机床噪声的控制与预防*

薛岗

(南通凌云数控机床有限公司，江苏南通 226003)

机床噪声的控制与预防*

薛岗

(南通凌云数控机床有限公司，江苏南通 226003)

针对机床噪声对人的危害问题，分析了形成机床噪声的各种原因和因素，提出了机床噪声控制与预防对策，以达到降低机床噪声的目的。

机床;噪声;控制;预防

1 机床噪声的主要来源与特点

随着机床技术的发展和人们生活水平的提高，机床加工中的噪声污染越来越引起人们的重视。医学试验研究表明，当工人长期处于85 dB以上的噪声环境中时，他们更容易出现注意力分散，工作效率下降，乃至引起工伤事故。如果工作环境长时间得不到改善，他们患上听力、神经系统、心血管系统、消化系统等疾病的几率也会大幅增加［1］。因此，机床的噪声污染必须得到控制。

机床的噪声主要来源于其空运转时的噪声和切削工件时所产生的噪声。其中空运转噪声是由机床本身的结构决定的，它与机床的结构形式、机械传动系统的布置、传动件的设计、公差配合的选用、工艺方法和机床装配质量等因素密切相关。［1］国家对于金属切削机床在空运转条件下的噪声声压级的限值，在GB 15760－2004金属切削机床安全防护通用技术条件第5.8条作了明确规定，应符合表1的规定。

表1 机床空运转噪声声压级的限值

机床噪声的的测量方法应符合 GB/T 16769－2008的有关规定，以实测的验证方法获得。

切削噪声是在机床切削工件条件下产生的，相关因素包括了刀具、夹具和工件系统的状况［1］。

2 机床噪声的控制与预防

2.1 空运转噪声的控制

机床空运转噪声主要来源于齿轮箱和运动回转部件，可通过改善传动齿轮、轴承、变速箱体等零件特性以及合理应用阻尼材料来控制噪音。

2.1.1 齿轮噪声的控制

齿轮的设计参数、加工工艺和工作情况是齿轮噪声形成的主要原因;制造精度、参数、装配质量等因素对噪声的影响很大。影响齿轮噪声的基本因素有:齿轮的类型、齿数、模数、压力角、齿面宽度、齿面光洁度、基节误差、齿形误差、啮合系数，以及齿轮的加工方法、齿轮传动时的转速、载荷、装配工艺等［2］。针对齿轮噪声形成的各种因素，我们可以从改进齿轮类型和结构，提高齿轮加工精度等方面来采取措施，合理有效地来控制和预防齿轮噪声的产生。

在设计齿轮的结构时选用合理的齿轮类型结构对降低噪声有很好的效果。在我厂自主研发的YZ1620全自动切齿机主轴齿轮箱的设计过程中，由于该机床有高强度、满负载、工件切削余量大等一系列特殊要求，所以在齿轮箱的设计过程中工程师选用了模数为4，齿数分别为52，48，48，45等一系列的大模数，大齿数的标准圆柱直齿轮。齿轮箱试制完成后试运转，发现齿轮在啮合时振动和冲击现象明显，尤其在高速时更引起强烈振动和噪声。针对因齿轮箱问题造成该机床的运转噪声大的问题，在新品试制时，技术科提出了更改办法:

(1)将主轴箱内的传动齿轮的类型，由标准的圆柱直齿轮改为螺旋角为15°的斜齿轮以减小噪声。因为直齿轮的齿在接触瞬间是整个齿宽的线接触，传动时产生的啮合冲击较大。而改为使用斜齿轮传动，虽然也是线接触的，但它是由齿面上的一点，渐渐向下延伸而通过整个齿面的，与直齿轮具有不同的齿接触特征，，因而斜齿轮冲击较小。如图1所示，两种类型的齿轮传动时具有1，2，3，4不同的轮齿啮合线轨迹，在相同转速和切削负载状态下，改用斜齿轮传动能有效地降低噪声［2］。

图1 不同类型齿轮轮齿接触特征

(2)调整主轴箱内传动齿轮的传动比，保证从动力输出端的电机齿轮到带动主轴传动的最末端齿轮之间的每对齿轮的齿数传动比均为非整数值。这样可以避免因齿轮制造过程中的误差以周期性的形态影响齿轮传动，而加剧振动产生噪声。

提高齿轮加工的精度等级要求，提高齿轮齿面的加工粗糙度要求，对齿轮的外加工单位提出磨齿加工的要求，以减小齿形误差和基节误差来降低噪声。

齿形误差和基节误差会造成齿轮在啮合时产生振动和冲击、尤其在高速时更引起强烈振动和噪声。误差越大，噪声越大。因此通过提高齿轮加工刀具的制造精度，来减小齿轮误差，降低噪声。合理确定表面粗糙度，主要考虑表面粗糙度对齿面磨损的影响。由于在一定条件下表面粗糙度太粗或太细均会导致齿面磨损加剧，齿轮精度下降。齿面抗磨损的最佳表面粗糙度数值与齿轮所受负荷大小有关，其数值在负荷重时要比负荷轻时大［3］。

(4)提高齿轮的装配质量。在齿轮装配时，必须保证齿轮两轴平行度和中心距的要求，使齿轮正常啮合，减少齿轮冲击，降低噪声。做好齿轮的动平衡，尤其是主轴箱内的大模数，大齿数的几只大齿轮，因其转速高、质量大、直径大的特点，齿轮动平衡不好会产生振动和噪声。

通过对主轴箱内齿轮的这一系列改进措施，在该型号机床第二台制造完成后试运转，主轴箱内齿轮冲击与振动现象得到明显改观，噪声降低不少，降噪效果明显。

2.1.2 轴承噪声的控制

轴承分为滚动轴承与滑动轴承两大类。一般说来，滑动轴承转动时的噪声要小于滚动轴承。但由于滚动轴承承受负载能力大，且根据承载方向的不同可以选用不同种类的滚动轴承等优点，目前机床设计过程中主要还是以选用滚动轴承为主。

由于滚动轴承本身的结构特点，在运转过程中必然会产生噪声，对滚动轴承运转过程中的噪声应给予合理的控制与预防:

(1)避免轴承超载 负载可使轴承产生的噪声增大，在轴类零件负载大的工作场合，应选用重型轴承作为支撑。

尽量选择精度高的轴承，降低噪声。例如我厂生产的M7130系列的平面磨床，用于磨头主轴上的轴承，由于磨床磨削时主轴精度要求高，此时就应选用高精度的P5级轴承，而用于其它部位的轴承选用普通等级的就可以满足要求。

合理调整轴承间隙对于滚动轴承来说，轴承安装后均有工作间隙存在，工作间隙过大，轴承内载荷不稳定，运动时产生振动，增大噪声，轴承精度和疲劳强度差，寿命缩短;工作间隙过小，将造成承载时轴承温度过高，易产生“热咬死”，产生振动，同样会增大噪声，以致损坏。所以安装轴承应根据工作精度，使用场合转速高低，选择合理的轴承工作间隙，还应考虑轴承与轴和外壳孔配合，以及机床运转时温度等因素。一般高速运转的轴承采用较大的工作游隙，低速重载荷的轴承，采用较小的工作游隙，以得到优化的载荷分布和最长寿命。

选择合理的轴承润滑系统良好的润滑可以降低轴承噪声。

2.1.3 变速箱体噪声的控制

目前机床上的变速箱体基本上都是铸造结构，合理的变速箱结构，对于机床的减振作用，阻断噪声的辐射效果明显。工程师在设计过程中应尽可能提高变速箱的密闭性，使变速箱中的空气声被封闭在箱体内，尽量减少箱体上的窗口与操纵变速手柄的数量，对箱体上的缝隙给予密封。实践证明，这是降低变速箱体噪声最简便也最易行的方案。

在机床运转过程中，变速箱的噪声绝大部分是通过箱体表面传递出去的，箱体表面积振动越大传递的声能也越大，因此在变速箱体的设计过程中尽可能缩小箱体表面积，同时提高箱体的刚性是降低噪声的又一措施。箱体内表面多采取曲面造型，转角处采用大半径圆角，同时在箱壁受冲击最强，振动速度最大的区域增加加强筋，都是提高箱体刚性，降低噪声的有效措施［2］。

2.1.4 阻尼材料的应用

阻尼材料是一种新型的高分子材料，由于其具有高阻尼的特性，在变形时能消耗能量，将部分机械振动吸收转化掉，所以在一些高端的数控加工中心上，这一技术在降低噪声方面得以应用。将阻尼板材固定在机床的主要振动区域，齿轮副上或箱体外围，可以显著降低噪声。另外，目前还有一种阻尼涂料，将其涂覆在金属结构的表面，例如可喷涂在齿轮端面，形状复杂的齿轮箱内表面等处，也具有一定的减振降噪的效果［3］。

2.2 工件切削过程中噪声的控制

2.2.1 正确选择加工工艺和切削用量

在切削过程中，切削用量直接影响工件的加工精度与加工质量，同时与噪声级的大小有很大关系。如，在切削过程中，有时会遇到尖叫的刺耳声，此时适当减少切削量，噪声会立即降低或消失。在机床的实际使用中，操作者应严格按照工件加工工艺上要求的切削进刀量，切削时机床的转速来进行工件的加工。

2.2.2 选择合适的刀具及时更换磨损的刀具

刀具的材料和刀具角度的选择，直接影响切削过程及切削力。刀具安装是否合理，也与切削噪声大小有很大关系。及时更换刀盘上磨损的刀片，例如选用高强度的YG8硬质合金钢刀具进行切削，能很好的降低工件切削过程中的振动和噪声。

2.2.3 通过增加支承与支架提高稳定性减振减噪

机床上加工工件距离主轴较长，可通过增加支承支架的办法，增加机床的切削稳定性。如常用的X63卧式铣床，当需要安装长刀杆对工作台上工件水平面进行纵向加工时，由于加工位置距离机床的主轴端面较长，因此，需要在机床的床身悬梁前端安装刀杆支架，从而提高工件加工的精度，同时很好地降低了机床的振动和噪声。

3 结 语

造成机床噪声的因素很多，除了文中所分析的齿轮、轴承、变速箱体以及工件切削等主要原因，此外电动机在运转过程中所产生的通风噪声，机械及电磁噪声;皮带、链条等不均匀的传动噪声;机床液压系统的噪声等也都是机床常见的噪声源。有时当多个不同频率的噪声杂乱无章地组合在一起时，为了更好地研究与分析它们的组成情况，还需要借助专业的噪声测量仪器与频谱分析仪，通过频谱分析可以更加准确与量化地掌握不同频率段噪声的产生与辐射情况。

［1］ 周新祥.噪声控制及应用［M］.北京:海洋出版社，1999.

［2］ 樊 鹏.机床噪声及其控制［M］.沈阳:辽宁人民出版社，1984.

［3］ 张 策.机床噪声—原理及控制［M］.天津:天津科技出版社，1984.

［4］ 郭永环，范希营，姜 辉，等.机床噪声源的研究［J］.机械，2001 (6):72－74.

The Control and Prevention of Machine Noise

XUE Gang
(Nantong Lingyun CNC Machine Tool Co.，Ltd，Nantong Jiangsu 226003，China)

Aiming at the problem of machine tool noise harm to human，various causes and factors of the formation of machine noise are analyzed，the machine noise control and preventive measures are put forward to reduce the noise of the machine tool.

machine tool;noise;control;prevention

TG5

B

1007－4414(2013)05－0148－03

2013－08－13

薛 岗(1980－)，男，江苏南通人，工程师，研究方向:数控机床的设计与研究。