试论机床机械结构和性能优化

试论机床机械结构和性能优化

度咸熙

度咸熙

（广东嘉腾机器人自动化有限公司广东省佛山市528300）

摘要：机床是数控技术的产物，现代数控技术的发展，满足机床机械结构的设计，注重性能的优化，完善机床机械结构的生产过程。机床机械结构与性能优化，应确保机床机械加工的优质性和精确性，以免影响机床机械的生产性能，保障机床机械的优化性，完善机床机械的生产过程。

关键词：机床机械；结构；性能

引言

数控机床与机床在机械结构上没有很大的差异，只有刀柄、自动变速等几个部件发生了变化。随着数控技术的不断发展，人们对机床的工作效率、加工精度和使用寿命提出了更高的要求，必须在原有结构和性能的基础上进行优化。对机床进行更深入的研究。

1.数控机床机械结构特点

1.1生产自动化

在数控机床中，采用了性能较好的传统伺服系统和无机变主轴，可以有效地改善机床的传动结构。数控机床的操作主要由数据系统控制，以优化运行速度、刀具运动、主轴转速等辅助功能。该系统在机床上的应用是用主轴的速度控制结构来支持主轴的自动变速，基本上取代了普通机床的进给系统。从数控机床的结构特点来看，该系统的更换使零件少了，如电机与主轴、滚珠丝杠之间的连接，减少了轴承、齿轮等零件的应用，使整个设备结构更简单。

1.2高新技术化

为了更好地提升机床的运行精度和稳定性，数控机床运用了更多的高新技术，例如通过强化静态刚度和动态刚度等技术来提升机床自动化的运行水平，并且还可以保障设备的耐磨性能。越来越多的无间隙传动装置和元件被应用到数控机床中，比如静压导轨、滚珠丝杠副等。这些不但可以降低进给系统阻力，提升运行效率，同时还可以提高设备运行的稳定性，提高设备的生产精度。

1.3无人操作发展

数控机床的应用逐渐实现了无人化加工。要想达到此目标，功能集成、工艺复合是基本要求，同时，它也是数控机床的重要特征之一。在进行产品加工时，通过一次性装料来实现铣、锉和钻等多道加工工序，对产品加工工序进行了有效的调整。而机床内含有的自动润滑装置、动力刀架和自动排屑装置是实现这一目标的基础，它们的存在实现了设备生产的柔性化和无人化。另外，将车、磨、铣、钻等工艺融合其中，可以对产品进行更深层次的加工，同时，还可以增强机床的附加值，将越来越多全新的机械设备部件投入到使用中。

2.机床机械性能优化

机床机械加工中，性能优化是一项重要的工作，根据机床机械的生产需求，做好性能优化的工作，例举性能优化的根本策略如图1所示。

图1机床机械性能优化

2.1变速系统的优化设计

机床机械的变速系统，是指主传动运动的变速系统，其可分为两种工作方式，基于机床机械性能的优化，分析变速系统的设计。（1）皮带传动类型的主传动优化设计，此类变速系统，常用于小型的机床机械加工中，防止齿轮传动上，出现噪声或振动的问题。此类变速系统的优化设计内，需要匹配具有扭矩特征的主轴，利用变速系统的优化，提高机床机械的结构性能，完善生产的过程。（2）变速齿轮主传动的优化设计，应用到大型、中型的机床机械生产中，配置齿轮减速的方法，增加输出扭矩，确保输出扭矩，能够满足机床机械的主轴需求，很多小型的机床机械上，也会采用此类变速系统，以便取得强力的切削扭转，优化机床的机械性能优化。（3）调速电机驱动下，主传动系统设计，此类传动方法，简化箱体、主轴的相关设计，提升了主轴的刚度。此项性能优化中，需要特别注重电机发热问题，以免影响到机床机械的主轴加工精度。

2.2主轴部件的优化设计

机床机械性能优化中，主轴部件是指数控击穿作用下的主轴部件。主轴部件的优化设计中，首先，机床机械的前后支撑，应该采用不同的轴承结构，例如前支撑中，双列短圆柱滚子轴承，以及双列向心推力球轴承，两者相互组合。后支撑中，同时采用两组向心推力球轴承，主轴部件的优化设计，能够在很大程度上提高机床机械的刚度数据，能够实现强力切削，其可应用到各种类型的机床机械中；然后，主轴部件的前轴承中，运用高精度的双列向心推力球轴承，此类配置性能高，其在结构中的运行转速，每分钟可以达到4000转，承载相对较小，只有在轻载、高速的条件下，才能满足机床机械的性能要求；最后，主轴部件的配置中，采用双列、单列的圆锥滚子轴承，提供径向刚度，以便提高受重荷载，促使轴承在机床机械中，能够承载较大的荷载，灵活调整机床机械的设计。此类轴承的优化设计，在转速与精度上，存在着缺陷，可以应用到重载、低速的机床机械内，合理有利主轴的刀架、卡盘等，进而优化机床机械的结构性能。

3.数控机床性能优化措施

3.1主轴部件优化

要对主轴部件进行优化，要做到以下三点：①机械前、后支撑应选用不同的轴承，这样可以有效地提升机床主轴的综合刚度，满足产品强力切削的施工要求。其中，前支撑可以选择双列短圆柱滚子轴承与60°角接触双列向心推力球轴承的组合；后支撑选择成对向心力推力球轴承。②选有单、双列圆锥滚子轴承，因为其具有刚度高，承重强和安装、调试方便等特点，所以，它也成为了优化机床性能的方式之一。但是，这种轴承在一定程度上会对主轴的最高转速和精度产生影响，主要适用于中度精度、低速等数控机床。如果选择这种方式对机床机械性能进行优化，应在主轴的机构上处理好卡盘、刀架装夹、轴承定位、主轴卸荷等问题。③前轴承选择高精度双列向心推力球轴承，因为其具有良好的运行速度，主轴最大转速可以达到4000r/min。但是，这种方式承载力比较小，只适用于高运行速度、轻荷载和紧密的数控机床。

3.2主传动运动变速系统

在主传动运动变速系统中，要注意以下三点：①可以选择大型机床比较常用的变速齿轮主传动方式。在运行过程中，主要是通过少数的齿轮减速来扩大输出扭矩，以此来满足主轴对输出扭矩特性的要求。将这种传动方式运用到小型机床上，可以获得强力切屑所需扭矩。②以皮带传动的主传动。这种方式适用于小型数控机床上，它能够有效改善设备运行产生的噪声和振动。③以调速电机直接驱动的主传动。这种方式在原有基础上对主轴箱体和主轴结构进行了简化，有效地提高了主轴部件的刚度。这种主传运动方式虽然受主轴输出扭矩的影响较小，但是，电机发热会对机床的精度造成一定影响。

4.结束语

数控机床都是通过向数据系统内输入指令来进行产品加工的，在加工过程中，不需要操作者参与，这就对机床机械结构的精度和性能有了更高的要求。为了保证机床设备能够满足生产要求，应做好对其结构和性能进行优化的工作，以保证设备能够持续、稳定的工作，满足持续、重复的加工需求。

参考文献：

[1]赵军华，李小强，曹和平.浅析对数控机床机械结构的要求［J］.黑龙江科技信息，2011（22）.

[2]王利先，文永帅.基于机床机械结构与性能优化的探析[J].经营管理者，2013，（12）：382.

[3]于文铖，迟永峰.基于机床机械结构与性能优化的探析[J].科技传播，2012，（01）：34+30.