摘要：在全球经济时代的到来，各行业市场都对产品要求更高，要求不仅产品在性能方面能够满足人们的需要，还能够给企业带来更高的利润。在机床行业也是如此，机床是现阶段社会主要的加工设备，就机械结构进行入手，充分满足客户对机床性能的新要求，是现阶段机床设计的基本方向。本文主要基于作者实际工作经验，简要的分析机床机械结构的设计，希望对相关从业人员有所帮助。
关键词：机床机械；结构设计；优化性能
Abstract: in the advent of the era of global economy, the industry market has higher request to the product, not only products in terms of performance can meet the needs of the people, also can bring higher profits to the enterprise. Society at present stage is in the machine tool industry, machine tool processing equipment, mainly on the mechanical structure, fully satisfy customer new requirements on the performance of the machine tool, is the basic direction of machine tool design. In this paper, based on actual work experience, the author briefly analysis of the mechanical structure design of machine tools, hope to be helpful to the related professionals.
Key words: machine tool machinery; Structure design; Optimize performance
1 数控机床组成分析
数控机床系统结构比较复杂，因为操作人员主要是按照数控系统计算机语言编写加工零件的加工程序，经过输入装置传输至数控装置，而数控装置经过编译的方法，反馈其参数到输入装置，进而便于操作人员实施观测。在一般情况下，还配有辅助控制的装置，方便一些简单和特殊零件的加工，数控装置把加工程序变为指令控制，伺服驱动的装置，经过伺服驱动装置，对机床机械的传动进行控制。经过检测反馈装置，监测出机械部件运动状态，以数据形式反馈到数控装置，实现了机床闭环控制。
2 数控机床机械结构
在当前数控机床通常是实现主切削运动主传动的系统，实现进给运动的系统，和每个传动装置驱动的系统。在移动或是静止时的平滑床部件、液压、冷却、切割等辅助系统，充分实现了关键工件旋转分度基本设备，比如说：工作台，自动换刀的装置、自动托盘交换的装置。结合客户、实际的要求，安装自动上下料的机器人，自动监控系统、远程操作系统、损坏、精度检测等的功能。数控机床部件和传统的机床主体部件是比较相似的，因为控制系统特殊性的因素，实现整体布局、机械机构、传动结构、加工的能力，数控机床就传动机床的优势较大。
3 数控机床对机械结构的要求
3.1在传动和静止过程中保持高刚度和良好的抗冲击性
数控机床对加工精度的要求高于传统机床。通过调整和补偿很难完全解决。因此，为了提高刚性，特别设计了部件的刚性，从而确保了CNC加工的精度。例如，π型横截面分离器在水平和垂直方向上都具有更好的刚性，并且广泛用于大中型机床中。
机床振动通常是因为内部的旋转部件动态的不平衡、切削单侧力所引起的，提升其数控机床的抗振性措施：动态平衡机床高旋转部件，减少和消除传动部件的间隙，并且增加部件固有的频率，避免出现共振。不仅有以上措施，当前还需做的是应用阻尼材料，填充其机床较大部件间隙，在表面上喷抹阻尼涂层，实现对振动的抑制。
3.2 减小机床的热变形
机床的热变形原因主要是机床内部的热源出现热量，比如说：电动机、逆变器，经过使用高效伺服电机甚至是电主轴，高效的电机控制的系统在一定程度上减少电子控制部件整体的发热量，经过应用导轨、摩擦系数低的轴承减少齿轮等部件，尽可能的减少机器热源，对部件散热进行改善。结构主要是采用了对称结构的方式，均匀的减少热变形就加工精度的影响分析。
4 机床机械结构的优化方案
数控机床主要是基于现有的CNC程序、输入数字信息命令自动化设备，在经过长时间工作后，机器极易出现变形的问题，几何精度的误差，在加工工作时是难以修复的。所以，我们必须努力减少其机械结构变形率，以保证加工零件的精确度和质量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在机械结构中，主轴所承受较高的劳动强度，不仅是三个支撑施工方法，还应选择轴承时的刚性要求，尽可能的减少主轴在轴向、径向的磨损、变形。就机床结构的大部件，为有效提升其刚度，我们必须先关闭床身，经过液压平衡的装置，尽可能的减少位置的变化，减少机械变形。机床的承载能力也是机器部件之间接触刚度的要求。并且它可以使接合面的预载满足更大压力的要求。所有上述措施都可以有效地增加接触表面的刚度。
为了保证数控机床的加工能力，在增强静刚度后，动刚度也会提高。目前，有三种常用的方法用于改善动态刚度，例如改进的系统刚度，部件调整和阻尼。其中，增加阻尼系数是一种常见且最有效的方法。焊接钢板不仅提高了静刚度，减轻了重量负担，而且还达到了增加阻尼的效果。近年来，数控机床的大多数床身，工作台，梁和柱都是用钢板焊接的，有些机床使用的是砂封铸件。它还具有减少振动和改善抗振性的良好效果。
在机床的工作过程中，内部热源产生热量，热量是变形的主要原因之一。为尽量减少热变形，热源应尽可能远离机器主机。只有通过有效减少热源的措施才能缓解热变形的问题。通常，不可能消除数字机床的所有内部热源和外部热源。把热变形的可能降到最低。机床的热部件的强制冷却处理是常用的有效手段，并且还可以使用用于加热机床的低温部件的装置。目标是确保机器的所有部件尽可能保持温度一致，以减少由于温度引起的变形。让我们以主轴箱为例。这最小化了热变形对加工零件直径的影响。从结构上讲，减小主轴中心与垂直地面之间的距离可以有效地减少热变形的发生，同时保持主轴箱的温升一致，避免主轴倾斜。
滚珠丝杠在数控机床中所占据的作用比较明显，若是滚珠丝杠加热，在开环系统中，极易出现定位不准确的问题，当前就有一些人使用预张紧，避免导螺杆的变形问题出现，但是这个方法是不能完全消除导螺杆变形。
5 机床的性能优化措施
主驱动的变速系统在数控机床中所占据的作用比较重要，一般用在大中型机床是齿轮传动的系统。还有一些小型的数控机床使用了这些类型变速器，这种扭矩提供出更大动力。而大多数的小型机床使用皮带进行传动，皮带传动与齿轮传动有着很大的区别，噪音较小。并且，它可以有效减少振动，但是主轴选择是更加严格的，我们必须进行匹配。经过速度调节电动机驱动方式，对主轴、主轴壳体结构进行简化，充分增强其主轴各部件刚性，对于输出扭矩小，主轴的精度易受热的问题。
数控机床主轴系统性能的优化对机床的生产率至关重要。数控机床中使用的主轴是一种轴承，由前后部分的不同轴承支撑。后轴采用具有向心推力的球排构成。这种结构的组合可以增加主轴的综合刚度，并且机床具有更强的切削能力，因此在数控机床中的应用也相对普遍。对于负载较轻，高速运转的数控机床，通常在前轴上设置高精度和向心推力的轴承。最快的速度可以达到4，000转/分钟，而他的缺点是承载能力很弱。还有一个圆锥滚子轴承，可以是单排或双排。承载能力强，在动载荷强的情况下，也可以做出更好的调整，但存在精度低，速度慢等问题。适用于重型和低精度数控机床。在主轴的结构中，需要处理每个部件的安装和位置调整，并充分注意密封和润滑的工作。
联轴器是进料系统的主要部件。有许多类型的联轴器，主要是电磁，液压和机械形式，其中机械使用是最常见的。套筒联接器的机械结构相对简单，尺寸较小，但安装麻烦，应用受到限制。旁路耦合通过锥形夹具进行电荷转移，因此电力的传输不会在该方向上被阻挡。法兰联轴器结构简单，生产成本非常低，可以传递大扭矩。但是，它也存在较大的不足，即两轴的性能要求相对较高，一旦两个轴倾斜或移位，数字机器的工作环境将恶化。
结束语：
总的来讲，因为机床机械设计要求是高精度、高速、柔性化的特点，在新技术不断发展，直线旋转驱动技术也得到更新，数控机床的设计也逐渐的得到优化，在满足传统结构的基础上，较好的集成新技术，这就势必成为日后机床技术关键点。
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论文作者:高强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
标签：机床论文; 数控机床论文; 部件论文; 主轴论文; 结构论文; 刚度论文; 装置论文; 《电力设备》2018年第32期论文;