浅谈轻量化技术在机床设计中的应用

引言：工业技术的迅猛发展使得传统加工技术低效复杂局面得以改观，可节约众多材料以及实现结构性能优化的轻量化技术应运而生。基于机床设计属于一项内容繁杂、对工作人员专业技术能力要求较高的学科，且在轻量化技术应用方面也十分细致，同时涉及到众多知识领域，包含机床结构设计、新材料技术、理念等方面，因此在实践中便必须从细节着手，注重创新，有效掌握轻量化技术的应用要点，推动机床设计高质量发展。

一、轻量化技术内涵

轻量化技术顾名思义，其主要指通过采取结构组合、材料选择以及空间设计众多路径在保障机床具有一定结构刚度与强度的基础之上，减少机床体积与重量的一种技术[1]。借助于轻量化技术的应用可有效降低材料损耗，提升加工效率并避免环境污染问题，目前轻量化技术在机床设计中已得到广泛应用。

二、轻量化技术在机床设计中应用的特点

（一）具有结构优化的灵活性

轻量化技术的主要特点便在于借助于选取轻质工艺达成结构优化，通过对设备展开数值仿真而实现合理设计，产生节约材料，改变其强度以及刚度的目标。此种柔性设计方式使设计人员可根据不同场合与实际功能需求对机器展开优化，使其达到最佳工作状态。

（二）具有材料选择的多样性

轻量化技术的重要特点之一便是可实现材质的多样化，即借助于选择碳纤维复合材料、铝合金、镁合金等众多高强度轻质材料，取代常规重载钢，并在此基础之上结合特定应用需求，选择最适宜材质，实现减轻重量的目标。与此同时，各材质之间性能相互组合，使机器的用途变得更加广泛。

（三）空心结构设计

空心结构设计是轻量化技术最显著的应用特点，即应用中空零部件，保障机器在拥有一定刚度的基础上降低机器实际重量。通过空心结构设计可被广泛应用于主轴箱、机体等众多零部件，另外中空结构还可有效消除噪声，改善机器运行舒适度。

三、轻量化技术在机床设计中的应用

通常而言，机床设计人员在展开机床设计过程中多应用类比设计法，即在原有产品基础上进行改良，只要原产品未出现问题，将其部分结构与尺寸采取照搬或成比例放大的方式，此种形式仍存在结构富余问题，不利于节约材料降低机床应用能耗。而借助于轻量化技术则可有效降低各零部件自身重量以及所需功率，减少能耗。通过综合分析，轻量化技术在机床设计中的应用需掌握结构优化技术、新材料技术以及多学科综合技术的应用要点。

（一）结构优化技术在机床设计中的应用

结构优化是通过应用 CAD 或FEA 等众多技术改造设备的一种技术，借助结构优化技术可充分降低机床重量，提高其自身刚性与性能。首先，在结构优化技术应用过程中需应用有限单元展开仿真与分析，即对各种机械结构进行仿真，找寻到在其内部应力相对集中区域。其次，设计人员需选择诸如碳纤维、复合材料以及铝合金等高强度材料，减轻机床自身重量，同时在具体材料选取过程中需综合考虑材料本身密度、抗折强度以及弹性模数的数值，找寻到平衡各方面的数值指标，使其满足于技术应用要求[2]。最后，需对各连接点展开设计，包括焊接点、铆钉以及螺栓等众多部位，经过合理布局可减少材料应用，保障连接的稳定性，提升设计质量。

（二）新材料技术在机床设计中的应用

新材料技术的应用已成为机床设计实现创新的重要方向。首先可应用泡沫金属材料以及蜂窝式材料，由于其自身便拥有较强刚性，重量远远小于传统材料，因此可被应用于机床支撑结构的制造方面，保障受力均匀，降低振动并减少运行噪音。其次，可应用树脂混凝土及碳素纤维，如将树脂混凝土填充于钢板焊接框架内，通过此种材料的有效应用不仅可提升结构原有性能，还可在达成机床轻量化的同时提升其应用年限。

（三）空心结构在机床设计中的应用

空心结构在机床设计中的应用重点便在于在关键部位应用开放结构或中空结构，取代原有实心结构，之后在通过合理布局的基础上减少重量，达成最佳强度与刚度。在应用过程中首先，需保障轻量化与刚性之间实现平衡，即设计人员须精准模拟与计算载荷情况，以保障空心结构可在满足机床自身性能的基础上，减少重量。其次，应注重材料选择。如选取碳纤维复合材料制作中空结构。同时应用现代先进数控加工技术对复杂空心结构展开加工，如此不仅可实现整机重量降低，还可有效减少能耗，提升零部件应用寿命。

（四）多学科综合技术在机床设计中的应用

由于轻量化设计本身便涉及众多学科，因此在实际机床设计过程中为提升设计有效性，还需应用多学科综合技术，综合考虑机床性能以及制造成本更多方面要素对重要零部件实现优化设计，进而达到整体优化。例如在展开机床结构设计过程中，遵循最简化原则在最大程度上删减结构并降低无关紧要的零部件数量，避免在材料应用方面出现资源浪费，增强材料应用率，有效节约成本；在展开传动系统设计过程中，选取缩短传动链，减少零部件数量的方式，以提升传动精准度，避免功率损失。通过采取多学科综合技术，可有效优化机床精准度，提高材料应用率。

结束语：

总而言之，在机床设计中应用轻量化技术具有明显的优越性，轻量化技术在机床设计中应用的特点是具有结构优化的灵活性、具有材料选择的多样性、空心结构设计。在实践中需充分掌握结构优化技术、新材料技术、空心结构、多学科综合技术在机床设计中的应用要点，有效降低机床重量，提升加工精准度、降低能耗，最终提升机床设计整体水平并推动机床制造业实现可持续性发展。

参考文献：

[1]朱继华.轻量化技术在机床设计中的应用[J].时代汽车，2022（3）：135-136.

[2]洪辰浩.轻量化技术在机床设计中的研究[J].丝路视野，2022（16）：160-162.