机床设计论文范文

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第1篇

机床作为制造业中普遍采用通用设备，其性能标志了一个国家的工业发展水平。随着电力电子和软件技术的飞速发展，使机床柔性化、精密化、自动化、智能化成为可能。尽管数控机床已经部分具备自动化和智能化的特征，使劳动强度大为下降，但是其仍是按照加工程序进行加工设备并不能完全取代人在零部件加工中的作用。人类社会的进步和科技的发展以及人类文化素质的普遍提高，在机床设计领域不单着重提高机床的加工精度、机床寿命以及自动化智能化等性能方面，同时给予机床造型设计足够的重视。一个成功的机床造型设计能兼顾美学与工程学，在满足功能需要的前提下协调人与环境的关系，在造型上能让人们感受到一种觉有科技性先进性的美感。造型设计中操作布、色彩、材料和工艺都应满足功能和便于实现，应考虑到机床实际所处于的环境以及机床器件对风路等的要求，尽可能给操作者提供一个舒适的环境，以提高操作者的工作效率。

二、现代机床造型设计与技术设计的关系

机床设计、美术设计与机床造型设计三者性质和着重点不同，但有着密切的关系。机床设计着重机床的性能，合理布置各部件位置，以满足用户对机床的性能要求为首要目的。美术设计着重于艺术性美感的体现，重要通过外形结构、色彩和材料等来体现。而机床造型设计需要应用艺术表现法则和美术设计技能，来为机床服务，将机床设计的部分与美术设计部分相结合，在保证机床性能的基础上合理的解决产品造型的有关技术问题。现代机床要求在机床结构设计时就要对造型设计有一定的考虑，因此技术设计与造型设计时同步配合进行的创造性工作，贯穿于机床设计制造的全过程。

三、现代机床造型设计的原则

经过对国内外机床造型的研究和分析，总结出一些造型设计的原则如下。

夜上海论坛 3.1全局设计机床是一个由若干个复杂的系统构成的集合体，为使造型设计的优势最大化，在设计之初就要对机床的机械结构、界面要求、零部件材质及布局、人机构成等设计部分做到全面的了解。并与机床设计阶段提出全局化的设计规划。以保证机床经过造型设计后具有独特品格和特征。

3.2功能第一机床的根本功能是对零部件进行加工，其最主要的性能指标为加工精度。造型设计中重要采用艺术的形式体现机床的科技感并且结合使用环境调节操作者的精神和心理有一定的调节作用，因此不能以造型需求而对机床的性能造成影响。

3.3工业工程工业工程作为精益生产的重要组成部分，关系到产品批量生产时的品质与成本。因此在造型设计时要考虑到工业工程性，应对部件进行工艺性的审查，所涉及的部件应具有易于加工和一致性的特点，同时要提高零部件的通用型和标准化程度。以适合批量生产的要求。

夜上海论坛 3.4以人为本机床造型设计不仅要对已操作性和思考习惯性还应心理、生理、工效和安全健康方面有所考虑。所使用的材料应具有环保性，机床视窗应采用安全玻璃等不易碎材质制成。

3.5精神功能人在零部件加工中起决定性作用，因此现代机床造型设计还需要特别重视产品对人的精神功能。研究显示人的心理和生理会对色彩产生相应的反应，通过认识和掌握色彩规律，利用机床造型设计中色彩的微妙变化来调节操作者的心理和生理状态有助于提供操作者的效率。

3.6简约原则现代机床造型设计要符合简约的原则，不应使用过多的装饰性部件以免产生不必要的成本。以实用、美观、经济的设计方案，达到增加产品的附加值的目的。

3.7绿色环保造型设计所应选用对环境友好，无毒无害的材料，兼顾节能降耗的要求。使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的影响最小，资源效率最高。

四、结语

第2篇

每天我们都生活在五彩缤纷的环境中，积累了很多视觉的经验，这些经验都不是孤立在脑海中存在的，它还会与其他的经验相互影响，如味觉经验、触觉经验、生活经历等等。例如，橙色使人联想到火焰，让人感觉到温暖;又可以联想到金色的秋天，给我们带来丰收的喜悦。绿色让我们想起绿叶，给我们欣欣向荣的感觉。每一种颜色都有自己的特点，所以当我们看到某种色彩时就会产生不同的情绪。正如美国视觉艺术心理学家卡洛琳•布鲁墨所说:“色彩唤起各种情绪，表达感情，甚至影响我们正常的生理感受。”进而言之，色彩能够给人带来不同的情绪，表达不同的情感，不同情绪对人的行为起到不同的作用。因此，设计师在进行机床的色彩设计时，可以以此为基本依据，通过合理的色彩设计令使用者产生良好的情感体验，从而提高工作效率。

夜上海论坛 2机床造型设计中色彩情感化要素分析

夜上海论坛 机床有很多分类，每种机床都有其不同的造型和功能。色彩设计也需从具体的产品出发考虑“人———机———环境”三者相结合。也就是说，设计机床产品的色彩时，要考虑其使用场所、使用对象及机床本身的因素。

2．1考虑人与机床产品使用的环境因素

机床的使用环境因素主要有:放置环境色彩状况、使用环境卫生状况、照明状况、噪音等等。一般来说，机床是置于厂房中的，白墙搭配浅绿色地板、浅蓝色或浅灰色地板构成了目前厂房内部空间的最基本色彩。可以说这是一个色调偏冷的色彩环境，人在这样的色彩环境中比较容易安静下来。但这样的色彩设计，忽略了环境温度问题。如果厂房环境温度高，那么应该选择冷色调的蓝色或者浅色系，使人在心理上觉得凉爽;相反如果环境温度低，则选择用暖色系，让人使用的时候感觉到温暖。同时，也要考虑厂房内的卫生状况。如果生产过程中，容易造成环境脏，那么应该考虑用耐脏的深色系列;如果环境干净，那么可以选用比较浅的颜色。

环境照明产生的效果也是需要考虑的问题。在厂房作业中会使用到自然光和人工光。使用人工光就要考虑其光线产生的视觉效果会不会影响人的心理。白炽灯偏黄的光线会给人产生温暖的心理效果，而荧光灯的光线因为比较接近自然，给人带来的心理差异较小。不同的色光会对产品产生细微的变化，如白色的物体在白炽灯的光线下会显得偏黄。因此设计机床的色彩时也需考虑到照明环境的协调统一，这样才能更好地发挥色彩的情感化功能。噪音，也是环境因素之一。但这个因素经常被设计者所忽略。当人长期在一个充满噪声的环境，生理方面会导致头晕、耳聋、记忆力减退、神经衰落、易疲劳等等;心理方面会使人产生烦躁、易怒、激动等消极的情绪，从而导致反应迟钝，工作效率低，甚至会造成事故。除了在厂房内采用吸音，隔音等措施降低噪音外，在机床的色彩设计方面可以运用使人安静的蓝色系列色彩，或者可以缓解人的紧张心理的绿色系列色彩。

夜上海论坛 2．2考虑人与机床产品的因素

机床有很多部分组成，不同的部分承载不同功能，其色彩设计要根据其形态和功能进行设计，以达到形态、功能和情感的统一。可用不同的色调对机床的不同功能进行区分，如底座、立柱等可以采用明度低的深色，而主体色可以选择用明度高的浅色系，使机床在整体视觉上具有稳定感。目前的机床产品大都用深蓝色或者深灰色作为底座的色彩，在情感上使人感到稳定可靠，而且比较耐脏。机床的工作台和操作界面是色彩设计中非常重要的部分，它关系到机床的美观性，也直接影响着操作者的心理。工作台是操作者长时间观看的，操作台的色彩应该选择使人感觉到舒适的颜色，避免视觉疲劳。操作界面的不同功能部分应用不同的颜色加以区分，以便在操作的过程中快速识别，避免操作错误。一些特别的区域或按键必须按照统一的安全规则来进行色彩设计，如红色表示危险，禁止;绿色表示安全;黄色表示警示，注意安全，不能随意更改。总的来说，操作界面的色彩设计应该在区分不同功能部分的同时，兼顾色彩统一，是操作者在视觉上不觉得混乱，保持心情愉快，提高工作效率。

2．3考虑操作者对色彩的喜好因素

夜上海论坛 以使用对象为中心进行色彩设计。就使用对象人来说，由于其民族、生活的地域、职业、性别、所受的教育程度等因素的不同，对色彩的喜好也是不一样的。即使同一个人在不同时期所喜欢的颜色也不一样。但对于大型机械———机床来说，它并不能够随便改变颜色以随时应付不同的操作者的喜好状况和心理状况。建立共性美，是首先要面对的问题。因此进行色彩设计时，设计师必须对该机床所销售地区的操作者的整体情况进行调查了解，分析使用人群对色彩的心理反应，才能把握好色彩的情感设计。

3结语

第3篇

夜上海论坛 五轴数控铣床方案设计

1总体方案设计

笔者所研究的五轴数控铣床,是一种针对模具加工的高速、高效率机床,并可以选配五轴功能,可使工件在一次装夹下,完成五面的加工。为了实现高性能动态特性,其基本结构考虑为工作台固定,横梁-滑座-主轴箱移动分别实现三坐标进给,具有三坐标自动定位和三坐标联动机能。固定工作台可以换成双摆工作台,实现五轴联动。主要技术指标如表2所示。

2具体方案设计

2.1第1种方案

夜上海论坛 第1种方案将该五轴数控铣床设计为龙门式,具体工作形式可以描述为:龙门架则沿床身作纵向(x方向)运动,滑枕沿着龙门架作横向(y方向)移动,主轴箱沿着滑枕作z方向的移动。工件固定在平转台上,平转台固定在立转台上。平转台绕z轴作转动,立转台又同时绕x轴转动。这样就实现了两个坐标轴的转动,如图2所示。

2.2第2种方案

该方案为立式五轴数控铣床,其底座固定,滑枕沿着底座作x方向移动,立柱在滑枕上作y方向移动,主轴箱沿着立柱作z方向移动,这样就实现了三轴联动。工件固定在平转台上,平转台又固定在立转台上。平转台绕z轴转动,立转台又同时绕x轴转动,这样就实现了两个坐标轴的转动。当给该数控铣床输入程序时就会实现五轴联动。五轴分别为3个平动轴和2个转动轴,如图3所示。

该立式五轴与龙门式五轴的运动方案基本相同,不同的是布局上有区别。龙门式数控铣床的主轴箱沿着滑枕作z方向移动,而该立式五轴数控铣床的主轴箱则沿着立柱进行z方向移动。

2.3第3种方案

该方案也是立式五轴数控铣床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿着y轴方向移动,支座在床身上沿着z轴方向移动,同时工作台在支座上沿着x轴方向移动,这样就实现了三轴联动。平转台固定在工作台上绕着z轴方向作回转运动,刀具固定在立转台上,立转台在滑枕上绕着y轴作回转运动,如图4所示。

基于ADAMS运动仿真

夜上海论坛 1对3种设计方案的运动仿真

夜上海论坛 应用SolidWorks三维绘图软件对每种设计方案中的数控铣床进行建模,然后导入到ADAMS软件中。在ADAMS软件中把模型加入约束、驱动并对运动方式进行编程仿真,模拟出五轴数控机床的运转情况,可以在虚拟的条件下看到机床的物理形态和动态运转情况,达到可视化目的。

夜上海论坛 在设计该机床运动轨迹时,ADAMS软件虽然可以实现五轴联动,但是五轴联动后的运动轨迹并不直观,因此决定采用三轴联动。

第1种方案中先设置床身与横梁处的Motion3、横梁与滑枕处的Motion2、滑枕与滑板处的Motion4,然后设定仿真时间为9,共为500步,结果形成的轨迹为一螺旋线。图5、图6所示为第1种设计方案的三维模型和刀具轨迹。

第2种方案中先设置床身与滑枕处的Motion1、滑板1与滑枕处的Motion2、滑板1与滑板2处的Motion3,然后设定仿真时间为9,共为500步,结果形成的轨迹为一螺旋线。图7、图8所示为第2种方案的三维模型和刀具轨迹。第3种方案中先设置底座与滑枕处的Motion1、底座与滑板处的Motion3、支撑台与滑板处的Motion4,然后设定仿真时间为9,共为500步。该方案与前两个方案的不同之处在于不是由刀具直接形成螺旋线,而是工件在工作台上作圆周运动,刀具作直线运动,由这两种运动形成螺旋线。图9、图10所示为第3种方案的三维模型和合成轨迹。

2结果分析

2.1第1种方案

该布局形式为龙门架移动式,其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动,而龙门架则沿床身作纵向运动。如图6所示方案1中的刀具运行轨迹为螺旋线,该方案采用x,y轴的对称布局形式,提高了机床的热稳定性及加工精度。这种布局适用于加工较重的工件,可以减小铣床的结构尺寸和质量。该龙门铣床的优点是:

1)占地面积小。工作台移动式龙门铣床,整机长度必须两倍于纵向行程长度,而第1种方案设计的龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可;

2)动态响应好。该移动式龙门铣床采用的是固定工作台,一般与床身整体铸出,龙门框架纵向运动的驱动力矩等值不变,不会因工件的承载重量的改变而变化,从而保证了加工精度和机床的响应性能。

2.2第2种方案

夜上海论坛 该机床为立式数控铣床,采用工作台转动,且主轴沿垂直溜板上、下运动。由滑枕和滑板实现x,y两个坐标的移动,主轴沿立柱上下实现z坐标移动。如图8所示的方案2中的刀具运行轨迹,主要优点在于z轴导轨的承重是固定不变的,有利于提高z轴的定位精度和精度的稳定性;但是由于本铣床的z轴承载较重,不利于提高z轴的快速性。

2.3第3种方案

夜上海论坛 该机床为立式数控铣床,工作台沿z坐标上、下移动,主轴头为转动式。图10所示为方案3的合成轨迹,该方案由工作台和滑枕实现了x,y坐标的移动。其主要优点是适用于加工质量较小的工件,缺点是机床的结构不太稳定,导致加工精度受到影响。

综上所述,根据表2给出的技术要求可知,龙门式五轴数控铣床工作行程要求较大,承重要求较高,因此第3种方案不符合设计要求。从机床布局的结构来看,龙门式的布局更为合理,而第2种方案设计的立式五轴数控铣床的热稳定性及刚性都不如第1种方案设计的龙门式五轴数控铣床。

结论

1)将可视优化设计与概念设计相结合,提出了数控机床概念设计流程,并应用于某五轴数控铣床的方案设计。