通訊作者：郭翠娟，1987年8月，女，漢族，河北滄州人，現(xiàn)任科德數(shù)控股份有限公司功能部件設(shè)計(jì)部副部長，中級工程師，碩士。研究方向：機(jī)床及其功能部件設(shè)計(jì)。

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國的機(jī)械工業(yè)也得到前所未有的進(jìn)步和發(fā)展，但是隨著市場更新?lián)Q代的加速，機(jī)械工業(yè)也在不斷地創(chuàng)新和完善中。為了更好地滿足于市場的需求，提高數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用性能和價值，需要對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)進(jìn)行不斷地完善和創(chuàng)新，借助于科學(xué)技術(shù)來設(shè)計(jì)更好的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)制造效率，為推動我國生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展提供保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;機(jī)械結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);制造技術(shù);創(chuàng)新

一、引言

近年來我國工業(yè)生產(chǎn)方式正在不斷完善，主要得益于數(shù)控機(jī)床的推廣和應(yīng)用。然而在其推動快速生產(chǎn)的同時，也存在一些問題，這就需要企業(yè)和技術(shù)人員不斷對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，充分發(fā)揮出自動化技術(shù)的價值和作用。

二、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（一）具有較高的柔性

數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的加工零件實(shí)際和普通機(jī)床有著直接的不同，甚至不需要直接借助更多的程序就可以更好地調(diào)整整個機(jī)床。因此，更多的數(shù)控機(jī)床都可以被用來加工不同類型的零件，更可以被應(yīng)用于開發(fā)產(chǎn)品的過程中，實(shí)踐中不僅可以直接縮短生產(chǎn)的周期，更可以直接降低生產(chǎn)的成本[1]。

（二）加工精度較高

多數(shù)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際精度可以達(dá)到0.05～0.1 mm，實(shí)踐中可以借助不同的數(shù)字信號形式來直接輸出不同的脈沖信號。多數(shù)數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的數(shù)控裝置都可以用來控制機(jī)床傳動鏈的間隙和絲桿螺之間存在的平均誤差，所以從實(shí)踐看更多數(shù)控機(jī)床的實(shí)際加工精度顯得較高[2]。

（三）實(shí)際質(zhì)量較為穩(wěn)定和可靠

如果可以運(yùn)用合適的數(shù)控機(jī)床來直接加工零件，所涉及的工具、程序和工具的走向也是完全一樣的，最終數(shù)控機(jī)床所生產(chǎn)出來的零件的質(zhì)量顯得較為穩(wěn)定[3]。

（四）生產(chǎn)效率較高

通過使用數(shù)控機(jī)床可以更好地減少加工零件的時間，并讓數(shù)控機(jī)床在最大范圍內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)力切削。目前已經(jīng)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時代，多數(shù)存在于數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的部件可以在較短的時間內(nèi)更好地提升生產(chǎn)效率。如果能夠讓加工中心內(nèi)部的刀具更好地相互配合，自然就可以實(shí)現(xiàn)在同一道工序中連續(xù)加工，并在減少產(chǎn)品周轉(zhuǎn)時間的基礎(chǔ)上更好地提升生產(chǎn)的效率[4]。

（五）更加智能化

數(shù)控機(jī)床之所以一經(jīng)問世就得到廣泛地應(yīng)用，很大程度上要?dú)w于其智能化的特點(diǎn)。在生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員直接通過編寫代碼控制機(jī)床內(nèi)部的生產(chǎn)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床功能的智能化，充分發(fā)揮機(jī)床的集成功能。還可以對程序進(jìn)行創(chuàng)新升級，逐漸減少人工的控制，使機(jī)床形成操作回環(huán)，不間斷的自主作業(yè)，這樣不僅能提高機(jī)床機(jī)械的智能化水平，還能使企業(yè)快速適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展形勢[5]。

三、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化方法

（一）數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括三大部分，第一部分為主軸部件;第二部分為機(jī)械的傳動結(jié)構(gòu);第三部分為支撐部件，這三部分的可靠性和精準(zhǔn)度決定了數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)應(yīng)用過程中穩(wěn)定性、幾何精度和抗震性，而傳動結(jié)構(gòu)的和變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的自動化控制。

1. 主軸部件

在機(jī)械結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，主軸部件質(zhì)量水平的高低會影響其轉(zhuǎn)速的快慢情況。根據(jù)現(xiàn)階段機(jī)械生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際情況來看，觸角式混合式的陶瓷角接觸軸承在市場中得到廣泛地應(yīng)用，并且有比較強(qiáng)的綜合性能，其最高的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到30000 r/min，所以，我國很多機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重點(diǎn)對主軸承的精準(zhǔn)度進(jìn)行了分析和控制，通過這種方式來提高主軸、零件的加工速度和主軸的回轉(zhuǎn)精度，確保其在支撐導(dǎo)軌的過程中滑塊的位置和動導(dǎo)軌體的準(zhǔn)確性更高。

2. 機(jī)械的傳動結(jié)構(gòu)

在數(shù)控機(jī)床液體靜壓導(dǎo)軌的高效設(shè)計(jì)過程中，主要是通過額定負(fù)載來實(shí)現(xiàn)的，之后，通過圓弧同步齒形帶和張力輪、密度比較小的工程塑料制作而成的涂塑導(dǎo)軌和貼塑導(dǎo)軌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾動式導(dǎo)軌來達(dá)到高轉(zhuǎn)速和高精準(zhǔn)度的目的，并確保驅(qū)動軸上的帶輪可以直接在電機(jī)上安裝，這樣就可以很好的縮減傳動過程中過量問題的發(fā)生。

3. 支撐部件

在數(shù)控機(jī)床支撐部件應(yīng)用時，床身和立柱是需要重點(diǎn)分析和討論的，需要對其在相應(yīng)單位內(nèi)的剛度質(zhì)量進(jìn)行控制，一般情況下，采用最多的是人造花崗巖，花崗巖可以對其尺寸進(jìn)行很好的把控，并且黃崗巖還有一定的抗腐蝕性，有著比較好的效果[6]。

（二）對機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)

在實(shí)際設(shè)計(jì)機(jī)床時，專業(yè)的人員需要在較短的時間內(nèi)先考慮存在于機(jī)床內(nèi)部產(chǎn)品的性能，并在設(shè)計(jì)的過程中尋找設(shè)計(jì)產(chǎn)品的思路。例如，在進(jìn)行實(shí)體建模時可以先分析整個床內(nèi)部的不同要求再直接建立對應(yīng)的模型。更可以通過次要改靜力學(xué)分析、動態(tài)設(shè)計(jì)和其他分析方法來設(shè)計(jì)不同類型的機(jī)床結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，最終才能夠使得整個機(jī)床的結(jié)構(gòu)變得更加合理。例如，如果數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的剛度沒有發(fā)生變化，如果體積變得更小，則可以在一定程度上更好地減輕整個機(jī)床的質(zhì)量。如果數(shù)控機(jī)床自身的體積沒有直接發(fā)生變化，卻讓其剛度達(dá)到最大化，則會在最短的時間內(nèi)防止機(jī)床出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。而如果直接保持?jǐn)?shù)控機(jī)床的體積不變，再直接提高其內(nèi)部的固有頻率，自然就可以直接提升整體的動態(tài)性能。因此，實(shí)踐中需要通過不斷地優(yōu)化不同的設(shè)計(jì)過程才能夠保證數(shù)控機(jī)床的整體性能[1]。

（三）以模塊化思想為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新

模塊化建設(shè)實(shí)際是實(shí)現(xiàn)機(jī)床大規(guī)模設(shè)計(jì)的重要方式，所謂的模塊化就是指的先通過將不同的機(jī)床分解成不同的模塊，之后再結(jié)合實(shí)際的產(chǎn)品需求來重新組合。從機(jī)床布局來看，專業(yè)人員可以在具體分析產(chǎn)品需求的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)高效組合。但是常規(guī)機(jī)床的模塊主要是由不同的硬件和軟件組成的，不同的模塊更有著統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化界面對其進(jìn)行支撐。在實(shí)際設(shè)計(jì)機(jī)床時需要先分析不同的產(chǎn)品需求，再根據(jù)實(shí)際情況來改變機(jī)床的功能。高模塊化的結(jié)構(gòu)不僅使得產(chǎn)品具有更高的柔性，更能夠在較短的時間內(nèi)縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代的時間，最終不僅可以更好地滿足產(chǎn)品加工的需求，更可以將機(jī)床內(nèi)部的功能更好地結(jié)合在一起，讓大規(guī)模的生產(chǎn)發(fā)揮更好的作用。另外，內(nèi)部模塊化的結(jié)構(gòu)可以在第一時間引進(jìn)各類模塊的新技術(shù)，包括直線機(jī)電技術(shù)和滾動導(dǎo)軌技術(shù)都可以很好地提升模塊自身的性能，實(shí)際也可以更好地在簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模塊的重組[2]。

四、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的創(chuàng)新

（一）自動化、柔性化和集成化方向發(fā)展

數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)中把新流通和數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行有效地結(jié)合，并且正在朝著單機(jī)自動化和生產(chǎn)線柔性化、信息集成化的方向上發(fā)展。單機(jī)自動化主要是數(shù)控機(jī)床的加工精度越來越高，并且其自動化程度和效率也有了很大地提升，受到人為因素的干擾性越來越小，單機(jī)自動化水平程度越來越高。比如，工件可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾，完成大部分的供需，零件裝夾和周轉(zhuǎn)次數(shù)、機(jī)床使用臺數(shù)等都在不斷的減少。例如，在棒料類零件中，數(shù)控機(jī)床和成組棒料送料裝置的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自動送料、自動加工和自動接料工作，一根棒料在使用完成之后，可以自動進(jìn)行棒料的更換，在24小時內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)工作，除了需要進(jìn)行刀具更換之外，只需要一個人就可以看管多臺機(jī)床的加工生產(chǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)對棒料的大批量加工生產(chǎn)，大大提高其自動化生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

在多工位柔性組合機(jī)床的生產(chǎn)加工中，傳統(tǒng)性的組合機(jī)床都是剛性生產(chǎn)線，一臺組合式機(jī)床需要對應(yīng)加工一種零件，但是隨著柔性化的發(fā)展，不單單實(shí)現(xiàn)了組合機(jī)床剛性線高效率的目標(biāo)，同時還實(shí)現(xiàn)其柔性化生產(chǎn)，一臺機(jī)床可以更好的使用多組技術(shù)中結(jié)構(gòu)相似，工藝相近的零件，只需要對夾具和刀具進(jìn)行更換、調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)了。信息集成化的實(shí)現(xiàn)依托了數(shù)控機(jī)床的整體剛性、熱穩(wěn)定性技術(shù)、機(jī)器人、機(jī)械手等精度比較高的運(yùn)動機(jī)械，通過保證其整體的可靠性來實(shí)現(xiàn)集成化生產(chǎn)。

因?yàn)槭艿綔囟鹊挠绊?，所以會需要采用生產(chǎn)變形測量和補(bǔ)償技術(shù)，同時也需要工件自動識別技術(shù)、刀具破損的檢測技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、切削參數(shù)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫建立技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)的故障自診斷技術(shù)等等。這些技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推動了數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展[3]。

（二）規(guī)范生產(chǎn)流程

相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，數(shù)控機(jī)床能夠極大促進(jìn)生產(chǎn)流程的規(guī)范化發(fā)展，避免因員工操作失誤帶來的生產(chǎn)問題。但現(xiàn)階段，大部分企業(yè)還沒有形成規(guī)范化的機(jī)床使用制度，導(dǎo)致存在物不能盡其用的問題出現(xiàn)，在使用中，應(yīng)加大對技術(shù)人員規(guī)范化思想的滲透，保證生產(chǎn)的安全性。并在生產(chǎn)過后，及時對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，經(jīng)過一段時間的使用，設(shè)備會出現(xiàn)影響生產(chǎn)安全的隱性問題，技術(shù)人員應(yīng)定時對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，查看設(shè)備的情況，更換潤滑液等。

除設(shè)備方面，操作人員的職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，也能對數(shù)控機(jī)床的規(guī)范化發(fā)展起到很大的決定性作用。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，由于技術(shù)人員的錯誤理解或者代碼冗余都能導(dǎo)致機(jī)床設(shè)備的壽命下降，甚至導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，不按預(yù)定程序設(shè)定進(jìn)行工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。維修人員的工作效率也會對規(guī)范化生產(chǎn)影響，若不能及時發(fā)現(xiàn)故障所在，及時修復(fù)，就會導(dǎo)致設(shè)備的癱瘓。因此企業(yè)在對于全部施工人員的培養(yǎng)上應(yīng)加大力度，保證生產(chǎn)的規(guī)范化[4]。

五、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前我國的高端機(jī)床和國外先進(jìn)廠家之間確實(shí)存在著不小的差距。因此需要在實(shí)踐中通過采用各類研究方法來開展基礎(chǔ)性研究的工作，并在創(chuàng)新機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)理念的基礎(chǔ)上更好地通過運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)來為客戶提供更加高效的服務(wù)，最終自然可以保證數(shù)控機(jī)床具有較高的性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁銘祥.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)新動態(tài)的探討[J].科技展望， 2017，27（22）.

[2]關(guān)宇，趙佳，黃明.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新動態(tài)[J].工程技術(shù)（引文版）， 2016（002）：00246-00247.

[3]邢智慧.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的運(yùn)用[J].南方農(nóng)機(jī)， 2019，50（14）：140.

[4]曹川川，郭鵬遠(yuǎn)，楊大奎.基于UG的教學(xué)型五軸聯(lián)動數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)使用與維修， 2019（07）：6-8.

[5]譚力，葛巧琴，溫文源，潘新陸.機(jī)床結(jié)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)的初步研究[J].南京工學(xué)院學(xué)報(bào)， 1985（04）：30-40.

[6]顏華生，候亮，饒柳生.基于BP-GA機(jī)床大件關(guān)鍵尺寸復(fù)合優(yōu)化研究[J].中國機(jī)械工程， 2017（5）：49-53.

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