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機床噪聲的控制與預防

文檔作者：薛崗文檔來源：南通凌云數控機床有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年03月03日
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經驗交流 2013年第5期(第26卷，總第127期)·機械研究與應用·
機床噪聲的控制與預防
薛 崗
(南通凌云數控機床有限公司，江蘇南通226003)
摘要：針對機床噪聲對人的危害問題，分析了形成機床噪聲的各種原因和因素，提出了機床噪聲控制與預防對策，
以達到降低機床噪聲的目的。
關鍵詞：機床；噪聲；控制；預防
中圖分類號：TG5 文獻標志碼：B 文章編號：1007—4414(2013)05—0148—03
The Control and Prevention of M achine Noise
XUE Gang
(Nantong Lingyun CNC Machine Tool Co．，Ltd，Nantong Jiangsu 226003，China)
Abstract：Aiming at the problem of machine tool noise harm to human，various causes and factors of the form ation of machine
noise are analyzed，the machine noise control and preventive measures are put forward to reduce the noise of the machine too1．
Key words：machine tool；noise；control；prevention
1 機床噪聲的主要來源與特點
隨著機床技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，機
床加工中的噪聲污染越來越引起人們的重視。醫(yī)學
試驗研究表明，當工人長期處于85 dB以上的噪聲環(huán)
境中時，他們更容易出現注意力分散，工作效率下降，
乃至引起工傷事故。如果工作環(huán)境長時間得不到改
善，他們患上聽力、神經系統、心血管系統、消化系統
等疾病的幾率也會大幅增加?。因此，機床的噪聲
污染必須得到控制。
機床的噪聲主要來源于其空運轉時的噪聲和切
削工件時所產生的噪聲。其中空運轉噪聲是由機床
本身的結構決定的，它與機床的結構形式、機械傳動
系統的布置、傳動件的設計、公差配合的選用、工藝方
法和機床裝配質量等因素密切相關。? 國家對于金
屬切削機床在空運轉條件下的噪聲聲壓級的限值，在
GB 15760—2004金屬切削機床安全防護通用技術條
件第5．8條作了明確規(guī)定，應符合表1的規(guī)定。
表1 機床空運轉噪聲聲壓級的限值
機床噪聲的的測量方法應符合GB／T 16769—
2008的有關規(guī)定，以實測的驗證方法獲得。
切削噪聲是在機床切削工件條件下產生的，相關
因素包括了刀具、夾具和工件系統的狀況 。
2 機床噪聲的控制與預防
2．1 空運轉噪聲的控制
機床空運轉噪聲主要來源于齒輪箱和運動回轉
部件，可通過改善傳動齒輪、軸承、變速箱體等零件特
性以及合理應用阻尼材料來控制噪音。
2．1．1 齒輪噪聲的控制
齒輪的設計參數、加工工藝和工作情況是齒輪噪
聲形成的主要原因；制造精度、參數、裝配質量等因素
對噪聲的影響很大。影響齒輪噪聲的基本因素有：齒
輪的類型、齒數、模數、壓力角、齒面寬度、齒面光潔
度、基節(jié)誤差、齒形誤差、嚙合系數，以及齒輪的加工
方法、齒輪傳動時的轉速、載荷、裝配工藝等 J。針
對齒輪噪聲形成的各種因素，我們可以從改進齒輪類
型和結構，提高齒輪加工精度等方面來采取措施，合
理有效地來控制和預防齒輪噪聲的產生。
在設計齒輪的結構時選用合理的齒輪類型結構
對降低噪聲有很好的效果。在我廠自主研發(fā)的
YZ1620全自動切齒機主軸齒輪箱的設計過程中，由
于該機床有高強度、滿負載、工件切削余量大等一系
列特殊要求，所以在齒輪箱的設計過程中工程師選用
了模數為4，齒數分別為52，48，48，45等一系列的大
模數，大齒數的標準圓柱直齒輪。齒輪箱試制完成后
試運轉，發(fā)現齒輪在嚙合時振動和沖擊現象明顯，尤
其在高速時更引起強烈振動和噪聲。針對因齒輪箱
問題造成該機床的運轉噪聲大的問題，在新品試制
時，技術科提出了更改辦法：
(1)將主軸箱內的傳動齒輪的類型，由標準的圓
收稿日期：2013—08—13
作者簡介：薛崗(1980一)，男，江蘇南通人，工程師，研究方向：數控機床的設計與研究。
· 148·
· 機械研究與應用·2013年第5期(第26卷，總第127期) 經驗交流
柱直齒輪改為螺旋角為15。的斜齒輪以減小噪聲。
因為直齒輪的齒在接觸瞬間是整個齒寬的線接觸，傳
動時產生的嚙合沖擊較大。而改為使用斜齒輪傳動，
雖然也是線接觸的，但它是由齒面上的一點，漸漸向
下延伸而通過整個齒面的，與直齒輪具有不同的齒接
觸特征，，因而斜齒輪沖擊較小。如圖1所示，兩種類
型的齒輪傳動時具有1，2，3，4不同的輪齒嚙合線軌
跡，在相同轉速和切削負載狀態(tài)下，改用斜齒輪傳動
能有效地降低噪聲 。
(a)贏齒輪 (b)斜齒輪
圖1 不同類型齒輪輪齒接觸特征
(2)調整主軸箱內傳動齒輪的傳動比，保證從動
力輸出端的電機齒輪到帶動主軸傳動的最末端齒輪
之間的每對齒輪的齒數傳動比均為非整數值。這樣
可以避免因齒輪制造過程中的誤差以周期性的形態(tài)
影響齒輪傳動，而加劇振動產生噪聲。
提高齒輪加工的精度等級要求，提高齒輪齒面的
加工粗糙度要求，對齒輪的外加工單位提出磨齒加工
的要求，以減小齒形誤差和基節(jié)誤差來降低噪聲。
齒形誤差和基節(jié)誤差會造成齒輪在嚙合時產生
振動和沖擊、尤其在高速時更引起強烈振動和噪聲。
誤差越大，噪聲越大。因此通過提高齒輪加工刀具的
制造精度，來減小齒輪誤差，降低噪聲。合理確定表
面粗糙度，主要考慮表面粗糙度對齒面磨損的影響。
由于在一定條件下表面粗糙度太粗或太細均會導致
齒面磨損加劇，齒輪精度下降。齒面抗磨損的最佳表
面粗糙度數值與齒輪所受負荷大小有關，其數值在負
荷重時要比負荷輕時大 。
(4)提高齒輪的裝配質量。在齒輪裝配時，必須
保證齒輪兩軸平行度和中心距的要求，使齒輪正常嚙
合，減少齒輪沖擊，降低噪聲。做好齒輪的動平衡，尤
其是主軸箱內的大模數，大齒數的幾只大齒輪，因其
轉速高、質量大、直徑大的特點，齒輪動平衡不好會產
生振動和噪聲。
通過對主軸箱內齒輪的這一系列改進措施，在該
型號機床第二臺制造完成后試運轉，主軸箱內齒輪沖
擊與振動現象得到明顯改觀，噪聲降低不少，降噪效
果明顯。
2．1．2 軸承噪聲的控制
軸承分為滾動軸承與滑動軸承兩大類。一般說
來，滑動軸承轉動時的噪聲要小于滾動軸承。但由于
滾動軸承承受負載能力大，且根據承載方向的不同可
以選用不同種類的滾動軸承等優(yōu)點，目前機床設計過
程中主要還是以選用滾動軸承為主。
由于滾動軸承本身的結構特點，在運轉過程中必
然會產生噪聲，對滾動軸承運轉過程中的噪聲應給予
合理的控制與預防：
(1)避免軸承超載負載可使軸承產生的噪聲增
大，在軸類零件負載大的工作場合，應選用重型軸承
作為支撐。
盡量選擇精度高的軸承，降低噪聲。例如我廠生
產的M7130系列的平面磨床，用于磨頭主軸上的軸
承，由于磨床磨削時主軸精度要求高，此時就應選用
高精度的P5級軸承，而用于其它部位的軸承選用普
通等級的就可以滿足要求。
合理調整軸承間隙對于滾動軸承來說，軸承安
裝后均有工作間隙存在，工作間隙過大，軸承內載荷
不穩(wěn)定，運動時產生振動，增大噪聲，軸承精度和疲勞
強度差，壽命縮短；工作間隙過小，將造成承載時軸承
溫度過高，易產生“熱咬死”，產生振動，同樣會增大
噪聲，以致損壞。所以安裝軸承應根據工作精度，使
用場合轉速高低，選擇合理的軸承工作問隙，還應考
慮軸承與軸和外殼孔配合，以及機床運轉時溫度等因
素。一般高速運轉的軸承采用較大的工作游隙，低速
重載荷的軸承，采用較小的工作游隙，以得到優(yōu)化的
載荷分布和最長壽命。
選擇合理的軸承潤滑系統良好的潤滑可以降低
軸承噪聲。
2．1．3 變速箱體噪聲的控制
目前機床上的變速箱體基本上都是鑄造結構，合
理的變速箱結構，對于機床的減振作用，阻斷噪聲的
輻射效果明顯。工程師在設計過程中應盡可能提高
變速箱的密閉性，使變速箱中的空氣聲被封閉在箱體
內，盡量減少箱體上的窗口與操縱變速手柄的數量，
對箱體上的縫隙給予密封。實踐證明，這是降低變速
箱體噪聲最簡便也最易行的方案。
在機床運轉過程中，變速箱的噪聲絕大部分是通
過箱體表面?zhèn)鬟f出去的，箱體表面積振動越大傳遞的
聲能也越大，因此在變速箱體的設計過程中盡可能縮
小箱體表面積，同時提高箱體的剛性是降低噪聲的又
一措施。箱體內表面多采取曲面造型，轉角處采用大
半徑圓角，同時在箱壁受沖擊最強，振動速度最大的
區(qū)域增加加強筋，都是提高箱體剛性，降低噪聲的有
效措施 。
2．1．4 阻尼材料的應用
阻尼材料是一種新型的高分子材料，由于其具有
· 149 ·
經驗交流 2013年第5期(第26卷，總第127期)·機械研究與應用·
高阻尼的特性，在變形時能消耗能量，將部分機械振
動吸收轉化掉，所以在一些高端的數控加工中心上，
這一技術在降低噪聲方面得以應用。將阻尼板材固
定在機床的主要振動區(qū)域，齒輪副上或箱體外圍，可
以顯著降低噪聲。另外，目前還有一種阻尼涂料，將
其涂覆在金屬結構的表面，例如可噴涂在齒輪端面，
形狀復雜的齒輪箱內表面等處，也具有一定的減振降
噪的效果 。
2．2 工件切削過程中噪聲的控制
2．2．1 正確選擇加工工藝和切削用量
在切削過程中，切削用量直接影響工件的加工精
度與加工質量，同時與噪聲級的大小有很大關系。
如，在切削過程中，有時會遇到尖叫的刺耳聲，此時適
當減少切削量，噪聲會立即降低或消失。在機床的實
際使用中，操作者應嚴格按照工件加工工藝上要求的
切削進刀量，切削時機床的轉速來進行工件的加工。
2．2．2 選擇合適的刀具及時更換磨損的刀具
刀具的材料和刀具角度的選擇，直接影響切削過
程及切削力。刀具安裝是否合理，也與切削噪聲大小
有很大關系。及時更換刀盤上磨損的刀片，例如選用
高強度的YG8硬質合金鋼刀具進行切削，能很好的
降低工件切削過程中的振動和噪聲。
2．2．3 通過增加支承與支架提高穩(wěn)定性減振減噪
機床上加工工件距離主軸較長，可通過增加支承
(上接第147頁)
隙增大，車輪在不平直變形軌道上運行時車輪容易從
軸頸上向外退出，而軸端擋板螺釘壓緊力根本壓不住
車輪退出，為防止車輪外退，檢修人員將車輪軸頸與
車輪內側面焊高度10 mm一整圈焊縫固定，見圖3
所示。
圖3 車輪頸與車輪內側面焊接實物圖
因40 Cr和45鋼含碳較高，在常溫下焊接時，因
母材溫度較低，焊縫在瞬問產生的熱量對軸頸表層加
熱和冷卻速度都較快，軸表面在焊縫熱影響區(qū)靠近熔
· 150 ·
支架的辦法，增加機床的切削穩(wěn)定性。如常用的X63
臥式銑床，當需要安裝長刀桿對工作臺上工件水平面
進行縱向加工時，由于加工位置距離機床的主軸端面
較長，因此，需要在機床的床身懸梁前端安裝刀桿支
架，從而提高工件加工的精度，同時很好地降低了機
床的振動和噪聲。
3 結 語
造成機床噪聲的因素很多，除了文中所分析的齒
輪、軸承、變速箱體以及工件切削等主要原因，此外電
動機在運轉過程中所產生的通風噪聲，機械及電磁噪
聲；皮帶、鏈條等不均勻的傳動噪聲；機床液壓系統的
噪聲等也都是機床常見的噪聲源。有時當多個不同
頻率的噪聲雜亂無章地組合在一起時，為了更好地研
究與分析它們的組成情況，還需要借助專業(yè)的噪聲測
量儀器與頻譜分析儀，通過頻譜分析可以更加準確與
量化地掌握不同頻率段噪聲的產生與輻射情況。
參考文獻：
[1] 周新祥．噪聲控制及應用[M]．北京：海洋出版社，1999．
[2] 樊鵬．機床噪聲及其控制[M]．沈陽：遼寧人民出版社，1984．
[3] 張策．機床噪聲一原理及控制[M]．天津：天津科技出版社，
1984．
[4] 郭永環(huán)，范希營，姜輝，等．機床噪聲源的研究[J]．機械，2001
(6)：72—74．
合線一側在快速冷卻時容易形成一圈薄層馬氏體硬
脆金相組織，有導致開裂的危險，另一方面熱影響區(qū)
靠近熔合線處的晶粒因受高熱易于粗化，即容易使軸
頸焊接熔合線表面淬火，形成環(huán)狀馬氏體組織，馬氏
體容易形成表面裂紋，形成應力集中，在較大外力沖
擊和彎扭矩作用下，造成軸頸斷裂，故這也是主要原
因之一。
4 總 結
綜上所述，今后在類似車軸的設計中，應避免以
上問題。該廠針對車軸技術改進后如今已可正常使
用，取得了很好的經濟效益。
參考文獻：
[1] 鄭文緯，吳克堅，鄭星河．機械原理[M]．北京：高等教育出版
社，1997．
[2] 楊可楨．機械設計基礎[M]．北京：高等教育出版社，2006．
[3] 吳先文．機械設備維修技術[M]．北京：人民郵電出版社，2012．

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