精密加工机床设计思路探讨

赖柯

(西南科技大学应用技术学院，四川 绵阳 621000)

精密加工机床设计思路探讨

赖柯

(西南科技大学应用技术学院，四川 绵阳 621000)

摘要：我国低产高耗能产业结构当前已经严重阻碍我国社会整体经济的发展，已经不能满足我国提高社会经济生产效益的要求，实行产能结构转型已经迫在眉睫。要实现产能就够转型，制造业是重中之重，尤其是在高精密加工技术领域，我国处于劣势地位，还有很大的差距需要追赶。在加工机床这一领域更是被欧、美、日强国进行技术封锁，只要靠自力更生才能有出路，为此本文的写作主要对高精密加工机床的设计思路提出自己的看法，希望能起到一定的促进作用。

关键词：高精密加工；机床结构；设计思路

机床主要用于金属部件的加工，其核心就在于机床本身和机床立柱以及整体框架等基本构造件在配置上的运动控制，在下达指令后各个部件与刀具产生的相对运动对被加工部件的的磨削作用和过程，实现的产品成型过程。机床结构配置设计时机床功能的总体规划，对于机床的加工生产能力有着决定性影响，是机床生产制造的核心工作，掌握机床结构本身设计原理也是进行机床创新的关键所在。

1现代机床设计目标要求

1.1更高的切削速度。有利于提高机床的生产能力，缩短生产周期，降低生产成本，提高生产经济效益。

1.2更精准的切削精度。现代高科技产品对于部件要求更为细致、精确，复杂且细化，这就要求加工机床能够做到高精度加工，对于加工部件的切削精度要求非常高。

1.3更适用的加工范围。虽然现在高精密加工越来越有专门化的趋势，但是基于成本考虑复合化加工机床更符合大部分企业的生产需要。一套完整机床能够最有效地加工企业产品的各种需要部件，加工完成之后只需要进行简单组装即可，同一套机床加工的部件，在标准尺度和加工精密度方面的协调性更好，产品更符合要求。

2机床结构设计原则

根据加工机床的运动原理，可以将机床的运动大致分为横向、纵向和环向移动三个方向。机床结构设计可以基本遵循以下原则：

2.1轻量高密度原则。机床移动部分部件的重量越轻部件之间的摩擦就越小，对于不见得损伤程度也就越低，无论是提高机床使用寿命还是维持机床切削精度独有很大帮助。高密度即要求部件材质更紧密，耐用性能更良好，切割部件的准确性能更好。

2.2重心稳定驱动原则。部件在移动过程需要保持在一定约束范围之内，否则会造成生产部件的误差值过大，对于生产合格率和产品使用均会造成不良影响，因此需要将移动部件控制在中心轴上移动以保证驱动力的正常运行，尽可能地减小误差值。

2.3对称不偏移原则。由于机床本身也是由各个部件组成的，构件之间难免结合处会留有空隙，现代机床基本上都是大型设备，由于重力的影响，如果机床不能保持受力均匀分担很容易造成受理失衡，导致机床产生形变。同时机床在运转过程中也会产生大量的热量，如果机床不对称，在受热变形时很容易造成机床形变不均匀产生偏转力矩，导致机床加工的精准度下降。

2.4短作用路径原则。机床刀具对加工部件的作用距离越短，误差越小，生产的品质就越高，相反如果刀具对加工部件作用的距离越长，作用时间也就越长，刀具在受热作用下产生的变化越久越明显，产生偏差和误差的可能性就越大。

3机床部件材料选择

绿色环保已经成为世界主流意识，在机械加工领域同样追求生态友好型发展思路，高加工精度、高生产效率和环境友好型加工机床成为当前机床设计的总体目标。要实现这一目标不仅需要有优良的设计思路，同时也对机床材质提出了更高要求。

目前机床结构件设计要求必须要有良好的刚度质量比，使用得较多的就是钢和铸铁两种，两者在刚性方面均符合要求，而且成本也经济划算。但是对于高精密加工机床的材质，就需要更高性能和标准的材质。高精密加工机床最显著的特点就是加工时稳定性要求高，部件与部件之间的阻尼系数要求高，容易滑动的材质不适合于做高精密加工机床部件。

在选择高精密加工机床部件材料时应当注意材料本身的物理特性，因为在机床运转过程中影响最明显的就是部件材料受力的物理性变化。材料受热膨胀系数值越小对机床越有利，结构件的热容量大，则机床对环境温度变化敏感程度低，对机床受热形变的影响程度越小，热导率高的材料在启动后能够迅速使机床达到热均匀状态，可以有效避免局部受热不均匀造成的不对称形变，高阻尼材质对机床动态性能有较好的保护作用，在一定程度上能够减小机械运转产生的振动影响。

4高精加工机床设计新概念

4.1倒置加工生产新概念。倒置式加工对于缩短加工辅助时间，提高生产速度方面有很好的作用，其加工方式为保持加工件装夹在主轴上固定，使切削刀具从上面移向并完成两个方向的进给方式。在对加工部件进行倒置加工时，切削运动是由夹持件主轴来完成，切削产生的废渣和冷却液能在第一时间内进入到收集器，对于排除废渣影响和移除热量均有很好的效果。对于缩短加工时间，提高了生产效率效果显著。

4.2高精密复合型磨削、车削机床

此种复合型加工机床是将精密圆柱面磨削和硬车削两种加工技术进行整合，使一次夹装能完成两种任务的加工方式，具有生产效率高，加工精度高的特点。具有可近距离操作性，减振效果明显，热稳定性良好，加工废弃物良好的排除性，可以有效的缩短加工时间提高生产效率。

5未来发展趋势展望

现在机床设计部件已经市场化，对于机床的价值判定取决于是否具有独特性和无可替代性，并能为客户体验带来新价值。结合本文对机床设计思路的阐述，机床设计可以总结为以下几个发展趋势：

5.1机床移动部件的轻量化越来越成为必然趋势，可以有效降低部件移动惯性力影响，降低驱动功率，提高能耗使用率。

5.2复合加工方式越来越成为主流，将复杂的加工件在一台机床上实现完整加工，有利于缩短加工周转期，相同的加工标准有利于提高加工精度。

5.3机床构件模块化，使用模块化的机床构建设计，可以针对不同用户的需求对机床配置进行适时更换，可以实现定制原则，提高机床的适用性。

5.4新型复合材料在机床结构件中的大量使用，对于大阻尼系数材料的广泛使用，能够有效地减小运行产生的振动，最大可能地增大机床工作稳定性。

中图分类号:TG659

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)12-0053-01