數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)噪聲分析及解決

■宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司 （湖北 443003）　周慶華　鄧應(yīng)誠(chéng)

數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)噪聲分析及解決

■宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司 （湖北 443003）周慶華鄧應(yīng)誠(chéng)

數(shù)控插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)采用曲柄運(yùn)動(dòng)方式，第一級(jí)傳動(dòng)采用皮帶傳動(dòng)，但不同類(lèi)型的皮帶將產(chǎn)生不同dB的噪聲。通過(guò)對(duì)齒形同步帶不同的型式和材料進(jìn)行合理選型，可從一定程序上達(dá)到降噪的目的；根據(jù)其運(yùn)動(dòng)特性，合理選擇齒輪副側(cè)隙控制標(biāo)準(zhǔn)，可有效地解決數(shù)控插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)噪聲。

數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是插齒機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要來(lái)源，針對(duì)主運(yùn)動(dòng)噪聲問(wèn)題，我們采取了驅(qū)動(dòng)箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)、齒輪側(cè)隙的優(yōu)化和改善同步帶等措施來(lái)降噪。

首先從改善同步帶材料及同步帶輪結(jié)構(gòu)來(lái)著手。在保證數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈尺寸不變的前提下，改變帶輪齒形（舊：HTD→新：8YU）和同步帶材質(zhì)（舊：聚氨酯→新：橡膠），達(dá)到降低驅(qū)動(dòng)箱部位噪聲的效果（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1　HTD型聚氨酯齒形同步帶

圖2　更換后8YU橡膠齒形同步帶

圖3　大帶輪前后噪聲對(duì)比

圖4　小帶輪前后噪聲對(duì)比

我們?cè)谛⌒蛿?shù)控插齒機(jī)YKS5120X3上進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一周的準(zhǔn)備、調(diào)整和試驗(yàn)，對(duì)更換前后的同步帶和同步輪噪聲進(jìn)行收集，對(duì)比檢測(cè)結(jié)果如附表、圖3和圖4所示。

同步帶更換前后噪聲對(duì)比表

說(shuō)明：本試驗(yàn)選擇面對(duì)主運(yùn)動(dòng)發(fā)聲源0.5m遠(yuǎn)，離地2m高處（將驅(qū)動(dòng)箱門(mén)打開(kāi)）測(cè)量，目的是便于更直接體現(xiàn)出同步帶更換前后噪聲變化值，以上測(cè)量值僅作為同步帶更換前后同步輪噪聲對(duì)比值，并不代表機(jī)床實(shí)際噪聲值。

通過(guò)以上圖表可以看出，在更換同步帶后大小帶輪的噪聲較之前有所降低，平均下降5～7dB，雖說(shuō)變化值較小，但據(jù)操作者反映，更換同步帶后機(jī)床驅(qū)動(dòng)箱部位聲音明顯變小。

本次試驗(yàn)通過(guò)更換同步輪齒形和改變同步帶材質(zhì)的方法，從降噪方面來(lái)說(shuō)達(dá)到了預(yù)期的效果，試驗(yàn)是成功的?！?YU”齒形全稱(chēng)為“高轉(zhuǎn)矩修正型圓弧齒”，通常用于數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)部位，相比于以前的“HTD”齒形傳動(dòng)更穩(wěn)定，噪聲略低，說(shuō)明通過(guò)改變同步輪齒形對(duì)本試驗(yàn)的成功起到了一定的作用。同步帶按材質(zhì)分類(lèi)主要分為聚氨酯和橡膠兩大類(lèi)。聚氨酯：耐磨性好，耐油，易產(chǎn)生內(nèi)聚熱，耐高溫一般，相對(duì)硬；橡膠：彈性好，不耐油，易老化，相對(duì)軟。從兩種材質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，將它們用在我們的機(jī)床上各有所長(zhǎng)，聚氨酯材質(zhì)更耐油、耐用，由于內(nèi)含金屬絲相對(duì)硬，從而噪聲相對(duì)大一些；橡膠材質(zhì)相對(duì)軟噪聲也要小一些。

小型數(shù)控插齒機(jī)YKS5120X3機(jī)床主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)箱帶和輪傳動(dòng)部位不需要潤(rùn)滑也不應(yīng)該存在油，將不會(huì)出現(xiàn)橡膠浸油后老化不耐用的情況，這說(shuō)明如果將橡膠同步帶可以應(yīng)用在小型數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)上，中大型插齒機(jī)為達(dá)到同樣的目的首先必須解決主運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑油的防護(hù)問(wèn)題。

我們對(duì)數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性和驅(qū)動(dòng)箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，數(shù)控插齒機(jī)為斷續(xù)切削，主運(yùn)動(dòng)的形式大多采用曲柄運(yùn)動(dòng)，當(dāng)曲柄塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中超過(guò)最高點(diǎn)后，刀軸的自重會(huì)加速主運(yùn)動(dòng)，低速時(shí)更加明顯，大型插齒機(jī)由于刀軸的質(zhì)量過(guò)大，運(yùn)動(dòng)慣性反而會(huì)超過(guò)主電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，反作用于驅(qū)動(dòng)箱的齒輪副，由于齒輪間隙的存在，從而產(chǎn)生碰撞振動(dòng)引起傳動(dòng)噪聲，大多齒輪箱并沒(méi)有對(duì)傳動(dòng)鏈進(jìn)行消隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，要解決齒輪傳動(dòng)的噪聲問(wèn)題，第一步先解決齒輪材料、熱處理、聯(lián)接方式和齒輪精度等方面問(wèn)題；第二步解決箱體類(lèi)零件中心距控制、孔中心線(xiàn)不平行的問(wèn)題；第三步從齒輪設(shè)計(jì)、加工、修形及檢測(cè)等方面進(jìn)行針對(duì)性分析，找到控制的措施；第四步在以上問(wèn)題得到解決的情況下，考慮到數(shù)控插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)的特殊性，還要選擇合適的齒輪副間隙。

針對(duì)這一情況，我們?cè)谥行蛿?shù)控插齒機(jī)上進(jìn)行一批試制，加工分廠(chǎng)將齒輪的側(cè)隙控制尺寸轉(zhuǎn)換到公法線(xiàn)尺寸上，并對(duì)試制齒輪每個(gè)進(jìn)行標(biāo)記和記錄；品管部對(duì)驅(qū)動(dòng)箱的中心距進(jìn)行控制，對(duì)試制驅(qū)動(dòng)箱的中心距逐一進(jìn)行標(biāo)記和記錄；部裝分廠(chǎng)技術(shù)員對(duì)驅(qū)動(dòng)裝配后的齒輪側(cè)隙進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行標(biāo)記和記錄，同時(shí)對(duì)研車(chē)時(shí)的噪聲進(jìn)行跟蹤；總裝分廠(chǎng)對(duì)機(jī)床重切的驅(qū)動(dòng)箱噪聲及力量情況進(jìn)行跟蹤和記錄（見(jiàn)圖5）。我們根據(jù)以上記錄進(jìn)行歸納總結(jié)，制定數(shù)控插齒機(jī)驅(qū)動(dòng)箱的改進(jìn)方案。根據(jù)驅(qū)動(dòng)箱齒輪加工側(cè)隙對(duì)傳動(dòng)噪聲的影響，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索，若將一對(duì)齒輪側(cè)隙控制在0.08～0.12mm時(shí)，插齒機(jī)驅(qū)動(dòng)箱噪聲相對(duì)較低。

圖 5

經(jīng)過(guò)幾輪對(duì)各種插齒機(jī)產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)箱齒輪公法線(xiàn)尺寸控制的試驗(yàn)跟蹤：在機(jī)加工嚴(yán)格控制公法線(xiàn)，在機(jī)床精加工控制箱體的中心距，在部裝測(cè)量齒輪副的側(cè)隙，在機(jī)床總裝監(jiān)聽(tīng)噪聲。最后將實(shí)踐中控制的齒輪公法線(xiàn)尺寸公差與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)與齒輪公法線(xiàn)極限偏差的7級(jí)精度D級(jí)結(jié)合形式公差帶相符合，公法線(xiàn)上偏差與實(shí)際控制的幾種產(chǎn)品完全相同，雖然此精度的公差帶較小，但齒輪嚙合側(cè)隙也相應(yīng)縮小，得到控制，而且進(jìn)口的德國(guó)霍芙勒磨齒機(jī)精度完全可以達(dá)到，此理論依據(jù)的成立也將困擾售后服務(wù)加大公法線(xiàn)齒輪備件的問(wèn)題得以解決。

以上從更換齒輪同步帶的型式和材料、控制齒輪副的側(cè)隙兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析和試驗(yàn)，從而將數(shù)控插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)噪聲得到有效控制，使我公司生產(chǎn)的數(shù)控插齒機(jī)在噪聲控制上超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

20150420）