数控机床主轴箱使用多年后主轴箱噪声大的故障维修

故障现象：XK7160 型数控铣床主传动系统(图8-3)，采用齿轮变速传动。工作中不可避免地要产生振动噪声、摩擦噪声和冲击噪声。数控机床的主传动系统的变速是在机床不停止工作的状态下，由计算机控制完成的。因此它比普通机床产生的噪声更为连续，更具有代表性。机床起初使用时，噪声就较大，并且噪声声源主要来自主传动系统。经使用了多年后，噪声越来越大。用声级计在主轴4000r/min 的转速下，测得噪声为85.2dB。分析及处理过程：我们知道，机械系统受到任何激发力，该系统就会对此激发力产生响应而出现振动。这个振动能量在整个系统中传播，当传播到辐射表面，这个能量就转换成压力波经空气再传播出去，即声辐射。因此，这个激发响应、系统内部传递及辐射三步骤就是振动噪声、摩擦噪声和冲击

噪声的形成过程。

XK7160 数控机床的主传动系统在工作时正是由于齿轮、轴承等零部件经过激发响应，并在系统内部传递和辐射出现了噪声，而这些部件又由于出现了异常情况，使激发力加大，从而使噪声增大。

(1)齿轮的噪声分析XK7160 数控铣床的主传动系统是由主电动机和齿轮来完成变速传动的。因此，齿轮的啮合传动是主要噪声源之一。

首先看一对齿轮的啮合情况，根据齿轮的啮合原理，任意瞬时t 两齿轮齿间的相对滑动速度为：vs=vt1-vt2。齿轮副在啮合区传动时，啮合点是沿啮合线移动的，当啮合点移向节点时相对滑动速度逐渐减小，在节点处，相对滑动速度在方向上发生了变化，造成了激振力。如果齿轮的各种误差加大和外界负荷的波动及其他零部件的影响，传动系统的共振，润滑条件的不好，就会加剧激振力的产生。当啮合点渐远节点时，相对滑动速度逐渐增大，齿面相对滑动速度正比于齿轮的回转速度。

机床主传动系统中齿轮在运转时产生的噪声主要有：

1)齿轮在啮合中，使齿与齿之间出现连续冲击而使齿轮在啮合频率下产生受迫振动并带来冲击噪

声。

2)因齿轮受到外界激振力的作用而产生齿轮固有频率的瞬态自由振动并带来噪声。3)因齿轮与传动轴及轴承的装配出现偏心引起的旋转不平衡的惯性力，因此产生了与转速相一致

的低频振动。随着轴的旋转，每转发出一次共鸣噪声。

4)因齿与齿之间的摩擦导致齿轮产生的自激振动并带来摩擦噪声。如果齿面凸凹不平，会引起快速、周期性的冲击噪声。

(2)轴承的噪声分析XK7160 数控铣床的主轴变速系统有滚动轴承12 个，的轴承外径为125mm。轴承与轴径及支承孔的装配、预紧力、同心度、润滑条件以及作用在轴承上负荷的大小，径向间隙等都对噪声有很大影响。另外一个重要原因是***对滚动轴承零件都有相应的公差范围，因此轴承本身的制造偏差，在很大程度上就决定了轴承的噪声。可以说滚动轴承的噪声是该机床主轴变__速系统的另一个主要噪声源，特别在高转速下表现更为强烈。滚动轴承***易产生变形的部位就是其内外环。内外环在外部因素和自身精度的影响下，有可能产生摇摆振动、轴向振动、径向振动、轴承环本身的径向振动和轴向弯曲振动。

综上所述，大致可以从以下几个方面对噪声进行控制：

(1)齿轮的噪声控制由于齿轮噪声的产生是多因素引起的，其中有些因素是齿轮的设计参数所决定的。针对该机床出现的主轴传动系统的齿轮噪声的特点，在不改变原设计的基础上，有下列在原有齿轮上进行修整和改进的一些做法。

1)齿形修缘。由于齿形误差和法向齿距的影响，在轮齿承载产生了弹性变形后，会使齿轮啮合时造成瞬时顶撞和冲击。因此，为了减小齿轮在啮合时由于齿顶凸出而造成的啮合冲击，可进行齿顶修缘。齿顶修缘的目的就是校正齿的弯曲变形和补偿齿轮误差，从而降低齿轮噪声。修缘量取决于法向

齿距误差和承载后齿轮的弯曲变形量，以及弯曲方向等。齿形修缘时，可根据这几对齿轮的具体情况只修齿顶，或只修齿根，只有在修齿顶或修齿根达不到良好效果时，才将齿顶和齿根一块修。

2)控制齿形误差。齿形误差是由多种因素造成的，观察该机床主传动系统中齿轮的齿形误差主要是加工过程中出现的，以及长期运行条件不好所致。因齿形误差而在齿轮啮合时产生的噪声在该机床中是比较明显的。一般情况下，齿形误差越大，产生的噪声也就越大。

3)控制啮合齿轮的中心距。啮合齿轮的实际中心距的变化将引起压力角的改变，如果啮合齿轮的中心距出现周期性变化，那么也将使压力角发生周期性变化，噪声也会周期性增大。对啮合中心距的

分析表明，当中心距偏大时，噪声影响并不明显；而中心距偏小时，噪声就明显增大。在控制啮合齿轮的中心距时，将齿轮的外径，传动轴的弯曲变形及传动轴与齿轮、轴承的配合都控制在理想状态，这样可尽量消除由于啮合中心距的改变而产生的噪声。

4)润滑油对控制噪声的作用。润滑油在润滑和冷却的同时，还起一定的阻尼作用，噪声随油的数量和粘度的增加而变小。若能在齿面上维持一定的油膜厚度，就能防止啮合齿面直接接触，就能衰减振动能量，从而降低噪声。实际上，齿轮润滑需油量很少，而大量给油是为了冷却作用。实验证明，齿轮润滑以啮出侧给油，这样既起到了冷却作用，又在进入啮合区前，在齿面上形成了油膜；如果能控制油少量进入啮合区，降噪效果更佳。据此，将各个油管重新布置，使润滑油按理想状态溅入每对齿轮，以控制由于润滑不利而产生的噪声。

(2)轴承的噪声控制

1)控制内外环质量。在XK7160 数控铣床的主传动系统中，所有轴承都是内环转动、外环固定。这时内环如出现径向偏摆就会引起旋转时的不平衡，从而产生振动噪声。如果轴承的外环与配合孔形状公差和位置公差都不好，则外环就会出现径向摆动，这样就破坏了轴承部件的同心度。内环与外环端面的侧向出现较大跳动，还会导致轴承内环相对于外环发生歪斜。轴承的精度越高，上述的偏摆量就越小，产生的噪声也就越小。除控制轴承内外环几何形状偏差外，还应控制内外环滚道的波纹度，减小表面粗糙度，严格控制在装配过程中使滚道表面磕伤、划伤，否则不可能降低轴承的振动噪声。经观察和实验发现，滚道的波纹度为密波或疏波时滚珠在滚动时的接触点显然不同，由此引起振动频率差别很大。

2)控制轴承与孔和轴的配合精度。在该机床的主传动系统中，轴承与轴和孔配合时，应保证轴承有必要的径向间隙。径向工作间隙的数值，是由内环在轴上和外环在孔中的配合以及在运行状态下内环和外环所产生的温差所决定的。因此，轴承中初始间隙的选择对控制轴承的噪声具有重要意义。过大的径向间隙会导致低频部分的噪声增加，而较小的径向间隙又会引起高频部分的噪声增加。外环在孔中的配合形式会影响固体噪声的传播，较紧的配合能提高传声性，会使噪声加大：配合过紧，会迫使滚道变形，从而加大轴承滚道的形状误差，使径向间隙减小，也导致噪声的增加；但轴承外环过松的配合还是会引起较大噪声。只有松紧适当的配合才有利，这样可使轴承与孔接触处的油膜对外环振动产生阻尼，从而降低噪声。配合部位的形位公差和表面加工的粗糙度，应符合所选轴承精度等级

的要求。如果轴承很紧地安装在加工不***的轴上，那么轴的误差就会传递给轴承内环滚道上，并以较高的波纹度形式表现出来，噪声也就随之增大。通过上述对XK7160 数控铣床主传动系统的噪声分析和控制后，取得了可喜的效果。在同样条件下，

用声级计对修复后的机床噪声又进行了测试，主传动系统经过噪声控制后为74dD，降低了11.2dD。经过几年的使用，该机床的噪声一直稳定在这个水平上。

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维修的主轴按主轴锥孔类别分别有：

国际ISO系列：ISO30、ISO40、ISO45、ISO50等。

日本BT系列：BT30、BT40 、BT50、BT60等。

HSK系列：HSK-A、HSK-B、HSK-C、HSK-D、HSK-E、HSK-F等。