精密加工機(jī)床設(shè)計(jì)思路探討

賴柯

(西南科技大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000)

精密加工機(jī)床設(shè)計(jì)思路探討

賴柯

(西南科技大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，四川 綿陽 621000)

摘要：我國低產(chǎn)高耗能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)當(dāng)前已經(jīng)嚴(yán)重阻礙我國社會整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已經(jīng)不能滿足我國提高社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)效益的要求，實(shí)行產(chǎn)能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型已經(jīng)迫在眉睫。要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能就夠轉(zhuǎn)型，制造業(yè)是重中之重，尤其是在高精密加工技術(shù)領(lǐng)域，我國處于劣勢地位，還有很大的差距需要追趕。在加工機(jī)床這一領(lǐng)域更是被歐、美、日強(qiáng)國進(jìn)行技術(shù)封鎖，只要靠自力更生才能有出路，為此本文的寫作主要對高精密加工機(jī)床的設(shè)計(jì)思路提出自己的看法，希望能起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：高精密加工；機(jī)床結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)思路

機(jī)床主要用于金屬部件的加工，其核心就在于機(jī)床本身和機(jī)床立柱以及整體框架等基本構(gòu)造件在配置上的運(yùn)動控制，在下達(dá)指令后各個(gè)部件與刀具產(chǎn)生的相對運(yùn)動對被加工部件的的磨削作用和過程，實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品成型過程。機(jī)床結(jié)構(gòu)配置設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)床功能的總體規(guī)劃，對于機(jī)床的加工生產(chǎn)能力有著決定性影響，是機(jī)床生產(chǎn)制造的核心工作，掌握機(jī)床結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)原理也是進(jìn)行機(jī)床創(chuàng)新的關(guān)鍵所在。

1現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)目標(biāo)要求

1.1更高的切削速度。有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)能力，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

1.2更精準(zhǔn)的切削精度?，F(xiàn)代高科技產(chǎn)品對于部件要求更為細(xì)致、精確，復(fù)雜且細(xì)化，這就要求加工機(jī)床能夠做到高精度加工，對于加工部件的切削精度要求非常高。

1.3更適用的加工范圍。雖然現(xiàn)在高精密加工越來越有專門化的趨勢，但是基于成本考慮復(fù)合化加工機(jī)床更符合大部分企業(yè)的生產(chǎn)需要。一套完整機(jī)床能夠最有效地加工企業(yè)產(chǎn)品的各種需要部件，加工完成之后只需要進(jìn)行簡單組裝即可，同一套機(jī)床加工的部件，在標(biāo)準(zhǔn)尺度和加工精密度方面的協(xié)調(diào)性更好，產(chǎn)品更符合要求。

2機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)加工機(jī)床的運(yùn)動原理，可以將機(jī)床的運(yùn)動大致分為橫向、縱向和環(huán)向移動三個(gè)方向。機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以基本遵循以下原則：

2.1輕量高密度原則。機(jī)床移動部分部件的重量越輕部件之間的摩擦就越小，對于不見得損傷程度也就越低，無論是提高機(jī)床使用壽命還是維持機(jī)床切削精度獨(dú)有很大幫助。高密度即要求部件材質(zhì)更緊密，耐用性能更良好，切割部件的準(zhǔn)確性能更好。

2.2重心穩(wěn)定驅(qū)動原則。部件在移動過程需要保持在一定約束范圍之內(nèi)，否則會造成生產(chǎn)部件的誤差值過大，對于生產(chǎn)合格率和產(chǎn)品使用均會造成不良影響，因此需要將移動部件控制在中心軸上移動以保證驅(qū)動力的正常運(yùn)行，盡可能地減小誤差值。

2.3對稱不偏移原則。由于機(jī)床本身也是由各個(gè)部件組成的，構(gòu)件之間難免結(jié)合處會留有空隙，現(xiàn)代機(jī)床基本上都是大型設(shè)備，由于重力的影響，如果機(jī)床不能保持受力均勻分擔(dān)很容易造成受理失衡，導(dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生形變。同時(shí)機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也會產(chǎn)生大量的熱量，如果機(jī)床不對稱，在受熱變形時(shí)很容易造成機(jī)床形變不均勻產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，導(dǎo)致機(jī)床加工的精準(zhǔn)度下降。

2.4短作用路徑原則。機(jī)床刀具對加工部件的作用距離越短，誤差越小，生產(chǎn)的品質(zhì)就越高，相反如果刀具對加工部件作用的距離越長，作用時(shí)間也就越長，刀具在受熱作用下產(chǎn)生的變化越久越明顯，產(chǎn)生偏差和誤差的可能性就越大。

3機(jī)床部件材料選擇

綠色環(huán)保已經(jīng)成為世界主流意識，在機(jī)械加工領(lǐng)域同樣追求生態(tài)友好型發(fā)展思路，高加工精度、高生產(chǎn)效率和環(huán)境友好型加工機(jī)床成為當(dāng)前機(jī)床設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)不僅需要有優(yōu)良的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)也對機(jī)床材質(zhì)提出了更高要求。

目前機(jī)床結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求必須要有良好的剛度質(zhì)量比，使用得較多的就是鋼和鑄鐵兩種，兩者在剛性方面均符合要求，而且成本也經(jīng)濟(jì)劃算。但是對于高精密加工機(jī)床的材質(zhì)，就需要更高性能和標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)。高精密加工機(jī)床最顯著的特點(diǎn)就是加工時(shí)穩(wěn)定性要求高，部件與部件之間的阻尼系數(shù)要求高，容易滑動的材質(zhì)不適合于做高精密加工機(jī)床部件。

在選擇高精密加工機(jī)床部件材料時(shí)應(yīng)當(dāng)注意材料本身的物理特性，因?yàn)樵跈C(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)過程中影響最明顯的就是部件材料受力的物理性變化。材料受熱膨脹系數(shù)值越小對機(jī)床越有利，結(jié)構(gòu)件的熱容量大，則機(jī)床對環(huán)境溫度變化敏感程度低，對機(jī)床受熱形變的影響程度越小，熱導(dǎo)率高的材料在啟動后能夠迅速使機(jī)床達(dá)到熱均勻狀態(tài)，可以有效避免局部受熱不均勻造成的不對稱形變，高阻尼材質(zhì)對機(jī)床動態(tài)性能有較好的保護(hù)作用，在一定程度上能夠減小機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動影響。

4高精加工機(jī)床設(shè)計(jì)新概念

4.1倒置加工生產(chǎn)新概念。倒置式加工對于縮短加工輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)速度方面有很好的作用，其加工方式為保持加工件裝夾在主軸上固定，使切削刀具從上面移向并完成兩個(gè)方向的進(jìn)給方式。在對加工部件進(jìn)行倒置加工時(shí)，切削運(yùn)動是由夾持件主軸來完成，切削產(chǎn)生的廢渣和冷卻液能在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入到收集器，對于排除廢渣影響和移除熱量均有很好的效果。對于縮短加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率效果顯著。

4.2高精密復(fù)合型磨削、車削機(jī)床

此種復(fù)合型加工機(jī)床是將精密圓柱面磨削和硬車削兩種加工技術(shù)進(jìn)行整合，使一次夾裝能完成兩種任務(wù)的加工方式，具有生產(chǎn)效率高，加工精度高的特點(diǎn)。具有可近距離操作性，減振效果明顯，熱穩(wěn)定性良好，加工廢棄物良好的排除性，可以有效的縮短加工時(shí)間提高生產(chǎn)效率。

5未來發(fā)展趨勢展望

現(xiàn)在機(jī)床設(shè)計(jì)部件已經(jīng)市場化，對于機(jī)床的價(jià)值判定取決于是否具有獨(dú)特性和無可替代性，并能為客戶體驗(yàn)帶來新價(jià)值。結(jié)合本文對機(jī)床設(shè)計(jì)思路的闡述，機(jī)床設(shè)計(jì)可以總結(jié)為以下幾個(gè)發(fā)展趨勢：

5.1機(jī)床移動部件的輕量化越來越成為必然趨勢，可以有效降低部件移動慣性力影響，降低驅(qū)動功率，提高能耗使用率。

5.2復(fù)合加工方式越來越成為主流，將復(fù)雜的加工件在一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)完整加工，有利于縮短加工周轉(zhuǎn)期，相同的加工標(biāo)準(zhǔn)有利于提高加工精度。

5.3機(jī)床構(gòu)件模塊化，使用模塊化的機(jī)床構(gòu)建設(shè)計(jì)，可以針對不同用戶的需求對機(jī)床配置進(jìn)行適時(shí)更換，可以實(shí)現(xiàn)定制原則，提高機(jī)床的適用性。

5.4新型復(fù)合材料在機(jī)床結(jié)構(gòu)件中的大量使用，對于大阻尼系數(shù)材料的廣泛使用，能夠有效地減小運(yùn)行產(chǎn)生的振動，最大可能地增大機(jī)床工作穩(wěn)定性。

中圖分類號:TG659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-1602(2016)12-0053-01