數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)分析

劉斐

摘要：二十一世紀(jì)以來，伴隨著我國的科學(xué)技術(shù)的不斷地進(jìn)步和發(fā)展，制造業(yè)中數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)發(fā)展迅速。以下我們主要以研究數(shù)控機(jī)床的實(shí)際技術(shù)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析為主，以PCB數(shù)控鉆孔技術(shù)為例，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)以及PCB數(shù)控鉆孔做出全面的分析和研究，在數(shù)控機(jī)床機(jī)械應(yīng)用的各個(gè)層面的優(yōu)缺點(diǎn)上提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。我們希望可以通過對數(shù)控機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作來實(shí)現(xiàn)更高效率的生產(chǎn)需求和目標(biāo)，使機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用中提到人類勞動(dòng)效率，提高生產(chǎn)力，促進(jìn)社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控;機(jī)械結(jié)構(gòu);制造技術(shù);技術(shù)分析

引言：伴隨這著工業(yè)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的融入，現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展離不開數(shù)控機(jī)床的使用，這是由于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)所致。從數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)入手，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)對技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新，最終促進(jìn)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展是我們的目的。只有對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究分析加強(qiáng)和完善，才能促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

一、對數(shù)控機(jī)床的介紹與分析

現(xiàn)在在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下的一大重要產(chǎn)物-數(shù)控機(jī)床，它是機(jī)械與信息技術(shù)的巧妙結(jié)合，它使科學(xué)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中，與操作系統(tǒng)現(xiàn)結(jié)合，使得生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)信息化、可控化及科技化。數(shù)控機(jī)床主要是由兩部分構(gòu)成，就是機(jī)械和信息技術(shù)，其中最核心的部分就是信息或者說數(shù)據(jù)，因?yàn)闄C(jī)械受到系統(tǒng)控制，數(shù)控機(jī)床的準(zhǔn)確高效工作的基礎(chǔ)就是正確的數(shù)據(jù)錄入，只有將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的錄入機(jī)床中才能保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確性。其次，在操作過程中還需要人員對數(shù)控機(jī)床的監(jiān)控，機(jī)器和人的完美配合才能使生產(chǎn)的效率和質(zhì)量達(dá)到最高，其中機(jī)械的維護(hù)和系統(tǒng)的升級(jí)也是提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量的不可忽略因素。PCB指的是印刷電路板所用到的鉆孔設(shè)備，是眾多數(shù)控機(jī)床中有代表性的一種，它作用就是在絕緣材料上根據(jù)先前設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔來實(shí)現(xiàn)電路板的印刷生產(chǎn)，這種機(jī)床鉆孔和激光鉆孔相比有最根本的優(yōu)點(diǎn)就是成本低，缺點(diǎn)就是材質(zhì)不好的絕緣材料容易被鉆壞，但價(jià)格低廉的它還吸引著大多數(shù)廠家的使用。

二、對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)發(fā)展的討論

工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在二十一世紀(jì)這個(gè)信息技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，數(shù)控技術(shù)和機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)也不斷地進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控技術(shù)受到信息網(wǎng)絡(luò)的影響發(fā)生的巨大的變化，數(shù)字控制技術(shù)和系統(tǒng)正朝著精確化、智能化方向發(fā)展。正確的數(shù)控機(jī)床技術(shù)能夠提高生產(chǎn)效率促進(jìn)生產(chǎn)力，精確的數(shù)控信息錄入能使生產(chǎn)出的產(chǎn)品更加精密，形如高精度設(shè)備零件的生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床的主要部分是主軸，它的作用就是和其他部分相互配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)，最終達(dá)到數(shù)據(jù)系統(tǒng)控制機(jī)床的目的，主軸部分的不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新可以從根本上增加數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量和運(yùn)行速度，它和信息技術(shù)的完美配合則會(huì)提高機(jī)床的總體質(zhì)量[4]。這些表明，實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需要較高的效率來提高機(jī)床的穩(wěn)定性和完整性。還是以PCB鉆孔技術(shù)分析研究為主，它的具體工作原理就是利用x、y、z空間直角坐標(biāo)系，在電腦中和實(shí)際電路板上成比例精確對應(yīng)，當(dāng)我們在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的電路板鉆孔圖數(shù)據(jù)傳入到數(shù)控鉆孔機(jī)上時(shí)，機(jī)床就遵循計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令執(zhí)行精密的鉆孔操作[1]。其中高精度高轉(zhuǎn)速是它的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床發(fā)展也十分迅速，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控部分需要增加高效的算法，使其具備高精度高轉(zhuǎn)速，這對PCB鉆孔生產(chǎn)的質(zhì)量有著決定性的影響。

其次可靠性也是評判數(shù)控機(jī)床好壞的重要指標(biāo)，我們國家的數(shù)控機(jī)床的可靠性標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間達(dá)到10000小時(shí)，平均故障間隔時(shí)間是6000小時(shí)，但是我們國家在這方面能做到的很少，所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對數(shù)控機(jī)床可靠性的研究，利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)與數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，對電路、系統(tǒng)、抗干擾等多方面進(jìn)行研究，爭取超過國家可靠性標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)場的智能化也是當(dāng)今社會(huì)中各種產(chǎn)品發(fā)展的趨勢[3]。以PCB鉆孔機(jī)床為例，這種鉆孔技術(shù)在早期非常簡單，相當(dāng)于半機(jī)械化，其中有數(shù)控但跟多的是人為的控制，隨著社會(huì)的進(jìn)步，PCB鉆孔技術(shù)逐漸發(fā)展，知道現(xiàn)在出現(xiàn)的各種創(chuàng)新點(diǎn)，比如數(shù)控中機(jī)械的精度監(jiān)控，運(yùn)行速度的成倍增長及系統(tǒng)的可升級(jí)性等。我們所要求的智能化功能包括系統(tǒng)的自我更新修復(fù)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及硬件故障定期自查等。分析討論表明，控制系統(tǒng)的小型化會(huì)方便機(jī)床的實(shí)際操作以及增多更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，創(chuàng)新能力也需要不斷提高，只有考慮的綜合，才能全面的發(fā)展。

三、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的優(yōu)化策略

優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的策略主要有五種，它們分別是優(yōu)化機(jī)床穩(wěn)定性、優(yōu)化主軸的精度和速度、采用穩(wěn)定性三維仿真技術(shù)、采用只適應(yīng)跟蹤控制器、優(yōu)化算法功能。首先提高在系統(tǒng)的加速度控制方面提高機(jī)場的穩(wěn)定性，比如PCB數(shù)控，可以通過提高運(yùn)動(dòng)位移和起止時(shí)間間隔來優(yōu)化它的定位，使其定位更準(zhǔn)操作精度更高。對于穩(wěn)定性的增強(qiáng)我們還可以使用剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加大靜態(tài)物體質(zhì)量，使用防震材料等措施[2]。其次在主軸的精度和速度方面在前面已經(jīng)提到，它也能使衡量PCB機(jī)床的性能和質(zhì)量得基礎(chǔ)，在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，主軸精度和速度直接影響機(jī)械加工的精密，為此我們可以采用靜壓空氣軸承主軸，使用這種技術(shù)在主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度，它的精度也會(huì)跟著提升，直到納米級(jí)的程度，因此這種技術(shù)可以加工較小的精密儀器。如果PCB采用三維仿真技術(shù)，則減少鉆床在運(yùn)行中由于高速產(chǎn)生的偏離度，提高鉆頭的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。還要說的是自使用跟蹤控制器的使用，如PCB的精度衡量主要是鉆孔精度，而電氣有是影響鉆孔精度的因素，所以采用自適應(yīng)控制器（摩擦補(bǔ)償器，位置反饋器，前后反饋器等）可以減小鉆頭的鉆距，減少摩擦，提高精度。優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)的算法也是優(yōu)化的重要方法之一，采用GA貪婪算法能解決鉆孔數(shù)量多造成的行程空閑問題，優(yōu)化后運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率成倍提高。

總結(jié)：數(shù)控機(jī)床是工業(yè)生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的完善是保持機(jī)床運(yùn)行速度和精度的不可缺少過程。根據(jù)對PCB數(shù)控鉆孔技術(shù)的的研究和探討，我們知道了數(shù)控機(jī)床的速度、精度和穩(wěn)定性等特點(diǎn)都是提高機(jī)床實(shí)際工作效率的關(guān)鍵，我們也不同問題提出了不同的優(yōu)化手段，像機(jī)械本身上的優(yōu)化和數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)化等。只有不斷地研究分析和優(yōu)化后，才能促進(jìn)我國數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，最終促進(jìn)我國工業(yè)的不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]周建剛，沈麗娟.數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方式探討[J].科技風(fēng)，2017（23）：152.

[2]姚杰.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究探討[J].中國設(shè)備工程，2017（15）：202-203.

[3]白國慶.數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方式分析[J].太原學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，34（03）：25-27.