数控机床机械结构设计和制造技术优化论文

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　　摘 要 ：近年来， 随着工业技术水平的不断提升， 数控机床在制造领域实现了广泛的应用， 极大的提升了机械制造自动化水平， 生产效率及质量显著升高，推动了机械制造业的发展。新时期，新环境下，社会发展对于数控机床功能、应用水平提出了更高的 要求，为更好的满足发展需求，做好对数控机床机械结构的设计与制造技术的优化具有重要的现实意义。本文首先概述了数控 机床机械结构特点 ;其次分析了数控机床机械结构设计优化要求与关键点 ;接着分析了数控机床机械结构制造技术优化对策 ; 最后探讨了数控机床技术发展趋势。

　　关键词 ：数控机床 ;机械结构 ;设计制造 ;优化研究

　　现代数控机床技术，具备较高的自动化水平，将其应用于机 械制造中， 能够极大的提升生产效率， 产品精度也能够得到更好 的保障。但是，当前我们发现数控机床的使用效率并不高，和西 方发达国家相比较而言， 缺乏健全的管理制度体系， 技术手段不 完善，这对于数控机床的发展是不利的，在此情形下，要进一步 创新优化数控机床机械结构设计与制造工作，进而达到更加理 想的技术水平， 为机械制造领域发展提供更加强有力的支撑， 助 推社会经济可持续发展。

　　1 数控机床机械结构特点概述

　　1.1 自动化特点

　　自动化是数控机床所具备的突出特点，数控机床的出现和 应用，能够实现高效率的自动化生产操作，除切割及成型外，其 他环节并不需要人力的参与即可实现自动化操作，整个生产过 程具备较高的安全性和高效性， 这样一来， 就极大的减少了在人 力、物力及财力等方面的浪费。

　　1.2 高技术化特点

　　数控机床应用于机械制造中，具备较高的技术性特征，正是 得益于其较高的技术性， 才优化了机械生产制造过程， 提升了生 产制造的安全性与稳定性。同时，较高技术性的数控机床设备， 对于操作人员专业化水平提出了更高的要求，通过学习先进的 技术知识， 方可更好的满足数控机床较高的技术性操作要求。

       1.3 智能化特点

　　将数控机床应用于工业领域，通过设置相应的生产程序，即 可实现智能化操作， 整个过程并不需要人的参与。通过优化升级 产品加工程序， 减少人员的参与， 降低人为因素引发故障问题的 几率， 更好的保障产品的生产效率和质量， 满足社会发展需求。

　　2 数控机床机械结构设计优化要求与关键点分析

       2.1 数控机床机械结构设计要求

　　2.1.1 静态刚度与动态参数

　　数控机床机械结构中，数据系统输入指令起到了重要作用，为保证数控机床始终处于稳定的运行状态，必须要确保数据系 统指令的正常输入。设计人员要严格控制好数控机床机械结构 零件状态， 降低各项因素对部件弹性形变的影响， 只有保持正常 状态，方可提升机械质量与安全性。尤其是主轴刚度，要定期做 好数据升级工作， 以便于充分发挥其价值作用。

　　2.1.2 减小机械结构热变形的产生率

　　由于受到温度的影响，数控机床机械结构运行期间极易出 现热变形现象， 进而对机床运行效率及精度造成影响。所以要充 分结合实际情况来进行分析， 切实提高机床运行速度， 将主要部 件远离热源， 并更新优化冷却设备及散热设备， 确保数控机床始 终处于正常运行状态，将机床易于高温部位的温度始终控制在 恒温状态， 避免高温产生误差， 减小热变形。

　　2.1.3 减小机械结构摩擦传动间隙

　　数控机床机械结构运行期间，脉冲量、位移量是重要的参考 数据，应严格安全按照标准速度值运行，严格控制温度，如温度 过低会导致数控机床机械结构运行中出现异常摩擦，因此在数 控机床机械结构设计优化时， 要减少机械结构摩擦传动间隙， 要 明确传动链的重要性， 认真做好监管工作， 验收时要降低传动齿 轮、滚珠丝杠的工作误差， 确保各项参数的可靠性与稳定性。 2.1.4 减小机械结构中辅助时间框架数控机床机械结构设计优化时，要高度重视机械架构加工 工序， 做好质量管控工作， 降低辅助时间比重。如 ：非切削时间， 要结合实际情况制定相应的监管对策，确保数控机床结构始终 处于正常工作状态，达到良好的节能效果。再例如 ：辅助时间， 负责人、工作人员要积极优化多主轴、多刀架结构，应用自动换 刀设备， 使得结构换刀更加的简单化， 实现对时间的节约利用。

　　2.2 数控机床机械结构设计优化关键点

　　2.2.1 完善优化主传动变速系统

　　数控机床机械结构设计优化时，主传动变速系统是重点内 容，通过优化主传动变速系统，使其达到更高的运转效率，促进 工作效率的提升。数控机床主传动变速系统优化过程中，一方面 要进一步提升输出扭矩参数数值， 另一方面要优化变速齿轮主传 动方式。在提升数控机床机械结构参数时，可以借助调速电机驱 动主传动装置， 进而优化数控机床原有机械结构， 提升主轴箱体、 主轴结构便捷化水平，实现对主传动变速系统的优化与升级。针 对小型数控机床机械结构向，可利用皮带进行传动，不仅能够降 低噪音， 而且还能够控制振动， 保证数控机床的稳定运转。

　　2.2.2 优化完善机床主轴系统

　　数控机床主轴系统优化设计工作的开展，可以分为三个方 面 ：首先是主传动项 目升级，结合数控机床机械前后支撑结构状况设定不同的轴承， 保证主轴刚度， 严格按照设计要求进行操 作，提高项目参数结果后，实现高效运行。同时，在选用数控机 床前支撑结构的时候， 可以选用双列短圆柱滚子轴承， 并和双列 向心推力球轴承保持 60°斜角，实现数据升级，更好的完成优 化设计工作。其次要合理选取参数向框架对轴承结构予以优化， 数控机床机械结构优化设计时， 应优选效果佳的参数框架， 进而 更好的优化轴承结构及框架性能，使其具备更高的运行速度和 精密度，促进数控机床机械运转效率的提升。最后，做好对轴承 结构的升级工作， 前轴升级后， 需要利用高精度轴承结构方可提 升项目运行速度，前轴运行时主轴转速能够达到 4000.但是需 要注意的是， 该法极易导致轴承承载力下降， 因此要合理选择参 数框架， 提升整体参数， 提高轴承定位和主轴荷载能力。

　　3 数控机床机械结构制造技术优化对策探讨

　　3.1 提高数控机床的稳定性

　　众所周知，数控机床的运行、使用环境非常的复杂化，在生 产加工过程中需要切削处理各种性质的材料。在这种情况下， 数控机床机械结构零部件在经过长时间的使用后往往会出现磨 损，再加上运行环境过于复杂，极易影响到数控机床的稳定运 行，最终对产品质量造成影响。所以在数控机床机械结构制造优 化过程中， 要重点做好对机床稳定性的优化工作， 充分考虑到运 行环境、使用需求等多方面的因素， 科学合理的设计数控机床机 械结构，最大限度的降低在运行过程中出现惯性、振动的几率， 使得整个加工过程更加的稳定。同时，处于稳定化的工作状态 下，能够减少各个零部件彼此之间的磨损， 使得数控机床具备更 加长久的使用寿命， 同时亦可保持稳定的生产加工状态， 带来更 高的经济效益。

　　3.2 提高数控机床的精确性

　　现阶段，数控机床在机械加工领域中的应用，虽然极大的提 升了产品生产加工效率， 但是不同批次所生产加工出的产品， 往 往会存在质量方面的差异， 产品质量稳定性不高， 这主要就是由 于数控机床精度出现问题所导致的。基于此， 数控机床机械结构 准确性升级也就成为一项至关重要的工作。影响数控机床精度 的因素是多方面的，如 ：外力因素、内部零部件老化、异常磨损 等，要想更好的提升数控机床的准确性， 要从上述多项影响因素 入手，创新数控机床技术，定时定期的做好对数控机床的检修、 保养、维护工作，建立健全完善的数控机床管理制度，将检修、 保养以及维护等各项工作落实到实处，切实提高数控机床管理 水平，及时的发现并解决电路故障、零部件老化等问题，使得数 控机床的运行具备更高的精度， 提升数控机床产品质量。

　　3.3 加强新技术引进

　　新时期，在数控机床机械结构制造技术优化过程中，要重视 对新技术的引进和应用， 加大对新技术的研发力度， 促进数控机 床领域发展潜力、动力的提升。企业要充分意识到该项工作的重 要性和必要性， 尤其是三维稳定环境技术， 将其引入并和数控机 床相融合，能够极大的提升数控机床运行稳定性。不仅如此，引 入应用智能技术、计算机信息技术， 动态化调整数控机床系统参 数，降低数控机床运行故障问题的出现，提高产品质量，更加有 利于产品生产目标的实现，为接下来数控机床的广泛应用打下 良好的基础。

　　4 数控机床技术发展趋势探讨

　　4.1 超高精度、超高运转速度

　　随着现代科学技术的快速发展，数控机床技术将会升级，功能将会更加完善，新时期，为更好的满足工业领域发展需求，数 控机床应朝着超高精度和超高运转速度的方向发展，进而达到 更加理想的产品生产效率， 同时亦可更好的保证产品质量， 满足 新时期社会发展对于多种产品的高精度需求，进而为企业带来 更加理想的经济效益。

　　4.2 超高可靠性

　　数控机床运转过程中，是否具备较高的可靠性是评价数控 机床质量的重要因素。目前， 国外对于数控机床的可靠性评价要 求达到 10000 小时以上，且平均故障间隔时间达到 6000 小时以 上方可认定为可靠。和西方国家相比较而言， 当前我国数控机床 MTBF仅为 3000h 小时，能够达到 5000 小时的少之又少，由此我 们不难看出和西方国家存在不小的差异。基于此， 在接下来的时 间里， 要进一步提升数控机床可靠性， 充分发挥集成电路等现代 科学技术的巨大优势和作用，建立完善故障自诊断、自修复、自 保护等系统， 切实提高数控机床的可靠性， 及时发现并修复所出 现的问题， 及早恢复正常的运行状态， 使得数控机床运行更加的 安全可靠。

　　4.3 实时智能化

　　以PCB 钻孔为例，发展初期只需要满足简单的数控机械钻 孔即可，然而在智能化的今天，这已经无法满足应用需求。新时 期，PCB 数控钻孔和智能化技术的融合应用成为发展的必然趋 势，这是提升PCB 数控机械实时智能化钻孔的关键，不仅能够 实现实时化监控与智能建模，而且还有助于提升数控机床的运 行效率和精度， 通过智能分析各项数据， 为后期判断和决策提供 重要的参考依据， 进而不断升级优化数控钻孔精度， 达到更加理 想的钻孔精准性。不仅如此，数控机床的实时智能化发展，还具 备自我诊断和修复的功能，一旦机械设备系统或者零部件出现 故障问题，系统能够自动查询锁定故障问题所在，明确故障问 题，及时将故障问题反馈给管理人员， 然后自动脱离故障模块并 接入备用模块，实现自我修复，恢复正常的运行状态，避免对后 期生产造成影响。

　　5 结语

　　综上所述，在工业领域发展中，数控机床起到了至关重要的 作用，极大的便利了机械生产与制造。新时期，工业领域快速发 展的背景下，对于数控机床功能、应用能力提出了更高的要求， 为更好的满足社会发展需求，要积极优化数控机床机械结构设 计与制造技术， 切实提高数控机床自动化水平， 提高工业生产效 率。在接下来的时间里，数控机床将会朝着超高精度、超高运转 速度、超高可靠性、超高智能性的方向发展， 促进数控机床升级， 推动工业自动化、智能化水平的提升。

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