機床設(shè)計論文范文

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第1篇

機床作為制造業(yè)中普遍采用通用設(shè)備，其性能標志了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。隨著電力電子和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，使機床柔性化、精密化、自動化、智能化成為可能。盡管數(shù)控機床已經(jīng)部分具備自動化和智能化的特征，使勞動強度大為下降，但是其仍是按照加工程序進行加工設(shè)備并不能完全取代人在零部件加工中的作用。人類社會的進步和科技的發(fā)展以及人類文化素質(zhì)的普遍提高，在機床設(shè)計領(lǐng)域不單著重提高機床的加工精度、機床壽命以及自動化智能化等性能方面，同時給予機床造型設(shè)計足夠的重視。一個成功的機床造型設(shè)計能兼顧美學與工程學，在滿足功能需要的前提下協(xié)調(diào)人與環(huán)境的關(guān)系，在造型上能讓人們感受到一種覺有科技性先進性的美感。造型設(shè)計中操作布、色彩、材料和工藝都應(yīng)滿足功能和便于實現(xiàn)，應(yīng)考慮到機床實際所處于的環(huán)境以及機床器件對風路等的要求，盡可能給操作者提供一個舒適的環(huán)境，以提高操作者的工作效率。

二、現(xiàn)代機床造型設(shè)計與技術(shù)設(shè)計的關(guān)系

機床設(shè)計、美術(shù)設(shè)計與機床造型設(shè)計三者性質(zhì)和著重點不同，但有著密切的關(guān)系。機床設(shè)計著重機床的性能，合理布置各部件位置，以滿足用戶對機床的性能要求為首要目的。美術(shù)設(shè)計著重于藝術(shù)性美感的體現(xiàn)，重要通過外形結(jié)構(gòu)、色彩和材料等來體現(xiàn)。而機床造型設(shè)計需要應(yīng)用藝術(shù)表現(xiàn)法則和美術(shù)設(shè)計技能，來為機床服務(wù)，將機床設(shè)計的部分與美術(shù)設(shè)計部分相結(jié)合，在保證機床性能的基礎(chǔ)上合理的解決產(chǎn)品造型的有關(guān)技術(shù)問題。現(xiàn)代機床要求在機床結(jié)構(gòu)設(shè)計時就要對造型設(shè)計有一定的考慮，因此技術(shù)設(shè)計與造型設(shè)計時同步配合進行的創(chuàng)造性工作，貫穿于機床設(shè)計制造的全過程。

三、現(xiàn)代機床造型設(shè)計的原則

經(jīng)過對國內(nèi)外機床造型的研究和分析，總結(jié)出一些造型設(shè)計的原則如下。

3.1全局設(shè)計機床是一個由若干個復雜的系統(tǒng)構(gòu)成的集合體，為使造型設(shè)計的優(yōu)勢最大化，在設(shè)計之初就要對機床的機械結(jié)構(gòu)、界面要求、零部件材質(zhì)及布局、人機構(gòu)成等設(shè)計部分做到全面的了解。并與機床設(shè)計階段提出全局化的設(shè)計規(guī)劃。以保證機床經(jīng)過造型設(shè)計后具有獨特品格和特征。

3.2功能第一機床的根本功能是對零部件進行加工，其最主要的性能指標為加工精度。造型設(shè)計中重要采用藝術(shù)的形式體現(xiàn)機床的科技感并且結(jié)合使用環(huán)境調(diào)節(jié)操作者的精神和心理有一定的調(diào)節(jié)作用，因此不能以造型需求而對機床的性能造成影響。

3.3工業(yè)工程工業(yè)工程作為精益生產(chǎn)的重要組成部分，關(guān)系到產(chǎn)品批量生產(chǎn)時的品質(zhì)與成本。因此在造型設(shè)計時要考慮到工業(yè)工程性，應(yīng)對部件進行工藝性的審查，所涉及的部件應(yīng)具有易于加工和一致性的特點，同時要提高零部件的通用型和標準化程度。以適合批量生產(chǎn)的要求。

3.4以人為本機床造型設(shè)計不僅要對已操作性和思考習慣性還應(yīng)心理、生理、工效和安全健康方面有所考慮。所使用的材料應(yīng)具有環(huán)保性，機床視窗應(yīng)采用安全玻璃等不易碎材質(zhì)制成。

3.5精神功能人在零部件加工中起決定性作用，因此現(xiàn)代機床造型設(shè)計還需要特別重視產(chǎn)品對人的精神功能。研究顯示人的心理和生理會對色彩產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，通過認識和掌握色彩規(guī)律，利用機床造型設(shè)計中色彩的微妙變化來調(diào)節(jié)操作者的心理和生理狀態(tài)有助于提供操作者的效率。

3.6簡約原則現(xiàn)代機床造型設(shè)計要符合簡約的原則，不應(yīng)使用過多的裝飾性部件以免產(chǎn)生不必要的成本。以實用、美觀、經(jīng)濟的設(shè)計方案，達到增加產(chǎn)品的附加值的目的。

3.7綠色環(huán)保造型設(shè)計所應(yīng)選用對環(huán)境友好，無毒無害的材料，兼顧節(jié)能降耗的要求。使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環(huán)境的影響最小，資源效率最高。

四、結(jié)語

第2篇

每天我們都生活在五彩繽紛的環(huán)境中，積累了很多視覺的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗都不是孤立在腦海中存在的，它還會與其他的經(jīng)驗相互影響，如味覺經(jīng)驗、觸覺經(jīng)驗、生活經(jīng)歷等等。例如，橙色使人聯(lián)想到火焰，讓人感覺到溫暖;又可以聯(lián)想到金色的秋天，給我們帶來豐收的喜悅。綠色讓我們想起綠葉，給我們欣欣向榮的感覺。每一種顏色都有自己的特點，所以當我們看到某種色彩時就會產(chǎn)生不同的情緒。正如美國視覺藝術(shù)心理學家卡洛琳•布魯墨所說:“色彩喚起各種情緒，表達感情，甚至影響我們正常的生理感受。”進而言之，色彩能夠給人帶來不同的情緒，表達不同的情感，不同情緒對人的行為起到不同的作用。因此，設(shè)計師在進行機床的色彩設(shè)計時，可以以此為基本依據(jù)，通過合理的色彩設(shè)計令使用者產(chǎn)生良好的情感體驗，從而提高工作效率。

2機床造型設(shè)計中色彩情感化要素分析

機床有很多分類，每種機床都有其不同的造型和功能。色彩設(shè)計也需從具體的產(chǎn)品出發(fā)考慮“人———機———環(huán)境”三者相結(jié)合。也就是說，設(shè)計機床產(chǎn)品的色彩時，要考慮其使用場所、使用對象及機床本身的因素。

2．1考慮人與機床產(chǎn)品使用的環(huán)境因素

機床的使用環(huán)境因素主要有:放置環(huán)境色彩狀況、使用環(huán)境衛(wèi)生狀況、照明狀況、噪音等等。一般來說，機床是置于廠房中的，白墻搭配淺綠色地板、淺藍色或淺灰色地板構(gòu)成了目前廠房內(nèi)部空間的最基本色彩。可以說這是一個色調(diào)偏冷的色彩環(huán)境，人在這樣的色彩環(huán)境中比較容易安靜下來。但這樣的色彩設(shè)計，忽略了環(huán)境溫度問題。如果廠房環(huán)境溫度高，那么應(yīng)該選擇冷色調(diào)的藍色或者淺色系，使人在心理上覺得涼爽;相反如果環(huán)境溫度低，則選擇用暖色系，讓人使用的時候感覺到溫暖。同時，也要考慮廠房內(nèi)的衛(wèi)生狀況。如果生產(chǎn)過程中，容易造成環(huán)境臟，那么應(yīng)該考慮用耐臟的深色系列;如果環(huán)境干凈，那么可以選用比較淺的顏色。

環(huán)境照明產(chǎn)生的效果也是需要考慮的問題。在廠房作業(yè)中會使用到自然光和人工光。使用人工光就要考慮其光線產(chǎn)生的視覺效果會不會影響人的心理。白熾燈偏黃的光線會給人產(chǎn)生溫暖的心理效果，而熒光燈的光線因為比較接近自然，給人帶來的心理差異較小。不同的色光會對產(chǎn)品產(chǎn)生細微的變化，如白色的物體在白熾燈的光線下會顯得偏黃。因此設(shè)計機床的色彩時也需考慮到照明環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這樣才能更好地發(fā)揮色彩的情感化功能。噪音，也是環(huán)境因素之一。但這個因素經(jīng)常被設(shè)計者所忽略。當人長期在一個充滿噪聲的環(huán)境，生理方面會導致頭暈、耳聾、記憶力減退、神經(jīng)衰落、易疲勞等等;心理方面會使人產(chǎn)生煩躁、易怒、激動等消極的情緒，從而導致反應(yīng)遲鈍，工作效率低，甚至會造成事故。除了在廠房內(nèi)采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在機床的色彩設(shè)計方面可以運用使人安靜的藍色系列色彩，或者可以緩解人的緊張心理的綠色系列色彩。

2．2考慮人與機床產(chǎn)品的因素

機床有很多部分組成，不同的部分承載不同功能，其色彩設(shè)計要根據(jù)其形態(tài)和功能進行設(shè)計，以達到形態(tài)、功能和情感的統(tǒng)一。可用不同的色調(diào)對機床的不同功能進行區(qū)分，如底座、立柱等可以采用明度低的深色，而主體色可以選擇用明度高的淺色系，使機床在整體視覺上具有穩(wěn)定感。目前的機床產(chǎn)品大都用深藍色或者深灰色作為底座的色彩，在情感上使人感到穩(wěn)定可靠，而且比較耐臟。機床的工作臺和操作界面是色彩設(shè)計中非常重要的部分，它關(guān)系到機床的美觀性，也直接影響著操作者的心理。工作臺是操作者長時間觀看的，操作臺的色彩應(yīng)該選擇使人感覺到舒適的顏色，避免視覺疲勞。操作界面的不同功能部分應(yīng)用不同的顏色加以區(qū)分，以便在操作的過程中快速識別，避免操作錯誤。一些特別的區(qū)域或按鍵必須按照統(tǒng)一的安全規(guī)則來進行色彩設(shè)計，如紅色表示危險，禁止;綠色表示安全;黃色表示警示，注意安全，不能隨意更改。總的來說，操作界面的色彩設(shè)計應(yīng)該在區(qū)分不同功能部分的同時，兼顧色彩統(tǒng)一，是操作者在視覺上不覺得混亂，保持心情愉快，提高工作效率。

2．3考慮操作者對色彩的喜好因素

以使用對象為中心進行色彩設(shè)計。就使用對象人來說，由于其民族、生活的地域、職業(yè)、性別、所受的教育程度等因素的不同，對色彩的喜好也是不一樣的。即使同一個人在不同時期所喜歡的顏色也不一樣。但對于大型機械———機床來說，它并不能夠隨便改變顏色以隨時應(yīng)付不同的操作者的喜好狀況和心理狀況。建立共性美，是首先要面對的問題。因此進行色彩設(shè)計時，設(shè)計師必須對該機床所銷售地區(qū)的操作者的整體情況進行調(diào)查了解，分析使用人群對色彩的心理反應(yīng)，才能把握好色彩的情感設(shè)計。

3結(jié)語

第3篇

五軸數(shù)控銑床方案設(shè)計

1總體方案設(shè)計

筆者所研究的五軸數(shù)控銑床,是一種針對模具加工的高速、高效率機床,并可以選配五軸功能,可使工件在一次裝夾下,完成五面的加工。為了實現(xiàn)高性能動態(tài)特性,其基本結(jié)構(gòu)考慮為工作臺固定,橫梁-滑座-主軸箱移動分別實現(xiàn)三坐標進給,具有三坐標自動定位和三坐標聯(lián)動機能。固定工作臺可以換成雙擺工作臺,實現(xiàn)五軸聯(lián)動。主要技術(shù)指標如表2所示。

2具體方案設(shè)計

2.1第1種方案

第1種方案將該五軸數(shù)控銑床設(shè)計為龍門式,具體工作形式可以描述為:龍門架則沿床身作縱向(x方向)運動,滑枕沿著龍門架作橫向(y方向)移動,主軸箱沿著滑枕作z方向的移動。工件固定在平轉(zhuǎn)臺上,平轉(zhuǎn)臺固定在立轉(zhuǎn)臺上。平轉(zhuǎn)臺繞z軸作轉(zhuǎn)動,立轉(zhuǎn)臺又同時繞x軸轉(zhuǎn)動。這樣就實現(xiàn)了兩個坐標軸的轉(zhuǎn)動,如圖2所示。

2.2第2種方案

該方案為立式五軸數(shù)控銑床,其底座固定,滑枕沿著底座作x方向移動,立柱在滑枕上作y方向移動,主軸箱沿著立柱作z方向移動,這樣就實現(xiàn)了三軸聯(lián)動。工件固定在平轉(zhuǎn)臺上,平轉(zhuǎn)臺又固定在立轉(zhuǎn)臺上。平轉(zhuǎn)臺繞z軸轉(zhuǎn)動,立轉(zhuǎn)臺又同時繞x軸轉(zhuǎn)動,這樣就實現(xiàn)了兩個坐標軸的轉(zhuǎn)動。當給該數(shù)控銑床輸入程序時就會實現(xiàn)五軸聯(lián)動。五軸分別為3個平動軸和2個轉(zhuǎn)動軸,如圖3所示。

該立式五軸與龍門式五軸的運動方案基本相同,不同的是布局上有區(qū)別。龍門式數(shù)控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動,而該立式五軸數(shù)控銑床的主軸箱則沿著立柱進行z方向移動。

2.3第3種方案

該方案也是立式五軸數(shù)控銑床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿著y軸方向移動,支座在床身上沿著z軸方向移動,同時工作臺在支座上沿著x軸方向移動,這樣就實現(xiàn)了三軸聯(lián)動。平轉(zhuǎn)臺固定在工作臺上繞著z軸方向作回轉(zhuǎn)運動,刀具固定在立轉(zhuǎn)臺上,立轉(zhuǎn)臺在滑枕上繞著y軸作回轉(zhuǎn)運動,如圖4所示。

基于ADAMS運動仿真

1對3種設(shè)計方案的運動仿真

應(yīng)用SolidWorks三維繪圖軟件對每種設(shè)計方案中的數(shù)控銑床進行建模,然后導入到ADAMS軟件中。在ADAMS軟件中把模型加入約束、驅(qū)動并對運動方式進行編程仿真,模擬出五軸數(shù)控機床的運轉(zhuǎn)情況,可以在虛擬的條件下看到機床的物理形態(tài)和動態(tài)運轉(zhuǎn)情況,達到可視化目的。

在設(shè)計該機床運動軌跡時,ADAMS軟件雖然可以實現(xiàn)五軸聯(lián)動,但是五軸聯(lián)動后的運動軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯(lián)動。

第1種方案中先設(shè)置床身與橫梁處的Motion3、橫梁與滑枕處的Motion2、滑枕與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖5、圖6所示為第1種設(shè)計方案的三維模型和刀具軌跡。

第2種方案中先設(shè)置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設(shè)定仿真時間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖7、圖8所示為第2種方案的三維模型和刀具軌跡。第3種方案中先設(shè)置底座與滑枕處的Motion1、底座與滑板處的Motion3、支撐臺與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時間為9,共為500步。該方案與前兩個方案的不同之處在于不是由刀具直接形成螺旋線,而是工件在工作臺上作圓周運動,刀具作直線運動,由這兩種運動形成螺旋線。圖9、圖10所示為第3種方案的三維模型和合成軌跡。

2結(jié)果分析

2.1第1種方案

該布局形式為龍門架移動式,其主軸可以在龍門架的橫向與垂直溜板上運動,而龍門架則沿床身作縱向運動。如圖6所示方案1中的刀具運行軌跡為螺旋線,該方案采用x,y軸的對稱布局形式,提高了機床的熱穩(wěn)定性及加工精度。這種布局適用于加工較重的工件,可以減小銑床的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。該龍門銑床的優(yōu)點是:

1)占地面積小。工作臺移動式龍門銑床,整機長度必須兩倍于縱向行程長度,而第1種方案設(shè)計的龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側(cè)面寬度即可;

2)動態(tài)響應(yīng)好。該移動式龍門銑床采用的是固定工作臺,一般與床身整體鑄出,龍門框架縱向運動的驅(qū)動力矩等值不變,不會因工件的承載重量的改變而變化,從而保證了加工精度和機床的響應(yīng)性能。

2.2第2種方案

該機床為立式數(shù)控銑床,采用工作臺轉(zhuǎn)動,且主軸沿垂直溜板上、下運動。由滑枕和滑板實現(xiàn)x,y兩個坐標的移動,主軸沿立柱上下實現(xiàn)z坐標移動。如圖8所示的方案2中的刀具運行軌跡,主要優(yōu)點在于z軸導軌的承重是固定不變的,有利于提高z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性;但是由于本銑床的z軸承載較重,不利于提高z軸的快速性。

2.3第3種方案

該機床為立式數(shù)控銑床,工作臺沿z坐標上、下移動,主軸頭為轉(zhuǎn)動式。圖10所示為方案3的合成軌跡,該方案由工作臺和滑枕實現(xiàn)了x,y坐標的移動。其主要優(yōu)點是適用于加工質(zhì)量較小的工件,缺點是機床的結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定,導致加工精度受到影響。

綜上所述,根據(jù)表2給出的技術(shù)要求可知,龍門式五軸數(shù)控銑床工作行程要求較大,承重要求較高,因此第3種方案不符合設(shè)計要求。從機床布局的結(jié)構(gòu)來看,龍門式的布局更為合理,而第2種方案設(shè)計的立式五軸數(shù)控銑床的熱穩(wěn)定性及剛性都不如第1種方案設(shè)計的龍門式五軸數(shù)控銑床。

結(jié)論

1)將可視優(yōu)化設(shè)計與概念設(shè)計相結(jié)合,提出了數(shù)控機床概念設(shè)計流程,并應(yīng)用于某五軸數(shù)控銑床的方案設(shè)計。