摘要：數(shù)控加工中心的主動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)包含同步帶、變速齒輪、電機(jī)等，可將轉(zhuǎn)送速度提升至4000轉(zhuǎn)/分鐘以上。在運(yùn)行過(guò)程中，因驅(qū)動(dòng)主軸的作用，機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部在摩擦、沖擊、振動(dòng)的影響下，經(jīng)常產(chǎn)生噪聲。本文圍繞數(shù)控加工中心主軸箱軸承、同步帶輪與同步帶、齒輪的噪聲源及改進(jìn)控制方式等展開分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工中心;主軸箱;噪聲源;改進(jìn)控制方式

引言：數(shù)控加工中心是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成的，適用于加工復(fù)雜零件的高效率、自動(dòng)化機(jī)床。其綜合加工能力較強(qiáng)，工件一次裝夾后能夠完成較多加工內(nèi)容，加工精度均能維持較高水準(zhǔn)。與普通設(shè)備相比，中等加工難度的批量工件生產(chǎn)效率能夠提高5～10倍。其缺點(diǎn)在于，主軸箱經(jīng)常產(chǎn)生較大的噪聲，需要改進(jìn)。

1.數(shù)控加工中心主軸箱的噪聲產(chǎn)生原因分析

本文以CK7815型數(shù)控車床為例，對(duì)主軸箱結(jié)構(gòu)部件的主要噪聲源進(jìn)行分析。如圖1所示，為CK7815型數(shù)控車床主軸部件結(jié)構(gòu)示意圖。按照?qǐng)D中的編號(hào)，各組件分別為：1-同步帶輪;2-帶輪;3、7、8、10、11-螺母、4-主軸脈沖發(fā)生器;5-螺釘;6-支架;9-主軸;12-角接觸球軸承;13-前端蓋;14-前支承套;15-圓柱滾子軸承?；谶\(yùn)行原理，主軸箱內(nèi)部幾乎所有構(gòu)件均會(huì)產(chǎn)生噪聲，按照大小進(jìn)行排布，軸承、同步帶輪與同步帶、齒輪等相對(duì)嚴(yán)重。

1.1軸承的噪聲源分析

數(shù)控加工中心主軸箱的可變速齒輪與電機(jī)直連傳動(dòng)系統(tǒng)可采取多種布置方式，以下列兩種較為常見：①前端設(shè)有兩列高速角接觸球軸承，后方同樣如此，整體結(jié)構(gòu)布局為DB型;②前端設(shè)有兩列高速圓柱滾子軸承，采取雙向排布，額外添加高速推力角接觸球軸承（同樣為兩列），后端在高速推力角接觸軸承和高速圓柱滾子軸承中任選一種，采取兩列排布[1]。

直連電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式為：①前端采用高速角接觸球軸承，采取兩列排布;②中間部分選用高速角接觸球軸承，前段布置為DB結(jié)構(gòu)，在定子轉(zhuǎn)子后方布置一個(gè)支撐用的軸承。

按照上述布置，主軸軸承自身、同步帶、電機(jī)系統(tǒng)等具備并可同時(shí)投入使用的軸承數(shù)量最小為4個(gè)，最大可達(dá)7個(gè);如果選用可變速齒輪滾動(dòng)傳動(dòng)模式，則納入的軸承數(shù)量需要進(jìn)一步增加（原因在于：必須為輸出軸、中間軸的軸向和徑向載荷提供足夠的支撐，滾動(dòng)軸承的最大數(shù)量往往達(dá)到或超過(guò)10個(gè)）。當(dāng)數(shù)控加工中心處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸徑、支撐孔的公差等級(jí)、圓柱度、同軸度、軸承支撐孔端面均會(huì)在同一時(shí)間發(fā)生“持續(xù)性跳動(dòng)”，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。此外，主軸的強(qiáng)度、剛度、螺母的托盡力、法蘭盤的壓緊力、潤(rùn)滑程度等，會(huì)對(duì)軸承噪聲的大小造成影響。

1.2同步帶輪與同步帶的噪聲源分析

同步帶是以鋼絲繩或玻璃纖維作為強(qiáng)力層，在外表覆蓋聚氨酯或者氯丁橡膠，形成環(huán)形帶。其內(nèi)周往往被制成鋸齒狀，目的在于與齒形的帶輪相嚙合。在傳動(dòng)過(guò)程中，盡管其傳動(dòng)比較為精準(zhǔn)，對(duì)軸的作用力較小，且具備結(jié)構(gòu)緊湊、耐油、耐磨、抗老化等優(yōu)點(diǎn)，但在主電機(jī)和主軸傳送段，同步帶輪與同步帶也會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。

1.3齒輪的噪聲源分析

齒輪的噪聲源主要分為以下三種：

（1）齒輪在嚙合的過(guò)程中，由于齒與齒的連續(xù)性相互接觸，會(huì)持續(xù)不斷地產(chǎn)生沖擊噪聲;

（2）在裝配數(shù)控加工中心主軸箱時(shí)，由于裝配過(guò)程存在疏漏，導(dǎo)致齒輪、傳動(dòng)軸、軸承的間隙過(guò)大，精度發(fā)生偏離，價(jià)值連接松緊度等未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程無(wú)法維持平穩(wěn)，故而產(chǎn)生非必要的振動(dòng)，生成噪聲;

（3）齒輪齒形的設(shè)置不甚合理，導(dǎo)致不同的齒面在接觸期間，必然因自激振動(dòng)而引發(fā)摩擦噪聲。

2.改進(jìn)數(shù)控加工中心主軸箱，減小噪聲危害的有效方式

2.1軸承噪聲的有效控制方式

（1）圍繞軸承相配的軸徑、支撐孔公差等級(jí)、圓柱度、同軸度等參數(shù)進(jìn)行全面梳理，基于數(shù)控加工中心的工況要求、工件生產(chǎn)的具體需求，選擇合適的軸承組合。

（2）配置精密軸承、主軸、主軸套筒時(shí)，務(wù)必對(duì)徑向游隙進(jìn)行精確控制。如果處于“過(guò)松”狀態(tài)，則間隙內(nèi)的空氣會(huì)不斷受到壓縮而產(chǎn)生噪聲;此外，保持架與滾動(dòng)體之間會(huì)發(fā)生“沖擊”，產(chǎn)生噪聲;若處于“過(guò)緊”狀態(tài)，則各部件之間頻繁接觸、摩擦之下，不僅會(huì)產(chǎn)生極大的噪聲，還會(huì)使加劇構(gòu)件磨損程度，導(dǎo)致加工工件質(zhì)量下降。

（3）選擇合適的軸承潤(rùn)滑油。主軸軸承潤(rùn)滑油的理想狀態(tài)在于：顆粒雜質(zhì)必須控制在20微米以下。否則，過(guò)多的雜質(zhì)集中在輥道、滾動(dòng)體之間，受軸承的擠壓而逐漸形成碎屑，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，會(huì)在滾道面、轉(zhuǎn)動(dòng)面上生成很多壓痕，導(dǎo)致噪聲分貝進(jìn)一步提高。

2.2同步帶輪與同步帶的噪聲源控制

（1）當(dāng)主軸處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)時(shí)，必須保證瞬間嚙合，目的在于防止齒間截流的空氣溢出。

（2）上述方式能夠掐斷噪聲源的作用機(jī)理在于：①同步帶輪與同步帶產(chǎn)生的噪聲大小取決于嚙合的長(zhǎng)度;②為了進(jìn)一步提高噪聲抑制強(qiáng)度，可在設(shè)計(jì)同步帶式，將帶背的內(nèi)表面切開一個(gè)工藝凹槽，或?qū)⒅苯釉O(shè)置于帶輪之上，從而減少齒間截留的空氣總量，完成對(duì)噪聲的抑制。

（3）同步帶回轉(zhuǎn)系統(tǒng)隨著剛性的提升，其能夠產(chǎn)生的噪聲分貝便會(huì)越低?；诖?，在設(shè)計(jì)帶輪的具體位置時(shí)，應(yīng)該盡量使其接近主軸側(cè)后方的軸承處。按照此種設(shè)置模式，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的剛性即可提升，從而達(dá)到抑制噪聲的目的。

2.3減小齒輪噪聲的有效方式

（1）在數(shù)控加工中心試運(yùn)行期間，對(duì)齒輪的齒形進(jìn)行充分修正，防止嚙合沖擊。原理在于校正齒的彎曲變形現(xiàn)象，對(duì)齒輪的運(yùn)行誤差進(jìn)行補(bǔ)償，減小噪聲。

（2）對(duì)嚙合齒輪的中心距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。實(shí)踐顯示，中心距較大，則不會(huì)對(duì)噪聲的產(chǎn)生造成明顯影響;中心距較小，會(huì)加劇噪聲產(chǎn)生，故中心距不可過(guò)小[2]。

結(jié)語(yǔ)：數(shù)控加工中心主軸箱產(chǎn)生噪聲的根本原因?yàn)椋簝?nèi)部的各個(gè)傳動(dòng)部件處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，因相互摩擦、沖擊、振動(dòng)等影響，發(fā)出較大的聲音，經(jīng)由多種渠道向外傳播的過(guò)程中，受整體振動(dòng)的二次影響，主軸箱也會(huì)隨之振動(dòng)，進(jìn)而降低加工精度。故改進(jìn)主軸箱體設(shè)計(jì)、布置合理結(jié)構(gòu)、裝配隔離蓋板等，可有效控制噪聲。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯海鋒，任正法.數(shù)控加工中心主軸箱噪聲原因分析及改進(jìn)措施[J].設(shè)備管理與維修，2019（12）：127-128.

[2]徐青山. 大型數(shù)控落地鏜銑加工中心動(dòng)態(tài)特性分析及主軸箱優(yōu)化[D].蘇州大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：楊青松，1981年10月，男，四川資陽(yáng)人，大學(xué)，中級(jí)工程師，石油工具加工與設(shè)備管理方向