數(shù)控插齒機主運動噪聲分析及解決

■宜昌長機科技有限責任公司 （湖北 443003）　周慶華　鄧應誠

數(shù)控插齒機主運動噪聲分析及解決

■宜昌長機科技有限責任公司 （湖北 443003）周慶華鄧應誠

數(shù)控插齒機的主運動采用曲柄運動方式，第一級傳動采用皮帶傳動，但不同類型的皮帶將產(chǎn)生不同dB的噪聲。通過對齒形同步帶不同的型式和材料進行合理選型，可從一定程序上達到降噪的目的；根據(jù)其運動特性，合理選擇齒輪副側(cè)隙控制標準，可有效地解決數(shù)控插齒機的主運動噪聲。

數(shù)控插齒機主運動系統(tǒng)是插齒機產(chǎn)生噪聲的主要來源，針對主運動噪聲問題，我們采取了驅(qū)動箱傳動結(jié)構(gòu)改進、齒輪側(cè)隙的優(yōu)化和改善同步帶等措施來降噪。

首先從改善同步帶材料及同步帶輪結(jié)構(gòu)來著手。在保證數(shù)控插齒機主運動傳動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），達到降低驅(qū)動箱部位噪聲的效果（見圖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　大帶輪前后噪聲對比

圖4　小帶輪前后噪聲對比

我們在小型數(shù)控插齒機YKS5120X3上進行試驗，經(jīng)過一周的準備、調(diào)整和試驗，對更換前后的同步帶和同步輪噪聲進行收集，對比檢測結(jié)果如附表、圖3和圖4所示。

同步帶更換前后噪聲對比表

說明：本試驗選擇面對主運動發(fā)聲源0.5m遠，離地2m高處（將驅(qū)動箱門打開）測量，目的是便于更直接體現(xiàn)出同步帶更換前后噪聲變化值，以上測量值僅作為同步帶更換前后同步輪噪聲對比值，并不代表機床實際噪聲值。

通過以上圖表可以看出，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，雖說變化值較小，但據(jù)操作者反映，更換同步帶后機床驅(qū)動箱部位聲音明顯變小。

本次試驗通過更換同步輪齒形和改變同步帶材質(zhì)的方法，從降噪方面來說達到了預期的效果，試驗是成功的。“8YU”齒形全稱為“高轉(zhuǎn)矩修正型圓弧齒”，通常用于數(shù)控機床主軸傳動部位，相比于以前的“HTD”齒形傳動更穩(wěn)定，噪聲略低，說明通過改變同步輪齒形對本試驗的成功起到了一定的作用。同步帶按材質(zhì)分類主要分為聚氨酯和橡膠兩大類。聚氨酯：耐磨性好，耐油，易產(chǎn)生內(nèi)聚熱，耐高溫一般，相對硬；橡膠：彈性好，不耐油，易老化，相對軟。從兩種材質(zhì)的優(yōu)缺點來看，將它們用在我們的機床上各有所長，聚氨酯材質(zhì)更耐油、耐用，由于內(nèi)含金屬絲相對硬，從而噪聲相對大一些；橡膠材質(zhì)相對軟噪聲也要小一些。

小型數(shù)控插齒機YKS5120X3機床主運動驅(qū)動箱帶和輪傳動部位不需要潤滑也不應該存在油，將不會出現(xiàn)橡膠浸油后老化不耐用的情況，這說明如果將橡膠同步帶可以應用在小型數(shù)控插齒機主運動上，中大型插齒機為達到同樣的目的首先必須解決主運動潤滑油的防護問題。

我們對數(shù)控插齒機主運動的運動特性和驅(qū)動箱的結(jié)構(gòu)進行分析，數(shù)控插齒機為斷續(xù)切削，主運動的形式大多采用曲柄運動，當曲柄塊運動過程中超過最高點后，刀軸的自重會加速主運動，低速時更加明顯，大型插齒機由于刀軸的質(zhì)量過大，運動慣性反而會超過主電動機的驅(qū)動力，反作用于驅(qū)動箱的齒輪副，由于齒輪間隙的存在，從而產(chǎn)生碰撞振動引起傳動噪聲，大多齒輪箱并沒有對傳動鏈進行消隙結(jié)構(gòu)設(shè)計。也就是說，要解決齒輪傳動的噪聲問題，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題；第二步解決箱體類零件中心距控制、孔中心線不平行的問題；第三步從齒輪設(shè)計、加工、修形及檢測等方面進行針對性分析，找到控制的措施；第四步在以上問題得到解決的情況下，考慮到數(shù)控插齒機主運動的特殊性，還要選擇合適的齒輪副間隙。

針對這一情況，我們在中型數(shù)控插齒機上進行一批試制，加工分廠將齒輪的側(cè)隙控制尺寸轉(zhuǎn)換到公法線尺寸上，并對試制齒輪每個進行標記和記錄；品管部對驅(qū)動箱的中心距進行控制，對試制驅(qū)動箱的中心距逐一進行標記和記錄；部裝分廠技術(shù)員對驅(qū)動裝配后的齒輪側(cè)隙進行測量，并進行標記和記錄，同時對研車時的噪聲進行跟蹤；總裝分廠對機床重切的驅(qū)動箱噪聲及力量情況進行跟蹤和記錄（見圖5）。我們根據(jù)以上記錄進行歸納總結(jié)，制定數(shù)控插齒機驅(qū)動箱的改進方案。根據(jù)驅(qū)動箱齒輪加工側(cè)隙對傳動噪聲的影響，經(jīng)過長時間的摸索，若將一對齒輪側(cè)隙控制在0.08～0.12mm時，插齒機驅(qū)動箱噪聲相對較低。

圖 5

經(jīng)過幾輪對各種插齒機產(chǎn)品驅(qū)動箱齒輪公法線尺寸控制的試驗跟蹤：在機加工嚴格控制公法線，在機床精加工控制箱體的中心距，在部裝測量齒輪副的側(cè)隙，在機床總裝監(jiān)聽噪聲。最后將實踐中控制的齒輪公法線尺寸公差與相關(guān)標準進行比較，發(fā)現(xiàn)與齒輪公法線極限偏差的7級精度D級結(jié)合形式公差帶相符合，公法線上偏差與實際控制的幾種產(chǎn)品完全相同，雖然此精度的公差帶較小，但齒輪嚙合側(cè)隙也相應縮小，得到控制，而且進口的德國霍芙勒磨齒機精度完全可以達到，此理論依據(jù)的成立也將困擾售后服務加大公法線齒輪備件的問題得以解決。

以上從更換齒輪同步帶的型式和材料、控制齒輪副的側(cè)隙兩個方面來進行分析和試驗，從而將數(shù)控插齒機的主運動的傳動噪聲得到有效控制，使我公司生產(chǎn)的數(shù)控插齒機在噪聲控制上超過了國家標準。

20150420）