機床設計論文范文

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第1篇

機床作為制造業中普遍采用通用設備，其性能標志了一個國家的工業發展水平。隨著電力電子和軟件技術的飛速發展，使機床柔性化、精密化、自動化、智能化成為可能。盡管數控機床已經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展以及人類文化素質的普遍提高，在機床設計領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計足夠的重視。一個成功的機床造型設計能兼顧美學與工程學，在滿足功能需要的前提下協調人與環境的關系，在造型上能讓人們感受到一種覺有科技性先進性的美感。造型設計中操作布、色彩、材料和工藝都應滿足功能和便于實現，應考慮到機床實際所處于的環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境，以提高操作者的工作效率。

二、現代機床造型設計與技術設計的關系

機床設計、美術設計與機床造型設計三者性質和著重點不同，但有著密切的關系。機床設計著重機床的性能，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。美術設計著重于藝術性美感的體現，重要通過外形結構、色彩和材料等來體現。而機床造型設計需要應用藝術表現法則和美術設計技能，來為機床服務，將機床設計的部分與美術設計部分相結合，在保證機床性能的基礎上合理的解決產品造型的有關技術問題。現代機床要求在機床結構設計時就要對造型設計有一定的考慮，因此技術設計與造型設計時同步配合進行的創造性工作，貫穿于機床設計制造的全過程。

三、現代機床造型設計的原則

經過對國內外機床造型的研究和分析，總結出一些造型設計的原則如下。

3.1全局設計機床是一個由若干個復雜的系統構成的集合體，為使造型設計的優勢最大化，在設計之初就要對機床的機械結構、界面要求、零部件材質及布局、人機構成等設計部分做到全面的了解。并與機床設計階段提出全局化的設計規劃。以保證機床經過造型設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。造型設計中重要采用藝術的形式體現機床的科技感并且結合使用環境調節操作者的精神和心理有一定的調節作用，因此不能以造型需求而對機床的性能造成影響。

3.3工業工程工業工程作為精益生產的重要組成部分，關系到產品批量生產時的品質與成本。因此在造型設計時要考慮到工業工程性，應對部件進行工藝性的審查，所涉及的部件應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。以適合批量生產的要求。

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

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

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

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

四、結語

第2篇

每天我們都生活在五彩繽紛的環境中，積累了很多視覺的經驗，這些經驗都不是孤立在腦海中存在的，它還會與其他的經驗相互影響，如味覺經驗、觸覺經驗、生活經歷等等。例如，橙色使人聯想到火焰，讓人感覺到溫暖;又可以聯想到金色的秋天，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生不同的情緒。正如美國視覺藝術心理學家卡洛琳•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，設計師在進行機床的色彩設計時，可以以此為基本依據，通過合理的色彩設計令使用者產生良好的情感體驗，從而提高工作效率。

2機床造型設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。色彩設計也需從具體的產品出發考慮“人———機———環境”三者相結合。也就是說，設計機床產品的色彩時，要考慮其使用場所、使用對象及機床本身的因素。

2．1考慮人與機床產品使用的環境因素

機床的使用環境因素主要有:放置環境色彩狀況、使用環境衛生狀況、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成了目前廠房內部空間的最基本色彩。可以說這是一個色調偏冷的色彩環境，人在這樣的色彩環境中比較容易安靜下來。但這樣的色彩設計，忽略了環境溫度問題。如果廠房環境溫度高，那么應該選擇冷色調的藍色或者淺色系，使人在心理上覺得涼爽;相反如果環境溫度低，則選擇用暖色系，讓人使用的時候感覺到溫暖。同時，也要考慮廠房內的衛生狀況。如果生產過程中，容易造成環境臟，那么應該考慮用耐臟的深色系列;如果環境干凈，那么可以選用比較淺的顏色。

環境照明產生的效果也是需要考慮的問題。在廠房作業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。不同的色光會對產品產生細微的變化，如白色的物體在白熾燈的光線下會顯得偏黃。因此設計機床的色彩時也需考慮到照明環境的協調統一，這樣才能更好地發揮色彩的情感化功能。噪音，也是環境因素之一。但這個因素經常被設計者所忽略。當人長期在一個充滿噪聲的環境，生理方面會導致頭暈、耳聾、記憶力減退、神經衰落、易疲勞等等;心理方面會使人產生煩躁、易怒、激動等消極的情緒，從而導致反應遲鈍，工作效率低，甚至會造成事故。除了在廠房內采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在機床的色彩設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，其色彩設計要根據其形態和功能進行設計，以達到形態、功能和情感的統一。可用不同的色調對機床的不同功能進行區分，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定感。目前的機床產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定可靠，而且比較耐臟。機床的工作臺和操作界面是色彩設計中非常重要的部分，它關系到機床的美觀性，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用不同的顏色加以區分，以便在操作的過程中快速識別，避免操作錯誤。一些特別的區域或按鍵必須按照統一的安全規則來進行色彩設計，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，操作界面的色彩設計應該在區分不同功能部分的同時，兼顧色彩統一，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計。就使用對象人來說，由于其民族、生活的地域、職業、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。因此進行色彩設計時，設計師必須對該機床所銷售地區的操作者的整體情況進行調查了解，分析使用人群對色彩的心理反應，才能把握好色彩的情感設計。

3結語

第3篇

五軸數控銑床方案設計

1總體方案設計

筆者所研究的五軸數控銑床,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。為了實現高性能動態特性,其基本結構考慮為工作臺固定,橫梁-滑座-主軸箱移動分別實現三坐標進給,具有三坐標自動定位和三坐標聯動機能。固定工作臺可以換成雙擺工作臺,實現五軸聯動。主要技術指標如表2所示。

2具體方案設計

2.1第1種方案

第1種方案將該五軸數控銑床設計為龍門式,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。工件固定在平轉臺上,平轉臺固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸作轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動。這樣就實現了兩個坐標軸的轉動,如圖2所示。

2.2第2種方案

該方案為立式五軸數控銑床,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,這樣就實現了三軸聯動。工件固定在平轉臺上,平轉臺又固定在立轉臺上。平轉臺繞z軸轉動,立轉臺又同時繞x軸轉動,這樣就實現了兩個坐標軸的轉動。當給該數控銑床輸入程序時就會實現五軸聯動。五軸分別為3個平動軸和2個轉動軸,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別。龍門式數控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動,而該立式五軸數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,這樣就實現了三軸聯動。平轉臺固定在工作臺上繞著z軸方向作回轉運動,刀具固定在立轉臺上,立轉臺在滑枕上繞著y軸作回轉運動,如圖4所示。

基于ADAMS運動仿真

1對3種設計方案的運動仿真

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

在設計該機床運動軌跡時,ADAMS軟件雖然可以實現五軸聯動,但是五軸聯動后的運動軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯動。

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

第2種方案中先設置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設定仿真時間為9,共為500步,結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,可以減小銑床的結構尺寸和質量。該龍門銑床的優點是:

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種方案設計的龍門銑床的整機長度只需縱向行程加上龍門架側面寬度即可;

2)動態響應好。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性能。

2.2第2種方案

該機床為立式數控銑床,采用工作臺轉動,且主軸沿垂直溜板上、下運動。由滑枕和滑板實現x,y兩個坐標的移動,主軸沿立柱上下實現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

該機床為立式數控銑床,工作臺沿z坐標上、下移動,主軸頭為轉動式。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了x,y坐標的移動。其主要優點是適用于加工質量較小的工件,缺點是機床的結構不太穩定,導致加工精度受到影響。

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

結論

1)將可視優化設計與概念設計相結合,提出了數控機床概念設計流程,并應用于某五軸數控銑床的方案設計。