数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究

数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究

乔德慧

21022519820717 **** 济南天辰试验机制造有限公司 山东 济南 250000

摘要：广大设计师只有更好地通过创新思维来提升设计制造的技术才能够更好地创新数控机床内部的结构，为的是更好地增强数控机床的开发能力。因此，只有在实践中有效地掌握与数控机床设计有关的原则才能够更好地提升数控机床设计的效率。 只有有效地创新数控机床内部的机械结构才能够更好地提升设计机床的效率，实际也可以更好地改进机床自身的质量。通过在实践中有效地创新关键性结构才能够更好地改善设计的质量，最终才能够更好地提升机床本身的动态性能。本文重点分析数控机床机械结构设计和制造技术，以更好地达到理想的效果。

关键词：数控机床;机械结构;结构设计;制造技术

1数控机床机械结构概述

1.1数控机床概念

数控机床又称数控机床，是一种直接装有程序的自动机床。大多数数控机床的内部机械都能在第一时间更有效地处理相关的编码和符号程序，并用编码来处理相关的数字，最终需要借助信息载体来控制整个数控设备[1]。经过计算，大多数数控设备可以发出不同类型的控制信号，并根据不同图形的形状和要求直接加工零件。

大多数数控机床不仅能解决比较复杂、小批量等不同的问题，而且属于柔性技术。大多数数控机床不仅代表了现代机床的控制方向，而且是典型的机电一体化产品。

1.2数控机床机械结构特点

1.2.1灵活性强

数控机床在加工零件方面与普通机床有着直接的区别，即使是整个机床也可以在没有更多程序的帮助下得到更好的调整。因此，更多的数控机床可用于加工不同类型的零件，并可用于产品开发过程中。在实际应用中，不仅可以直接缩短生产周期，而且可以直接降低生产成本。

1.2.2高加工精度

大多数数控机床的实际精度可达0.05-0.1mm。在实际应用中，利用不同的数字信号形式可以直接输出不同的脉冲信号。数控机床中的大多数数控装置都可以用来控制传动链之间的间隙和螺杆之间的平均误差。因此，从实践来看，数控机床的实际加工精度更高。

1.2.3实际质量稳定可靠

如果能用合适的数控机床直接加工零件，所涉及的刀具、程序和刀具是相同的，数控机床生产的零件质量是相对稳定的。

1.2.4生产效率高

通过使用数控机床可以更好地缩短零件的加工时间，并让数控机床在最大范围内强力切削。目前，我国已经进入了经济快速发展的时代，数控机床中存在的大部分零部件能够在短时间内更好地提高生产效率。如果能使加工中心的内部刀具更好地相互配合，自然可以实现同一工序的连续加工，在缩短产品周转时间的基础上提高生产效率。

1.2.5充分利用现代管理手段

在使用数控机床进行加工时，专业人员可以首先有效地估算加工时间，并在充分利用工装夹具的基础上更好地进行现代化管理。这种现代管理方式在数控机床的使用过程中一直发挥着重要的作用。

2 数控机床机械结构设计和制造技术创新的措施

2.1 设计较为轻型化的结构

在创新数控机床设计的过程中注意让整个机床能够更好地达到动态和静态的性能指标，使得机床内部的部件尽可能朝着轻型的方向发展。传统数控机床设计的观念下，机床的刚度越大越能够发挥较大的作用，但是这样一种观念早就落伍了。如果能够让数控机床内部构造的刚度朝着更轻的方向发展，一方面可以减少驱动的功率，更可以有效地减少材料的使用量。

传统背景下，多数制造商会选择不断地加大数控机床内部材料的厚度，而数控机床结构的壁厚和质量呈现出一种立方关系，但是壁厚和刚度却呈现出一种线性关系，而内部存在的刚度质量比实际也会发挥重要的作用。但是随着数控机床内部的壁厚不断地增加，其机床内部结构的刚度其实也会不断地降低。

因此，专业人员在设计数控机床时一定要准确合理地设计整个数控机床的主要形状，并让其朝着轻型化的方向发展。图1显示了常规数控机床的主要结构，多数数控机床都是一种较为扁平的结构，在布置筋板的过程中需要重点考虑其整体结构是否会产生变形的情况，并通过多选择米字型的筋板来更好地预防产生变形的现象。

多数与数控机床有关的固有频率计算公式为w=k/m，其中m表示数控机床本身的质量，k则表示的是数控机床自身的刚度。从这样一个式子中可以明显看出如果数控机床的零件和结构能够相互匹配，其固有的频率将会随着质量的变大而不断地减少，必要时可以采用一字筋板来代替可以承受数控机床部位的材料。

2.2 对关键结构的截面进行创新

多数截面创新的方法已经在数控机床結构设计中存在了很长一段时间，该方法实际已经显得非常成熟，但是这种传统的方法是建立在拓扑结构和几何布局的基础上的。先选择结构件内部的截面面积和截面厚度作为创新设计的变量，为的是更好地提升结构的刚度，最终再选择最合适的参数来作为创新设计时的重要目标。

在实际创新结构内部截面的过程中，需要采用专业的方式来直接计算约束梯度。但是在实践中只要能够适当地改变内部的变量就能够更好地提升创新的效率。在截面的创新过程中多数是以特定的拓扑结构为基础的，其创新的结果势必会受到二者的限制，其主要结构如图2所示。

从图2（a）中可以看出，实践中需要结合机床的实际情况来计算出合适的结果，其中静态和动态的性能约束已经达到了临界值，但是模型内部的尺寸中有大部分的下限还存在明显的距离，这直接反映出多数创新截面的方法实际更具有着一定的缺陷，只有有效地创新整个结构才能够更好地解决实际存在的缺陷。从图2（b）中的内容来看，只有将合适的节点坐标来看作几何设计中的变量才能够提升创新设计的效率[3]。实际在进行创新设计之后，内部尺寸的内容会在较短的时间内减少，其重量更会不断地减轻。

2.3 对机床结构进行建模和仿真创新设计

在实际设计机床时，专业的人员需要在较短的时间内先考虑存在于机床内部产品的性能，并在设计的过程中寻找设计产品的思路。例如，在进行实体建模时可以先分析整个床内部的不同要求再直接建立对应的模型。更可以通过次要改静力学分析、动态设计和其他分析方法来设计不同类型的机床结构和性能参数，最终才能够使得整个机床的结构变得更加合理。

例如，如果数控机床内部的刚度没有发生变化，如果体积变得更小，则可以在一定程度上更好地减轻整个机床的质量。如果数控机床自身的体积没有直接发生变化，却让其刚度达到最大化，则会在最短的时间内防止机床出现变形的现象。而如果直接保持数控机床的体积不变，再直接提高其内部的固有频率，自然就可以直接提升整体的动态性能。因此，实践中需要通过不断地创新不同的设计过程才能够保证数控机床的整体性能。

2.4 以模块化思想为基础来实现结构的创新

模块化建设实际是实现机床大规模设计的重要方式。所谓的模块化就是指的先通过将不同的机床分解成不同的模块，之后再结合实际的产品需求来重新组合。从机床布局来看，专业人员可以在具体分析产品需求的基础上来实现高效组合。但是常规机床的模块主要是由不同的硬件和软件组成的，不同的模块更有着统一的标准化界面对其进行支撑。因此，在实际设计机床时需要先分析不同的产品需求，再根据实际情况来改变机床的功能。

高模块化的结构不仅使得产品具有更高的柔性，更能够在较短的时间内缩短产品更新换代的时间，最终不仅可以更好地满足产品加工的需求，更可以将机床内部的功能更好地结合在一起，最终让大规模的生产发挥更好的作用。另外，内部模块化的结构可以在第一时间引进各类模块的新技术，包括直线机电技术和滚动导轨技术都可以很好地提升模块自身的性能，实际也可以更好地在简化机床结构的基础上实现模块的重组。

3 结束语

综上所述，当前我国的高端机床和国外先进厂家之间确实存在着不小的差距。因此需要在实践中通过采用各类研究方法来开展基础性研究的工作，并在创新机床设计结构理念的基础上更好地通过运用先进的数控机床技术来为客户提供更加高效的服务，最终自然可以保证数控机床具有较高的性能。

参考文献：

[1]杨姝.复杂机械结构拓扑创新若干问题研究[D].大连：大连理工大学，2018（5）：49-53.

[2]谭力，葛巧琴，等.机床结构件创新设计的初步研究.中国机械工程学会第三届机床设计与研究会议论文集

[3]颜华生，候亮，饶柳生.基于BP-GA机床大件关键尺寸复合创新研究[J].中国机械工程，2017（5）：49-53.