肖軍，王尚斌

數控轉塔衝床作為金屬（shǔ）板材（cái）加工領域中的關鍵設備（bèi），至今已有（yǒu）近60年的發展曆程。現代製造業不僅要求數控轉塔衝床能夠高速、重載運行，還應更加節能環保。近年來，隨著數控轉塔衝床向著高速度、大噸位的方（fāng）向發展，隨之而來（lái）的噪（zào）聲問題逐漸引起人們的高度關注，據測算，數控轉塔衝床衝裁噪（zào）聲聲（shēng）壓級一般在90～110dB之間，振動和噪聲已經成為產品檔次的重要指標，對數控轉塔衝床的噪聲（shēng）控製進行研究具有現實意義。

目前國內外數（shù）控轉塔（tǎ）衝床的衝（chōng）頭主流結構有四種，分別為日本村（cūn）田的肘杆結構、芬蘭FINN-POWER的絲杆楔塊結構、德（dé）國通快的中（zhōng）空（kōng）電機結構以及AMADA公司的曲柄連杆結構。曲柄連杆結構相對其他結構雖然存在所需電（diàn）機（jī）功率大、公稱（chēng）力行程（chéng）範圍小等缺點，但其勝在結構簡單，傳動機構剛性好，維護方便（biàn）且可靠性高，國內的轉塔衝床生產廠家如亞威、金方圓、揚力等仍（réng）采用該衝頭結構。本文也（yě）將以此（cǐ）結構轉塔衝床為分析對象，對其噪聲產生的原因及降噪方法進行研究。

噪聲源分析

數控轉塔衝床的噪聲是脈衝式的瞬（shùn）態噪聲，其聲壓級峰值達到100～120dB，分為運轉噪聲和衝（chōng）裁噪聲。衝裁噪聲（shēng）主要發（fā）生在模（mó）具與板（bǎn）料（liào）接（jiē）觸瞬間和板料斷裂瞬間（jiān），一（yī）般遠大於運轉噪聲，主要由機構運動副間隙碰撞產生的噪聲、模具與（yǔ）板材（cái）撞擊產生（shēng）的噪聲以及機身儲存的能量通過振（zhèn）動輻射產（chǎn）生的噪聲構成。模（mó）具（jù）與板材撞（zhuàng）擊的噪聲可通過優化衝（chōng）床運動速度（dù）、改進模具（jù）刃角方式進行降噪；機身振動輻射噪（zào）聲比較低沉，且遠小於機構（gòu）碰撞產（chǎn）生的（de）噪聲。因此本文主要就衝床間隙產生的噪聲機理及降（jiàng）噪方法進行研究。

噪（zào）聲產生機理

間隙產（chǎn）生（shēng）噪聲機理

衝床的傳動機構（gòu）由曲軸、連杆、滑塊組成（chéng），曲（qǔ）軸與機身、連杆間通（tōng）過軸承連接，連杆與滑塊間通過柱銷連接，軸承內圈采用過（guò）盈（yíng）配合，因（yīn）此，衝（chōng）床的傳動機構間（jiān）隙（xì）主要位於（yú）軸承外圈和柱銷連接處。

滑塊向下死點方向運行（háng）過程中，其（qí）速度逐漸減小，說明此時滑塊的加速度方向向上，即慣性力方向向上，滑塊在豎直方向的作用力由連杆通過柱銷傳遞，因（yīn）此連杆上承受的（de）是拉（lā）應力載荷（hé），傳動機構的間隙示意圖如圖1（a）所示。

滑塊上的模具與（yǔ）板材接觸瞬間，連杆上的拉伸應力瞬間轉換為（wéi）壓縮（suō）應力，傳動機（jī）構中運動（dòng）副間（jiān）隙瞬間從圖（tú）1（a）的狀態轉變為圖（tú）1（b）狀態，這種瞬間碰撞（zhuàng）必然產生巨大的衝擊噪聲，間隙越大，產生（shēng）的衝擊噪聲（shēng）越大。

圖1 衝裁（cái）前後間隙變化示意圖

機（jī）身能量釋放產（chǎn）生噪聲機理

衝裁時，模具一旦接觸（chù）金屬板料，衝裁力開（kāi）始增加。與此同時，由於機身及其他受力（lì）構件的變形而積蓄了彈（dàn）性能。板料斷裂瞬間（jiān），機身儲存的彈性變形能瞬間釋放（fàng），機（jī）身上橫梁與傳動機構（gòu）快（kuài）速向下運動，上橫梁運動到初始位置後將不再繼續向下運動，而是轉為圍繞初始位置（zhì）振動，通過振動（dòng）方式釋（shì）放機身儲存的能（néng）量，但傳動機構仍繼續向（xiàng）下運動，由於上橫梁的運動突然停止，傳動機構（gòu）相對於上橫梁將產生較大的相對加速度，且方向向下；曲（qǔ）柄連杆的運（yùn）動副接觸狀態分離，並撞向間隙側，從（cóng）而產生二次衝擊噪聲（shēng）。

降噪措施

施加預（yù）衝裁力

衝床在衝裁板材前，傳動機構的間隙（xì）如圖1（a）所示（shì），如果在（zài）滑塊下端施加一個作用力（lì），將傳動機構的間隙調整到圖1（b）所示狀態，將很好的避免衝裁瞬間傳動機構間隙產生的（de）噪聲。

常用的作用力施加方式如圖2所示，在滑塊下（xià）端設計一個氣缸，內通高壓氣體，高壓氣作用於滑塊上的作用力要大（dà）於滑塊自身的慣性力（lì），才能使連杆上的拉伸應力轉變為壓縮應力，傳動機構間隙（xì）達到圖1（b）狀（zhuàng）態（tài）。

板料斷裂瞬間，機（jī）身能量（liàng）釋放會造成傳動機構（gòu）間隙二次衝擊，高壓氣的作（zuò）用類似（sì）於阻尼彈簧，能夠減小二次衝擊力（lì），傳（chuán）動機構的質（zhì）量越小，其慣性力越小，二次衝（chōng）擊力也越小。單從降低噪聲角度而言，氣（qì）壓越高越好，但氣壓（yā）過高，勢必分（fèn）擔一部分電機扭矩，衝床的許用衝裁力減小，因（yīn）此高壓氣的氣壓選擇應結合衝床的衝裁力進行裁定。

圖2 氣（qì）缸作（zuò）用滑塊示意圖

減小機身儲存（cún）能量（liàng）

衝床衝裁板材過程（chéng）中，板材斷（duàn）裂前，機身儲存一定的變形能，儲存能量的大小與機身的剛度有關（guān），定義機身上（shàng）橫梁剛度為k1，立柱剛度（dù）為k2，板材對衝床的作用力為p，機身的剛度k=k1k2/(k1+k2)，機身儲存的能量Q=p2/2k。由此可看出，?衝裁力不變的情況下，機身儲存的能量與其剛度成反比，機身剛（gāng）度越大，衝裁過程中其（qí）變形（xíng）量越小（xiǎo），儲存的能（néng）量越（yuè）少，機身的振動噪聲及傳動機構間隙的二（èr）次衝擊（jī）噪聲越小。

減振墊能量轉換

在機身與地基間（jiān）裝配減振墊，通過（guò）減振墊，在衝床衝裁板材過程中，保證機身的加速度方向向上，進而減小機身上橫梁吸收的變形能；在板材斷裂瞬間，將機身儲（chǔ）存的變形能（néng）轉換為機身的整體運動，減小機（jī）身內（nèi）部振動，進而達到降低衝床噪聲目的。

改（gǎi）變（biàn）?動（dòng）副連接方式

與球（qiú）頭式連接機構相（xiàng）比，柱銷式連接機構雖然加工容易，裝配（pèi）方便，但其（qí）裝配間隙較大，且運動副間的接觸麵積小，相同的衝擊力情況下，球頭的接觸麵積更大（dà），對應的衝擊噪聲也較小。

結束語

本文對曲柄式數控轉（zhuǎn）塔衝床（chuáng）的傳動機構間隙噪聲（shēng）機理，以及機身儲能釋放產生的二次衝擊噪聲機理進行了（le）分析，提出了四種降低（dī）衝床衝裁噪聲的措施，分別（bié）為提前施加預衝裁力、增強（qiáng）機身剛度減小機身儲存（cún）能量、通過減振（zhèn）墊的能量轉化減小機（jī）身內部振動、增大運動副間的接觸麵積降低衝擊噪聲。後續還有兩點需（xū）要進一步研究：

⑴作用（yòng）於滑塊上的預衝裁力具體需要多大，才能保證機身釋放能量時傳動機構的運動副不分離（lí），氣壓選（xuǎn）擇（zé）過大，空氣噪聲（shēng）必然增大，可否用電（diàn）磁懸浮方式取代氣缸。

⑵減振墊如何選擇才能保證衝床衝裁過（guò）程中減（jiǎn）小機身儲能（néng），板料斷裂後減小機身內部振動。

——摘自（zì）《鈑金與製作》2017年第9期P42-44頁（yè）