數控機床機械結構設計和制造技術的創新研究

楊文龍

摘要：隨著我國經濟水平和科學技術水平的不斷發展與提高，在相關機械制造領域內，我國的數控機床生產行業得到了較大的技術突破。為了能夠更好的提升數控機床機械的工作性能，需要通過不斷的技術革新來提升數控機床的生產率。本文主要闡述數控機床結構設計與制造技術的創新動態，分析其結構設計方面的技術創新以及制造技術的發展革新，旨在為數控機床機械生產提供借鑒和參考。

關鍵詞：數控機床;結構設計;制造技術;創新研究

0? 引言

近些年隨著我國機械制造業的發展，數控機床的設計技術也隨之進行了提升和改進。但是，由于我國的工業化水平起步較晚，相關機床技術發展還存在一定的問題，與歐美的發達國家數空機床的設計和制造相比，我國仍然有很大的技術缺陷和漏洞。所以，在我國科技水平快速發展的大背景和我國新時代的要求之下，需要我國數控機床不斷的提高機床自動化水平和精準度和耐用度，通過積極引進新技術學習新方法來更好地滿足社會各界對數控機床的使用要求，同時對數控機床的內在結構也進行了優化和改進。

1? 數控機床結構設計與制造技術的創新動態

在現階段數控機床的結構設計與制造技術呈現出新的發展動態，首先是朝向超高精度和超高運轉速度發展，在當前現代科學技術不斷進步的背景下，工業生產對數控機床的要求越來越高，急需具備優高精度和高運轉速度的機械設備，以適應生產需求;其次是朝向高可靠性發展，評價數控機床機械的重要指標即是可靠性，現階段我國的數控機床平均故障間隔時間只有3000h，與外國6000h相比具有相當大的差距，說明我國的數控機床機械故障頻率較高，可靠性急需提升。在未來的發展動態中數控機床機械將會注重集成電路等現代化科技，構成數控機床自身故障診斷排除系統以及自我修復系統、保護系統等;三是朝向實時智能化方向發展，由于工業化程度的不斷提高，對數控機床機械運行精度以及速度的實時監控、建模等十分重要，可以為工業生產提供準確的判斷和依據。同時數控機床機械實時智能化還具有提高生產效率、強化自我修復、及時判斷故障原因、位置等特點，有利于完善數控機床機械的系統修復體系[1];另外數控機床機械的創新動態將會朝向控制系統小型化發展，在超高集成度印刷電路板技術上，能夠實現數控機床控制系統的小型化，通過超薄液晶顯示屏即可控制數控機床的操作生產過程。

2? 數控機床機械結構設計的創新

2.1 提高數控機床的穩定性

在數控機床機械結構設計中提高其穩定性是必然需求，因此需要基于創新技術綜合考慮數控機床機械的加速度控制和結構設計，因此在設計中需要采用合理的方式，針對數控機床機械運行穩定性和定點的準確性，采用剛性結構設計，盡量減少各個方向軸移動物體的質量，或者是可以通過進一步加大靜態物體質量、使用防震材料等，減少數控機床機械在操作中的慣性，確保機械運行平穩[2]。

2.2 提高數控機床主軸運行精度和速度

在數控機床機械結構設計中，要重視主軸運行精度和運行速度等指標，由于在其結構中一旦主軸的運行精度和速度出現較低的情況，則無法實現數控機床機械加工的精密性，比如造成鉆孔精密度較差、鉆孔質量不高等后果。因此為了減低后續加工的難度，在數控機床機械結構設計中需要提高主軸運行精度和速度，可以利用靜壓空氣軸承主軸提高運行速度和精度，并且還能夠實現微小孔的高速加工，具有較好的運行質量。此外相比于其他軸承主軸，靜壓空氣主軸的使用壽命相對較長，而且具有良好的的動態性，在數控機床機械結構設計中被廣泛采用[3]。除此之外由于我國數控機床技術的引進時間較晚，相關數控儀器的精確度較發達國家相比較低，有時生產出的產品也難以達到產品生產的合格要求。此類現象產生的主要原因，是數控機床的生產時，相關設計者、生產者降低了對精確度的要求和標準，影響了數控機床的準確性。為了更好地解決這類問題，相關技術人員要提高自己的技術，在數控機床使用到一定時間范圍時進行檢修和保養，進而加強其生產精確度。

2.3 應用三維穩定性仿真技術

在數控機床機械結構設計中，大多依靠現代工業以及信息產業技術，并認為印刷電路板需要進一步加強，需要更為快速和精細的鉆孔技術。不過目前我國的數控機床機械最小鉆孔為0.2mm，離國外0.08mm存在的差距較大，而且運行速度超出我國近2.5倍左右，針對這一情況在數控機床結構創新設計中要應用三維穩定性仿真技術提高機床的整體性能，通過仿真測量建立科學模型，盡量減少機械在操作運行過程中因高速旋轉而導致的偏離等現象，從而能夠保障鉆頭準確定點，即是提高數控機床機械鉆頭的三維穩定性[4]。

2.4 應用自適應跟蹤控制器技術

數控機床機械鉆孔精度是結構設計中的一個關鍵指標，而實際上對其產生影響最大的因素即是電氣方面。但是通過提高伺服系統性能可以有效的控制電氣因素，進而提高鉆孔精度。而且在數控機床機械實際的操作中，伺服系統性能對鉆孔精度的控制影響主要體現在反應速度較快、轉矩小和運行精度高等方面，可以有效的減少摩擦等外界干擾。在此基礎上對數控機床機械結構設計需要采用自適應跟蹤控制器技術，借助基本控制器和前饋控制器、位置反饋控制器、摩擦補償控制器等構件，盡量減少外界干擾，提高數控機床機械的加工精度，能夠保障其性能得到較大的提升。

2.5 應用帶GA功能貪婪算法

在數控機床機械結構設計中，印刷電路板技術不斷發展，促使鉆孔數量大量增加，如果利用傳統的算法，則會具有相對較多的空行程，所以在結構設計中需要創新算法。而帶GA功能貪婪算法具有處理速度快、能夠優化算法等特點，從而促使其可以進一步改善數控機床機械鉆孔的運行軌跡，最大限度的減少運行空行程，有效的實現提高數控機床機械運行速度、精度和生產效率的最終設計目標[5]。

3? 數控機床制造技術的創新

3.1 多工序復合加工技術

多工序復合加工技術是近年來我國數控機床機械制造技術的創新之一，由于其能夠重點突出工件在一次夾裝中，就可以完成大部分或者全部的加工工序，在很大程度上減少了數控機床機械和夾具的使用量，有效的減少或免去了工序中存在的搬運和儲存環節。并且多工序復合加工技術具有工件加工制造精度高、加工制造周期短以及作業面積小等優勢。通常來說這一類的數控機床機械品種包括以車削為基礎的復合加工機床，其集成了銑削、銼削、磨削、鉆削、攻絲以及插齒、滾齒等制造技術，我國可以借鑒國外的先進經驗，在臥式加工中心中增設回轉車削功能，能夠創新實現在一次裝夾中實現對圓形盤類的零件進行制造加工。并且在當前數控機床機械制造生產柔性化的趨勢下，制造技術中的工序分散剛性自動化裝備逐漸被淘汰，轉而使用工序集中的柔性自動化裝備，可以更好的適應復合加工趨勢。不過實際上多工序復合加工制造技術只適用于一些特定范圍的零件和生產方式，所以在創新制造技術的過程中，需要進一步融合數控技術以及信息技術、軟件技術等，要將數控機床機械構件進行簡約化。結構緊湊化，同時還要保障配置趨向模塊化以及部件商品化等，可以促使其重型和大型機床制造中廣泛應用。

3.2 網絡化數控機床制造技術

數控機床機械制造技術受到互聯網高速發展的影響，促使電加工機床通信的發展進步，從而出現了創新型的網絡化數控機床機械制造技術，其能夠滿足產線以及制造系統對信息化的需求，出現了一種新型制造模式。比如數控機床機械制造企業利用分布式網絡制造技術用于單元制造等，在信息集成和用戶關系管理的基礎上進一步提高機床的利用效率，實現了高柔性化的生產制造飯方法。同時很多數控機床機械通過互聯網實施監控多臺遠程異地電加工機床的制造情況，可以有效的診斷機床的工作故障，并提出處理措施，提高了數控機床機械的制造性能。因此創新數控機床機械制造技術，則可以開發應用網絡化遠程操作監控系統，借助遠程終端顯示畫面，實時掌握機床的工作狀態，并能夠及時調整制造和加工參數。并且利用網絡的互聯性可以協調調度生產系統，實時反映機床制造進度，對工作數據和參數進行統計和分析管理，完善數控機床機械制造技術體系，提高工作性能。

3.3 個性化數控機床制造技術

在市場經濟快速發展以及數控機床機械技術日益成熟的背景下，對數控機床機械應用提出了個性化的要求，即是注重數控機床機械與具體加工制造對象的工藝契合度，以進一步提高產品制造加工的可靠性和穩定性。比如當前比較常見的汽車輪胎模具，由于其產品特點是外形尺寸較大、加工型腔通常分布在圓周上，而且加工部位的尺寸相對較小，針對這一特征則要保障數控機床機械充分滿足其加工需求，則可以創新制造技術，研發數控電火花專用加工機床，配合在線監測技術實現木工刀具的高質量加工。另外一方面，當前數控機床機械制造技術隨著機械產品性能優化和輕量化發展而不斷創新進步，根據加工零件和構件的尺寸、進度以及形狀等，創新數控機床機械結構和制造技術，創新數控機床機械布局，保障不同類型零件加工需求得到充分滿足。同時還要能夠適應大批量零件生產加工的要求，因此個性化數控機床機械制造技術必須在用戶需求以及零件加工性能的基礎上實現創新。在近年來，我國數控機床機械制造技術正逐漸探索并聯結構機床以及混聯結構機床、可重構機床技術，促使制造裝備的個性化和多樣化。

4? 結束語

綜上所述，由于數控機床在當今工業發展過程中，起到了很重要的作用，所以我國目前對數控機床的研發和使用過程中要不斷的優化和創新，通過加強現代科學技術的應用、引進相關領域的優秀人才，實現我國自主生產的數控機床機械性能良好，促進工業相關生產加工行業快速發展。通過提高機床結構設計和制造技術，實現經濟利益最大化，保證我國未來數控機床技術在世界范圍內的競爭力有效提高。

參考文獻：

[1]劉碧云.數控機床機械結構設計和制造技術新動態的研究[J].南方農機，2019，50（23）：135，139.

[2]龍忠海.數控機床機械結構設計和制造技術新動態的探討[J].農家參謀，2019（24）：154.

[3]劉忠勇.數控機床機械結構設計和制造技術新動態的探討[J].南方農機，2019，50（06）：116.

[4]安汝偉，王廷猛，張太勇，劉嘯，譚麗娟.數控機床機械結構設計和制造技術新動態的探討[J].內燃機與配件，2019（03）：77-78.

[5]姚杰.數控機床機械結構設計與制造技術的研究探討[J].中國設備工程，2017（15）：202-203.