朱繼華

摘 要：在機(jī)床設(shè)計(jì)發(fā)展的過程中，設(shè)計(jì)人員選擇的設(shè)計(jì)理念較為傳統(tǒng)，工作人員會(huì)對(duì)影響機(jī)床工作過程中的各種因素，如壓力、材料硬度以及剛度等進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析后展開機(jī)床設(shè)計(jì)，雖然這種設(shè)計(jì)方式的效率較快，但是較為刻板，會(huì)讓設(shè)計(jì)過程中的成本增加，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，機(jī)床設(shè)計(jì)過程中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是機(jī)床的精度問題，如果運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，那么就只能借助原材料將機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行加厚，然后實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度的提升，這就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床變得更加臃腫厚重，畢竟很大一部分的結(jié)構(gòu)都是無用的，功能模塊較少。因此，本文將對(duì)于如何在機(jī)床設(shè)計(jì)中應(yīng)用輕量化技術(shù)進(jìn)行分析、探究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供思路，推動(dòng)我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)水平的整體提高，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

關(guān)鍵詞：輕量化技術(shù) 機(jī)床設(shè)計(jì) 應(yīng)用

1 引言

目前，我國(guó)在機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中制造費(fèi)用極高，基本要高于國(guó)外的機(jī)床制造，針對(duì)這一現(xiàn)象經(jīng)過調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槲覈?guó)在設(shè)計(jì)過程中，工作人員的工作理念較為刻板，并沒有靈活運(yùn)用好輕量化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致機(jī)床的重量有將近80%在原材料上，用來保證機(jī)床的剛度和抗壓性，而僅有20%可以用于機(jī)床使用，這會(huì)導(dǎo)致機(jī)床在使用過程中不是十分便捷，影響了工作效率，同時(shí)維修成本過高，并不利于企業(yè)的發(fā)展。所以如何在保證機(jī)床的性能以及硬度要求符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下對(duì)其進(jìn)行減重，需要工作人員格外重視，而這也將是我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)未來發(fā)展的方向之一。

2 機(jī)床設(shè)計(jì)中輕量化技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

首先，機(jī)床設(shè)計(jì)是一門內(nèi)容十分復(fù)雜，對(duì)于工作人員專業(yè)水平要求較高的學(xué)科，而其中在輕量化技術(shù)的研究上也是較為細(xì)致，會(huì)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，包括新材料知識(shí)、機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)以及技術(shù)理念等等，需要工作人員重視起對(duì)知識(shí)的掌握和學(xué)習(xí)，確保自身的專業(yè)水平。近年來，我國(guó)機(jī)床制造行業(yè)有了大幅度發(fā)展，但是與德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比在先進(jìn)技術(shù)的使用上依舊存在劣勢(shì)，還需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)床輕量化技術(shù)的研究和資金投入。

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

在展開對(duì)機(jī)床的設(shè)計(jì)工作時(shí)，工作人員需要充分考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，讓機(jī)床整體在使用過程中能夠顯得較為輕盈，而這對(duì)工作人員而言工作難度巨大。不僅要考慮機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，還要做好各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的調(diào)整，盡可能降低機(jī)床整體的質(zhì)量，將無關(guān)材料進(jìn)行刪減。而目前機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)上的運(yùn)用就是做好結(jié)構(gòu)分布，選擇合適的筋板類型。而機(jī)床設(shè)計(jì)輕量化建設(shè)，就是在結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的理論上進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)兩個(gè)方面需要更加重視。第一，需要確保機(jī)床的剛度和硬度能夠滿足其日常工作壓力，然后對(duì)床身以及立柱進(jìn)行優(yōu)化。第二，需要確保機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，做好對(duì)每一個(gè)結(jié)構(gòu)部件作用的分析。

2.2 新材料設(shè)計(jì)技術(shù)

如今，機(jī)床制造過程中需要用到的原材料相比于過去有了很大的進(jìn)步，材料行業(yè)的研發(fā)已經(jīng)十分深入，不僅可以確保材料本身的抗壓性以及硬度，還可以很好的控制重量，像泡沫金屬材料、記憶材料以及蜂窩式材料等等，優(yōu)質(zhì)的制造材料可以降低機(jī)床在工作過程中的噪音，讓機(jī)床受到的壓力能夠更加均勻，這樣可以降低企業(yè)在機(jī)床維修上的資金投入，運(yùn)用這種優(yōu)勢(shì)可以確保機(jī)床本身的性能，然后還能實(shí)現(xiàn)輕量化建設(shè)，提高工作效率，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)利益。除此之外，新材料設(shè)計(jì)技術(shù)的理念不止如此，該技術(shù)可以幫助工作人員運(yùn)用更加合理的材料進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)，比如選擇花崗石制造需要受到重大壓力的支撐部件上，可以提高機(jī)床抗壓性。而運(yùn)用碳素纖維材料進(jìn)行應(yīng)用，能夠提高機(jī)床的使用壽命，同時(shí)還節(jié)省了制造材料的使用。

2.3 多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

在機(jī)床輕量化設(shè)計(jì)中，運(yùn)用多學(xué)科綜合優(yōu)化技術(shù)，可以幫助工作人員更好的掌握每一個(gè)機(jī)床的零件結(jié)構(gòu)，以及零件如何正確進(jìn)行連接等等，該技術(shù)的存在可以很好的將其它技術(shù)理論進(jìn)行結(jié)合，建立起以多學(xué)科綜合技術(shù)為基礎(chǔ)的理論體系，從而優(yōu)化整個(gè)機(jī)床的性能，同時(shí)該技術(shù)很好的將機(jī)、電、液這三門與機(jī)床設(shè)計(jì)有關(guān)聯(lián)的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行容納，讓工作人員在設(shè)計(jì)過程中逐漸提高自身的專業(yè)水平，充分運(yùn)用新型材料改變傳統(tǒng)刻板的結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)機(jī)床制造的輕量化。綜上所述，在機(jī)床輕量化過程中，必須要充分運(yùn)用各個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系，確保每一個(gè)子結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，運(yùn)用好多學(xué)科綜合優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)領(lǐng)域的質(zhì)量提高，保障相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。

3 在機(jī)床設(shè)計(jì)中輕量化技術(shù)的有效應(yīng)用

目前我國(guó)在機(jī)床設(shè)計(jì)上很多工作人員都是采用過去機(jī)床產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，并沒有充分運(yùn)用創(chuàng)新思維，只是簡(jiǎn)單的對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行完善和改進(jìn)，只要之前的機(jī)床使用過程中沒有出現(xiàn)重大的問題，那么就不會(huì)進(jìn)行很重大的設(shè)計(jì)變更，這樣雖然不會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的性能出現(xiàn)重大的問題，但是會(huì)讓機(jī)床上無關(guān)緊要的結(jié)構(gòu)越來越多，也就導(dǎo)致機(jī)床變重。因此，本文將基于輕量化技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)于如何更好的展開輕量化設(shè)計(jì)提出思路，降低機(jī)床設(shè)計(jì)中的無用功能結(jié)構(gòu)，減輕質(zhì)量，降低機(jī)床制造的經(jīng)濟(jì)投入，保障機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)床的結(jié)構(gòu)分為大件和小件，其中大件包括床身、機(jī)體以及立柱等等，主要區(qū)別就是大件很重，同時(shí)形狀較為復(fù)雜，很難移動(dòng)。因此，在機(jī)床設(shè)計(jì)輕量化技術(shù)的應(yīng)用中，就要朝著減輕大件質(zhì)量的方向研究，充分利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在保證機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能以及靜態(tài)性能的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力展開實(shí)驗(yàn)?zāi)M，讓機(jī)床能夠朝著高精度、綠色的方向發(fā)展。其中，沈陽機(jī)床集體有限公司在對(duì)立式機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)展開對(duì)床身的創(chuàng)新，讓新一代的機(jī)床能夠擁有高抗壓、精度良好、節(jié)省材料等多個(gè)特點(diǎn)，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)利益。

3.2 新材料技術(shù)在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

從上文中可以了解到新材料包括碳素纖維、蜂窩式材料等等，而通過調(diào)查研究可以了解到目前已經(jīng)被投入到機(jī)床制造中的材料有樹脂混凝土，與傳統(tǒng)的鐵造機(jī)床相比，抗震性更強(qiáng)，并且還有一定的耐熱性，同時(shí)機(jī)床運(yùn)用中的安全性和穩(wěn)定性也能得到保障，可以讓機(jī)床的使用壽命更長(zhǎng)。除此之外，蜂窩式金屬材料也因?yàn)槠浔旧淼母邉傂裕瑫r(shí)重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)材料，可以運(yùn)用到機(jī)床支撐結(jié)構(gòu)上的制造。目前對(duì)于新材料的研究運(yùn)用更多的是在日本、美國(guó)以及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家當(dāng)中，我國(guó)還沒有建立起比較完善的研究體系，同時(shí)缺乏相應(yīng)的資金投入。像瑞士的某個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)公司，對(duì)于機(jī)體的設(shè)計(jì)就是將其變?yōu)椤皁”形封閉式，并且全部都采取樹脂混凝土進(jìn)行制造，整個(gè)機(jī)床的移動(dòng)部件與形體的重量比例竟達(dá)到了1：10，很好的符合了機(jī)床設(shè)計(jì)中要求的標(biāo)準(zhǔn)，讓該重的部件重，不該重的則盡可能輕。同時(shí)，德國(guó)EEW公司在展開對(duì)大型模具的加工制造中，選擇利用碳素纖維的延展性以及質(zhì)量輕，很好的保障了加工效率，為其帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。

3.3 多學(xué)科綜合技術(shù)在機(jī)床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

運(yùn)用多學(xué)科綜合技術(shù)就必須需要考慮到多個(gè)因素的存在，如制造成本、機(jī)床性能以及剛度加上傳動(dòng)控制等等，才能確保輕量化設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。在對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)時(shí)，最好秉持著最簡(jiǎn)化原則，盡可能的將無關(guān)結(jié)構(gòu)刪除，減少無關(guān)的零件數(shù)目，防止材料使用上的浪費(fèi)，提高材料利用率，讓機(jī)床的精度得到保證，提高工作效率，保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。同時(shí)，在設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)用多學(xué)科綜合技術(shù)理念，利用多個(gè)學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容，進(jìn)行功能優(yōu)化，可以讓機(jī)床在日后的維修上更加方便，不至于產(chǎn)生突發(fā)事故，危害工作人員的生命，還能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的延續(xù)，讓其能夠得到更久的生命周期，需要工作人員能夠重視起對(duì)好的設(shè)計(jì)理念運(yùn)用，及時(shí)進(jìn)行推廣優(yōu)化，有助于推動(dòng)我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)整體領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，逐漸追上發(fā)達(dá)國(guó)家的腳步。

4 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)床設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，要想充分發(fā)揮輕量化技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)一步創(chuàng)新，首先需要以充分的理論知識(shí)作為基礎(chǔ)，多樣化的方法作為工具，讓我國(guó)重型機(jī)床制造行業(yè)能夠逐漸擺脫傳統(tǒng)刻板的工作理念，逐步追上發(fā)達(dá)國(guó)家制造企業(yè)的步伐，深刻貫徹國(guó)家頒布的可持續(xù)發(fā)展理念，設(shè)計(jì)出目前社會(huì)所需要的綠色低污染的重型機(jī)床，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行研究，制造出符合國(guó)際先進(jìn)水平的高精密現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床，推動(dòng)我國(guó)機(jī)床行業(yè)的總體發(fā)展，保障相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，希望本文能夠?yàn)橄嚓P(guān)科研工作人員以及數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)人員提供思路，完善設(shè)計(jì)思路，充分發(fā)揮出輕量化技術(shù)的價(jià)值所在，設(shè)計(jì)出質(zhì)量輕、抗壓性高以及更加環(huán)保的優(yōu)質(zhì)數(shù)控機(jī)床。

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