機床設計中輕量化技術的應用分析

李豐偉

摘要：如今隨著工業技術的迅猛發展，打破了以往加工技術復雜低效的局面。以往的機床大多是由實心的鑄鐵材料組成，往往會顯得相當笨重，伴隨工業化腳步的逐漸加強，能夠節省大量材料并且能優化結構性能的輕量化技術就此出現，它不僅實現了綠色循環制造，而且讓可持續發展有了更明確的方向。本文就輕量化在機床中的應用，分析輕量化出現的必然性，簡單介紹了這種設計的實現方法，并且探尋輕量化在未來的發展前景。

關鍵詞：機床；輕量化；應用分析；發展前景

機床的發展帶來的是一系列的變化和改進，在機床工作當中，阻尼衰減可以提高機床的壽命，從而使機床的加工精度上升到更高的層面，因此輕量化的機床構件就為其提供了穩定的保障。機床在被改進的過程中，高效并且輕質的仿生物結構被應用其中，計算機仿真建模、一些分析軟件被廣泛的使用，傳統的材料被替換，落后的結構形式也被改進，輕量化的機床應用越來越明顯。

1.機床輕量化的成因

1.1輕量化技術

運用現代化的設計方案，輔助行之有效的優化手段或者以質量輕但是強度依舊的新型材料替換笨重的舊材料的方法就叫輕量化設計，其目的就是為了減輕機床本身的重量、降低耗材的成本，更可以實現環保的策略，以便提高工業化綜合性能。

機床的重要支撐部件是床身，床身輕量化的實現一直是人們探究的一個方向，為了滿足工業化市場的需求，機床系統被給予高效適應現代化機械制造業的厚望。在采用優化結構、多學科綜合優化、新材料設計等一系列技術的基礎上，復合化、高速化、綠色化、集成化、高密度化已經成為當代工業化機床制造行業的趨勢。

1.2傳統設計中存在的問題

傳統的機床結構件中存在的問題由來已久，及待解決：

（1）長久以來，結構優化計算方法一直被應用于機床結構件的設計。設計輕量化的機床結構件，首要想到的就是其動態和靜態性能。在設計的過程中，設計者要合理的利用優化結構計算方法，在不影響機床整體性能的情況下，縮減投入機床的成本。

（2）輕量化結構的設計是有一定的局限性的，多是根據設計者的水平。在投入實際生產的過程中，才能發現其優點和缺點，再根據結果進行改進，這樣就需要投入更多的人物力。

（3）雖然目前的市場已經有不少機床輕量化的應用，但是對結構仿生學的理論創新設計還是處在一個停滯不前的狀態。

2.實現機床輕量化的方法

輕量化機身是整個制造業都努力奮斗的目標。實現機床及機身輕量化的方法主要有以下幾點：

2.1優化結構，減輕重量

為了達到減輕機床本身重量的目的，可以利用結構優化的設計，把一些相似的部件整合，讓一些大的零件小型化，或者省去一些部件的累贅部位使之薄壁化，用最少的材料使利益最大化，達到更好的效果。

2.2采用新型材料

傳統的機床大多使用的是鋼、鐵或者混凝土，功能很單一，存在著各種各樣的問題，所以強度高并且質量輕的新型材料的選用就會是必然的。天然花崗巖或者填充混凝土的鋼板成了新材料的首選。使用這些新材料使機床結構輕量化，提高機床的使用時間，增強零部件與機床的穩定性。

2.3基于結構仿生的輕量化設計

自然界生物的一些優點被人類廣泛的使用，為了優化機床的結構，進一步提高操作性能，設計者也把仿生學運用在機床優化設計中。

（1）六邊形的蜂窩結構。蜜蜂窩的六邊形結構一直為人們所贊嘆，其達到了面積使用的最大化，具有最穩定的結構，把蜂窩的六邊形結構應用到機床當中，降低機床使用材料，提高結構件的穩定性。

（2）葉脈與根系的關系。可以采用葉脈結構實現板類結構的輕量化。

（3）動物骨架及殼結構的使用。動物大部分力量都集中在骨架上，它能很好的適應動物自身的成長，而動物的殼硬度很大并且質量很輕，可以很好的保護自身。如果應用在機床上，會很大程度上減少材料的使用。

2.4 改進制造工藝，改善工作環境

如果說工廠只是單方面改變了機床本身來進行生產工作，實施起來效果并不是那么的明顯。相對來說，工廠不僅要利用機床輕量化的設計來達到降低成本、提高生產率的目的，還要采用新型材料和先進的制造工藝，或者改善機床及車間的工作環境，來整體的實現機床輕量化，最終得以大幅度提高自身在市場中的競爭力。

3.機床輕量化的發展前景

機床輕量化是目前為止對生產行業影響深遠的一次全新的綜合性的變革，它對高速加工和提高零件的耐用性都有很高的標準。在研究過程中，它需要扎實的理論基礎，通過不斷的實踐改進其功能，實現資源利用率的最大提高，最終產生的機床結構件可以符合企業節約資源、合理加工、具有競爭力的要求。

輕量化設計包括對材料、結構、工藝的操作，實現高結構性能、低成本投入、綠色制造的功能，在目前的生產制造業領域，擁有不可估量的發展前景：

3.1新材料的應用。機床輕量化，利用新型較輕的材料替換原來笨重、花費大的材料，是首當其沖的。

3.2理念的完善。輕量化的設計依托于設計者自身的理論水平，在實際應用中才能發現問題，就要求設計者不斷的完善自身。為了達到機床在本質上實現輕量化，理念的完善勢在必行。

3.3優化輕量化的算法。不同的算法實際產生的效果是不一樣的，這就需要不停的去改進輕量化的算法來針對性的解決問題，達到更好的發展。

4.結語

在目前工業化市場的體系下，科學技術掌握能力和創造能力都取得了顯著的成效，但是相對于世界水平來說，還有很大一段距離需要努力，研究出切實可行的機床輕量化技術就顯得尤為重要。利用新型材料和輕量化的技術，以實現節約資源、減低耗材、提高生產力、與環境友好發展為目的，從而獲得機床業乃至整個工業行業的可持續發展。

參考文獻：

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