数控机床的机械结构设计要求与设计方式分析

白国庆

（太原学院，山西 太原 030032）

1 数控机床概述

1.1 组成

数控机床主要由机床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成，一般包括输入输出设备、CNC（computerized numerical control）装置、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量反馈装置等。数控机床相对普通机床结构更加复杂，动作执行也更加精确:第一，在操作人员对系统数据进行分析的过程中，主要借助的是数控系统计算机语言编写结构，确保加工程序按照项目零件操作工序依次进行，提升整体操作流程的规范度[1]。第二，在装置运行过程中，利用控制模块进行编译，实现对特殊零件以及简单零件进行集中操作，确保操作者能通过反馈系统进行有效的数据观测。第三，装置的加工程序会直接操控指令控制结构，以实现驱动装置的优化运行，从而带动机床进行机械传动，确保机床机械结构的正常运行。在检测结构中，操作人员利用反馈装置能对监控测量项目以及具体的机械部件进行运动数据的收集和汇总，提升机床机械结构的闭环控制，提高系统结构的实效性。

1.2 机械结构特点

数控机床机械结构具有非常明显的特点。其一，机床机械自动化特征。在机床发展的过程中，自动化特征越来越明显，不仅能优化提升机床的传动结构运行特征，也能在数据系统发出指令后实现有效的运行，不仅能在运行速度以及刀具运行轨迹方面实现数据控制结构的升级，也能确保主轴转速和辅助机能结构的优化操作。另外，在机床机械系统中，伺服系统在应用路径中，支持项目的主轴运行，能实现机床结构和系统的升级，确保系统操作的最优化。其二，机床机械高新技术化特征。机床机械发展中最重要的就是技术化，能有效提升机床精度和稳定性。例如，在实际项目运行中，强化静态刚度和动态刚度能提高机床自动化的实效性，确保运行水平有效升级，在提高设备耐磨性能的同时，利用无间隙传动装置以及基础元件进行机床机械操作，包括静压导轨以及滚珠丝钢副等，在降低系统阻力后，优化升级系统的运行效率，也能在确保设备稳定性能的同时，提升设备的实际精度[2]。其三，机床机械智能化操作特征。在机床机械结构发展过程中，数控机床成为时代发展的必然趋势，在数控机床发展过程中，要实现集成功能和复合功能要求的同时，利用一次性装料机制升级加工工序的实效性，确保在有效调整参数解构的同时，实现设备生产柔性化和无人操作的智能化[3]。

2 数控机床机械结构设计要求

2.1 机械结构中静态刚度和动态刚度参数

在机床机械结构运行和发展过程中，最重要的特性就是数据系统的输入指令，只有确保生产参数以及运行依据符合项目结构，才能提升机械加工过程的稳定性，确保项目几何精度以及变形参数结构符合控制要求。在实际项目处理过程中，设计人员要按照机床机械结构对部件的弹性形变进行控制，保证其在最小的响度范围内，真正提升设备加工表面的质量以及精确度。在设备操作过程中，主轴刚度、接触刚度、动态刚度等采纳数是需要着重关注的，要实现其数据的升级，才能确保机床机械结构发挥最大的功效，实现三支撑结构的优化[4]。

2.2 降低机械结构中热变形的发生几率

在机床机械结构操作运行的过程中，由于温度堆积而产生的热变形较为常见，设计人员针对这种情况要提升机床的运行效率，就要确保热源能从机床机械结构的主机控件中分离出来，实现散热效果和冷却效果的优化，确保设备的最优化运行。另外，在降低热源结构的过程中，设计人员要集中关注机床发热情况最为突出的部位，确保其能和机床机械结构的其他元件相同温度，才能在升级机床结构的同时，减少由于温差产生的翘曲变形。也可以通过机床机械结构的优化改良，提升其热源处理能力，减少热变形的总量，减少主轴变形导致倾斜问题。

2.3 降低机械结构中摩擦传动间隙

在机床机械结构中，位移量以及脉冲量是基本的参数结构，要保证以最低速度进行运动，但是温度过低会导致无法准确快速响应，因此要确保利用有效的措施减少摩擦传动间隙，充分融合滑动导轨、滚动导轨等项目，提升整体运行参数的契合度，有效的利用滚珠丝杠传动装置。另外，要提升对于传动链的关注度，加大制作质量和验收力度，确保传动齿轮和滚珠丝杠加工误差控制在最小，并利用脉冲补偿装置对不良误差进行有效的填补，提高整体参数结构的稳定性，从而提高机床机械结构的时效价值[5]。

2.4 降低机械结构中辅助时间框架

在项目运行框架内，设计人员要针对机床机械结构加工过程给予充分重视，提升加工质量的认知，确保在单件加工的过程中升级管理效果，主要是减少辅助时间的比重，例如，非切削时间。设计人员要根据实际操作过程建立有效的管控措施，确保机床机械生产效率得到优化提升，压缩无谓的辅助处理时间。针对辅助时间的问题，相关部门和研究人员利用多主轴以及多刀架结构进行项目升级，或者是利用自动换刀装置进行处理，从而减少机床机械结构的换刀时间，确保主营工作任务都集中在机床机械加工程序上。另外，在实际项目处理过程中，针对切削用量较大的数控机床，部分企业开始应用的措施就是在床身机构加装辅助配件，便于排屑。

2.5 优化机械结构寿命以及运行精度

在实际工序运行过程中，主要的目标就是提高机床机械结构的精确度，因此要着重分析项目运行参数和结构，提高机床零部件的耐磨性，从而顺利推进整个运行结构的完整性，针对机床导轨、进给伺服驱动项目以及主轴的相应部件进行集中的精度控制，提升参数结构耐磨性的同时，确保机床机械结构润滑效果的升级[6]。另外，在实际分析过程中，设计人员要对其热源温度控制进行必要的认知，可以利用一些措施减少温度对控件的影响，确保机床主轴结构的热变形可以发生在刀具切入的垂直角度上，确保减少损耗，从而提高机床机械结构的使用寿命。

3 数控机床机械结构优化设计方案

3.1 针对主传动变速系统进行优化升级

在实际项目处理过程中，设计人员可以集中选择大型的机床结构，利用变速齿轮主传动方式提升项目的运行效率，并且提升输出扭矩的参数数值，满足具体项目要求。同时，也可以利用以皮带进行传动的主传动措施，但是，这种方式不适合用于较大型的机床结构，在小型机床结构运行时，能大大改善设备本身的噪声以及振动情况。另外，设计人员也可以利用调速电机进行直接驱动主传动装置，提升项目的具体数值，确保在原有设备结构的基础上实现优化，真正推进了主轴箱体和主轴结构的便捷化进程，从而在提升刚度系数的同时，升级主传动项目的影响。特别要注意的是，在实际工序操作中，机床精确度会受到一定的影响[7]。

3.2 针对机床主轴系统进行优化升级

在对主传动项目进行升级的过程中，设计人员要从以下三方面进行升级，第一，要对机械的前支撑结构和后支撑结构选用不同轴承，提升主轴的综合刚度，确保实际操作过程能按照施工要求顺利进行，真正提升项目的实际参数结构，提升优质运行的可行性。另外，对于机床机械结构来说。前支撑结构的材质主要选用的是双列短圆柱滚子轴承，并且要和双列向心推力球轴承保持60 度的斜角，才能一定程度上升级项目的运行参数，确保结构的完整度。而对于机床机械结构的后支撑装置，主要选择的是成对的向心力推力球轴承结构。只有提高相应配件的贴合程度，才能顺利推进不同部件的优化升级。第二，选取有效的参数框架，确保单双圆锥滚子轴承结构的优化，在提高参数框架性能的同时，升级精度结构和速度参数，利用单/双列圆锥滚子轴承结构在机床机械运行中，能确保整体参数项目的有效提高，并且对机床机械结构也具有一定的优化功能，确保主轴承项目中卡盘以及刀架参数运行完整，提升轴承定位和主轴的荷载情况。第三，前轴承项目在精度升级的过程中，要利用高精度双列向心推力球轴承结构，能大幅度提升项目的运行速度，确保整体参数框架符合时代的发展需求，在运行中，主轴的转速甚至可以达到4000r/min[8]。但是，要注意的是，在实际运行中，由于这种方式的承载力较小，就会导致一些参数运行框架和环境并不适宜使用该方法，只是在高运行速度以及轻荷载情况下，才能确保运行框架对运行结构有助推作用。

4 结束语

总而言之，数控机床机械结构设计是一项综合设计工作，在其强度刚度保证的前提下，还需考虑控制方式、使用特点、机床生产率、加工精度、使用寿命等因素，最终在数控机床机械结构运行参数进行统计和处理的过程中达到和谐一致。此外，设计人员亦需对加工操作流程以及日常维护项目有必要的说明，确保数控机床机械设备精度以及运行性能在使用过程中保持最佳。