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数控铣 床主轴噪声怎么办?

时间:2017-08-24 17:20   作者:admin 点击:

一、主轴噪声故障分析

 

某数控铣床,在初次 使用时噪声就较大,并且噪 声声源主要来自主传动系统,随着使 用时间的延长噪声越来越大,用声级计在主轴2000r/min的转速下,测得噪声为85.2dB。

 

噪声的原因分析:

 

机械系 统受到外界任何的激振力,系统就 会因对此激振力产生响应而出现振动。这个振 动能量在整个系统中传播,当传播到辐射表面,这个能 量就转换成压力波,经空气再传出去,即声辐射。因此,激发响应、系统内 部传递及声辐射这三个步骤就是振动噪声、摩擦噪 声和冲击噪声的形成过程。

 

数控铣 床的主传动系统土作时,正是由于齿轮、轴承等 零部件经过激发响应,并在系 统内部传递和辐射而出现了噪声,且这些 部件又由于出现了异常情况,使激振 力加大从而使噪声增大。

 

(1)齿轮噪声分析。数控铣 床的主传动系统主要是靠齿轮来完成变速和传动的因此,齿轮的 啮合传动是主要噪声源之一。

 

机床主 传动系统中齿轮在运转中产生的噪声主要有:

 

①齿轮在啮合中,齿与齿 之间出现连续冲击而使齿轮在啮合频率下产生受迫振动并带来冲击噪声。

 

②因齿轮 受到外界激振力的作用而产生齿轮固有频率的瞬态自由振动并带来噪声。

 

③因齿轮 与传动轴及轴承的装配出现偏心而引起旋转不平衡惯性力,由此产 生了与转速相一致的低频振动。随着轴的旋转,每转一 次发出一次共鸣噪声。

 

④因齿与 齿之间的摩擦导致齿轮产生的自激振动并带来摩擦噪声。如果齿面凸凹不平,会引起 快速周期性的冲击噪声。

 

(2)轴承噪声分析。该数控 铣床的主轴变速系统共有滚动轴承38个。轴承与 轴颈及支承孔的装配、预紧力、同心度、润滑条 件以及作用在轴承上负荷的大小、径向间 隙等都对噪声有很大影响。而且轴 承本身的制造偏差,在很大 程度上决定了轴承的噪声。滚动轴 承最易产生变形的部位就是其内外环。内外环 在外部因素和自身精度的影响下,有可能产生摇摆振动、轴向振动、径向振动、轴承环 本身的径向振动和轴向弯曲振动。

 

与齿轮同理,轴承的转速越高,回转基频就越大,噪声也 就随之增大轴承滚动体内外环各自的精度如果不高,将成为 影响轴承噪声的主要因素滚动体或轴承的内外环上凹陷点很多,在频谱 上表现出这些频率的高次谐波,引起的噪声也就越高。

 

二、主轴噪声处理方法

 

1.齿轮噪声控制

 

由于齿 轮噪声的产生是多因素引起的,其中有 些因素是齿轮设计参数决定的针对故障铣床出现的主轴运动系统齿轮噪声的特点,在不改 变原设计的基础上,在原有 齿轮上进行修理和改进,以减少噪声。

 

(1)齿顶修缘。由于齿 形误差和齿距的影响,在轮齿 承载产生了弹性变形后,造成齿 轮啮合时瞬时顶撞和冲击。因此,为了减 少齿轮在啮合时由于齿顶凹凸而造成的啮合冲击,可进行齿顶修缘。齿顶修 缘的目的是校正齿的弯曲变形和补偿齿轮误差,从而降低齿轮噪声。修缘量 取决于齿距误差和承载后齿轮的弯曲变形量,以及弯曲方向等。修缘时 主要针对该机床啮合频率最高的那几对齿轮和这些齿轮在模数为3、4、5mm时所采 取的不同修缘量。在修缘 时一定要注意修缘量的控制,并采取 重复试验的方法,以免修 缘量过大而破坏有效的工作齿廓,或修缘 量过小起不到修缘的作用齿形修缘时,可根据 这几对齿轮的具体情况只修齿顶或只修齿根,只有在 单独修齿顶或修齿根达不到良好效果时,齿顶和 齿根才共同修修缘量的径向和轴向值可分配给一个齿轮,也可根 据情况分配给两个齿轮。

 

(2)控制齿形误差。齿形误 差是由多种因素造成的,观察故 障铣床传动系统中的齿轮,发现齿 形误差主要是在加工过程中出现的,其次是 因长期运行条件不好所致。齿形误 差在齿轮啮合时出现的噪声比较常见。一般情况下,齿形误 差越大出现的噪声也就越大。对于中凹齿形,轮齿在 一次啮合中受到两次冲击,噪声很大,并且齿 形越凹噪声就越大。因此将齿轮轮齿修形,使之适当呈中凸形,以达到 降低噪声的目的。

 

(3)控制啮 合齿轮中心距的改变。啮合齿 轮实际中心距的变化将引起压力角的改变,如果啮 合齿轮的中心距出现周期性变化,那么也 将使压力角发生周期性变化,噪声也会周期性增大。对啮合 中心距的分析表明,当中心 距偏大时噪声影响并不明显,而中心 距偏小时噪声就明显增大在控制啮合齿轮的中心距时,对齿轮的外径、传动轴的变形、传动轴 与齿轮和轴承的配合都应控制在理想状态。这样可 尽可能消除由于啮合中心距的改变而出现的噪声。

 

(4)注意润 滑油对控制噪声的作用。润滑油 在润滑和冷却的同时,还起一定的阻尼作用,噪声随 油量和黏度的增加而变小。若能在 齿面上维持一定的油膜厚度,就能防 止啮合齿面直接接触,可衰减振动能量,从而降低噪声,所以用 黏度大的油对减少噪声有利。该故障 铣床的主传动系统采用的是飞溅润滑,而飞溅 润滑会增加油的扰动噪声。实际仁 齿轮润滑需油量很少,其主要 目的是为了形成压力油膜,以利于润滑。实验证明,齿轮润 滑以啮入侧给油最佳。这样,既起到了冷却作用,又在进入啮合区前,在齿面上形成了油膜。如果能 控制溅起的油少量进入啮合区,降噪效果更佳。据此,将各个油管重新布置,使润滑 油按理想状态溅入每对齿轮,以控制 由于润滑不利而产生的噪声。

 

2.轴承噪声控制

 

(1)控制内外环质量。故障铣 床的主传动系统中,所有轴 承都是内环转动,外环固定。这时内 环如出现径向偏摆就会引起旋转时的不平衡,从而出现振动噪声。如果轴承的外环,配合孔 形状和位置公差都不好时,就会出现径向摆动,这样就 破坏了轴承部件的同心度。如果内 环与外环端面的侧向出现较大跳动,还会导 致轴承内环相对于外环发生歪斜。轴承的精度越高,上述的偏摆量就越小,出现的噪声也就越小。除控制 轴承内外环几何形状偏差外,还应控 制内外环滚道的波纹度,降低表面粗糙度,严格控 制在装配过程中滚道的表面磕伤和划伤,否则不 可能降低轴承的振动噪声。经观察发现,滚道的 波纹度为密波或疏波时,滚动体 在滚动时的接触点显然不同,由此引 起的振动频率相差很大。

 

(2)控制轴 承与孔和轴的配合精度。该故障铣 床的主传动系统中,轴承与轴和孔的配合,应保证 轴承有必要的径向间隙。径向工 作间隙的最佳数值,是由内 环在轴上和外环在孔中的配合,以及在 运动状态下内环和外环所产生的温差所决定的。因此轴 承中初始间隙的选择对控制轴承的噪声具有重要意义。过大的 径向间隙会导致低频部分的噪声增加,而较小 的径向间隙又会引起高频部分的噪声增加。一般间隙控制在0.01mm时最佳。外环在 孔中的配合形式会影响噪声的传播。较紧的 配合会提高传声性,从而使噪声加大。过紧的配合,会迫使滚道变形,从而加 大轴承滚道的形状误差,使径向间隙减小,也导致噪声的增加。轴承外 环过松的配合同样会引起较大噪声。只有松 紧适当的配合可使轴颈与孔接触处的油膜对外环振动产生阻尼,从而降低噪声。另外,配合部 位的形位公差和表面粗糙度,应符合 所选轴承精度等级的要求。如果轴 承很紧地安装在加工不准确的轴上,那么轴 的误差就会传递给轴承内环滚道,并以较 高的波纹度形式表现出来,噪声也就随之增大。

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