数控插齿机主运动噪声分析及解决

■宜昌长机科技有限责任公司 （湖北 443003）　周庆华　邓应诚

数控插齿机主运动噪声分析及解决

■宜昌长机科技有限责任公司 （湖北 443003）周庆华邓应诚

数控插齿机的主运动采用曲柄运动方式，第一级传动采用皮带传动，但不同类型的皮带将产生不同dB的噪声。通过对齿形同步带不同的型式和材料进行合理选型，可从一定程序上达到降噪的目的；根据其运动特性，合理选择齿轮副侧隙控制标准，可有效地解决数控插齿机的主运动噪声。

数控插齿机主运动系统是插齿机产生噪声的主要来源，针对主运动噪声问题，我们采取了驱动箱传动结构改进、齿轮侧隙的优化和改善同步带等措施来降噪。

首先从改善同步带材料及同步带轮结构来着手。在保证数控插齿机主运动传动链尺寸不变的前提下，改变带轮齿形（旧：HTD→新：8YU）和同步带材质（旧：聚氨酯→新：橡胶），达到降低驱动箱部位噪声的效果（见图1、图2）。

图1　HTD型聚氨酯齿形同步带

图2　更换后8YU橡胶齿形同步带

图3　大带轮前后噪声对比

图4　小带轮前后噪声对比

我们在小型数控插齿机YKS5120X3上进行试验，经过一周的准备、调整和试验，对更换前后的同步带和同步轮噪声进行收集，对比检测结果如附表、图3和图4所示。

同步带更换前后噪声对比表

说明：本试验选择面对主运动发声源0.5m远，离地2m高处（将驱动箱门打开）测量，目的是便于更直接体现出同步带更换前后噪声变化值，以上测量值仅作为同步带更换前后同步轮噪声对比值，并不代表机床实际噪声值。

通过以上图表可以看出，在更换同步带后大小带轮的噪声较之前有所降低，平均下降5～7dB，虽说变化值较小，但据操作者反映，更换同步带后机床驱动箱部位声音明显变小。

本次试验通过更换同步轮齿形和改变同步带材质的方法，从降噪方面来说达到了预期的效果，试验是成功的。“8YU”齿形全称为“高转矩修正型圆弧齿”，通常用于数控机床主轴传动部位，相比于以前的“HTD”齿形传动更稳定，噪声略低，说明通过改变同步轮齿形对本试验的成功起到了一定的作用。同步带按材质分类主要分为聚氨酯和橡胶两大类。聚氨酯：耐磨性好，耐油，易产生内聚热，耐高温一般，相对硬；橡胶：弹性好，不耐油，易老化，相对软。从两种材质的优缺点来看，将它们用在我们的机床上各有所长，聚氨酯材质更耐油、耐用，由于内含金属丝相对硬，从而噪声相对大一些；橡胶材质相对软噪声也要小一些。

小型数控插齿机YKS5120X3机床主运动驱动箱带和轮传动部位不需要润滑也不应该存在油，将不会出现橡胶浸油后老化不耐用的情况，这说明如果将橡胶同步带可以应用在小型数控插齿机主运动上，中大型插齿机为达到同样的目的首先必须解决主运动润滑油的防护问题。

我们对数控插齿机主运动的运动特性和驱动箱的结构进行分析，数控插齿机为断续切削，主运动的形式大多采用曲柄运动，当曲柄块运动过程中超过最高点后，刀轴的自重会加速主运动，低速时更加明显，大型插齿机由于刀轴的质量过大，运动惯性反而会超过主电动机的驱动力，反作用于驱动箱的齿轮副，由于齿轮间隙的存在，从而产生碰撞振动引起传动噪声，大多齿轮箱并没有对传动链进行消隙结构设计。也就是说，要解决齿轮传动的噪声问题，第一步先解决齿轮材料、热处理、联接方式和齿轮精度等方面问题；第二步解决箱体类零件中心距控制、孔中心线不平行的问题；第三步从齿轮设计、加工、修形及检测等方面进行针对性分析，找到控制的措施；第四步在以上问题得到解决的情况下，考虑到数控插齿机主运动的特殊性，还要选择合适的齿轮副间隙。

针对这一情况，我们在中型数控插齿机上进行一批试制，加工分厂将齿轮的侧隙控制尺寸转换到公法线尺寸上，并对试制齿轮每个进行标记和记录；品管部对驱动箱的中心距进行控制，对试制驱动箱的中心距逐一进行标记和记录；部装分厂技术员对驱动装配后的齿轮侧隙进行测量，并进行标记和记录，同时对研车时的噪声进行跟踪；总装分厂对机床重切的驱动箱噪声及力量情况进行跟踪和记录（见图5）。我们根据以上记录进行归纳总结，制定数控插齿机驱动箱的改进方案。根据驱动箱齿轮加工侧隙对传动噪声的影响，经过长时间的摸索，若将一对齿轮侧隙控制在0.08～0.12mm时，插齿机驱动箱噪声相对较低。

图 5

经过几轮对各种插齿机产品驱动箱齿轮公法线尺寸控制的试验跟踪：在机加工严格控制公法线，在机床精加工控制箱体的中心距，在部装测量齿轮副的侧隙，在机床总装监听噪声。最后将实践中控制的齿轮公法线尺寸公差与相关标准进行比较，发现与齿轮公法线极限偏差的7级精度D级结合形式公差带相符合，公法线上偏差与实际控制的几种产品完全相同，虽然此精度的公差带较小，但齿轮啮合侧隙也相应缩小，得到控制，而且进口的德国霍芙勒磨齿机精度完全可以达到，此理论依据的成立也将困扰售后服务加大公法线齿轮备件的问题得以解决。

以上从更换齿轮同步带的型式和材料、控制齿轮副的侧隙两个方面来进行分析和试验，从而将数控插齿机的主运动的传动噪声得到有效控制，使我公司生产的数控插齿机在噪声控制上超过了国家标准。

20150420）