謝志坤

摘要：現(xiàn)如今數(shù)控機(jī)床的主要組成部分，就是機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)的好與壞，將直接影響著數(shù)控機(jī)床的整體精度和質(zhì)量。所以為了最大程度的提升數(shù)控機(jī)床的加工精度及機(jī)床的工作效率，就需要著重關(guān)注數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，盡最大力度對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)研究，本文主要對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)展開分析，并提出幾點(diǎn)合理的優(yōu)化方式，希望可以通過本文對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的優(yōu)化起到一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;進(jìn)給機(jī)構(gòu);智能設(shè)計(jì)優(yōu)化

0? 引言

現(xiàn)如今我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)異常劇烈，各大機(jī)床廠家為了保證收益，以及獲得一定的市場(chǎng)份額，紛紛開始對(duì)機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)，以及性能精度進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。而作為數(shù)控機(jī)床的主要組成部分機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)來說，進(jìn)行智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)研究就顯得是尤為重要了。智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)框架主要包含：常規(guī)設(shè)計(jì)、需求分析、設(shè)計(jì)資源中心、智能優(yōu)化四個(gè)組成部分，本文通過對(duì)上述四個(gè)組成部分的闡述，提出幾點(diǎn)優(yōu)化方法，希望可以對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的優(yōu)化起到一定的幫助作用。

1? 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)

以往傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床機(jī)構(gòu)主要包含伺服電動(dòng)機(jī)、推力軸承、滾珠絲杠等幾個(gè)主要零部件，這種傳統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要通過數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由連接伺服電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行傳遞扭矩，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)床鞍或滑板移動(dòng)的目的。這種傳統(tǒng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，是現(xiàn)如今在我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)內(nèi)，應(yīng)用最為廣泛的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，也是非常特殊與典型的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。

可是必須要明確的是，目前在我國(guó)的機(jī)床市場(chǎng)內(nèi)，為了可以實(shí)現(xiàn)高速度快移，并且同時(shí)還能獲得更多的強(qiáng)勁扭矩，自然衍生出了高精度的數(shù)控機(jī)床。但是數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行加工的工作過程中，其內(nèi)部進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)的聯(lián)軸節(jié)，以及推力軸承都會(huì)持續(xù)的受到正向與反向的沖擊，長(zhǎng)時(shí)間的被動(dòng)受力甚至?xí)蛊淙菀姿蓜?dòng)或是損壞，所以為了保證數(shù)控機(jī)床擁有高精度和大扭矩的同時(shí)，還需要機(jī)床設(shè)計(jì)人員在機(jī)床的工作年限，以及數(shù)控機(jī)床的整體質(zhì)量上下大功夫，盡全力優(yōu)化數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。

2? 進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)

對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要首先由數(shù)控機(jī)床的主管設(shè)計(jì)人員，先進(jìn)行框架的設(shè)定，要重點(diǎn)考慮框架設(shè)定中存在的優(yōu)化環(huán)節(jié)。同時(shí)還要兼具，可以確保按時(shí)完成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)。智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)的框架主要包含：常規(guī)設(shè)計(jì)、需求分析、設(shè)計(jì)資源中心、智能優(yōu)化四個(gè)組成部分，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)人員要依據(jù)這四個(gè)組成部分，分別確定進(jìn)給機(jī)構(gòu)的功能，以及定位方向。下面對(duì)這四個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

2.1 常規(guī)設(shè)計(jì)

常規(guī)的設(shè)計(jì)是需要數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)人員根據(jù)已經(jīng)確定好的參數(shù)，進(jìn)行進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)需要結(jié)合傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)方式來進(jìn)行的。首先是根據(jù)確定好的參數(shù)，對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的行程、所需設(shè)計(jì)零件的外形及尺寸，以及所選軸承的強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行科學(xué)性的篩選及設(shè)計(jì)，其次要根據(jù)零部件的組合關(guān)系，以及結(jié)合材料和理論力學(xué)知識(shí)，初步設(shè)計(jì)出進(jìn)給機(jī)構(gòu)的優(yōu)化方案。

2.2 需求分析

需求分析的作用是針對(duì)客戶提出的使用需求，進(jìn)而進(jìn)行必要的分析與計(jì)算。具體來說，就是根據(jù)客戶需要將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、材料等參數(shù)，以及零件空間束縛等情況進(jìn)行綜合性的考慮，同時(shí)根據(jù)己方機(jī)床的客觀條件，將機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)、進(jìn)給扭矩等重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析與計(jì)算，進(jìn)而可以最大程度的保證進(jìn)給機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可以滿足客戶的生產(chǎn)需要。

2.3 設(shè)計(jì)資源中心

設(shè)計(jì)資源中心的作用是將計(jì)算參數(shù)、公差精度、各類設(shè)計(jì)輔助圖像進(jìn)行歸納總結(jié)，并歸屬一個(gè)統(tǒng)一的模塊當(dāng)中。另外這個(gè)模塊還可以對(duì)要進(jìn)行的優(yōu)化工作，提供相當(dāng)充足的技術(shù)支持，主要表現(xiàn)在可以通過提供相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)，以便可以增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的工作效率，極大的減少了設(shè)計(jì)人員動(dòng)手翻書、查閱資料的時(shí)間。

2.4 智能優(yōu)化

智能優(yōu)化的作用是常規(guī)設(shè)計(jì)確定優(yōu)化方案后，結(jié)合零件機(jī)構(gòu)的各類約束、各方受力分析，以及溫度等情況，建立進(jìn)給機(jī)構(gòu)的相關(guān)三維模型。然后將所建立的模型引入ANSYS軟件之中，進(jìn)行構(gòu)建有限元模型，由此不僅可以進(jìn)行必要的有限元分析，還可以進(jìn)行熱力藕合仿真。同時(shí)還可以通過優(yōu)化算法的幫助，獲得需求的優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。（注：圖1為智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)框架的結(jié)構(gòu)圖）

3  進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化方式

3.1 構(gòu)建相關(guān)模型

數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)人員可以通過構(gòu)建相關(guān)模型，來對(duì)確定好的優(yōu)化方案進(jìn)行場(chǎng)景模擬，如此不但可以進(jìn)一步的保證進(jìn)給機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案的實(shí)施，還可以對(duì)方案的可行性，以及后期使用效果進(jìn)行深度的驗(yàn)證。同時(shí)通過必要的細(xì)節(jié)調(diào)整，還可以對(duì)在設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理的處理，從而使優(yōu)化方案更加合理有效。

3.2 目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化

在構(gòu)建完相關(guān)模型之后，設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，力求實(shí)現(xiàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)在處于靜態(tài)時(shí)，整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)功能最為協(xié)調(diào)。同時(shí)在進(jìn)行優(yōu)化過程中，要依據(jù)重量輕、抗震性能強(qiáng)的原則，對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的定位，進(jìn)而確保機(jī)構(gòu)內(nèi)主觀部件質(zhì)量控制最為合理。另外這種優(yōu)化還有盡量考慮機(jī)床實(shí)際的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，要滿足機(jī)床本身的設(shè)計(jì)參數(shù)。

同時(shí)因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中存在變量，這種變量會(huì)對(duì)目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生一些影響，因此想要合理的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，就必須先行確定設(shè)計(jì)變量，首先將進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的各個(gè)零件認(rèn)為主要參數(shù)，此參數(shù)可以設(shè)定為設(shè)計(jì)變量，諸如：滾珠絲杠的外徑、螺距、導(dǎo)程或是齒輪模數(shù)等，在結(jié)合一些相關(guān)的計(jì)算公式進(jìn)行合理的計(jì)算，以便于可以科學(xué)的、合理的選擇所需的設(shè)計(jì)變量。

但是由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，會(huì)牽涉進(jìn)許許多多的設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)計(jì)變量，還有各個(gè)零件都會(huì)存在型位公差帶變化，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)該采用科學(xué)的分析方式，進(jìn)行合情合理的科學(xué)計(jì)算和選擇，以便保證設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)變量更加的準(zhǔn)確有效，同時(shí)還可以為后期數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)，減少不必要的不確定性。

4? 結(jié)束語

目前伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的逐年遞增，我國(guó)工業(yè)中的重要組成部分——數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也是愈演愈烈，而各家機(jī)床生產(chǎn)廠家為了在市場(chǎng)中占有一定的份額，以及不至于被市場(chǎng)所淘汰，必須進(jìn)行改革創(chuàng)新，而其中作為數(shù)控機(jī)床核心結(jié)構(gòu)部件的進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，就成為各個(gè)機(jī)床廠家紛紛關(guān)注的焦點(diǎn)。因此對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)研究，就是大勢(shì)所趨、勢(shì)在必行。本文通過對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)闡述作為論文的出發(fā)點(diǎn)，對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了必要的論述，并對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中重要的四個(gè)組成部分進(jìn)行必要的詳解，最后提出了幾點(diǎn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)智能設(shè)計(jì)的優(yōu)化方式，希望可以通過本文對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的優(yōu)化工作，起到一定的幫助作用，同時(shí)也祝福我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展越來越好。

參考文獻(xiàn)：

[1]苑忠春.數(shù)控銑床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015（24）.

[2]于瀚文.試論數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究與系統(tǒng)開[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)，2015（6）：79-81.

[3]梁逍，肖野.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段三維裝配精度優(yōu)化研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2015（1）：84.

[4]毛昌燁，張康.數(shù)控車輪車床智能控制系統(tǒng)研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（學(xué)術(shù)版），2017，36（1）：42-44.

[5]劉國(guó)平，林正英.基于MATLAB的機(jī)床橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2015（1）：168-170.

[6]吳洪兵.數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)建模及智能摩擦補(bǔ)償研究[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，32（2）.