機(jī)床設(shè)計(jì)中輕量化技術(shù)的應(yīng)用分析

李豐偉

摘要：如今隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，打破了以往加工技術(shù)復(fù)雜低效的局面。以往的機(jī)床大多是由實(shí)心的鑄鐵材料組成，往往會(huì)顯得相當(dāng)笨重，伴隨工業(yè)化腳步的逐漸加強(qiáng)，能夠節(jié)省大量材料并且能優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能的輕量化技術(shù)就此出現(xiàn)，它不僅實(shí)現(xiàn)了綠色循環(huán)制造，而且讓可持續(xù)發(fā)展有了更明確的方向。本文就輕量化在機(jī)床中的應(yīng)用，分析輕量化出現(xiàn)的必然性，簡(jiǎn)單介紹了這種設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，并且探尋輕量化在未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：機(jī)床；輕量化；應(yīng)用分析；發(fā)展前景

機(jī)床的發(fā)展帶來(lái)的是一系列的變化和改進(jìn)，在機(jī)床工作當(dāng)中，阻尼衰減可以提高機(jī)床的壽命，從而使機(jī)床的加工精度上升到更高的層面，因此輕量化的機(jī)床構(gòu)件就為其提供了穩(wěn)定的保障。機(jī)床在被改進(jìn)的過(guò)程中，高效并且輕質(zhì)的仿生物結(jié)構(gòu)被應(yīng)用其中，計(jì)算機(jī)仿真建模、一些分析軟件被廣泛的使用，傳統(tǒng)的材料被替換，落后的結(jié)構(gòu)形式也被改進(jìn)，輕量化的機(jī)床應(yīng)用越來(lái)越明顯。

1.機(jī)床輕量化的成因

1.1輕量化技術(shù)

運(yùn)用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方案，輔助行之有效的優(yōu)化手段或者以質(zhì)量輕但是強(qiáng)度依舊的新型材料替換笨重的舊材料的方法就叫輕量化設(shè)計(jì)，其目的就是為了減輕機(jī)床本身的重量、降低耗材的成本，更可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保的策略，以便提高工業(yè)化綜合性能。

機(jī)床的重要支撐部件是床身，床身輕量化的實(shí)現(xiàn)一直是人們探究的一個(gè)方向，為了滿足工業(yè)化市場(chǎng)的需求，機(jī)床系統(tǒng)被給予高效適應(yīng)現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的厚望。在采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)、多學(xué)科綜合優(yōu)化、新材料設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)的基礎(chǔ)上，復(fù)合化、高速化、綠色化、集成化、高密度化已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)化機(jī)床制造行業(yè)的趨勢(shì)。

1.2傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)件中存在的問(wèn)題由來(lái)已久，及待解決：

（1）長(zhǎng)久以來(lái)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方法一直被應(yīng)用于機(jī)床結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)輕量化的機(jī)床結(jié)構(gòu)件，首要想到的就是其動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者要合理的利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，在不影響機(jī)床整體性能的情況下，縮減投入機(jī)床的成本。

（2）輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是有一定的局限性的，多是根據(jù)設(shè)計(jì)者的水平。在投入實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，才能發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，再根據(jù)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，這樣就需要投入更多的人物力。

（3）雖然目前的市場(chǎng)已經(jīng)有不少機(jī)床輕量化的應(yīng)用，但是對(duì)結(jié)構(gòu)仿生學(xué)的理論創(chuàng)新設(shè)計(jì)還是處在一個(gè)停滯不前的狀態(tài)。

2.實(shí)現(xiàn)機(jī)床輕量化的方法

輕量化機(jī)身是整個(gè)制造業(yè)都努力奮斗的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)機(jī)床及機(jī)身輕量化的方法主要有以下幾點(diǎn)：

2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減輕重量

為了達(dá)到減輕機(jī)床本身重量的目的，可以利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)，把一些相似的部件整合，讓一些大的零件小型化，或者省去一些部件的累贅部位使之薄壁化，用最少的材料使利益最大化，達(dá)到更好的效果。

2.2采用新型材料

傳統(tǒng)的機(jī)床大多使用的是鋼、鐵或者混凝土，功能很單一，存在著各種各樣的問(wèn)題，所以強(qiáng)度高并且質(zhì)量輕的新型材料的選用就會(huì)是必然的。天然花崗巖或者填充混凝土的鋼板成了新材料的首選。使用這些新材料使機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化，提高機(jī)床的使用時(shí)間，增強(qiáng)零部件與機(jī)床的穩(wěn)定性。

2.3基于結(jié)構(gòu)仿生的輕量化設(shè)計(jì)

自然界生物的一些優(yōu)點(diǎn)被人類廣泛的使用，為了優(yōu)化機(jī)床的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高操作性能，設(shè)計(jì)者也把仿生學(xué)運(yùn)用在機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

（1）六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)。蜜蜂窩的六邊形結(jié)構(gòu)一直為人們所贊嘆，其達(dá)到了面積使用的最大化，具有最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，把蜂窩的六邊形結(jié)構(gòu)應(yīng)用到機(jī)床當(dāng)中，降低機(jī)床使用材料，提高結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性。

（2）葉脈與根系的關(guān)系。可以采用葉脈結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)板類結(jié)構(gòu)的輕量化。

（3）動(dòng)物骨架及殼結(jié)構(gòu)的使用。動(dòng)物大部分力量都集中在骨架上，它能很好的適應(yīng)動(dòng)物自身的成長(zhǎng)，而動(dòng)物的殼硬度很大并且質(zhì)量很輕，可以很好的保護(hù)自身。如果應(yīng)用在機(jī)床上，會(huì)很大程度上減少材料的使用。

2.4 改進(jìn)制造工藝，改善工作環(huán)境

如果說(shuō)工廠只是單方面改變了機(jī)床本身來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)工作，實(shí)施起來(lái)效果并不是那么的明顯。相對(duì)來(lái)說(shuō)，工廠不僅要利用機(jī)床輕量化的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)率的目的，還要采用新型材料和先進(jìn)的制造工藝，或者改善機(jī)床及車間的工作環(huán)境，來(lái)整體的實(shí)現(xiàn)機(jī)床輕量化，最終得以大幅度提高自身在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.機(jī)床輕量化的發(fā)展前景

機(jī)床輕量化是目前為止對(duì)生產(chǎn)行業(yè)影響深遠(yuǎn)的一次全新的綜合性的變革，它對(duì)高速加工和提高零件的耐用性都有很高的標(biāo)準(zhǔn)。在研究過(guò)程中，它需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，通過(guò)不斷的實(shí)踐改進(jìn)其功能，實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大提高，最終產(chǎn)生的機(jī)床結(jié)構(gòu)件可以符合企業(yè)節(jié)約資源、合理加工、具有競(jìng)爭(zhēng)力的要求。

輕量化設(shè)計(jì)包括對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、工藝的操作，實(shí)現(xiàn)高結(jié)構(gòu)性能、低成本投入、綠色制造的功能，在目前的生產(chǎn)制造業(yè)領(lǐng)域，擁有不可估量的發(fā)展前景：

3.1新材料的應(yīng)用。機(jī)床輕量化，利用新型較輕的材料替換原來(lái)笨重、花費(fèi)大的材料，是首當(dāng)其沖的。

3.2理念的完善。輕量化的設(shè)計(jì)依托于設(shè)計(jì)者自身的理論水平，在實(shí)際應(yīng)用中才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就要求設(shè)計(jì)者不斷的完善自身。為了達(dá)到機(jī)床在本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)輕量化，理念的完善勢(shì)在必行。

3.3優(yōu)化輕量化的算法。不同的算法實(shí)際產(chǎn)生的效果是不一樣的，這就需要不停的去改進(jìn)輕量化的算法來(lái)針對(duì)性的解決問(wèn)題，達(dá)到更好的發(fā)展。

4.結(jié)語(yǔ)

在目前工業(yè)化市場(chǎng)的體系下，科學(xué)技術(shù)掌握能力和創(chuàng)造能力都取得了顯著的成效，但是相對(duì)于世界水平來(lái)說(shuō)，還有很大一段距離需要努力，研究出切實(shí)可行的機(jī)床輕量化技術(shù)就顯得尤為重要。利用新型材料和輕量化的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、減低耗材、提高生產(chǎn)力、與環(huán)境友好發(fā)展為目的，從而獲得機(jī)床業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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