数控机床机械结构设计和制造技术的创新研究

杨文龙

摘要：随着我国经济水平和科学技术水平的不断发展与提高，在相关机械制造领域内，我国的数控机床生产行业得到了较大的技术突破。为了能够更好的提升数控机床机械的工作性能，需要通过不断的技术革新来提升数控机床的生产率。本文主要阐述数控机床结构设计与制造技术的创新动态，分析其结构设计方面的技术创新以及制造技术的发展革新，旨在为数控机床机械生产提供借鉴和参考。

关键词：数控机床;结构设计;制造技术;创新研究

0  引言

近些年随着我国机械制造业的发展，数控机床的设计技术也随之进行了提升和改进。但是，由于我国的工业化水平起步较晚，相关机床技术发展还存在一定的问题，与欧美的发达国家数空机床的设计和制造相比，我国仍然有很大的技术缺陷和漏洞。所以，在我国科技水平快速发展的大背景和我国新时代的要求之下，需要我国数控机床不断的提高机床自动化水平和精准度和耐用度，通过积极引进新技术学习新方法来更好地满足社会各界对数控机床的使用要求，同时对数控机床的内在结构也进行了优化和改进。

1  数控机床结构设计与制造技术的创新动态

在现阶段数控机床的结构设计与制造技术呈现出新的发展动态，首先是朝向超高精度和超高运转速度发展，在当前现代科学技术不断進步的背景下，工业生产对数控机床的要求越来越高，急需具备优高精度和高运转速度的机械设备，以适应生产需求;其次是朝向高可靠性发展，评价数控机床机械的重要指标即是可靠性，现阶段我国的数控机床平均故障间隔时间只有3000h，与外国6000h相比具有相当大的差距，说明我国的数控机床机械故障频率较高，可靠性急需提升。在未来的发展动态中数控机床机械将会注重集成电路等现代化科技，构成数控机床自身故障诊断排除系统以及自我修复系统、保护系统等;三是朝向实时智能化方向发展，由于工业化程度的不断提高，对数控机床机械运行精度以及速度的实时监控、建模等十分重要，可以为工业生产提供准确的判断和依据。同时数控机床机械实时智能化还具有提高生产效率、强化自我修复、及时判断故障原因、位置等特点，有利于完善数控机床机械的系统修复体系[1];另外数控机床机械的创新动态将会朝向控制系统小型化发展，在超高集成度印刷电路板技术上，能够实现数控机床控制系统的小型化，通过超薄液晶显示屏即可控制数控机床的操作生产过程。

2  数控机床机械结构设计的创新

2.1 提高数控机床的稳定性

在数控机床机械结构设计中提高其稳定性是必然需求，因此需要基于创新技术综合考虑数控机床机械的加速度控制和结构设计，因此在设计中需要采用合理的方式，针对数控机床机械运行稳定性和定点的准确性，采用刚性结构设计，尽量减少各个方向轴移动物体的质量，或者是可以通过进一步加大静态物体质量、使用防震材料等，减少数控机床机械在操作中的惯性，确保机械运行平稳[2]。

2.2 提高数控机床主轴运行精度和速度

在数控机床机械结构设计中，要重视主轴运行精度和运行速度等指标，由于在其结构中一旦主轴的运行精度和速度出现较低的情况，则无法实现数控机床机械加工的精密性，比如造成钻孔精密度较差、钻孔质量不高等后果。因此为了减低后续加工的难度，在数控机床机械结构设计中需要提高主轴运行精度和速度，可以利用静压空气轴承主轴提高运行速度和精度，并且还能够实现微小孔的高速加工，具有较好的运行质量。此外相比于其他轴承主轴，静压空气主轴的使用寿命相对较长，而且具有良好的的动态性，在数控机床机械结构设计中被广泛采用[3]。除此之外由于我国数控机床技术的引进时间较晚，相关数控仪器的精确度较发达国家相比较低，有时生产出的产品也难以达到产品生产的合格要求。此类现象产生的主要原因，是数控机床的生产时，相关设计者、生产者降低了对精确度的要求和标准，影响了数控机床的准确性。为了更好地解决这类问题，相关技术人员要提高自己的技术，在数控机床使用到一定时间范围时进行检修和保养，进而加强其生产精确度。

2.3 应用三维稳定性仿真技术

在数控机床机械结构设计中，大多依靠现代工业以及信息产业技术，并认为印刷电路板需要进一步加强，需要更为快速和精细的钻孔技术。不过目前我国的数控机床机械最小钻孔为0.2mm，离国外0.08mm存在的差距较大，而且运行速度超出我国近2.5倍左右，针对这一情况在数控机床结构创新设计中要应用三维稳定性仿真技术提高机床的整体性能，通过仿真测量建立科学模型，尽量减少机械在操作运行过程中因高速旋转而导致的偏离等现象，从而能够保障钻头准确定点，即是提高数控机床机械钻头的三维稳定性[4]。

2.4 应用自适应跟踪控制器技术

数控机床机械钻孔精度是结构设计中的一个关键指标，而实际上对其产生影响最大的因素即是电气方面。但是通过提高伺服系统性能可以有效的控制电气因素，进而提高钻孔精度。而且在数控机床机械实际的操作中，伺服系统性能对钻孔精度的控制影响主要体现在反应速度较快、转矩小和运行精度高等方面，可以有效的减少摩擦等外界干扰。在此基础上对数控机床机械结构设计需要采用自适应跟踪控制器技术，借助基本控制器和前馈控制器、位置反馈控制器、摩擦补偿控制器等构件，尽量减少外界干扰，提高数控机床机械的加工精度，能够保障其性能得到较大的提升。

2.5 应用带GA功能贪婪算法

在数控机床机械结构设计中，印刷电路板技术不断发展，促使钻孔数量大量增加，如果利用传统的算法，则会具有相对较多的空行程，所以在结构设计中需要创新算法。而带GA功能贪婪算法具有处理速度快、能够优化算法等特点，从而促使其可以进一步改善数控机床机械钻孔的运行轨迹，最大限度的减少运行空行程，有效的实现提高数控机床机械运行速度、精度和生产效率的最终设计目标[5]。

3  数控机床制造技术的创新

3.1 多工序复合加工技术

多工序复合加工技术是近年来我国数控机床机械制造技术的创新之一，由于其能够重点突出工件在一次夹装中，就可以完成大部分或者全部的加工工序，在很大程度上减少了数控机床机械和夹具的使用量，有效的减少或免去了工序中存在的搬运和储存环节。并且多工序复合加工技术具有工件加工制造精度高、加工制造周期短以及作业面积小等优势。通常来说这一类的数控机床机械品种包括以车削为基础的复合加工机床，其集成了铣削、锉削、磨削、钻削、攻丝以及插齿、滚齿等制造技术，我国可以借鉴国外的先进经验，在卧式加工中心中增设回转车削功能，能够创新实现在一次装夹中实现对圆形盘类的零件进行制造加工。并且在当前数控机床机械制造生产柔性化的趋势下，制造技术中的工序分散刚性自动化装备逐渐被淘汰，转而使用工序集中的柔性自动化装备，可以更好的适应复合加工趋势。不过实际上多工序复合加工制造技术只适用于一些特定范围的零件和生产方式，所以在创新制造技术的过程中，需要进一步融合数控技术以及信息技术、軟件技术等，要将数控机床机械构件进行简约化。结构紧凑化，同时还要保障配置趋向模块化以及部件商品化等，可以促使其重型和大型机床制造中广泛应用。

3.2 网络化数控机床制造技术

数控机床机械制造技术受到互联网高速发展的影响，促使电加工机床通信的发展进步，从而出现了创新型的网络化数控机床机械制造技术，其能够满足产线以及制造系统对信息化的需求，出现了一种新型制造模式。比如数控机床机械制造企业利用分布式网络制造技术用于单元制造等，在信息集成和用户关系管理的基础上进一步提高机床的利用效率，实现了高柔性化的生产制造饭方法。同时很多数控机床机械通过互联网实施监控多台远程异地电加工机床的制造情况，可以有效的诊断机床的工作故障，并提出处理措施，提高了数控机床机械的制造性能。因此创新数控机床机械制造技术，则可以开发应用网络化远程操作监控系统，借助远程终端显示画面，实时掌握机床的工作状态，并能够及时调整制造和加工参数。并且利用网络的互联性可以协调调度生产系统，实时反映机床制造进度，对工作数据和参数进行统计和分析管理，完善数控机床机械制造技术体系，提高工作性能。

3.3 个性化数控机床制造技术

在市场经济快速发展以及数控机床机械技术日益成熟的背景下，对数控机床机械应用提出了个性化的要求，即是注重数控机床机械与具体加工制造对象的工艺契合度，以进一步提高产品制造加工的可靠性和稳定性。比如当前比较常见的汽车轮胎模具，由于其产品特点是外形尺寸较大、加工型腔通常分布在圆周上，而且加工部位的尺寸相对较小，针对这一特征则要保障数控机床机械充分满足其加工需求，则可以创新制造技术，研发数控电火花专用加工机床，配合在线监测技术实现木工刀具的高质量加工。另外一方面，当前数控机床机械制造技术随着机械产品性能优化和轻量化发展而不断创新进步，根据加工零件和构件的尺寸、进度以及形状等，创新数控机床机械结构和制造技术，创新数控机床机械布局，保障不同类型零件加工需求得到充分满足。同时还要能够适应大批量零件生产加工的要求，因此个性化数控机床机械制造技术必须在用户需求以及零件加工性能的基础上实现创新。在近年来，我国数控机床机械制造技术正逐渐探索并联结构机床以及混联结构机床、可重构机床技术，促使制造装备的个性化和多样化。

4  结束语

综上所述，由于数控机床在当今工业发展过程中，起到了很重要的作用，所以我国目前对数控机床的研发和使用过程中要不断的优化和创新，通过加强现代科学技术的应用、引进相关领域的优秀人才，实现我国自主生产的数控机床机械性能良好，促进工业相关生产加工行业快速发展。通过提高机床结构设计和制造技术，实现经济利益最大化，保证我国未来数控机床技术在世界范围内的竞争力有效提高。

参考文献：

[1]刘碧云.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的研究[J].南方农机，2019，50（23）：135，139.

[2]龙忠海.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的探讨[J].农家参谋，2019（24）：154.

[3]刘忠勇.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的探讨[J].南方农机，2019，50（06）：116.

[4]安汝伟，王廷猛，张太勇，刘啸，谭丽娟.数控机床机械结构设计和制造技术新动态的探讨[J].内燃机与配件，2019（03）：77-78.

[5]姚杰.数控机床机械结构设计与制造技术的研究探讨[J].中国设备工程，2017（15）：202-203.