一、主軸噪聲故障分析

在很多數(shù)控銑床中，由于主軸的變速系統(tǒng)仍采用若干傳動軸、齒輪和軸承，因此在工作中不可避免地要產(chǎn)生振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲。而數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)的變速是在機床不停止工作的狀態(tài)下，由計算機控制完成的，因此它比普通機床產(chǎn)生的噪聲更為連續(xù)，更具有代表性。

某數(shù)控銑床，在初次使用時噪聲就較大，并且噪聲聲源主要來自主傳動系統(tǒng)，隨著使用時間的延長噪聲越來越大，用聲級計在主軸2000r/min的轉(zhuǎn)速下，測得噪聲為85.2dB。

故障檢查與分析

機械系統(tǒng)受到外界任何的激振力，系統(tǒng)就會因?qū)Υ思ふ窳Ξa(chǎn)生響應(yīng)而出現(xiàn)振動。這個振動能量在整個系統(tǒng)中傳播，當傳播到輻射表面，這個能量就轉(zhuǎn)換成壓力波，經(jīng)空氣再傳出去，即聲輻射。因此，激發(fā)響應(yīng)、系統(tǒng)內(nèi)部傳遞及聲輻射這三個步驟就是振動噪聲、摩擦噪聲和沖擊噪聲的形成過程。

數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)土作時，正是由于齒輪、軸承等零部件經(jīng)過激發(fā)響應(yīng)，并在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞和輻射而出現(xiàn)了噪聲，且這些部件又由于出現(xiàn)了異常情況，使激振力加大從而使噪聲增大。

（1）齒輪噪聲分析。數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)主要是靠齒輪來完成變速和傳動的因此，齒輪的嚙合傳動是主要噪聲源之一。

機床主傳動系統(tǒng)中齒輪在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的噪聲主要有：

①齒輪在嚙合中，齒與齒之間出現(xiàn)連續(xù)沖擊而使齒輪在嚙合頻率下產(chǎn)生受迫振動并帶來沖擊噪聲。

②因齒輪受到外界激振力的作用而產(chǎn)生齒輪固有頻率的瞬態(tài)自由振動并帶來噪聲。

③因齒輪與傳動軸及軸承的裝配出現(xiàn)偏心而引起旋轉(zhuǎn)不平衡慣性力，由此產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)速相一致的低頻振動。隨著軸的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一次發(fā)出一次共鳴噪聲。

④因齒與齒之間的摩擦導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生的自激振動并帶來摩擦噪聲。如果齒面凸凹不平，會引起快速周期性的沖擊噪聲。

（2）軸承噪聲分析。該數(shù)控銑床的主軸變速系統(tǒng)共有滾動軸承38個。軸承與軸頸及支承孔的裝配、預(yù)緊力、同心度、潤滑條件以及作用在軸承上負荷的大小、徑向間隙等都對噪聲有很大影響。而且軸承本身的制造偏差，在很大程度上決定了軸承的噪聲。滾動軸承Z易產(chǎn)生變形的部位就是其內(nèi)外環(huán)。內(nèi)外環(huán)在外部因素和自身精度的影響下，有可能產(chǎn)生搖擺振動、軸向振動、徑向振動、軸承環(huán)本身的徑向振動和軸向彎曲振動。

與齒輪同理，軸承的轉(zhuǎn)速越高，回轉(zhuǎn)基頻就越大，噪聲也就隨之增大軸承滾動體內(nèi)外環(huán)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(nèi)外環(huán)上凹陷點很多，在頻譜上表現(xiàn)出這些頻率的高次諧波，引起的噪聲也就越高。

二、主軸噪聲故障處理

1.齒輪噪聲控制

由于齒輪噪聲的產(chǎn)生是多因素引起的，其中有些因素是齒輪設(shè)計參數(shù)決定的針對故障銑床出現(xiàn)的主軸運動系統(tǒng)齒輪噪聲的特點，在不改變原設(shè)計的基礎(chǔ)上，在原有齒輪上進行修理和改進，以減少噪聲。

（1）齒頂修緣。由于齒形誤差和齒距的影響，在輪齒承載產(chǎn)生了彈性變形后，造成齒輪嚙合時瞬時頂撞和沖擊。因此，為了減少齒輪在嚙合時由于齒頂凹凸而造成的嚙合沖擊，可進行齒頂修緣。齒頂修緣的目的是校正齒的彎曲變形和補償齒輪誤差，從而降低齒輪噪聲。修緣量取決于齒距誤差和承載后齒輪的彎曲變形量，以及彎曲方向等。修緣時主要針對該機床嚙合頻率Z高的那幾對齒輪和這些齒輪在模數(shù)為3、4、5mm時所采取的不同修緣量。在修緣時一定要注意修緣量的控制，并采取重復(fù)試驗的方法，以免修緣量過大而破壞有效的工作齒廓，或修緣量過小起不到修緣的作用齒形修緣時，可根據(jù)這幾對齒輪的具體情況只修齒頂或只修齒根，只有在單獨修齒頂或修齒根達不到良好效果時，齒頂和齒根才共同修修緣量的徑向和軸向值可分配給一個齒輪，也可根據(jù)情況分配給兩個齒輪。

（2）控制齒形誤差。齒形誤差是由多種因素造成的，觀察故障銑床傳動系統(tǒng)中的齒輪，發(fā)現(xiàn)齒形誤差主要是在加工過程中出現(xiàn)的，其次是因長期運行條件不好所致。齒形誤差在齒輪嚙合時出現(xiàn)的噪聲比較常見。一般情況下，齒形誤差越大出現(xiàn)的噪聲也就越大。對于中凹齒形，輪齒在一次嚙合中受到兩次沖擊，噪聲很大，并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）控制嚙合齒輪中心距的改變。嚙合齒輪實際中心距的變化將引起壓力角的改變，如果嚙合齒輪的中心距出現(xiàn)周期性變化，那么也將使壓力角發(fā)生周期性變化，噪聲也會周期性增大。對嚙合中心距的分析表明，當中心距偏大時噪聲影響并不明顯，而中心距偏小時噪聲就明顯增大在控制嚙合齒輪的中心距時，對齒輪的外徑、傳動軸的變形、傳動軸與齒輪和軸承的配合都應(yīng)控制在理想狀態(tài)。這樣可盡可能消除由于嚙合中心距的改變而出現(xiàn)的噪聲。

（4）注意潤滑油對控制噪聲的作用。潤滑油在潤滑和冷卻的同時，還起一定的阻尼作用，噪聲隨油量和黏度的增加而變小。若能在齒面上維持一定的油膜厚度，就能防止嚙合齒面直接接觸，可衰減振動能量，從而降低噪聲，所以用黏度大的油對減少噪聲有利。該故障銑床的主傳動系統(tǒng)采用的是飛濺潤滑，而飛濺潤滑會增加油的擾動噪聲。實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，以利于潤滑。實驗證明，齒輪潤滑以嚙入側(cè)給油Z佳。這樣，既起到了冷卻作用，又在進入嚙合區(qū)前，在齒面上形成了油膜。如果能控制濺起的油少量進入嚙合區(qū)，降噪效果更佳。據(jù)此，將各個油管重新布置，使?jié)櫥桶蠢硐霠顟B(tài)濺入每對齒輪，以控制由于潤滑不利而產(chǎn)生的噪聲。

2.軸承噪聲控制

（1）控制內(nèi)外環(huán)質(zhì)量。故障銑床的主傳動系統(tǒng)中，所有軸承都是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動，外環(huán)固定。這時內(nèi)環(huán)如出現(xiàn)徑向偏擺就會引起旋轉(zhuǎn)時的不平衡，從而出現(xiàn)振動噪聲。如果軸承的外環(huán)，配合孔形狀和位置公差都不好時，就會出現(xiàn)徑向擺動，這樣就破壞了軸承部件的同心度。如果內(nèi)環(huán)與外環(huán)端面的側(cè)向出現(xiàn)較大跳動，還會導(dǎo)致軸承內(nèi)環(huán)相對于外環(huán)發(fā)生歪斜。軸承的精度越高，上述的偏擺量就越小，出現(xiàn)的噪聲也就越小。除控制軸承內(nèi)外環(huán)幾何形狀偏差外，還應(yīng)控制內(nèi)外環(huán)滾道的波紋度，降低表面粗糙度，嚴格控制在裝配過程中滾道的表面磕傷和劃傷，否則不可能降低軸承的振動噪聲。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，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，由此引起的振動頻率相差很大。

（2）控制軸承與孔和軸的配合精度。該故障銑床的主傳動系統(tǒng)中，軸承與軸和孔的配合，應(yīng)保證軸承有必要的徑向間隙。徑向工作間隙的Z佳數(shù)值，是由內(nèi)環(huán)在軸上和外環(huán)在孔中的配合，以及在運動狀態(tài)下內(nèi)環(huán)和外環(huán)所產(chǎn)生的溫差所決定的。因此軸承中初始間隙的選擇對控制軸承的噪聲具有重要意義。過大的徑向間隙會導(dǎo)致低頻部分的噪聲增加，而較小的徑向間隙又會引起高頻部分的噪聲增加。一般間隙控制在0.01mm時Z佳。外環(huán)在孔中的配合形式會影響噪聲的傳播。較緊的配合會提高傳聲性，從而使噪聲加大。過緊的配合，會迫使?jié)L道變形，從而加大軸承滾道的形狀誤差，使徑向間隙減小，也導(dǎo)致噪聲的增加。軸承外環(huán)過松的配合同樣會引起較大噪聲。只有松緊適當?shù)呐浜峡墒馆S頸與孔接觸處的油膜對外環(huán)振動產(chǎn)生阻尼，從而降低噪聲。另外，配合部位的形位公差和表面粗糙度，應(yīng)符合所選軸承精度等級的要求。如果軸承很緊地安裝在加工不準確的軸上，那么軸的誤差就會傳遞給軸承內(nèi)環(huán)滾道，并以較高的波紋度形式表現(xiàn)出來，噪聲也就隨之增大。

（來源：大牛數(shù)控技術(shù)）