数控机床机械结构设计和制造技术优化

朱士云，仲小敏

（江苏省扬州技师学院，江苏 扬州 225003）

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。