数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究

王冠

摘要：随着科学技术水平的不断提高，我国的机械工业也得到了前所未有的进步和发展。但是随着市场更新换代的加速，机械工业也在不断的创新和完善中。为了更好的满足于市场的需求，提高数控机床的应用性能和价值，需要对数控机床机械结构和制造技术进行不断的完善和创新，借助于科学技术来设计更好的机械结构，提高生产制造效率，为推动我国生产制造业的发展提供保障。基于此，本文针对数控机床机械结构设计和制造技术的创新进行了分析和讨论，希望可以为今后数控机床的发展和进步提供一些有价值的参考。

关键词：数控机床;机械结构;设计;制造技术;创新

Abstract： With the continuous development of science and technology，China's machinery industry has also been unprecedented progress and development.But with the acceleration of market renewal，the machinery industry is also in constant innovation and improvement.In order to better meet the market demand，improve the application performance of nc machine tool and value，need to CNC machine mechanical structure and manufacturing technology to continuously improve and innovation，with the help of the science and technology to set up the better mechanical structure，improve the efficiency of production，promote the development of manufacturing in China for me.Based on this，this paper analyzes the mechanical structure design and manufacturing technology innovation of CNC machine tools and sets，hoping to provide some references for the development and progress of CNC machine tools in the future.

Key words： CNC machine tools;mechanical structure;design;manufacturing technology;innovation

0  引言

数控机床是近些年逐渐发展起来的一种新型的自动化应用技术，其是高度机电一体化中的重要范畴。随着科学技术水平的不断提升，机械结构设计的重要性越来越突出，科学合理的设计不仅可以提高机械结构的优越性，同时还可以提高机械产品的精度和效率。因此，对数控机床的机械结构进行优质的设计，完善机械结构制造创新技术的发展，是提高机械生产企业发展的重要保障。

1  数控机床机械结构设计介绍

1.1 数控机床介绍

数控机床主要是把先进的科学技术、信息化技术、生产系统和操作指令进行有效的结合，提高信息化产品生产的效率和质量。在数控机床的操作过程中，最为基础的内容是信息和数据，而最终的目标是实现产品的高效生产，把所需要生产的产品信息录入到信息系统中，从而提高所生产产品的精准度。另外，在数控机床的操作过程中，还需要对其操作情况进行监管和控制，以此来保障生产产品的效率和质量;此外，随着科学技术水平的不断发展，数控机床相关的技术也需要进行不断的升级和优化，从而提高数控机床生产的高效性和稳定性。

1.2 數控机床机械结构的优势

第一，自动化优势。在数控机床的生产操作过程中，主要采用了自动化的操作技术，提高了生产效率。另外，除了成型和切割生产过程中需要人员进行参与之外，其他的生产都不需要人工来进行参与。并且数控机床的自动化生产还可以保障生产出来工业产品的准确性、安全性更高，同时还减少了一些人力、物力、财力等不必要的浪费。

第二，高技术化优势。数控机床在操作的过程中，主要是通过计算操作来执行的，这样通过精准的计算方式，不仅可以保障其生产的稳定性、精准性和安全性，同时在高水平的技术应用下，还可以提高生产效率和生产质量。

第三，智能化优势。在数控机床的生产过程中，通过操作流程就可以实现智能化操作，提高数控机床集成功能。另外，及时对数控机床的生产加工工序进行不断升级和优化，可以完全实现智能化操作，逐渐把人力解放出来，但是在这个过程中，需要对数控机床机械结构设计和制造技术进行不断的创新和发展，为数控机床的智能化提供重要的保障。

2  数控机床机械结构设计分析及优化方法

2.1 数控机床机械结构设计分析

数控机床机械结构设计主要包括了三大部分，第一部分为主轴部件;第二部分为机械的传动结构;第三部分为支撑部件，这三部分的可靠性和精准度决定了数控机床生产应用过程中稳定性、几何精度和抗震性，而传动结构的和变速系统设计是为了实现数控机床的自动化控制。

主轴部件在机械结构中发挥着关键性的作用，主轴部件质量水平的高低会影响到其转速的快慢情况。根据现阶段机械生产发展的实际情况来看，触角式混合式的陶瓷角接触轴承在市场中得到了广泛的应用，并且有着比较强的综合性能，其最高的转速可以达到30000r/min，所以，我国很多机械结构设计中重点对主轴承的精准度进行了分析和控制，通过这种方式来提高主轴、零件的加工速度和主轴的回转精度，确保其在支撑导轨的过程中滑块的位置和动导轨体的准确性更高。

另外，在数控机床液体静压导轨的高效设计过程中，主要是通过额定负载来实现的，之后，通过圆弧同步齿形带和张力轮、密度比较小的工程塑料制作而成的涂塑导轨和贴塑导轨代替传统的滚动式导轨来达到高转速和高精准度的目的，并确保驱动轴上的带轮可以直接在电机上安装，这样就可以很好的缩减传动过程中过量问题的发生。

另外，在数控机床支撑部件应用时，床身和立柱是需要重点分析和讨论的，需要对其在相应单位内的刚度质量进行控制，一般情况下，采用最多的是人造花岗岩，花岗岩可以对其尺寸进行很好的把控，并且黄岗岩还有一定的抗腐蚀性，有着比较好的效果。在数控机床机械结构刀库设计中，需要对其平衡性进行把控，可以采用对链式的刀库设计，这样可以对其刀座的运动轨迹进行很好的控制，通过借助于滚动轴承来对刀库外援进行支撑，这时候只需要对刀库的排列间距进行平衡处理，保障其间距数值和刀具直径的一致就可以了。

2.2 数控机床机械结构设计优化方法

要不断优化和升级主传动变速系统。在实际的设计过程中，相关的设计人员要选择一些合适的大型的机床结构，并通过变速齿轮主传动方式来提高运行的效率和质量，同时还需要对输出的扭矩参数进行提升和优化，这样就可以满足于不同项目的实际需求。另外，还可以利用皮带来进行传动的主传动措施，但是这种方法在大型的机床结构中并不合适，在小型的机床结构中应用效果更加明显和突出，可以有效的对机器本身的噪音和震动问题进行改善。此外，设计人员也可以通過对电机速度的调整来进行直接性的驱动主传动装置设施，提高机械结构具体数值的准确性，并保障原来的设备结构得到合理的优化和升级，实现主轴箱体和主轴结构的运行效率，通过这种方式来实现提高刚度系数的同时，还可以对主传动项目的影响进行优化。在这里需要尤其注意的是，在实际的执行时候需要注意机床精确度的变化情况。

3  数控机床机械结构制造技术的创新

3.1 自动化、柔性化和集成化方向发展

数控机床机械制造技术中把新流通和数字化技术进行了有效的结合，并且正在朝着单机自动化和生产线柔性化、信息集成化的方向上发展。单机自动化主要是数控机床的加工精度越来越高，并且其自动化程度和效率也有了很大的提升，受到人为因素的干扰性越来越小，单机自动化水平程度越来越高。比如，工件可以实现一次装夹，完成大部分的供需，零件装夹和周转次数、机床使用台数等都在不断的减少。

例如，在棒料类零件中，数控机床和成组棒料送料装置的结合，实现了自动送料、自动加工和自动接料工作，一根棒料在使用完成之后，可以自动进行棒料的更换，在24小时内可以实现不停机工作，除了需要进行刀具更换之外，只需要一个人就可以看管多台机床的加工生产。可以实现对棒料的大批量加工生产，大大提高了其自动化生产的效率和质量。

另外，在多工位柔性组合机床的生产加工中，传统性的组合机床都是刚性生产线，一台组合式机床需要对应加工一种零件，但是随着柔性化的发展，不单单实现了组合机床刚性线高效率的目标，同时还实现了其柔性化生产，一台机床可以更好的使用多组技术中结构相似，工艺相近的零件，只需要对夹具和刀具进行更换、调整就可以实现了。

信息集成化的实现依托了数控机床的整体刚性、热稳定性技术、机器人、机械手等精度比较高的运动机械，通过保证其整体的可靠性来实现集成化生产。另外，因为受到温度的影响，所以会需要采用生产变形测量和补偿技术，同时也需要工件自动识别技术、刀具破损的检测技术、自适应控制技术、切削参数的优化和数据库建立技术、柔性制造系统的故障自诊断技术等等。这些技术的发展和应用推动了数控机床机械制造技术的创新发展。

3.2 绿色制造技术的创新发展

绿色制造还被称为清洁生产和洁净生产、面向环境制造，这和我国中长期科学技术发展纲要中的发展思路是吻合的。其目的是通过加快相关技术在材料和产品开发设计、加工制造、销售服务，以及回收利用等生产中的应用，来实现生产的高效节能、环保、可循环的生产制造。数控机床机械制造技术中的绿色制造技术主要是对传统的生产制造工艺进行不断的完善，通过清洁生产、节能减排的工艺技术和绿色材料制造工艺技术来实现无害化和清洁化的技术支撑。

例如，铸造工艺生产技术，在干砂造型消失模铸造技术的基础上，通过使用五轴数控铣床机来切削出铸造用的模型，以此来实现无模铸型的快速制造，一般情况下会应用在单件或者是小批量的大型铸件生产过程中;另外，在锻造生产技术中，主要是通过精密的锻造技术和精密的冲压技术来进行生产加工。此外，还包括了切削加工生产过程中，通过干式切削技术、油雾分离技术、微量润滑切削技术、低温切削技术、绿色环保切削液等等。

3.3 再制造技术的创新发展

现阶段，在很多国外的发达国家，机器再制造产业已经得到了很大的发展，并且也已经形成了相当大的规模，达到了一定水平。尤其是在废旧产品的再制造加工方面发展起来的一系列的专业技术和设备，这些都很好的推动了我国制造产业的飞速发展。

现阶段，再制造技术的发展主要包括了以下几点特征，首先，再制造零件的质量和性能达到了新的发展高度，可以更好的节约成本，实现了节能、节材、绿色环保的发展。在制造技术可以把废旧的机械产品进行回收和利用，利用其制造阶段中的附加值来最大化的实现机械结构技术的创新和发展，解决资源浪费和环境污染的问题，提高机械结构制造技术的创新发展。

4  结语

总而言之，数控机床技术已经成为了我国工业发展过程中不可缺少的一部分，在我国数控机床机械结构的完善和发展过程中，通过不断的创新和完善机械结构设计，机械制造技术来提高数控机床生产的快速发展。而本文就以此为研究对象，对数控机床机械结构的设计、机械生产制造技术的创新发展进行了分析和讨论，为我国现代化工业技术的快速发展和创新提供重要的保障。

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