數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)優(yōu)化

朱士云，仲小敏

（江蘇省揚州技師學(xué)院，江蘇 揚州 225003）

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)，具備較高的自動化水平，將其應(yīng)用于機(jī)械制造中，能夠極大的提升生產(chǎn)效率，產(chǎn)品精度也能夠得到更好的保障。但是，當(dāng)前我們發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的使用效率并不高，和西方發(fā)達(dá)國家相比較而言，缺乏健全的管理制度體系，技術(shù)手段不完善，這對于數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是不利的，在此情形下，要進(jìn)一步創(chuàng)新優(yōu)化數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工作，進(jìn)而達(dá)到更加理想的技術(shù)水平，為機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)展提供更加強(qiáng)有力的支撐，助推社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)特點概述

1.1 自動化特點

自動化是數(shù)控機(jī)床所具備的突出特點，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的自動化生產(chǎn)操作，除切割及成型外，其他環(huán)節(jié)并不需要人力的參與即可實現(xiàn)自動化操作，整個生產(chǎn)過程具備較高的安全性和高效性，這樣一來，就極大的減少了在人力、物力及財力等方面的浪費。

1.2 高技術(shù)化特點

數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于機(jī)械制造中，具備較高的技術(shù)性特征，正是得益于其較高的技術(shù)性，才優(yōu)化了機(jī)械生產(chǎn)制造過程，提升了生產(chǎn)制造的安全性與穩(wěn)定性。同時，較高技術(shù)性的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，對于操作人員專業(yè)化水平提出了更高的要求，通過學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)知識，方可更好的滿足數(shù)控機(jī)床較高的技術(shù)性操作要求。

1.3 智能化特點

將數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，通過設(shè)置相應(yīng)的生產(chǎn)程序，即可實現(xiàn)智能化操作，整個過程并不需要人的參與。通過優(yōu)化升級產(chǎn)品加工程序，減少人員的參與，降低人為因素引發(fā)故障問題的幾率，更好的保障產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，滿足社會發(fā)展需求。

2 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要求與關(guān)鍵點分析

2.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

2.1.1 靜態(tài)剛度與動態(tài)參數(shù)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)系統(tǒng)輸入指令起到了重要作用，為保證數(shù)控機(jī)床始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，必須要確保數(shù)據(jù)系統(tǒng)指令的正常輸入。設(shè)計人員要嚴(yán)格控制好數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)零件狀態(tài)，降低各項因素對部件彈性形變的影響，只有保持正常狀態(tài)，方可提升機(jī)械質(zhì)量與安全性。尤其是主軸剛度，要定期做好數(shù)據(jù)升級工作，以便于充分發(fā)揮其價值作用。

2.1.2 減小機(jī)械結(jié)構(gòu)熱變形的產(chǎn)生率

由于受到溫度的影響，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)運行期間極易出現(xiàn)熱變形現(xiàn)象，進(jìn)而對機(jī)床運行效率及精度造成影響。所以要充分結(jié)合實際情況來進(jìn)行分析，切實提高機(jī)床運行速度，將主要部件遠(yuǎn)離熱源，并更新優(yōu)化冷卻設(shè)備及散熱設(shè)備，確保數(shù)控機(jī)床始終處于正常運行狀態(tài)，將機(jī)床易于高溫部位的溫度始終控制在恒溫狀態(tài)，避免高溫產(chǎn)生誤差，減小熱變形。

2.1.3 減小機(jī)械結(jié)構(gòu)摩擦傳動間隙

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)運行期間，脈沖量、位移量是重要的參考數(shù)據(jù)，應(yīng)嚴(yán)格安全按照標(biāo)準(zhǔn)速度值運行，嚴(yán)格控制溫度，如溫度過低會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)運行中出現(xiàn)異常摩擦，因此在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，要減少機(jī)械結(jié)構(gòu)摩擦傳動間隙，要明確傳動鏈的重要性，認(rèn)真做好監(jiān)管工作，驗收時要降低傳動齒輪、滾珠絲杠的工作誤差，確保各項參數(shù)的可靠性與穩(wěn)定性。

2.1.4 減小機(jī)械結(jié)構(gòu)中輔助時間框架

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，要高度重視機(jī)械架構(gòu)加工工序，做好質(zhì)量管控工作，降低輔助時間比重。如：非切削時間，要結(jié)合實際情況制定相應(yīng)的監(jiān)管對策，確保數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)始終處于正常工作狀態(tài)，達(dá)到良好的節(jié)能效果。再例如：輔助時間，負(fù)責(zé)人、工作人員要積極優(yōu)化多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)，應(yīng)用自動換刀設(shè)備，使得結(jié)構(gòu)換刀更加的簡單化，實現(xiàn)對時間的節(jié)約利用。

2.2 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化關(guān)鍵點

2.2.1 完善優(yōu)化主傳動變速系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，主傳動變速系統(tǒng)是重點內(nèi)容，通過優(yōu)化主傳動變速系統(tǒng)，使其達(dá)到更高的運轉(zhuǎn)效率，促進(jìn)工作效率的提升。數(shù)控機(jī)床主傳動變速系統(tǒng)優(yōu)化過程中，一方面要進(jìn)一步提升輸出扭矩參數(shù)數(shù)值，另一方面要優(yōu)化變速齒輪主傳動方式。在提升數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)時，可以借助調(diào)速電機(jī)驅(qū)動主傳動裝置，進(jìn)而優(yōu)化數(shù)控機(jī)床原有機(jī)械結(jié)構(gòu)，提升主軸箱體、主軸結(jié)構(gòu)便捷化水平，實現(xiàn)對主傳動變速系統(tǒng)的優(yōu)化與升級。針對小型數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)向，可利用皮帶進(jìn)行傳動，不僅能夠降低噪音，而且還能夠控制振動，保證數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

2.2.2 優(yōu)化完善機(jī)床主軸系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計工作的開展，可以分為三個方面：首先是主傳動項目升級，結(jié)合數(shù)控機(jī)床機(jī)械前后支撐結(jié)構(gòu)狀況設(shè)定不同的軸承，保證主軸剛度，嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行操作，提高項目參數(shù)結(jié)果后，實現(xiàn)高效運行。同時，在選用數(shù)控機(jī)床前支撐結(jié)構(gòu)的時候，可以選用雙列短圓柱滾子軸承，并和雙列向心推力球軸承保持60°斜角，實現(xiàn)數(shù)據(jù)升級，更好的完成優(yōu)化設(shè)計工作。其次要合理選取參數(shù)向框架對軸承結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)選效果佳的參數(shù)框架，進(jìn)而更好的優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)及框架性能，使其具備更高的運行速度和精密度，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械運轉(zhuǎn)效率的提升。最后，做好對軸承結(jié)構(gòu)的升級工作，前軸升級后，需要利用高精度軸承結(jié)構(gòu)方可提升項目運行速度，前軸運行時主軸轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到4000，但是需要注意的是，該法極易導(dǎo)致軸承承載力下降，因此要合理選擇參數(shù)框架，提升整體參數(shù)，提高軸承定位和主軸荷載能力。

3 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)制造技術(shù)優(yōu)化對策探討

3.1 提高數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性

眾所周知，數(shù)控機(jī)床的運行、使用環(huán)境非常的復(fù)雜化，在生產(chǎn)加工過程中需要切削處理各種性質(zhì)的材料。在這種情況下，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件在經(jīng)過長時間的使用后往往會出現(xiàn)磨損，再加上運行環(huán)境過于復(fù)雜，極易影響到數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定運行，最終對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。所以在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)制造優(yōu)化過程中，要重點做好對機(jī)床穩(wěn)定性的優(yōu)化工作，充分考慮到運行環(huán)境、使用需求等多方面的因素，科學(xué)合理的設(shè)計數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)，最大限度的降低在運行過程中出現(xiàn)慣性、振動的幾率，使得整個加工過程更加的穩(wěn)定。同時，處于穩(wěn)定化的工作狀態(tài)下，能夠減少各個零部件彼此之間的磨損，使得數(shù)控機(jī)床具備更加長久的使用壽命，同時亦可保持穩(wěn)定的生產(chǎn)加工狀態(tài)，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 提高數(shù)控機(jī)床的精確性

現(xiàn)階段，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工領(lǐng)域中的應(yīng)用，雖然極大的提升了產(chǎn)品生產(chǎn)加工效率，但是不同批次所生產(chǎn)加工出的產(chǎn)品，往往會存在質(zhì)量方面的差異，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不高，這主要就是由于數(shù)控機(jī)床精度出現(xiàn)問題所導(dǎo)致的?；诖?，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性升級也就成為一項至關(guān)重要的工作。影響數(shù)控機(jī)床精度的因素是多方面的，如：外力因素、內(nèi)部零部件老化、異常磨損等，要想更好的提升數(shù)控機(jī)床的準(zhǔn)確性，要從上述多項影響因素入手，創(chuàng)新數(shù)控機(jī)床技術(shù)，定時定期的做好對數(shù)控機(jī)床的檢修、保養(yǎng)、維護(hù)工作，建立健全完善的數(shù)控機(jī)床管理制度，將檢修、保養(yǎng)以及維護(hù)等各項工作落實到實處，切實提高數(shù)控機(jī)床管理水平，及時的發(fā)現(xiàn)并解決電路故障、零部件老化等問題，使得數(shù)控機(jī)床的運行具備更高的精度，提升數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 加強(qiáng)新技術(shù)引進(jìn)

新時期，在數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)制造技術(shù)優(yōu)化過程中，要重視對新技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，加大對新技術(shù)的研發(fā)力度，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿?、動力的提升。企業(yè)要充分意識到該項工作的重要性和必要性，尤其是三維穩(wěn)定環(huán)境技術(shù)，將其引入并和數(shù)控機(jī)床相融合，能夠極大的提升數(shù)控機(jī)床運行穩(wěn)定性。不僅如此，引入應(yīng)用智能技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)，動態(tài)化調(diào)整數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)，降低數(shù)控機(jī)床運行故障問題的出現(xiàn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更加有利于產(chǎn)品生產(chǎn)目標(biāo)的實現(xiàn)，為接下來數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

4 數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢探討

4.1 超高精度、超高運轉(zhuǎn)速度

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)將會升級，功能將會更加完善，新時期，為更好的滿足工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)朝著超高精度和超高運轉(zhuǎn)速度的方向發(fā)展，進(jìn)而達(dá)到更加理想的產(chǎn)品生產(chǎn)效率，同時亦可更好的保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足新時期社會發(fā)展對于多種產(chǎn)品的高精度需求，進(jìn)而為企業(yè)帶來更加理想的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 超高可靠性

數(shù)控機(jī)床運轉(zhuǎn)過程中，是否具備較高的可靠性是評價數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的重要因素。目前，國外對于數(shù)控機(jī)床的可靠性評價要求達(dá)到10000小時以上，且平均故障間隔時間達(dá)到6000小時以上方可認(rèn)定為可靠。和西方國家相比較而言，當(dāng)前我國數(shù)控機(jī)床MTBF僅為3000h小時，能夠達(dá)到5000小時的少之又少，由此我們不難看出和西方國家存在不小的差異?；诖?，在接下來的時間里，要進(jìn)一步提升數(shù)控機(jī)床可靠性，充分發(fā)揮集成電路等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大優(yōu)勢和作用，建立完善故障自診斷、自修復(fù)、自保護(hù)等系統(tǒng)，切實提高數(shù)控機(jī)床的可靠性，及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)所出現(xiàn)的問題，及早恢復(fù)正常的運行狀態(tài)，使得數(shù)控機(jī)床運行更加的安全可靠。

4.3 實時智能化

以PCB鉆孔為例，發(fā)展初期只需要滿足簡單的數(shù)控機(jī)械鉆孔即可，然而在智能化的今天，這已經(jīng)無法滿足應(yīng)用需求。新時期，PCB數(shù)控鉆孔和智能化技術(shù)的融合應(yīng)用成為發(fā)展的必然趨勢，這是提升PCB數(shù)控機(jī)械實時智能化鉆孔的關(guān)鍵，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實時化監(jiān)控與智能建模，而且還有助于提升數(shù)控機(jī)床的運行效率和精度，通過智能分析各項數(shù)據(jù)，為后期判斷和決策提供重要的參考依據(jù)，進(jìn)而不斷升級優(yōu)化數(shù)控鉆孔精度，達(dá)到更加理想的鉆孔精準(zhǔn)性。不僅如此，數(shù)控機(jī)床的實時智能化發(fā)展，還具備自我診斷和修復(fù)的功能，一旦機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)或者零部件出現(xiàn)故障問題，系統(tǒng)能夠自動查詢鎖定故障問題所在，明確故障問題，及時將故障問題反饋給管理人員，然后自動脫離故障模塊并接入備用模塊，實現(xiàn)自我修復(fù)，恢復(fù)正常的運行狀態(tài)，避免對后期生產(chǎn)造成影響。

5 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中，數(shù)控機(jī)床起到了至關(guān)重要的作用，極大的便利了機(jī)械生產(chǎn)與制造。新時期，工業(yè)領(lǐng)域快速發(fā)展的背景下，對于數(shù)控機(jī)床功能、應(yīng)用能力提出了更高的要求，為更好的滿足社會發(fā)展需求，要積極優(yōu)化數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)，切實提高數(shù)控機(jī)床自動化水平，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。在接下來的時間里，數(shù)控機(jī)床將會朝著超高精度、超高運轉(zhuǎn)速度、超高可靠性、超高智能性的方向發(fā)展，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床升級，推動工業(yè)自動化、智能化水平的提升。