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摘要:当前，随着数控机床的应用范围的扩大，对其机械结构以及性能要求也越来越高。本文主要对数控机床机械结构性能的优化进行了分析。
关键词：机床；机械结构；性能；优化
中图分类号：C37 文献标识码：A
引言
数控机床具有先进、复杂、智能化等诸多特征。其通過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,外界的调整非常困难,这就要求我们对数控机床自身的结构与性能进行不断的改进和调整。进而确保数控机床能够进行精准和长期的工作。
数控机床机械结构的要求
数控机床机械结构主要由以下几方面要求：
（1）机床要有较高的静以及动刚度。这就要求控制好机床机械结构的相关部件所带来的相关弹性变形，且维持在最小范围内，这样就可以确保所需要的加工精度以及表面质量。
（2）降低机床形成的热变形。在此过程中要降低发热，机床内部在发热过程中，发生了热变形，成为了关键的热源，应该最大程度地从主机中分离出热源。
（3）限制好温度上升。要强制性地在机床发热部位进行冷却，也可以对机床中的低温部分进行加热，这样就能够确保机床上的整体温度保持在同一水平，也可以降低因为温差而导致的翘曲变形。
（4）要改进机床的相关机构。在发热条件一样的情况下，机床机构可以在很大程度上影响热变形。
（5）要降低或者消除运动间所造成的摩擦以及传动间隙。
（6）要延长机床寿命，保持机床的精度。在这个过程中，要最大可能地分析机床中零部件所具备的耐磨性能。
（7）在运用数控机床的过程中，还要确保数控机床中的各个零件和部件保持着良好的润滑性能。（8）还要降低辅助时间，完善和提升操作性能。
当前，人们已经开发出多种类型的数控机床，它们都运用了多主轴、多刀架、以及带刀库等相关的自动换刀装置等，这样就压缩了换刀时间。
数控机床机械结构的优化
2.1、增强触面刚度
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。
2.2、提高动态刚度
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。
2.3、实现柔性化、无人化发展
要促进数控机床的柔性化、无人化加工发展。其中，功能集成、工艺复合是是数控机床的重要特征，也是实现以上两大目标的必备条件。对于车削中心来说，可以对内孔进行深加工，同时涉及到端面、外圆等任意点的加工；而对于加工中心来说，通过一次性的工件装夹，可以实现锉、铣、钻等多道工序。因此，数控机床中含有自动排屑装置、自动润滑装置、动力刀架等机械部件，还有一些机床中配有自动工作台。目前，数控机床的发展倾向于功能集成化。其中以自动换刀装置、自动工作台作为基本配备，慢慢实现数控机床的柔性化、无人化发展。而功能集成化则为工件自动装卸、自动定位等功能，它可以支持刀具的自动检测破损、自动对刀等，进而让寿命延长；在工件自动测量、自动补偿等方面，也有了进一步的研究与发展，国外已经开发了集合车、铣、磨、钻等工艺为一体的加工机床，这样可以增强机床附加值，促进深加工。
机床机械性能的优化
3.1、主传动运动的变速系统
3.1.1、带有变速齿轮的主传动
通过少数几对齿轮减速，使输出扭矩扩大，以满足主轴对输出扭矩特性的要求。这是大中型数控机床应用较多的一种方式。同时，还有一些小型数控机床也选用这种传动方式，来获取强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位基本上直接由液压油缸或选用液压拨叉来实现齿轮的带动；
3.1.2、通过皮带传动的主传动
这主要在小型数控机床上应用，它可以避免齿轮传动引起的噪声与振动。但它只能在符合要求的扭矩特性主轴中使用。
3.1.3、由调速电机直接驱动的主传动
这种主传动方式最大程度的简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但缺点是主轴输出扭矩小，电机发热影响了主轴的精度。
3.2、优化主轴系统性能
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、润滑等工作也要给予足够的重视。
3.3、进给传动机械部件
3.3.1、联轴器
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。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，会造成数控机床工作环境的恶化。
3.3.2、减速机构
齿轮传动这种机械传动应用十分广泛，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中，采用齿轮传动装置的目的有两个。其一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中有较小的比重；其二是将高转速的转矩伺服电机的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入。此外，对于开环系统还可以确保所要求的运动精度。
结语
总而言之，要了解机床结构的要求，提高触面以及动态刚度，并实现无人化发展，进而全面优化机床结构，同时，还要优化机床机械性能，改进提高主轴系统、变速系统等方面的性能，进而满足重复加工过程的需要。
参考文献：
[1]于文铖,迟永峰. 基于机床机械结构与性能优化的探析[J]. 科技传播,2012,01:34+30.
[2]李国华. 浅谈数控机床机械故障的诊断方法[J]. 大众科技,2012,03:113-114.
关键词：机床；机械结构；性能；优化
中图分类号：C37 文献标识码：A
引言
数控机床具有先进、复杂、智能化等诸多特征。其通過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,外界的调整非常困难,这就要求我们对数控机床自身的结构与性能进行不断的改进和调整。进而确保数控机床能够进行精准和长期的工作。
数控机床机械结构的要求
数控机床机械结构主要由以下几方面要求：
（1）机床要有较高的静以及动刚度。这就要求控制好机床机械结构的相关部件所带来的相关弹性变形，且维持在最小范围内，这样就可以确保所需要的加工精度以及表面质量。
（2）降低机床形成的热变形。在此过程中要降低发热，机床内部在发热过程中，发生了热变形，成为了关键的热源，应该最大程度地从主机中分离出热源。
（3）限制好温度上升。要强制性地在机床发热部位进行冷却，也可以对机床中的低温部分进行加热，这样就能够确保机床上的整体温度保持在同一水平，也可以降低因为温差而导致的翘曲变形。
（4）要改进机床的相关机构。在发热条件一样的情况下，机床机构可以在很大程度上影响热变形。
（5）要降低或者消除运动间所造成的摩擦以及传动间隙。
（6）要延长机床寿命，保持机床的精度。在这个过程中，要最大可能地分析机床中零部件所具备的耐磨性能。
（7）在运用数控机床的过程中，还要确保数控机床中的各个零件和部件保持着良好的润滑性能。（8）还要降低辅助时间，完善和提升操作性能。
当前，人们已经开发出多种类型的数控机床，它们都运用了多主轴、多刀架、以及带刀库等相关的自动换刀装置等，这样就压缩了换刀时间。
数控机床机械结构的优化
2.1、增强触面刚度
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。
2.2、提高动态刚度
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。
2.3、实现柔性化、无人化发展
要促进数控机床的柔性化、无人化加工发展。其中，功能集成、工艺复合是是数控机床的重要特征，也是实现以上两大目标的必备条件。对于车削中心来说，可以对内孔进行深加工，同时涉及到端面、外圆等任意点的加工；而对于加工中心来说，通过一次性的工件装夹，可以实现锉、铣、钻等多道工序。因此，数控机床中含有自动排屑装置、自动润滑装置、动力刀架等机械部件，还有一些机床中配有自动工作台。目前，数控机床的发展倾向于功能集成化。其中以自动换刀装置、自动工作台作为基本配备，慢慢实现数控机床的柔性化、无人化发展。而功能集成化则为工件自动装卸、自动定位等功能，它可以支持刀具的自动检测破损、自动对刀等，进而让寿命延长；在工件自动测量、自动补偿等方面，也有了进一步的研究与发展，国外已经开发了集合车、铣、磨、钻等工艺为一体的加工机床，这样可以增强机床附加值，促进深加工。
机床机械性能的优化
3.1、主传动运动的变速系统
3.1.1、带有变速齿轮的主传动
通过少数几对齿轮减速，使输出扭矩扩大，以满足主轴对输出扭矩特性的要求。这是大中型数控机床应用较多的一种方式。同时，还有一些小型数控机床也选用这种传动方式，来获取强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位基本上直接由液压油缸或选用液压拨叉来实现齿轮的带动；
3.1.2、通过皮带传动的主传动
这主要在小型数控机床上应用，它可以避免齿轮传动引起的噪声与振动。但它只能在符合要求的扭矩特性主轴中使用。
3.1.3、由调速电机直接驱动的主传动
这种主传动方式最大程度的简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但缺点是主轴输出扭矩小，电机发热影响了主轴的精度。
3.2、优化主轴系统性能
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、润滑等工作也要给予足够的重视。
3.3、进给传动机械部件
3.3.1、联轴器
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。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，会造成数控机床工作环境的恶化。
3.3.2、减速机构
齿轮传动这种机械传动应用十分广泛，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮传动。在数控机床伺服进给系统中，采用齿轮传动装置的目的有两个。其一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中有较小的比重；其二是将高转速的转矩伺服电机的输出改变为低转速大转矩的执行件的输入。此外，对于开环系统还可以确保所要求的运动精度。
结语
总而言之，要了解机床结构的要求，提高触面以及动态刚度，并实现无人化发展，进而全面优化机床结构，同时，还要优化机床机械性能，改进提高主轴系统、变速系统等方面的性能，进而满足重复加工过程的需要。
参考文献：
[1]于文铖,迟永峰. 基于机床机械结构与性能优化的探析[J]. 科技传播,2012,01:34+30.
[2]李国华. 浅谈数控机床机械故障的诊断方法[J]. 大众科技,2012,03:113-114.