立式车床降低噪声的实验研究

　　引言

　　CB3640-2立式双轴半自动车床(以下简称为CB3640立车)是三门峡金渠集团豫西机床有限公司的主要产品之一,全国也有不少类似于这种结构的立式车床,主要用来加工直径在400mm以下的各类盘形零件,有较高的效率。

　　CB3640立车在改进前存在着噪声高的问题,影响了该产品的质量和销售量,随着用户要求主轴转速的进一步提高,这种矛盾更加突出。

　　1　立车的结构

　　在立柱上有两套导轨,分别安装左、右两个刀架,刀架可上下、左右移动,也可绕自身中心回转。经PLC控制、液压驱动可自动完成进刀、换位、退刀等动作,实现加工过程中的半自动操作。这套装置的噪声比主轴传动系统的噪声要小得多。

　　CB3640立车的主要噪声来自于驱动轴的主传动系统。主轴左右各一套,其传动系统相同,但相互独立。传动系统的简图如图1所示。主轴的动力源于双速电动机,额定转速分别为1450r/min和980r/min,与电动机相联的轴装有两个液压离合器,一开一闭,对Ⅱ轴实现变速。Ⅱ轴与Ⅲ轴通过一对外接挂轮相联,根据不同的加工对象,调整主轴的转速。系统中的弧齿锥齿轮将水平轴上的动力传输给立式主轴,齿轮9、10是一对减速齿轮。经过三级变速,最终主轴的额定转速如表1所示。

　　经查阅设计图纸,齿轮5、6、9、10经过磨齿,精度为6级,成为噪声源的可能性较小。齿轮1、2、3、4和弧齿锥齿轮都没有磨齿,噪声较大,有可能为系统的主要噪声源。

　　2　噪声测量及频谱分析

　　噪声测试使用国产ND-2精密声级计,A计权网络。噪声信号由磁带记录机录制,在7T17信号处理机上进行频谱分析(附注:也可以用声级计,A/D卡,计算机和相应的软件做出)。

　　共测试了3台立车,6个主轴主传动系统的噪声,其噪声级与频谱分析结果大致相同,以下仅列出3种工况下的噪声测量与频谱分析结果。

　　当主轴额定转速为132r/min时,在立车前面测得噪声为81dB(A),在立车后面测得噪声为80dB(A),频谱分析结果见图2。

　　当主轴额定转速为372r/min时,在立车前面测得噪声为84dB(A),在立车后面测得噪声为83.5dB(A),频谱分析结果见图3。

　　当主轴转速为172r/min时,测得机床前面和后面的噪声均为78.5dB(A)(由于声级较低,文中未列出频谱分析结果)。

　　3　噪声源分析

　　当主轴转速为132r/min时,从图2的频谱图中可以看出,最大噪声源的频率为765Hz,此时齿轮3、4的啮合频率为751Hz,可见齿轮3、4的啮合为最大噪声源;当主轴转速为372r/min时,从图3的频谱图中可以看出,在410Hz、815Hz、1145Hz出现较大的噪声。经计算,齿轮3、4的啮合频率为1112Hz,弧齿锥齿轮的啮合频率为397Hz,齿轮9、10的啮合频率为384Hz,挂轮5、6的啮合频率为825Hz,齿轮3、4是噪声源无疑;弧齿锥齿轮引起了410Hz的噪声源也可以确定,但815Hz究竟是弧齿锥齿轮啮合的二倍频还是挂轮的啮合引起的噪声还待于进一步确定。