Шум фрезера с ЧПУ: сколько децибел, какие нормы и как сделать станок тише

Сколько шумит фрезер на самом деле

Цифры из рекламы («до 70 дБ») обычно сняты на холостом ходу и без отсоса, а оператор слышит станок в работе. Независимых измерений мало, поэтому опираться стоит на два источника.

Первый — британское ведомство по охране труда HSE. В информационном листе WIS13 для деревообработки приведены типичные уровни станков без мер шумоподавления: форматно-раскроечные пилы и шлифовальные станки — 97 дБ, сверлильные — 98 дБ, переносной электроинструмент — 101 дБ, высокоскоростные фрезерные станки — 103 дБ, рейсмусы — 104 дБ. Деревообработку HSE прямо называет одной из самых шумных отраслей.

Второй — измерения болгарского исследователя Павлина Витчева на обрабатывающем центре Biesse Rover A.3.30 (журнал Innovation in Woodworking Industry and Engineering Design, 2023). На холостом ходу, без перемещения по осям, станок давал 72,6 дБА. При резке уровень поднимался до 79,5–85,6 дБА в зависимости от материала и режима: тише всего резалась ДСП, затем МДФ, громче всего фанера.

Разброс между 80 и 103 дБ большой, и он объясним. Промышленный центр стоит в цеху на массивной станине, работает с аспирацией и острыми фрезами. Цифра HSE описывает станок без каких-либо мер, и ближе к ней оказывается лёгкий фрезер на профиле с бытовым пылесосом и тупой фрезой.

Какие нормы действуют

Рабочее место. Пункт 35 СанПиН 1.2.3685-21 устанавливает нормативный эквивалентный уровень звука на рабочих местах 80 дБА. Эквивалентный уровень — это постоянный шум, который за смену дал бы уху ту же энергию, что и реальный, с паузами и всплесками. Отдельно нормированы максимальный уровень (110 дБА при временной характеристике S, «медленно», и 125 дБА при характеристике I, «импульс») и пиковый уровень 137 дБС.

Жилой дом. Если станок стоит в квартире, в подвале многоквартирного дома или в гараже у стены соседа, мерить будут уже в жилой комнате. Там допускается 40 дБА с 7 до 23 часов и 30 дБА ночью, максимальный уровень 55 и 45 дБА соответственно. Разница между 85 дБА у станка и 40 дБА у соседей — 45 дБ, и обычная кирпичная перегородка с дверью столько не гасит.

Как устроено за рубежом. В Великобритании действуют правила Control of Noise at Work Regulations 2005, повторяющие европейскую директиву. При дневной дозе 80 дБА работодатель обязан оценить риск, рассказать о нём и выдать средства защиты слуха по просьбе работника. При 85 дБА он должен снижать шум техническими мерами, обозначить зону обязательного ношения наушников и выдать их всем. Предел 87 дБА считают с учётом наушников, выше него работника подвергать шуму нельзя. Американский институт NIOSH рекомендует 85 дБА за восьмичасовой день и сокращение времени вдвое на каждые 3 дБА сверху.

Эти правила полезны и в небольшой мастерской, где проверок нет: слух теряется одинаково у наёмного оператора и у владельца, который работает за станком сам.

Как перевести замер в дневную дозу

Шумомер показывает уровень в момент замера. Чтобы сравнить его с нормой, нужно учесть, сколько часов в день человек этот шум слышит. Формула для одного источника:

L(экв, 8 ч) = L(замер) + 10 · lg(T / 8), где T — время работы в часах.

Расчёт для нескольких случаев:

Из формулы следует правило, которое удобно держать в голове: сократили время вдвое, и доза упала на 3 дБ. Поэтому вынести оператора из помещения на время длинной программы — простая и сильная мера. Если станок режет 6 часов, а человек рядом с ним проводит 40 минут на загрузке и снятии деталей, считать нужно 40 минут.

Уровни нескольких источников складываются не арифметически: L = 10 · lg(10^(L1/10) + 10^(L2/10)). Два одинаковых источника по 85 дБА дают 88 дБА, станок 85 дБА плюс отсос 80 дБА дают 86,2 дБА. Из этого следует практический вывод: глушить сначала самый громкий источник, тихий почти не влияет на сумму.

Как измерить

Для отчёта и спора с соседями нужен поверенный шумомер, а для собственной оценки хватит и простого прибора с коррекцией А (обозначение дБА). Порядок такой:

1. Включите всё, что работает вместе со станком: отсос, вакуумный насос стола, компрессор, вентиляцию.
2. Держите микрофон на уровне уха оператора там, где он стоит во время работы, примерно в 10 см от головы, но не прижимая к ней.
3. Снимите уровень на холостом ходу, при резке типичной детали и при самой шумной операции, например при выборке фанеры фрезой большого диаметра.
4. Запишите, сколько минут в день идёт каждая операция, и посчитайте дозу по формуле выше.

Телефонные приложения подходят для сравнения «до и после» на одном и том же телефоне, но абсолютной цифре без калибровки верить нельзя: микрофон телефона рассчитан на речь.

Есть и проверка без приборов из брошюры HSE INDG362: если двум людям на расстоянии около 2 м приходится повышать голос, чтобы разговаривать, шум почти наверняка требует мер.

Откуда берётся шум в станке

У фрезера с ЧПУ четыре группы источников, и у каждой свои меры.

Резание. Главный источник при обработке дерева. HSE в листе WIS13 перечисляет факторы: твёрдая порода шумит сильнее (при распиловке дуба и сосны разница около 2 дБ), широкая заготовка излучает больше (200 мм ширины дают примерно на 2 дБ больше, чем 100 мм), тонкая заготовка вибрирует. Тупой инструмент давит на материал сильнее и шумит громче, несбалансированный даёт вибрацию.

Окружная скорость инструмента. По данным HSE, в диапазоне окружных скоростей 20–35 м/с шум растёт почти на 1 дБ на каждый метр в секунду. Скорость считается так: v = π · D · n / 60 000, где D — диаметр фрезы в мм, n — обороты в минуту. У концевой фрезы 6 мм на 18 000 об/мин скорость всего 5,7 м/с. А у фрезы для выравнивания стола диаметром 30 мм на тех же оборотах уже 28,3 м/с, и снижение оборотов до 14 000 (22,0 м/с) по этому соотношению HSE убирает около 5–6 дБ (расчёт: 6,3 м/с × чуть меньше 1 дБ). Подачу на зуб при этом сохраняют, уменьшая скорость подачи пропорционально оборотам.

Шпиндель. У шпинделя с воздушным охлаждением на валу стоит крыльчатка, которая гонит воздух через корпус, и на высоких оборотах её свист заметен. У шпинделя с водяным охлаждением крыльчатки нет, тепло уносит жидкость, а шумит в основном насос в баке. Изношенные подшипники добавляют вой и гул, это повод для проверки подшипников, а не для шумоизоляции.

Аспирация и вспомогательное оборудование. HSE отмечает, что при турбулентном потоке в воздуховоде щепа сильнее бьёт по стенкам трубы. Резкие повороты, перепады сечения и тонкая жесть дают гул, который слышно во всём помещении. Вакуумный насос стола и компрессор шумят постоянно, даже когда фреза стоит.

Что делать: меры по порядку отдачи

HSE предлагает начинать со снижения шума в источнике, а наушники оставлять как дополнение. Для фрезера по дереву порядок выглядит так.

1. Инструмент и режимы. Острая фреза, минимальный вылет из цанги, правильная подача на зуб. Выравнивающую фрезу большого диаметра не гоняйте на максимальных оборотах.

2. Заготовка. Плотно прижатый лист вибрирует меньше. Тонкий материал без вакуума или прижимов работает как мембрана громкоговорителя. Жертвенный стол под листом гасит часть вибраций.

3. Станок. Подтянутые болты, виброопоры под станину, отсутствие люфтов. Лёгкий станок на профиле передаёт вибрации на пол и стены, и в соседней комнате гул слышнее свиста фрезы. Тяжёлая станина колеблется меньше.

4. Аспирация. Металлические трубы вместо гофры там, где можно, отводы с большим радиусом, гибкие вставки между вентилятором и трубопроводом, стружкоотсос в отдельном помещении или в шумозащитном коробе. Подробнее о сборке — в статье про аспирацию фрезера.

5. Кабина или кожух. Закрытый корпус вокруг рабочей зоны гасит шум резания там, где он рождается. Чтобы кабина работала, нужны три условия: стенки достаточной массы (лист МДФ или металла, а не пластиковая плёнка), отсутствие щелей и звукопоглощающий слой изнутри, чтобы звук не отражался внутри короба. Внутри кабины быстро растут температура и запылённость, поэтому без аспирации и притока воздуха её не делают. Есть и заводские исполнения: например, Wattsan 0609 Mini Cabine выпускается в кабине и предназначен для учебных заведений, где станок стоит рядом с учениками. Поле у него 600 × 900 мм, шпиндель 1,5 кВт с водяным охлаждением и 24 000 об/мин, станина чугунная. Уровень шума в карточке модели не указан, поэтому его стоит спросить у продавца или замерить на демонстрации.

6. Время и расстояние. Оператор не обязан стоять у станка всю программу. Пульт или компьютер управления можно вынести за перегородку, а смотреть на работу через окно или камеру. По закону обратных квадратов на открытом пространстве уровень от небольшого источника падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния, в помещении с голыми стенами меньше из-за отражений.

7. Средства защиты слуха. Наушники и вкладыши выдают, когда предыдущие меры не опустили дозу ниже 85 дБА, и по желанию работника уже от 80 дБА. HSE советует выбирать защиту по реальному уровню шума: слишком сильная изолирует человека, и он не слышит станок и коллег, а неудобную снимают через полчаса.

Шум в гараже и в жилом доме

Здесь задача другая: важна не доза для оператора, а уровень за стеной. Шум из мастерской выходит двумя путями — по воздуху через щели, двери, окна и вентиляцию, и по конструкциям через пол и стены. Поэтому первым делом уплотняют дверь и закрывают щели, затем ставят станок и стружкоотсос на виброопоры и отрывают их от общих стен. Воздуховоды и шланги не крепят жёстко к стене, которая граничит с соседями.

Ночной норматив 30 дБА в жилой комнате фрезер практически не оставляет шансов, поэтому работу с ним в жилом доме планируют на дневное время. Если станок нужен на полную смену, ему место в отдельном помещении, не граничащем с жильём.