變速和傳動的（de）因此，齒（chǐ）輪的齧合傳動是（shì）主要噪聲源之一。

　　機床主傳動係統中齒（chǐ）輪（lún）在運轉（zhuǎn）中產生的噪聲主要有：

　　①齒輪在齧合中，齒（chǐ）與齒之間（jiān）出現連續衝擊而使齒輪在齧合頻率下產生受迫振動並帶來衝擊（jī）噪聲。

　　②因齒（chǐ）輪（lún）受到外界激振力的作用而產生齒輪固有頻率的瞬態自由振動（dòng）並帶來噪聲。

　　③因齒輪與傳動軸及軸（zhóu）承的裝配出（chū）現偏心而引起旋轉不平衡慣性力，由此產生了與轉速相一（yī）致的（de）低頻振動。隨（suí）著軸的旋轉（zhuǎn），每轉一次發出一次共鳴噪聲。

　　④因齒與齒之間的摩擦導致齒輪產生的自激振動並帶來摩擦噪聲。如果齒麵凸凹不平，會引起快速周（zhōu）期性的（de）衝擊噪聲。

　　（2）軸承噪聲分析。該數控銑床的主軸變速係統共有滾動軸（zhóu）承38個。軸承與軸頸及支承孔的裝（zhuāng）配、預緊（jǐn）力、同心度、潤滑條件（jiàn）以（yǐ）及作（zuò）用在軸承上負荷的大小（xiǎo）、徑向間隙等都對噪聲有很大影響。而且軸承本身的製造偏差，在很大程度（dù）上決定了軸承的（de）噪聲。滾動軸承最（zuì）易產生變形（xíng）的部位（wèi）就是其內外環。內外環在外（wài）部因素和自身（shēn）精度的影響下，有可能產生搖擺（bǎi）振動、軸向振動、徑向振動、軸承環本身的徑向振動和軸向彎曲振動。

　　與齒輪同理（lǐ），軸承的轉速越高，回轉基頻就越大，噪聲也就隨之（zhī）增大軸承（chéng）滾動體（tǐ）內外環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體或軸承的內外環上凹陷點很（hěn）多，在頻譜上表現出這些頻率的高次諧波，引起的噪聲也就越高。

　　二、主軸（zhóu）噪聲故障處理

　　1.齒輪噪聲控製

　　由於齒輪噪（zào）聲的產生是多因素引起的，其中（zhōng）有（yǒu）些因素是齒輪設計參（cān）數決定的針（zhēn）對故障銑床出現的主軸運動係統齒輪噪聲（shēng）的特點，在不改變原設計的基礎上，在原有齒輪上進行修（xiū）理和改進，以減少噪聲。

　　（1）齒頂修緣（yuán）。由於齒形誤差和齒距的影響，在輪（lún）齒承載產生了彈性變形後，造成齒輪齧合時瞬時頂撞和衝（chōng）擊。因此，為了減少齒輪在齧合時由於齒頂凹凸而造成的齧合（hé）衝（chōng）擊，可進行齒頂修（xiū）緣。齒（chǐ）頂修緣的目的是校正齒的彎曲（qǔ）變形和（hé）補償齒輪誤差，從（cóng）而降低齒輪噪聲。修緣量取（qǔ）決於齒距誤差和承載後齒輪的彎曲變形量，以及彎（wān）曲方向等。修緣時主要針對該（gāi）機床齧合頻率最高的那幾對齒輪和這些齒輪在模數為3、4、5mm時（shí）所采取的（de）不同（tóng）修緣量。在（zài）修緣時一定要注意修緣量的控製，並采取重複（fù）試驗的方法，以免修緣量過大而破壞有效的工作齒廓，或修緣量（liàng）過小（xiǎo）起不（bú）到修緣的作用齒形修緣時，可根據這幾對齒輪的具體情況（kuàng）隻修齒頂或隻修齒根（gēn），隻有在單獨修齒頂或修齒根達不到良（liáng）好效果時（shí），齒頂和齒根才共同（tóng）修修（xiū）緣（yuán）量的徑向和軸向值可分配給一個齒輪，也可根（gēn）據情（qíng）況分配給兩個齒輪。

　　（2）控製齒形（xíng）誤差。齒形誤差是由多種因素（sù）造成的，觀察故障銑床傳動係統中的齒輪，發現（xiàn）齒形誤差主要是在加工過程中出現的，其次是（shì）因長期（qī）運（yùn）行條件不好所致。齒形誤差在齒（chǐ）輪齧合時出現的噪聲（shēng）比較常見。一般情況下，齒形誤差越大出現的噪聲也（yě）就越大。對於中凹（āo）齒形，輪齒在一次齧合中受到兩次衝（chōng）擊，噪聲很大（dà），並且齒形越凹噪聲就越大。因此將齒輪輪齒修形，使之適當呈中凸形，以達到降低噪聲的目的。

　　（3）控製齧合齒輪中（zhōng）心距的改變。齧合齒輪實（shí）際中（zhōng）心距的變化將引起壓力角的改變，如果齧合齒輪的中心距出現（xiàn）周期性（xìng）變化，那麽也將使壓力角發生周（zhōu）期性變化，噪（zào）聲也會周期性增大。對齧合中心距的分（fèn）析表明（míng），當中心距偏（piān）大時噪聲影響並不明顯，而中心距偏（piān）小時噪聲就明顯增大在控製齧合齒輪的（de）中心距時，對齒輪的（de）外徑、傳動軸的變形、傳動軸與齒（chǐ）輪和軸承的配合都應控製在理想狀態。這樣可盡可能消除（chú）由於齧合中心距的改變而（ér）出現的噪聲（shēng）。

　　（4）注意（yì）潤滑油對控製噪聲的（de）作用（yòng）。潤滑油（yóu）在潤滑（huá）和冷卻的同時，還起一定的阻尼作用，噪聲隨油量和（hé）黏（nián）度的增加而變小。若能在齒麵上維持一（yī）定的（de）油膜厚度，就能防（fáng）止齧合齒麵直接接觸，可衰減振動能量，從而降低（dī）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）係統采用的是飛（fēi）濺潤滑，而飛濺潤滑會增加油的擾（rǎo）動噪聲。實（shí）際仁齒輪潤滑需油量很少，其主要目的是為了形成壓力油膜，以利於潤滑。實驗證明，齒輪（lún）潤滑以齧入（rù）側給油最佳。這樣，既起到了冷卻作用（yòng），又在進入齧合區前，在齒麵上形成了油膜。如果能控製濺（jiàn）起的油少（shǎo）量進（jìn）入齧合區，降噪效果更佳（jiā）。據此，將（jiāng）各個油（yóu）管重新布置，使潤（rùn）滑油按理（lǐ）想狀態濺入（rù）每對齒輪，以控製由於（yú）潤滑不（bú）利而產生的噪聲。

　　2.軸承（chéng）噪聲控製

　　（1）控（kòng）製內外環（huán）質量（liàng）。故障銑（xǐ）床的（de）主傳動係統（tǒng）中，所有軸（zhóu）承都是內環轉動，外環固定。這時內環如出現徑向偏擺就會引起旋轉時的不平（píng）衡，從而出現振動噪聲。如果軸承的外環，配合孔形狀（zhuàng）和位置公（gōng）差都不好（hǎo）時，就會出現徑向擺（bǎi）動，這樣就破壞了軸承（chéng）部件的同心度。如果內環與外環端麵的側向出現較大跳動，還（hái）會導（dǎo）致軸（zhóu）承內環相對於（yú）外（wài）環發生歪斜。軸承的精（jīng）度越高，上述的偏（piān）擺量就越小，出現的（de）噪聲也（yě）就越小。除控製軸承內外環幾何形狀偏差外，還應控（kòng）製內外環滾道的波紋度，降低表麵粗糙度，嚴格控製在裝配過程中滾道的表麵磕傷和劃傷，否則不可能降低軸承的振動噪聲。經觀察發現，滾道的波紋度為密波或疏波時，滾動體在滾動時的接觸點顯然不同（tóng），由此引起的（de）振動頻率相差很大。

　　（2）控製軸承與孔和軸（zhóu）的配合精度。該故障銑床的主傳動係統中，軸承與（yǔ）軸和（hé）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值，是由內環在（zài）軸上（shàng）和外環在孔中（zhōng）的配合，以及在（zài）運動狀態下內環和外環所產（chǎn）生的（de）溫差（chà）所決定的。因此軸承中初始間隙（xì）的選擇對控製軸承的噪聲具有重要意義。過（guò）大的徑向間隙（xì）會導致（zhì）低頻部（bù）分的噪聲增加，而較小的徑向間隙又會引起高頻部分的噪聲增加。一般間隙控製在（zài）0.01mm時最佳。外環在孔中的配合形式會影響噪聲（shēng）的傳播。較緊的（de）配合會提高傳聲性，從而使噪聲加大。過緊的配合，會迫使滾道（dào）變形，從而加大軸承滾道的形狀（zhuàng）誤差（chà），使徑向（xiàng）間隙減小，也導致噪聲的增加。軸承外環過鬆的配合同樣會引起較大噪聲。隻有鬆緊適當的配合（hé）可使軸頸與孔接（jiē）觸處的油膜對外環（huán）振動產生阻尼，從而降（jiàng）低（dī）噪聲。另外，配合部位（wèi）的形位公差和表麵粗（cū）糙度，應符合所選軸承精度（dù）等級的要（yào）求。如果軸承很緊地安裝在加工不（bú）準確的軸上，那麽軸的誤（wù）差就會傳遞（dì）給（gěi）軸承內環（huán）滾道，並以較高的波紋度形式表現出來，噪聲也就隨之增（zēng）大（dà）。

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