机床机械结构与性能优化探析

摘 要 本文介绍了数控机床工作的基本原理以及技术特点，分别从机床的机械结构和性能两个方面进行了优化分析，并针对具体的情况给出了提高数控机床生产力的建议。

关键词 数控机床；性能优化；机械结构

中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0057-02

把传统的数控机床与通用机床进行比较，我们就会发现，在机械结构方面他们几乎没有什么实质性的差别，数控机床仅仅是对机床刀架、自动转位、自动变速和手柄的具体操作方面做出了一些改进。但是，随着科技的不断进步，数控技术也有了长足的进步，基于其在具体操作和控制技术等方面的特点，对于数控机床的工作效率、使用寿命和精密度有了更加严格的要求。这就促使我们对机床的机械结构和性能进行更深层次的探索和研究。

1 机床机械结构的优化方案

我们知道，数控机床是一种根据已有数控程序或者录入的数字信息指令进行自动化加工的设备。长时间的工作之后，机械很容易会发生一定程度上的变形，而这种几何精度上的误差很难在加工工作中人为的进行修复和调整。所以 ，一定要争取把机械结构部分的变形率降到最低，保证加工部件的质量和精度。机械结构中，主轴承受的劳动强度较高，不仅要选取三支撑的构造方式，在选择轴承的方面也要注意刚度的要求，只有这样才能减少主轴在轴向以及径向上的磨损和变形。对于机床上机械结构的大件，要提高刚度首先应该对床身进行封闭处理，通过液力平衡减少位置的变动，减少机床的变形。机床的承载能力也就是对机床部件之间接触刚度的要求，应用刮研的手段能够使接触面的接触点增加，并能够使结合面的预加载荷满足较大压力的需求。以上几种措施都能够使接触面的刚度得到有效的增强。

为了保证数控机床的加工能力，在对静态刚度进行强化之后，还要进行动态刚度的提高。目前，常用的提高动性刚度的方法有三种，系统刚度的提高、部件的调整以及阻尼的增加。其中，增加阻尼系数是比较常见也是最有效的方法，事实证明，调整抗振性的有效方法就是加强阻尼。焊接结构的钢板不仅能够提高静态刚度、减轻重量负担，还能够达到加大阻尼的效果。最近几年 ，数控机床的床身、工作台、横梁和立柱多数采用钢板焊接，还有部分机床采用封砂铸件，在减少振动、提高抗振性方面也有很好的效用。

机床工作过程中，内部的热源会产生热量，而热量也是造成变形的主要原因之一。为了最大限度的减少热变形，应该使热源尽可能远离机床主机。只有采用有效地减少热源的行动，才能缓解热变形的问题。一般来说，想要将数字机床的内热源和外热源全部消除是不可能的，所以，我们只能通过散热和冷控的处理来进行机床温度的调节，把热变形的可能降到最低。对机床发热的部位进行强制性的冷却处理是常用的有效手段，也可以采用对机床低温部分进行加热的手段，目的是保证机床的各个部位在温度上尽量保持一致，来减少由于温度原因产生的变形。我们就以主轴箱为例，应该把主轴部分的热变形尽量控制在垂直于切入点的方向上，这样做能够最小化热变形对加工零件的直径的影响。从结构上来说，减少主轴中心与垂直地面的距离可以有效减少热变形的发生，同时使主轴箱的温升保持一致，避免主轴发生倾斜。

滚珠丝杠在数控机床中的作用非常重要，由于滚珠丝杠的工作环境载荷大而且散热条件比较差，造成丝杠特别容易发热。一旦滚珠丝杠发热，特别在开环系统中内，会造成定位的不精确。现在一些人采用预拉的手段预防丝杠的变形，但是这种方法不能从根本上消除丝杠的变形，这种情况可以通过补充脉冲来进行修正。

2机床性能优化的策略

主传动的变速系统在数控机床中的作用十分重要。一般应用到大中型机床中的是带有齿轮的传动系统，采用少数的几对齿轮来调整速度，能够满足主轴对于输出扭矩方面的需求。还有一些小型的的数控机床也会用到这种传动系统，因为这样的扭矩能够提供更强的动力。大部分的小型机床采用皮带传动的方式，皮带传动的方式不会像齿轮传动那样发出较大的噪声，同时也能有效地较少振动，但是在主轴的选用上比较严格，需要进行配套。还有一种通过调速电机进行驱动的方式，它对主轴和主轴箱体进行了结构上的简化，极大地增强了主轴各个部件的刚度，但是也存在输出扭矩较小的问题，同时主轴的精确度容易受到热影响。

数控机床主轴系统性能的优化对于机床的生产能力具有至关重要的作用。数控机床常采用的主轴，一种是在前后部位选用不同的轴承进行支撑，其中前轴是采用短圆柱和向心推力轴承的组合，后轴则是选用具有向心推力的球行构造。这样的配置组合能够加大主轴的综合性刚度，使机床具有更强的切削能力，所以在数控机床中的运用也比较普遍。对于载重较轻、运转高速的数控机床一般则会在前轴设置精度较高的、具有向心推力的轴承，这样的主轴能够在高速状态下保持稳定，最快转速能够达到每分钟四千转，他的缺点是承载能力方面较弱。还有一种锥滚之轴承，可以是单列也可以是双列，优点是轴承刚度条件好，承载能力强，在较强的动力载荷情况下，也能够进行较好的调整，但是存在精度不高以及转速低等问题，适用于重载和精度较低的数控机床。在主轴的结构方面，要处理好各个零部件的安装以及位置调整，对于密封、等工作也要给予足够的重视。

联轴器是进给系统中的主要部件，它起到连接两根轴承的作用，是保证两根轴进行统一传动的装置。联轴器的种类比较多，主要的有电磁、液力和机械三种形式，其中机械式的使用最为普遍。套筒联轴器的机械结构比较简单，相对来说尺寸也比较小，但是安装起来却比较麻烦，所以应用有限。绕行联轴器通过锥形夹来进行电荷的传递，所以电力的传送在方向上没有阻隔。凸缘式联轴器同样具有简单的构造，并且生产成本非常低，能够完成较大扭矩的传输工作，但是它也存在着比较大的不足，就是对两轴的性能要求较高。一旦两轴之间发生倾斜或是产生位移，会造成数字机床工作环境的恶化。

3结论

由数控机床通过编好的程序来指导工作的原理决定，数控机床在工作过程中，进行外界的调整是不容易实现的，这就要求我们对数控机床自身的性能进行不断的改进和调整。从机械结构和性能两方面进行不断的优化，能够保证数字机床进行长期和精准的工作。

参考文献

[1]烨毓杰.数控机床[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]董献坤.数控机床结构与编程[M].北京：机械工业出版社，2010.