楊文龍

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展與提高，在相關(guān)機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)行業(yè)得到了較大的技術(shù)突破。為了能夠更好的提升數(shù)控機(jī)床機(jī)械的工作性能，需要通過(guò)不斷的技術(shù)革新來(lái)提升數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率。本文主要闡述數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的創(chuàng)新動(dòng)態(tài)，分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的技術(shù)創(chuàng)新以及制造技術(shù)的發(fā)展革新，旨在為數(shù)控機(jī)床機(jī)械生產(chǎn)提供借鑒和參考。

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

0? 引言

近些年隨著我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)技術(shù)也隨之進(jìn)行了提升和改進(jìn)。但是，由于我國(guó)的工業(yè)化水平起步較晚，相關(guān)機(jī)床技術(shù)發(fā)展還存在一定的問(wèn)題，與歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)空機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造相比，我國(guó)仍然有很大的技術(shù)缺陷和漏洞。所以，在我國(guó)科技水平快速發(fā)展的大背景和我國(guó)新時(shí)代的要求之下，需要我國(guó)數(shù)控機(jī)床不斷的提高機(jī)床自動(dòng)化水平和精準(zhǔn)度和耐用度，通過(guò)積極引進(jìn)新技術(shù)學(xué)習(xí)新方法來(lái)更好地滿(mǎn)足社會(huì)各界對(duì)數(shù)控機(jī)床的使用要求，同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)在結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

1? 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的創(chuàng)新動(dòng)態(tài)

在現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)呈現(xiàn)出新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，首先是朝向超高精度和超高運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)展，在當(dāng)前現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的要求越來(lái)越高，急需具備優(yōu)高精度和高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的機(jī)械設(shè)備，以適應(yīng)生產(chǎn)需求;其次是朝向高可靠性發(fā)展，評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床機(jī)械的重要指標(biāo)即是可靠性，現(xiàn)階段我國(guó)的數(shù)控機(jī)床平均故障間隔時(shí)間只有3000h，與外國(guó)6000h相比具有相當(dāng)大的差距，說(shuō)明我國(guó)的數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障頻率較高，可靠性急需提升。在未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)中數(shù)控機(jī)床機(jī)械將會(huì)注重集成電路等現(xiàn)代化科技，構(gòu)成數(shù)控機(jī)床自身故障診斷排除系統(tǒng)以及自我修復(fù)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)等;三是朝向?qū)崟r(shí)智能化方向發(fā)展，由于工業(yè)化程度的不斷提高，對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械運(yùn)行精度以及速度的實(shí)時(shí)監(jiān)控、建模等十分重要，可以為工業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的判斷和依據(jù)。同時(shí)數(shù)控機(jī)床機(jī)械實(shí)時(shí)智能化還具有提高生產(chǎn)效率、強(qiáng)化自我修復(fù)、及時(shí)判斷故障原因、位置等特點(diǎn)，有利于完善數(shù)控機(jī)床機(jī)械的系統(tǒng)修復(fù)體系[1];另外數(shù)控機(jī)床機(jī)械的創(chuàng)新動(dòng)態(tài)將會(huì)朝向控制系統(tǒng)小型化發(fā)展，在超高集成度印刷電路板技術(shù)上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的小型化，通過(guò)超薄液晶顯示屏即可控制數(shù)控機(jī)床的操作生產(chǎn)過(guò)程。

2? 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新

2.1 提高數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性

在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高其穩(wěn)定性是必然需求，因此需要基于創(chuàng)新技術(shù)綜合考慮數(shù)控機(jī)床機(jī)械的加速度控制和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)中需要采用合理的方式，針對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械運(yùn)行穩(wěn)定性和定點(diǎn)的準(zhǔn)確性，采用剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量減少各個(gè)方向軸移動(dòng)物體的質(zhì)量，或者是可以通過(guò)進(jìn)一步加大靜態(tài)物體質(zhì)量、使用防震材料等，減少數(shù)控機(jī)床機(jī)械在操作中的慣性，確保機(jī)械運(yùn)行平穩(wěn)[2]。

2.2 提高數(shù)控機(jī)床主軸運(yùn)行精度和速度

在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要重視主軸運(yùn)行精度和運(yùn)行速度等指標(biāo)，由于在其結(jié)構(gòu)中一旦主軸的運(yùn)行精度和速度出現(xiàn)較低的情況，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工的精密性，比如造成鉆孔精密度較差、鉆孔質(zhì)量不高等后果。因此為了減低后續(xù)加工的難度，在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要提高主軸運(yùn)行精度和速度，可以利用靜壓空氣軸承主軸提高運(yùn)行速度和精度，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)微小孔的高速加工，具有較好的運(yùn)行質(zhì)量。此外相比于其他軸承主軸，靜壓空氣主軸的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，而且具有良好的的動(dòng)態(tài)性，在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛采用[3]。除此之外由于我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)時(shí)間較晚，相關(guān)數(shù)控儀器的精確度較發(fā)達(dá)國(guó)家相比較低，有時(shí)生產(chǎn)出的產(chǎn)品也難以達(dá)到產(chǎn)品生產(chǎn)的合格要求。此類(lèi)現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)者降低了對(duì)精確度的要求和標(biāo)準(zhǔn)，影響了數(shù)控機(jī)床的準(zhǔn)確性。為了更好地解決這類(lèi)問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員要提高自己的技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床使用到一定時(shí)間范圍時(shí)進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，進(jìn)而加強(qiáng)其生產(chǎn)精確度。

2.3 應(yīng)用三維穩(wěn)定性仿真技術(shù)

在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大多依靠現(xiàn)代工業(yè)以及信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，并認(rèn)為印刷電路板需要進(jìn)一步加強(qiáng)，需要更為快速和精細(xì)的鉆孔技術(shù)。不過(guò)目前我國(guó)的數(shù)控機(jī)床機(jī)械最小鉆孔為0.2mm，離國(guó)外0.08mm存在的差距較大，而且運(yùn)行速度超出我國(guó)近2.5倍左右，針對(duì)這一情況在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中要應(yīng)用三維穩(wěn)定性仿真技術(shù)提高機(jī)床的整體性能，通過(guò)仿真測(cè)量建立科學(xué)模型，盡量減少機(jī)械在操作運(yùn)行過(guò)程中因高速旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的偏離等現(xiàn)象，從而能夠保障鉆頭準(zhǔn)確定點(diǎn)，即是提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械鉆頭的三維穩(wěn)定性[4]。

2.4 應(yīng)用自適應(yīng)跟蹤控制器技術(shù)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械鉆孔精度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，而實(shí)際上對(duì)其產(chǎn)生影響最大的因素即是電氣方面。但是通過(guò)提高伺服系統(tǒng)性能可以有效的控制電氣因素，進(jìn)而提高鉆孔精度。而且在數(shù)控機(jī)床機(jī)械實(shí)際的操作中，伺服系統(tǒng)性能對(duì)鉆孔精度的控制影響主要體現(xiàn)在反應(yīng)速度較快、轉(zhuǎn)矩小和運(yùn)行精度高等方面，可以有效的減少摩擦等外界干擾。在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要采用自適應(yīng)跟蹤控制器技術(shù)，借助基本控制器和前饋控制器、位置反饋控制器、摩擦補(bǔ)償控制器等構(gòu)件，盡量減少外界干擾，提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械的加工精度，能夠保障其性能得到較大的提升。

2.5 應(yīng)用帶GA功能貪婪算法

在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，印刷電路板技術(shù)不斷發(fā)展，促使鉆孔數(shù)量大量增加，如果利用傳統(tǒng)的算法，則會(huì)具有相對(duì)較多的空行程，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要?jiǎng)?chuàng)新算法。而帶GA功能貪婪算法具有處理速度快、能夠優(yōu)化算法等特點(diǎn)，從而促使其可以進(jìn)一步改善數(shù)控機(jī)床機(jī)械鉆孔的運(yùn)行軌跡，最大限度的減少運(yùn)行空行程，有效的實(shí)現(xiàn)提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械運(yùn)行速度、精度和生產(chǎn)效率的最終設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]。

3? 數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)的創(chuàng)新

3.1 多工序復(fù)合加工技術(shù)

多工序復(fù)合加工技術(shù)是近年來(lái)我國(guó)數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新之一，由于其能夠重點(diǎn)突出工件在一次夾裝中，就可以完成大部分或者全部的加工工序，在很大程度上減少了數(shù)控機(jī)床機(jī)械和夾具的使用量，有效的減少或免去了工序中存在的搬運(yùn)和儲(chǔ)存環(huán)節(jié)。并且多工序復(fù)合加工技術(shù)具有工件加工制造精度高、加工制造周期短以及作業(yè)面積小等優(yōu)勢(shì)。通常來(lái)說(shuō)這一類(lèi)的數(shù)控機(jī)床機(jī)械品種包括以車(chē)削為基礎(chǔ)的復(fù)合加工機(jī)床，其集成了銑削、銼削、磨削、鉆削、攻絲以及插齒、滾齒等制造技術(shù)，我國(guó)可以借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在臥式加工中心中增設(shè)回轉(zhuǎn)車(chē)削功能，能夠創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)對(duì)圓形盤(pán)類(lèi)的零件進(jìn)行制造加工。并且在當(dāng)前數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造生產(chǎn)柔性化的趨勢(shì)下，制造技術(shù)中的工序分散剛性自動(dòng)化裝備逐漸被淘汰，轉(zhuǎn)而使用工序集中的柔性自動(dòng)化裝備，可以更好的適應(yīng)復(fù)合加工趨勢(shì)。不過(guò)實(shí)際上多工序復(fù)合加工制造技術(shù)只適用于一些特定范圍的零件和生產(chǎn)方式，所以在創(chuàng)新制造技術(shù)的過(guò)程中，需要進(jìn)一步融合數(shù)控技術(shù)以及信息技術(shù)、軟件技術(shù)等，要將數(shù)控機(jī)床機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)約化。結(jié)構(gòu)緊湊化，同時(shí)還要保障配置趨向模塊化以及部件商品化等，可以促使其重型和大型機(jī)床制造中廣泛應(yīng)用。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)受到互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的影響，促使電加工機(jī)床通信的發(fā)展進(jìn)步，從而出現(xiàn)了創(chuàng)新型的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)，其能夠滿(mǎn)足產(chǎn)線以及制造系統(tǒng)對(duì)信息化的需求，出現(xiàn)了一種新型制造模式。比如數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造企業(yè)利用分布式網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)用于單元制造等，在信息集成和用戶(hù)關(guān)系管理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高機(jī)床的利用效率，實(shí)現(xiàn)了高柔性化的生產(chǎn)制造飯方法。同時(shí)很多數(shù)控機(jī)床機(jī)械通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施監(jiān)控多臺(tái)遠(yuǎn)程異地電加工機(jī)床的制造情況，可以有效的診斷機(jī)床的工作故障，并提出處理措施，提高了數(shù)控機(jī)床機(jī)械的制造性能。因此創(chuàng)新數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)，則可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程操作監(jiān)控系統(tǒng)，借助遠(yuǎn)程終端顯示畫(huà)面，實(shí)時(shí)掌握機(jī)床的工作狀態(tài)，并能夠及時(shí)調(diào)整制造和加工參數(shù)。并且利用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)性可以協(xié)調(diào)調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)反映機(jī)床制造進(jìn)度，對(duì)工作數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析管理，完善數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)體系，提高工作性能。

3.3 個(gè)性化數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及數(shù)控機(jī)床機(jī)械技術(shù)日益成熟的背景下，對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械應(yīng)用提出了個(gè)性化的要求，即是注重?cái)?shù)控機(jī)床機(jī)械與具體加工制造對(duì)象的工藝契合度，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品制造加工的可靠性和穩(wěn)定性。比如當(dāng)前比較常見(jiàn)的汽車(chē)輪胎模具，由于其產(chǎn)品特點(diǎn)是外形尺寸較大、加工型腔通常分布在圓周上，而且加工部位的尺寸相對(duì)較小，針對(duì)這一特征則要保障數(shù)控機(jī)床機(jī)械充分滿(mǎn)足其加工需求，則可以創(chuàng)新制造技術(shù)，研發(fā)數(shù)控電火花專(zhuān)用加工機(jī)床，配合在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)木工刀具的高質(zhì)量加工。另外一方面，當(dāng)前數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)隨著機(jī)械產(chǎn)品性能優(yōu)化和輕量化發(fā)展而不斷創(chuàng)新進(jìn)步，根據(jù)加工零件和構(gòu)件的尺寸、進(jìn)度以及形狀等，創(chuàng)新數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)，創(chuàng)新數(shù)控機(jī)床機(jī)械布局，保障不同類(lèi)型零件加工需求得到充分滿(mǎn)足。同時(shí)還要能夠適應(yīng)大批量零件生產(chǎn)加工的要求，因此個(gè)性化數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)必須在用戶(hù)需求以及零件加工性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。在近年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床機(jī)械制造技術(shù)正逐漸探索并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床以及混聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床、可重構(gòu)機(jī)床技術(shù)，促使制造裝備的個(gè)性化和多樣化。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，起到了很重要的作用，所以我國(guó)目前對(duì)數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和使用過(guò)程中要不斷的優(yōu)化和創(chuàng)新，通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用、引進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，實(shí)現(xiàn)我國(guó)自主生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床機(jī)械性能良好，促進(jìn)工業(yè)相關(guān)生產(chǎn)加工行業(yè)快速發(fā)展。通過(guò)提高機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化，保證我國(guó)未來(lái)數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力有效提高。

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