輕量化技術在機床設計中的應用

朱繼華

摘 要：在機床設計發展的過程中，設計人員選擇的設計理念較為傳統，工作人員會對影響機床工作過程中的各種因素，如壓力、材料硬度以及剛度等進行簡單的分析后展開機床設計，雖然這種設計方式的效率較快，但是較為刻板，會讓設計過程中的成本增加，給企業帶來較大的經濟負擔。同時，機床設計過程中十分重要的一個環節就是機床的精度問題，如果運用傳統設計方式，那么就只能借助原材料將機床結構進行加厚，然后實現機床精度的提升，這就會導致機床變得更加臃腫厚重，畢竟很大一部分的結構都是無用的，功能模塊較少。因此，本文將對于如何在機床設計中應用輕量化技術進行分析、探究，希望能夠為相關工作人員提供思路，推動我國機床設計水平的整體提高，為國家經濟發展貢獻一份力量。

關鍵詞：輕量化技術 機床設計 應用

1 引言

目前，我國在機床產品的設計當中制造費用極高，基本要高于國外的機床制造，針對這一現象經過調查可以發現是因為我國在設計過程中，工作人員的工作理念較為刻板，并沒有靈活運用好輕量化技術的優勢，導致機床的重量有將近80%在原材料上，用來保證機床的剛度和抗壓性，而僅有20%可以用于機床使用，這會導致機床在使用過程中不是十分便捷，影響了工作效率，同時維修成本過高，并不利于企業的發展。所以如何在保證機床的性能以及硬度要求符合標準的情況下對其進行減重，需要工作人員格外重視，而這也將是我國機床設計未來發展的方向之一。

2 機床設計中輕量化技術的相關內容

首先，機床設計是一門內容十分復雜，對于工作人員專業水平要求較高的學科，而其中在輕量化技術的研究上也是較為細致，會涉及到多個領域的專業知識，包括新材料知識、機床結構設計知識以及技術理念等等，需要工作人員重視起對知識的掌握和學習，確保自身的專業水平。近年來，我國機床制造行業有了大幅度發展，但是與德國等發達國家相比在先進技術的使用上依舊存在劣勢，還需要加強對機床輕量化技術的研究和資金投入。

2.1 結構優化設計技術

在展開對機床的設計工作時，工作人員需要充分考慮到機床結構的優化，讓機床整體在使用過程中能夠顯得較為輕盈，而這對工作人員而言工作難度巨大。不僅要考慮機床的動態性能，還要做好各個結構之間的調整，盡可能降低機床整體的質量，將無關材料進行刪減。而目前機床結構設計技術上的運用就是做好結構分布，選擇合適的筋板類型。而機床設計輕量化建設，就是在結構優化技術的理論上進行設計，對兩個方面需要更加重視。第一，需要確保機床的剛度和硬度能夠滿足其日常工作壓力，然后對床身以及立柱進行優化。第二，需要確保機床的動態性能，做好對每一個結構部件作用的分析。

2.2 新材料設計技術

如今，機床制造過程中需要用到的原材料相比于過去有了很大的進步，材料行業的研發已經十分深入，不僅可以確保材料本身的抗壓性以及硬度，還可以很好的控制重量，像泡沫金屬材料、記憶材料以及蜂窩式材料等等，優質的制造材料可以降低機床在工作過程中的噪音，讓機床受到的壓力能夠更加均勻，這樣可以降低企業在機床維修上的資金投入，運用這種優勢可以確保機床本身的性能，然后還能實現輕量化建設，提高工作效率，為企業帶來更多的經濟利益。除此之外，新材料設計技術的理念不止如此，該技術可以幫助工作人員運用更加合理的材料進行機床設計，比如選擇花崗石制造需要受到重大壓力的支撐部件上，可以提高機床抗壓性。而運用碳素纖維材料進行應用，能夠提高機床的使用壽命，同時還節省了制造材料的使用。

2.3 多學科綜合優化設計技術

在機床輕量化設計中，運用多學科綜合優化技術，可以幫助工作人員更好的掌握每一個機床的零件結構，以及零件如何正確進行連接等等，該技術的存在可以很好的將其它技術理論進行結合，建立起以多學科綜合技術為基礎的理論體系，從而優化整個機床的性能，同時該技術很好的將機、電、液這三門與機床設計有關聯的學科知識進行容納，讓工作人員在設計過程中逐漸提高自身的專業水平，充分運用新型材料改變傳統刻板的結構體系，實現機床制造的輕量化。綜上所述，在機床輕量化過程中，必須要充分運用各個學科之間的聯系，確保每一個子結構、子系統的合理設計，運用好多學科綜合優化技術，實現我國機床設計領域的質量提高，保障相關企業的經濟利益。

3 在機床設計中輕量化技術的有效應用

目前我國在機床設計上很多工作人員都是采用過去機床產品的數據信息，并沒有充分運用創新思維，只是簡單的對原有機床進行完善和改進，只要之前的機床使用過程中沒有出現重大的問題，那么就不會進行很重大的設計變更，這樣雖然不會導致機床的性能出現重大的問題，但是會讓機床上無關緊要的結構越來越多，也就導致機床變重。因此，本文將基于輕量化技術理論的基礎上，對于如何更好的展開輕量化設計提出思路，降低機床設計中的無用功能結構，減輕質量，降低機床制造的經濟投入，保障機床的動態性能。

3.1 結構優化技術在機床設計中的應用

機床的結構分為大件和小件，其中大件包括床身、機體以及立柱等等，主要區別就是大件很重，同時形狀較為復雜，很難移動。因此，在機床設計輕量化技術的應用中，就要朝著減輕大件質量的方向研究，充分利用結構優化技術，在保證機床的動態性能以及靜態性能的基礎上，改變傳統的設計理念，充分運用計算機運算能力展開實驗模擬，讓機床能夠朝著高精度、綠色的方向發展。其中，沈陽機床集體有限公司在對立式機床進行設計時，就靈活運用結構優化技術展開對床身的創新，讓新一代的機床能夠擁有高抗壓、精度良好、節省材料等多個特點，為企業帶來更多的經濟利益。

3.2 新材料技術在機床設計中的應用

從上文中可以了解到新材料包括碳素纖維、蜂窩式材料等等，而通過調查研究可以了解到目前已經被投入到機床制造中的材料有樹脂混凝土，與傳統的鐵造機床相比，抗震性更強，并且還有一定的耐熱性，同時機床運用中的安全性和穩定性也能得到保障，可以讓機床的使用壽命更長。除此之外，蜂窩式金屬材料也因為其本身的高剛性，同時重量遠遠低于傳統材料，可以運用到機床支撐結構上的制造。目前對于新材料的研究運用更多的是在日本、美國以及歐洲發達國家當中，我國還沒有建立起比較完善的研究體系，同時缺乏相應的資金投入。像瑞士的某個機床設計公司，對于機體的設計就是將其變為“o”形封閉式，并且全部都采取樹脂混凝土進行制造，整個機床的移動部件與形體的重量比例竟達到了1：10，很好的符合了機床設計中要求的標準，讓該重的部件重，不該重的則盡可能輕。同時，德國EEW公司在展開對大型模具的加工制造中，選擇利用碳素纖維的延展性以及質量輕，很好的保障了加工效率，為其帶來了巨大的經濟利益。

3.3 多學科綜合技術在機床設計中的應用

運用多學科綜合技術就必須需要考慮到多個因素的存在，如制造成本、機床性能以及剛度加上傳動控制等等，才能確保輕量化設計的順利進行。在對于機床結構展開設計時，最好秉持著最簡化原則，盡可能的將無關結構刪除，減少無關的零件數目，防止材料使用上的浪費，提高材料利用率，讓機床的精度得到保證，提高工作效率，保障企業的經濟利益。同時，在設計機床結構時，運用多學科綜合技術理念，利用多個學科的知識內容，進行功能優化，可以讓機床在日后的維修上更加方便，不至于產生突發事故，危害工作人員的生命，還能實現產品的延續，讓其能夠得到更久的生命周期，需要工作人員能夠重視起對好的設計理念運用，及時進行推廣優化，有助于推動我國機床設計整體領域的進一步發展，逐漸追上發達國家的腳步。

4 結語

綜上所述，在機床設計工作當中，要想充分發揮輕量化技術的作用，實現機床的進一步創新，首先需要以充分的理論知識作為基礎，多樣化的方法作為工具，讓我國重型機床制造行業能夠逐漸擺脫傳統刻板的工作理念，逐步追上發達國家制造企業的步伐，深刻貫徹國家頒布的可持續發展理念，設計出目前社會所需要的綠色低污染的重型機床，在此基礎之上進行研究，制造出符合國際先進水平的高精密現代化數控機床，推動我國機床行業的總體發展，保障相關企業的經濟利益，希望本文能夠為相關科研工作人員以及數控機床的設計人員提供思路，完善設計思路，充分發揮出輕量化技術的價值所在，設計出質量輕、抗壓性高以及更加環保的優質數控機床。

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