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計部副部長，中級工程師，碩士。研究方向：機床及其功能部件設計。

摘 要：隨著科學技術水平的不斷提高，我國的機械工業(yè)也得到前所未有的進步和發(fā)展，但是隨著市場更新?lián)Q代的加速，機械工業(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)控機床的應用性能和價值，需要對數(shù)控機床機械結構和制造技術進行不斷地完善和創(chuàng)新，借助于科學技術來設計更好的機械結構，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。

關鍵詞：數(shù)控機床;機械結構;設計;制造技術;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)控機床的推廣和應用。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)和技術人員不斷對生產(chǎn)技術進行創(chuàng)新和優(yōu)化，充分發(fā)揮出自動化技術的價值和作用。

二、數(shù)控機床機械結構的特點

（一）具有較高的柔性

數(shù)控機床內部的加工零件實際和普通機床有著直接的不同，甚至不需要直接借助更多的程序就可以更好地調整整個機床。因此，更多的數(shù)控機床都可以被用來加工不同類型的零件，更可以被應用于開發(fā)產(chǎn)品的過程中，實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)控機床的實際精度可以達到0.05～0.1 mm，實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)控機床內部的數(shù)控裝置都可以用來控制機床傳動鏈的間隙和絲桿螺之間存在的平均誤差，所以從實踐看更多數(shù)控機床的實際加工精度顯得較高[2]。

（三）實際質量較為穩(wěn)定和可靠

如果可以運用合適的數(shù)控機床來直接加工零件，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)控機床所生產(chǎn)出來的零件的質量顯得較為穩(wěn)定[3]。

（四）生產(chǎn)效率較高

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

（五）更加智能化

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

三、數(shù)控機床機械結構設計分析及優(yōu)化方法

（一）數(shù)控機床機械結構設計分析

數(shù)控機床機械結構設計主要包括三大部分，第一部分為主軸部件;第二部分為機械的傳動結構;第三部分為支撐部件，這三部分的可靠性和精準度決定了數(shù)控機床生產(chǎn)應用過程中穩(wěn)定性、幾何精度和抗震性，而傳動結構的和變速系統(tǒng)設計是為了實現(xiàn)數(shù)控機床的自動化控制。

1. 主軸部件

在機械結構中發(fā)揮著關鍵性的作用，主軸部件質量水平的高低會影響其轉速的快慢情況。根據(jù)現(xiàn)階段機械生產(chǎn)發(fā)展的實際情況來看，觸角式混合式的陶瓷角接觸軸承在市場中得到廣泛地應用，并且有比較強的綜合性能，其最高的轉速可以達到30000 r/min，所以，我國很多機械結構設計中重點對主軸承的精準度進行了分析和控制，通過這種方式來提高主軸、零件的加工速度和主軸的回轉精度，確保其在支撐導軌的過程中滑塊的位置和動導軌體的準確性更高。

2. 機械的傳動結構

在數(shù)控機床液體靜壓導軌的高效設計過程中，主要是通過額定負載來實現(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軌和貼塑導軌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾動式導軌來達到高轉速和高精準度的目的，并確保驅動軸上的帶輪可以直接在電機上安裝，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)控機床支撐部件應用時，床身和立柱是需要重點分析和討論的，需要對其在相應單位內的剛度質量進行控制，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）對機床結構進行建模和仿真優(yōu)化設計

在實際設計機床時，專業(yè)的人員需要在較短的時間內先考慮存在于機床內部產(chǎn)品的性能，并在設計的過程中尋找設計產(chǎn)品的思路。例如，在進行實體建模時可以先分析整個床內部的不同要求再直接建立對應的模型。更可以通過次要改靜力學分析、動態(tài)設計和其他分析方法來設計不同類型的機床結構和性能參數(shù)，最終才能夠使得整個機床的結構變得更加合理。例如，如果數(shù)控機床內部的剛度沒有發(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床的質量。如果數(shù)控機床自身的體積沒有直接發(fā)生變化，卻讓其剛度達到最大化，則會在最短的時間內防止機床出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。而如果直接保持數(shù)控機床的體積不變，再直接提高其內部的固有頻率，自然就可以直接提升整體的動態(tài)性能。因此，實踐中需要通過不斷地優(yōu)化不同的設計過程才能夠保證數(shù)控機床的整體性能[1]。

（三）以模塊化思想為基礎來實現(xiàn)結構的創(chuàng)新

模塊化建設實際是實現(xiàn)機床大規(guī)模設計的重要方式，所謂的模塊化就是指的先通過將不同的機床分解成不同的模塊，之后再結合實際的產(chǎn)品需求來重新組合。從機床布局來看，專業(yè)人員可以在具體分析產(chǎn)品需求的基礎上來實現(xiàn)高效組合。但是常規(guī)機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)一的標準化界面對其進行支撐。在實際設計機床時需要先分析不同的產(chǎn)品需求，再根據(jù)實際情況來改變機床的功能。高模塊化的結構不僅使得產(chǎn)品具有更高的柔性，更能夠在較短的時間內縮短產(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，更可以將機床內部的功能更好地結合在一起，讓大規(guī)模的生產(chǎn)發(fā)揮更好的作用。另外，內部模塊化的結構可以在第一時間引進各類模塊的新技術，包括直線機電技術和滾動導軌技術都可以很好地提升模塊自身的性能，實際也可以更好地在簡化機床結構的基礎上實現(xiàn)模塊的重組[2]。

四、數(shù)控機床機械結構制造技術的創(chuàng)新

（一）自動化、柔性化和集成化方向發(fā)展

數(shù)控機床機械制造技術中把新流通和數(shù)字化技術進行有效地結合，并且正在朝著單機自動化和生產(chǎn)線柔性化、信息集成化的方向上發(fā)展。單機自動化主要是數(shù)控機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，單機自動化水平程度越來越高。比如，工件可以實現(xiàn)一次裝夾，完成大部分的供需，零件裝夾和周轉次數(shù)、機床使用臺數(shù)等都在不斷的減少。例如，在棒料類零件中，數(shù)控機床和成組棒料送料裝置的結合，實現(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，可以自動進行棒料的更換，在24小時內可以實現(xiàn)不停機工作，除了需要進行刀具更換之外，只需要一個人就可以看管多臺機床的加工生產(chǎn)?？梢詫崿F(xiàn)對棒料的大批量加工生產(chǎn)，大大提高其自動化生產(chǎn)的效率和質量。

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

因為受到溫度的影響，所以會需要采用生產(chǎn)變形測量和補償技術，同時也需要工件自動識別技術、刀具破損的檢測技術、自適應控制技術、切削參數(shù)的優(yōu)化和數(shù)據(jù)庫建立技術、柔性制造系統(tǒng)的故障自診斷技術等等。這些技術的發(fā)展和應用推動了數(shù)控機床機械制造技術的創(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)控機床能夠極大促進生產(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)范化的機床使用制度，導致存在物不能盡其用的問題出現(xiàn)，在使用中，應加大對技術人員規(guī)范化思想的滲透，保證生產(chǎn)的安全性。并在生產(chǎn)過后，及時對設備進行維護和保養(yǎng)，經(jīng)過一段時間的使用，設備會出現(xiàn)影響生產(chǎn)安全的隱性問題，技術人員應定時對設備進行保養(yǎng)，查看設備的情況，更換潤滑液等。

除設備方面，操作人員的職業(yè)素質和技術水平，也能對數(shù)控機床的規(guī)范化發(fā)展起到很大的決定性作用。在實際的生產(chǎn)過程中，由于技術人員的錯誤理解或者代碼冗余都能導致機床設備的壽命下降，甚至導致設備運轉不正常，不按預定程序設定進行工作，嚴重影響生產(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，就會導致設備的癱瘓。因此企業(yè)在對于全部施工人員的培養(yǎng)上應加大力度，保證生產(chǎn)的規(guī)范化[4]。

五、結束語

綜上所述，當前我國的高端機床和國外先進廠家之間確實存在著不小的差距。因此需要在實踐中通過采用各類研究方法來開展基礎性研究的工作，并在創(chuàng)新機床設計結構理念的基礎上更好地通過運用先進的數(shù)控機床技術來為客戶提供更加高效的服務，最終自然可以保證數(shù)控機床具有較高的性能。

參考文獻：

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[2]關宇，趙佳，黃明.數(shù)控機床機械結構設計和制造技術的新動態(tài)[J].工程技術（引文版）， 2016（002）：00246-00247.

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[4]曹川川，郭鵬遠，楊大奎.基于UG的教學型五軸聯(lián)動數(shù)控銑床的機械結構設計[J].農機使用與維修， 2019（07）：6-8.

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