數控機床進給機構智能設計優化系統

謝志坤

摘要：現如今數控機床的主要組成部分，就是機床的進給機構，進給機構的好與壞，將直接影響著數控機床的整體精度和質量。所以為了最大程度的提升數控機床的加工精度及機床的工作效率，就需要著重關注數控機床的進給機構，盡最大力度對進給機構智能設計優化系統進行重點研究，本文主要對進給機構智能設計優化系統展開分析，并提出幾點合理的優化方式，希望可以通過本文對數控機床進給機構的優化起到一定的幫助作用。

關鍵詞：數控機床;進給機構;智能設計優化

0? 引言

現如今我國數控機床市場的競爭異常劇烈，各大機床廠家為了保證收益，以及獲得一定的市場份額，紛紛開始對機床的整體結構，以及性能精度進行優化與改進。而作為數控機床的主要組成部分機床的進給機構來說，進行智能設計優化系統研究就顯得是尤為重要了。智能設計優化系統框架主要包含：常規設計、需求分析、設計資源中心、智能優化四個組成部分，本文通過對上述四個組成部分的闡述，提出幾點優化方法，希望可以對數控機床進給機構的優化起到一定的幫助作用。

1? 數控機床的進給機構

以往傳統的數控機床機構主要包含伺服電動機、推力軸承、滾珠絲杠等幾個主要零部件，這種傳統進給機構主要通過數控系統控制伺服電動機轉動，進而實現由連接伺服電機與滾珠絲杠的聯軸節進行傳遞扭矩，從而實現轉動滾珠絲杠帶動床鞍或滑板移動的目的。這種傳統的進給機構，是現如今在我國的數控機床行業內，應用最為廣泛的進給機構，也是非常特殊與典型的進給機構。

可是必須要明確的是，目前在我國的機床市場內，為了可以實現高速度快移，并且同時還能獲得更多的強勁扭矩，自然衍生出了高精度的數控機床。但是數控機床在進行加工的工作過程中，其內部進給機構內的聯軸節，以及推力軸承都會持續的受到正向與反向的沖擊，長時間的被動受力甚至會使其容易松動或是損壞，所以為了保證數控機床擁有高精度和大扭矩的同時，還需要機床設計人員在機床的工作年限，以及數控機床的整體質量上下大功夫，盡全力優化數控機床的進給機構。

2? 進給機構智能設計優化系統

對進給機構的智能優化設計，需要首先由數控機床的主管設計人員，先進行框架的設定，要重點考慮框架設定中存在的優化環節。同時還要兼具，可以確保按時完成進給機構的設計任務。智能設計優化系統的框架主要包含：常規設計、需求分析、設計資源中心、智能優化四個組成部分，數控機床設計人員要依據這四個組成部分，分別確定進給機構的功能，以及定位方向。下面對這四個組成部分進行詳細的介紹：

2.1 常規設計

常規的設計是需要數控機床設計人員根據已經確定好的參數，進行進給機構設計，這種設計需要結合傳統的機械設計理念以及設計方式來進行的。首先是根據確定好的參數，對進給機構的行程、所需設計零件的外形及尺寸，以及所選軸承的強度等級進行科學性的篩選及設計，其次要根據零部件的組合關系，以及結合材料和理論力學知識，初步設計出進給機構的優化方案。

2.2 需求分析

需求分析的作用是針對客戶提出的使用需求，進而進行必要的分析與計算。具體來說，就是根據客戶需要將機構的運動、材料等參數，以及零件空間束縛等情況進行綜合性的考慮，同時根據己方機床的客觀條件，將機構整體設計、進給扭矩等重點參數進行詳細的分析與計算，進而可以最大程度的保證進給機構的優化設計方案，可以滿足客戶的生產需要。

2.3 設計資源中心

設計資源中心的作用是將計算參數、公差精度、各類設計輔助圖像進行歸納總結，并歸屬一個統一的模塊當中。另外這個模塊還可以對要進行的優化工作，提供相當充足的技術支持，主要表現在可以通過提供相關的數據依據，以便可以增強設計人員的工作效率，極大的減少了設計人員動手翻書、查閱資料的時間。

2.4 智能優化

智能優化的作用是常規設計確定優化方案后，結合零件機構的各類約束、各方受力分析，以及溫度等情況，建立進給機構的相關三維模型。然后將所建立的模型引入ANSYS軟件之中，進行構建有限元模型，由此不僅可以進行必要的有限元分析，還可以進行熱力藕合仿真。同時還可以通過優化算法的幫助，獲得需求的優化機構設計方案。（注：圖1為智能設計優化系統框架的結構圖）

3  進給機構智能設計優化方式

3.1 構建相關模型

數控機床的設計人員可以通過構建相關模型，來對確定好的優化方案進行場景模擬，如此不但可以進一步的保證進給機構優化設計的方案的實施，還可以對方案的可行性，以及后期使用效果進行深度的驗證。同時通過必要的細節調整，還可以對在設計過程中，出現的問題進行合理的處理，從而使優化方案更加合理有效。

3.2 目標函數和設計變量的優化

在構建完相關模型之后，設計人員還需要對目標函數和設計變量進行相關的優化，力求實現機床進給機構在處于靜態時，整體結構及相關功能最為協調。同時在進行優化過程中，要依據重量輕、抗震性能強的原則，對進給機構的設計結構進行合理的定位，進而確保機構內主觀部件質量控制最為合理。另外這種優化還有盡量考慮機床實際的整體設計結構，要滿足機床本身的設計參數。

同時因為設計過程中存在變量，這種變量會對目標函數產生一些影響，因此想要合理的優化目標函數，就必須先行確定設計變量，首先將進給機構中的各個零件認為主要參數，此參數可以設定為設計變量，諸如：滾珠絲杠的外徑、螺距、導程或是齒輪模數等，在結合一些相關的計算公式進行合理的計算，以便于可以科學的、合理的選擇所需的設計變量。

但是由于數控機床進給機構智能設計優化過程中，會牽涉進許許多多的設計參數以及設計變量，還有各個零件都會存在型位公差帶變化，所以設計人員應該采用科學的分析方式，進行合情合理的科學計算和選擇，以便保證設計參數和設計變量更加的準確有效，同時還可以為后期數控機床進給機構的生產，減少不必要的不確定性。

4? 結束語

目前伴隨著我國經濟總量的逐年遞增，我國工業中的重要組成部分——數控機床市場的競爭也是愈演愈烈，而各家機床生產廠家為了在市場中占有一定的份額，以及不至于被市場所淘汰，必須進行改革創新，而其中作為數控機床核心結構部件的進給機構設計，就成為各個機床廠家紛紛關注的焦點。因此對數控機床進給機構進行智能設計優化系統研究，就是大勢所趨、勢在必行。本文通過對數控機床進給機構闡述作為論文的出發點，對數控機床進給機構智能設計優化系統的框架結構進行了必要的論述，并對其內部結構中重要的四個組成部分進行必要的詳解，最后提出了幾點進給機構智能設計的優化方式，希望可以通過本文對數控機床進給機構的優化工作，起到一定的幫助作用，同時也祝福我國的數控機床行業發展越來越好。

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