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数控机床主轴箱的异常噪声原因及其解决方法

发表于2015-01-23 12:03       |       646次阅读      |来源:管理员      |收藏
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MJ-50数控车床整机噪声要求不大于83dB(A),主轴箱部件噪声要求不大于78dB(A),而且不允许有异常噪声。但实际MJ-50CNC主轴箱部件异常噪声的发生率相当高,由此返修率达80%左右,严重影响了产品质量和生产周期。

1 异常噪声的特征

图1为主轴箱结构示意图,主轴固定端前支承为一个双列圆柱滚子轴承(NN3024),二个角接触球轴承,前者承受径向载荷,后者承受轴向载荷。浮动端后支承为一个双列圆柱滚子轴承(NN3020)。主轴最高转速3500r/min。此结构配置的特点是径向负载能力大,有较高的刚度和精度,但对噪声的控制不利。在实际运转中经常产生“哧啦...哧啦...”的异常噪声,有时连续响,有时间断响,有时高速时响,有时中、低速时响。总之,这种异常噪声时有时无,毫无规律。

主轴箱结构示意图

2 产生异常噪声的原因

可能引起异常噪声的因素如图2所示。我们在拆检有异常噪声的MJ-50CNC主轴箱时,发现绝大多数轴承滚道已研出相当明显的痕迹,严重的已出现剥落和点蚀现象。滚动轴承NBμ15润滑脂已严重污染,这与轴承配合情况和清洁度均有很大关系。对拆检零件精度检测结果如下:

可能引起异常噪声的因素
(1)前、后轴承套与箱体孔配合过盈0.008~0.025mm。

(2)前、后轴承套与轴承外环配合过盈0.005~0.02mm。

(3)轴承预紧量过大,用手轴向提压轴承外环相当费劲,通过重新预紧测算,径向预紧量在0.01mm左右(不包括轴承套与箱体孔、轴承外环的过盈配合量)。

(4)前后轴承套圆度0.002~0.006mm,个别达0.01mm。

(5)前后轴承端盖轴向预紧量0.04~0.09mm。

(6)有的主轴箱高速运转时有振感,但主轴组件动平衡精度均达G2.5级,符合要求。

(7)主轴后端皮带轮槽径向圆跳动0.02~0.07mm。

(8)主轴箱前后箱体孔圆度、同轴度在0.005mm之内。

(9)主轴与轴承锥孔接触面积60%~80%。

(10)主轴各项精度基本合格。

综合以上因素,引起异常噪声的主要原因为:

(1)主轴箱体孔与轴承套、轴承套与轴承外环配合过盈量过大,引起轴承变形;

(2)轴承预紧量过大,引起轴承变形;

(3)各件清洁度低,特别是轴承,污物损伤滚道或使润滑脂失效;

(4)轴承端盖轴向预紧量过大,引起轴承外环不均匀变形。

3 解决措施

3.1 调整轴承预紧量

从NSK NN3020双列圆柱滚子轴承为例,分析轴承径向间隙与轴承寿命、刚性之间的关系。从图3可以看出,轴承径向间隙在-0.003~0.004mm较为合理,过盈0.002mm时疲劳寿命最高,过盈量再增加,则寿命急剧下降。

轴承径向间隙与寿命关系曲线

从图4可知,轴承径向过盈大于0.002mm时,轴承径向位移小,主轴刚性较好;当轴承存在间隙时,刚性明显变差。

轴承径向间隙与轴承径向变形关系曲线
综合轴承间隙与疲劳使用寿命和刚性之间的关系,以及查阅的有关此类轴承预紧量的经验数据和理论分析资料,最后将轴承径向预紧量目标值确定为过盈0.001~0.005mm。为此,我们控制以下几项精度:

(1)主轴箱体孔与轴承套配合过盈0~0.004mm。

(2)轴承与轴承套配合过盈0~0.004mm。

(3)轴承预紧时(主轴和轴承未装入轴承套之前),内外环的间隙控制到0,且凭手感轴向提、压外环稍用力即能使外环移动。

3.2 轴承端盖轴向预紧量调整

从图5和图6可以看出,预紧量δ<0.04mm时,轴承外环内径变形量在0.0015mm左右;预紧量到0.08mm时,变形量急剧增大。但预紧量过小会影响主轴精度,我们选定δ=0.02~0.05mm。

轴承端盖锁紧引起轴承外环变形示意图

3.3 清洁度、恒温要求

主轴箱部件装配要求在恒温、净化室内进行,这样既保证了环境的清洁度,又避免了环境温度变化对零件配合公差的影响。装配时,各零部件必须严格清洗,特别是轴承必须用航空汽油反复清洗。

3.4 其它精度控制

(1)主轴后端皮带轮槽径向圆跳动不大于0.03mm。

(2)主轴箱体孔、轴承套内、外圆圆度不大于0.003mm,圆柱度不大于0.003mm。

(3)轴承内环与主轴接触面积不少于80%。

4 验证结果

严格按照上述要求组织生产了8台MJ-50CNC主轴箱部件,经过部件试运转,整机调试均未产生异常噪声。

MJ-50数控车床批量生产至今已4年多,主轴箱合格率达100%,一次性装配合格率均在95%以上。从此以后,在MJ-520CNC、MJ-630CNC等数控车床上也采取上述措施,均获得了满意的结果。

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