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2021NO.2（下）中国新技术新产品

工业技术

机床设计中轻量化技术的应用策略分析

赵金宇

（沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳110142）

摘要：随着机械行业深加工技术的不断进步和发展，加工技术的不断发展和深化，机床结构的轻量化技术成

为保证加工精度和深度的必然要求。其技术变革直接影响到机械产品的加工效率，传统的机床设计通过在外

力作用下的形变来实现机床的基本设计，但是这种方法是以接近材料的极限状态来简化机床的设计内容，在

产品设计的过程中付出了较大的成本。机床的大部分重量都体现在材料的结构上，而功能模块只占用了很小

的一部分。因此，如何解决机床设计的轻量化过程是保证良好机床性能的重要前提。该文根据机床设计和制

造的基本过程，通过应用轻量化的技术来对机床制造的结构、设计流程以及材料应用等方面进行深度分析。

关键词：数控机床；轻量化；结构优化；新型轻质材料；多学科综合优化

中图分类号：TG502文献标志码：A

0引言地减少噪声的同时，还保证了设备运行中受力的稳定性，

提升了结构件原有的性能。此外，还可以应用碳素纤维等

该文结合数控机床自身的结构特点和功能特点，介绍

新型材料，来增加机床材料的使用年限，达到省工和省料

了轻量化数控机床设计的3种有效途径，即数控机床的结

的基本目标。目前机床的轻量化技术方法主要包括参数优

构优化设计技术、新型轻质材料在数控机床中的应用以及

化、结构性能的拓扑优化、综合约束条件的多方法结构设

多学科综合优化技术在数控机床中的应用设计，并以此为

计以及仿生学优化方法。

基础，重整结构化的优化设计内容。在一定的约束条件下，

按照实际的需求完成数控机床的功能化设计内容，并最终2数控机床结构优化设计

选取最优的设计结构方案，满足轻量化的需求。国内外已数控机床是先进机械制造的“工业母机”，为我国机

经对数控机床的轻量化设计国内外已经对数控了大量的械制造行业做出了卓越不朽的贡献。提升数控机床的结构

研究，并取得了一定的研究成果，韩国学者Kim开发了1设计稳定性和制造水平是先进制造的重要内容。虽然我国

种“三明治”复合材料结构系统，通过优化设计满足了复的数控机床的加工制造商有一定的潜力，但是在数控机床

合型结构中的多个参数，进而提升了结构的稳定性和实际的稳定性和加工误差上与国外的先进制造领域存在较大

性能，实现了轻量化的设计。德国学者Weule等通过虚拟的差距。其主要原因是机床设计仅仅依赖于传统的设计经

仿真技术对数据进行拓扑优化和对比，反复对照模拟结果验，尤其是设计的创新力度不够。为了提高机床的加工精

进行实时优化，实现了数控机床的轻量化设计。国内学者度，只能不断地提升机床的刚度，导致机床各个零部件的

中，华南理工大学的姜衡应用有限元仿真的模式，对数控壁厚和体积不断增大，进而造成机床的质量过大。因此，

机床在静态和动态2种状态时的数值进行模拟分析，并且如何在保证机床的加工精度和刚度的条件下对数控机床

利用数据挖掘算法对模拟数据进行数据反演，优化了机组进行“减重”，成了学术研究中最有实践意义的话题。其

的性能参数，实现了机组设计的轻量化。同时，来自大连中，“轻量化”技术的应用必不可少。

理工大学的闫军