摘要：目前,我国机床产品的设计和制造成本都普遍偏高,主要原因是我国在设计机床主体结构时所采用的方法缺乏创新、太过保守。以往,增加机床精度的主要方法就是增加机体的刚度,但是唯一方法就是增加结构的厚度和体积,导致机床重量的五分之一作用在运动上,而五分之四的重量却是用在确保机体的刚度。所以,怎样在确保机床动态性能、强度、刚度和相关指标的前提下着手机床设计的轻量化技术研究将是未来机床设计和制造业的发展方向。因此，本文对轻量化技术在机床设计中的应用进行分析。
关键词：轻量化技术；机床设计中；应用
在目前工业化市场的体系下，科学技术掌握能力和创造能力都取得了显著的成效，但是相对于世界水平来说，还有很大一段距离需要努力，研究出切实可行的机床轻量化技术就显得尤为重要。利用新型材料和轻量化的技术，以实现节约资源、减低耗材、提高生产力、与环境友好发展为目的，从而获得机床业乃至整个工业行业的可持续发展。
1轻量化技术
轻量化要从结构的优化，材料的优化，技术多元化，多学科交叉等方面做起，由于市场的需求，我国的机床制造技术在近几年得到了很大的提升，产品以及技术等多方面比起以前有了很大的不同，但国际的前沿技术依旧比我国的机床设计技术优秀很多，更加先进。为了不被残酷的市场淘汰，我国必须跟随世界前沿技术的脚步，发展机床设计制造技术，在机床结构，机床材料，技术工艺等方面作出新的突破，并向绿色设计制造方向努力，保障我国的资源不被浪费，能源得到充分利用，对环境的破坏尽量做到最低并向不破坏环境、保护环境方面发展。
一个性能强大的机床要求其能够在加工过程中的高速震动中损耗小，加工精度高，我们称其为机床的抗震性，机床的抗震性能够通过机床的固有频率、振幅、振型等指标来体现。但除此之外，机床的质量控制也很重要，轻量化技术的目的在于设计出性能强，抗震性高，机身重量轻的机床，这能使机床在性能提升的同时制造成本也得到有效的控制。这要求技术人员的技术能力非常强，对机床的优化、零部件的分配，材料，类型都能够很好的控制。
机床的轻量化也分为主要部分以及常规部分，主要是对于机床床身以及机床立柱等主要部位在保证刚度的前提下进行轻量化，同时要求机床的移动部件在反复运动、惯性力方向反复改变的情况下削弱交变电荷的作用，实现机床运动部件部分的能量传递，运动部件的结构优化。因此在保证质量与性能的同时进行轻量化是一个很大的技术难题，刚度强与重量小本身是一个矛盾体，只有克服这个矛盾才能实现轻量化。
2轻量化技术在机床设计中的应用
我国很多机床设计者在机床设计时,经常运用类比设计法,根据原有机床直接改进,有一些甚至直接照搬或者扩大零件和结构。这种方式可以保证足够的刚度和强度,可是一般有一些多余的尺寸。事实上,这些机床的设计应该进行一些改进,节省材料、减少损耗等。支撑性零件如箱体类的结构,把铸造件改成焊接件,如果在需要时可以将混凝土作为填充物,通过这种改变减少了成本、降低了重量、方便循环使用。
2.1结构优化技术在机床设计中的应用
机床结构中较大的零件具有重量大、结构形状复杂的特点,一般包括箱体、横梁、立柱、床身等。随着科学技术的不断进步,机床制造业向着高质、高速、环保的方向改进,结构优化技术也在机床大零件的设计和制造中的作用也日益凸显。机床中高速动态部件的轻量化过程是我国机床行业迈向高精尖的必经之路。增强机床的加工功能,一定要剖析机床的动态特征和静刚度。这些改进在原有的实验模拟和经验设计条件下是不能满足的,因此,我们必须在机床设计中应用结构优化技术,提高零部件的使用效能,最后提高我国机床制造业的整体实力。
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2.2新材料设计技术
新材料是机床结构轻量化的重要研究方向，包括碳素纤维、陶瓷和复合材料。目前已经得到实际应用的是树脂混凝土（或称为矿物铸造），它与传统铸铁构件相比，具有阻尼系数大（是铸铁的10倍左右）、抗振性强、热稳定性好等一系列优点。此外，如蜂窝金属材料、纤维基增强复合材料因为具有轻质、高刚性的特点，能够用于机床的床身支撑结构，如立柱、导轨以及减速箱箱体等。目前新材料的研究主要集中于日、美、欧等地。
2.3多学科综合优化设计在机床设计中的应用
轻量化设计涉及多学科,为了保证设计的有效性,设计人员要对影响机床整体功能的因素进行研究。在轻量化的整体设计时,应该以多功能、多学科的耦合性为基础,探究零件的能量传送方式等,从而,通过对重要零件的优化设计,实现整机的优化。机床结构设计的过程中,坚持最简化结构原理,将设计简单化,控制成本和零部件的整体数量。在传动系统的设计时,坚持缩短传动链,控制零件数量,增加传动的精确度,控制空载功率损失。有效的优化机床设计结构,除了可以降低成本、提高效能之外,还为机床的维修与维护带来便利,提高机床的使用寿命。在机床的设计中存在很多可以优化的结构设计,可是由于没有得到充分的应用,我国的机床仍然存在很多待改善的地方。
3轻量化机床应用前景
通过轻量化技术在机床设计中的应用，不仅能够大大提高对数控机床绿色制造的认识，而且可以快速提升高速、精密数控机床开发设计、加工制造、再制造及回收利用等产品生命周期中的高能效关键技术。设计开发出具有绿色环保特性的新型机床设备；设计开发出新型的加工工艺及工艺设备；减少加工中的能耗和废液排放，使我国机床制造业早日驶入绿色制造的快车道。实现资源效用最大化，缓解国家制造企业和社会发展带来的原材料越来越紧缺，价格越来越昂贵的问题；作为装备制造业的核心，机床行业对装备制造业实现产业结构的现代化转型意义重大，应主动为发展低碳经济节能减排作出贡献；同时，开展以知识为基础的高能效制造技术研究，开发高附加值的高档数控机床产品，提升自主创新能力，有助于机床企业在未来的竞争中占领行业的制高点。
数控机床轻量化的研究，需要以充分的理论为基础，有效的方法为工具，可靠的实验为标准，强大的企业为依托，依靠科研工作者、数控机床的设计者和生产者长期合作、充分发挥各自的特长才能完成。我国重型机床制造业在市场培育下，产品技术水平和制造能力有很大提高，但与国际先进制造企业相比仍有较大差距。大重型机床行业要想获得可持续的发展，必须尽快研究、制造出符合社会需要的节能减排的新结构、新材料、新工艺和新技术，进而得以推广资源节约型、能源节省型和环境友好型的绿色制造工艺技术。依托数控机床战略联盟内优势力量，产学研用相结合，集中突破轻量化设计技术，并集成到新产品研发中，开发出节能、环保指标达到国际先进水平的高速精密数控机床、功能部件和典型工艺，提高机床行业“绿色制造”水平，促进整个行业环保意识的提升。
结束语
轻量化机床使得绿色制造这一理念被广泛的推广，在加快机床技术进步的过程中起到了决定性的作用，能够减缓我国资源与能源的消耗，增强我国的制造业实力，实现我国制造业的现代化转型，为我国未来实现制造强国做出了铺垫，促进了机床行业的可持续发展，整体提升了行业的绿色制造意识。
参考文献
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[2]轻量化技术在机床设计中的应用[J].秦飞,孙浩.科技风.2018(14).
[3]机床设计中轻量化技术应用研究[J].修国策,张延平.科技与企业.2016(04).
论文作者:叶潘
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/8
标签：机床论文; 轻量化论文; 技术论文; 结构论文; 刚度论文; 我国论文; 零件论文; 《基层建设》2019年第17期论文;