数控机床机械结构设计与制造技术新动态分析

数控机床机械结构设计与制造技术新动态分析

黄海峰

北京信路威科技股份有限公司南宁分公司

530001

【摘要】伴随着我国社会经济的快速发展和工业化水平的整体提高，当前我国数控机床行业如火如荼地发展，该行业发展迅速，为更好地服务社会工业化生产需求与产品性能，还必须在不断的实践中加强机床设备技术的研发与革新，全面提高数控机床的生产效率。本文结合笔者多年的研究与实践，探讨数控机床机械结构设计与制造技术新动态，以供参考。

【关键词】数控机床;机械结构设计;制造技术;新动态

近年来，我国机械制造业快速发展，数控机床设计技术也取得了突破，但因我国工业化起步较晚，还有一些技术在应用过程存在问题，尚不能与欧美等发达国家的设计制造业并驾齐驱。依然需持续不断提高我国整体工业的科技含量，提高数控机床自动化水平及其耐用度、精准度，才能符合新时代竞争趋势下的发展要求。

1.数控机床结构设计与制造技术的新动态

当前，我国数控机床结构设计和制造技术在科技不断发展的支撑下也展现出全新的发展动态。

首先，我国数控机床行业向着高精度与超高运转速度方向发展。工业生产对数控机床的要求提高，需要更高精度与高运转速度的机械设备才能满足生产发展要求。高精密加工是一种新型加工工艺，是融合了现代电子技术、测量技术和计算机技术中的控制、测试手段，使得加工精度得到进一步提高，使极限精度向纳米和亚纳米级进展。超高速运转主要体现在主轴转率、进给率、运算速度及换刀速度等指标的提升。高精度和超高运转速度代表着未来的一个方向，因为这意味着机械加工品质和加工效率可以得到质的提升。

其次，是向着高可靠性的方向发展。数控机床机械具备高可靠性是非常必要的。当前我国数控机床平均故障间隔时间是3000h左右，仅为国外先进机床故障时隔的一半，差距较大，故障频率较高。机床可靠性直接影响被加工产品的批量品质稳定性及生产效率，因此提高可靠性势在必行^[1]。未来我国数控机床发展将更注重集成电路在设备上的应用，以电路化集成技术的支撑更好地排除数控机床机械自身的故障，以自动智能化的诊断系统、修复系统与保护系统来提高故障间隔时间。

最后，是朝着智能化与多功能集成小型化的方向发展，在我国软硬件水平不断提高的情况下，数控机床机械运行的精度、监控速度和三维建模技术等有了进步，成为精密生产的倚重。在未来的发展动态中，数控机床机械还会向系统小型化的方向发展，通过超高集成度和全新的电路板技术，将其系统小型化，应用超薄液晶显示屏进行数控机床的可控性操作与生产，以此促进该行业的革新与进步^[2]。

2.数控机床机械结构设计的创新

2.1提高数控机床稳定性

要提高数控机床的稳定性，就要综合技术创新，将数控机床加速度控制与结构设计结合起来，采用合理的方式提高数控机床机械运行的稳定性与定点的准确性，再以刚性结构设计的要求，减小各方向轴移动部件的重量，及加大静态部件重量或采用防震材料等方式，用以减少数控机床机械操作中的惯性，最终达到促进机械平稳运行的目标。

2.2提高数控机床主轴运行的速度与精度

在进行数控机床机械机构的设计工作时，设计人员要注重对主轴运行速度与精度的控制与提升，这是因为一旦这两项指标较低，那么数控机床机械加工的精密度就会大大下降，直接造成如钻孔精密度差、钻孔质量不高等后果。所以要降低后续加工工作的难度，就必须提高数控机床主轴运行的速度与精度。空气静压轴承是一种优于传统液体滑动轴承的方式。在超精密机床设计应用中，主轴采用空气静压轴承的结构方式，可发挥其高精度，高度数，低摩擦的优点，并且比对其它样式轴承使用寿命更长，具备的动态性更好，已被广泛采纳^[3]。鉴于我国数控机床技术引进的时间较短，机械的精密度对标发达国家较差，部分生产的产品精度难以达到要求，所以更要找到主次原因，更好地拿捏数控机床准确性的影响因素，不断提高技术的应用能力，做好前期相应的选型与设计工作。

2.3发挥三维稳定性仿真技术的作用

进行数控机床机械结构设计时需要依靠现代工业技术与信息技术，如更精细与快速的钻孔技术和加强印刷电路板等。就钻孔来看，当前我国最小钻孔直径在0.2mm左右，而国外可达到0.08mm，可见差距较大，对于这一现状必须创新化地应用三维稳定性仿真技术来提高机床的整体性能，创建科学模型，减少机械操作运行时因高速运转而偏离的情况，保证钻头的定点准确，以提高数控机床机械钻头三维稳定性^[4]。

2.4伺服性能和自适应控制

在数控机床实际生产加工制程中，钻孔精度是一个重要指标，而对其产生最大的影响因素电气为一个重要方面。电气方面通过提高伺服系统性能来提高精度，主要体现在好的伺服系统反应速度较快、转矩小、运行精度高，能够减少摩擦等外界的干扰。另外，采用自适应跟踪控制器技术，通过对基本控制器、前馈控制器、摩擦补偿控制器、位置反馈控制器的算法自动化修正控制，也有助于减少外界产生的其他干扰问题，提高加工精度和整体的性能。

2.5采用带GA功能贪婪算法

过去应用的传统算法会给数控机床机械结构设计工作增加较多的空行程，而创新算法的GA功能贪婪算法可以提高处理速度和优化算法过程，让数控机床机械钻孔运行轨迹得到优化，减少运行空行程，使得数控机床运行生产效率大幅提升。

3.关于数控机床机械结构设计与制造技术创新的研究

3.1多工序复合加工技术

该技术是近些年来应用在数控机床机械制造中的创新技术之一，其重点在于突出工件一次夹装就能完成大部分甚至是全部的加工工序，很好地减少了数控机床机械与夹具使用量，免去原有的搬运及储存环节。多工序复合加工技术还能提高加工制造的精度，缩短周期，减少作业面积等。例如，通常情况下，数控车削机床是以车削为基础的复合加工机床，集成锉削、铣削、磨削、钻削、攻丝、插齿、滚齿等制造技术，在卧式加工中加入回转车削的功能，就能实现对圆形盘类零件的制造加工。由此可见，应用多工序复合加工技术的数控机床，可以更好地适应复合加工的要求，在效率上将工序分散的陈旧设备淘汰。但需注意的是，在实际的操作中，多工序复合加工制造技术只能适用于特定范围的生产方式，所以还需更好地融合信息技术、软件技术与数控技术，将构件再简约化，工序紧凑化，并确保配置模块化与部件商业化，这样才能使其更好地在大型、重型机床的制造生产工作中广泛应用。

3.2网络化数控机床制造技术

当前，互联网技术已广泛渗透与应用在各行各业当中，对数控机床机械制造技术的影响同样很大。其在机电加工、机械生产中发展迅速，形成了创新性的网络化数控机床机械制造技术。例如，在互联网技术的应用支撑下，制造系统和产线信息可以实时更新并传输保存；又或者利用分布式网络制造技术进行单元制造以及搜集匹配生产资源与用户需求以此提高机床利用率等，形成了一种高柔性化的生产制造方式。通过互联网技术还能达到数控机床设备的多台远程异地监控目的，及时发现和处理机床的工作故障，提高制造性能。互联网技术可开发使用网络化远程操作监控系统，并在远程终端显示画面的帮助下掌握机床运行的工作状态，对可能存在的问题第一时间进行把控，及时调整制造参数与加工参数。利用互联网的特性协调调度生产系统，确保实时掌握生产进度，获取参数的统计与分析管理信息等。由此可见，互联网技术对整个机械制造技术体系的完善和工作性能的提高有很大的帮助。

4.结束语

综上所述，当前我国的工业快速发展，作为工业的组成内容，数控机床的生产与应用适应了这一发展的趋势。与此同时，借助科学技术的优化与研发覆盖，数控机床机械结构的设计与制造技术还将不断地创新。因此，相关企业还需不断引进更优秀的专业人才，加大研发力度，进一步获得技术上的突破，以保持我国自主生产器械性能的良好性，最终促进各行各业社会经济效益的大幅度提升与发展，增强综合实力与国际竞争力。

【参考文献】

[1]姚杰.数控机床机械结构设计与制造技术的研究探讨[J].中国设备工程,2017,11(15):202-203.

[2]龙忠海.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的探讨[J].农家参谋,2019,2(24):154.

[3]刘忠勇.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的探讨[J].南方农机,2019,50(6):116.

[4]刘碧云.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的研究[J].机械装备研发,2019,2(12):138-139.