机床设计论文篇1

本论文的调查对象分为预备调查对象和正式调查对象。预备调查对象是对机床有所了解的研究生，共10人。正式调查对象是从事机床工作多年的设计师和工程师，分别有5人。其中，设计师来自设计公司，有丰富的机床造型设计经验；工程师来自企业，参加过机床造型设计的合作项目。

(2)调研过程

本调研的路线如图1所示，在文献研究基础上设计调查框架。具体的调查分为三个阶段：第一阶段为预备访谈。它为正式访谈做准备，对正式访谈中可能出现的情况进行模拟，发现问题，从而完善访谈提纲，使正式访谈能够顺利地进行。第二阶段为正式访谈。电话预约访谈人员，确定访谈时间（90-120分钟）和地点，并将访谈提纲提前发给受访者，使之提前做好准备，提高访谈效率；访谈时全程录音并做笔记。第三阶段为参与机床造型设计方案讨论会。其目的是通过参与设计师、工程师、管理者之间的直接交流，深入分析影响机床造型设计方案可行性的主要原因。

（3）访谈提纲

本调研的访谈提纲有两种，分别是针对设计师和工程师拟定的，如表一、二为访谈提纲的主要问题。

（4）调研结果

在对设计师的访谈中，他们提到在设计机床造型方案时，一般不考虑机床的结构，他们认为成本足够，结构都能实现。但企业从经济性上考虑，会限制生产成本，从而改变机床的结构或造型去实现设计方案。最终样机与设计方案不同点主要是结构上不能完成的部分。在对工程师的访谈和参与设计方案讨论会中，了解到他们与设计师在完成初步设计方案后进行交流，对方案的可行性进行探讨。当遇到难以完成的结构时，设计师在讨论会后对方案进行修改。工程师认为设计师的方案都很美观、新颖，但结构上难以实现，为了考虑成本，只能放弃。他们认为最终样机与最初方案差别不大，因为他们会去用其他工艺替代不能完成的工艺，尽可能实现最初设计方案。

2调查结果分析

通过深度访谈和参与机床造型设计方案讨论会，获得机床造型设计方案可行性的原始资料。在此基础上进行分析，了解到影响可行性的主要因素是造型、结构和成本。

(1)造型的美感因素

当今时代，人们非常重视产品带来的感觉体验。具有良好美学品质的产品，在使用中可以让用户心情愉悦，在展览会上可以给观众带来美好的视觉感受，对提升产品的市场竞争力和品牌知名度很有帮助。企业引进工业设计的重要目的就是提高产品的美学品质。因此，机床造型设计方案在美学品质上不能满足企业的要求，是一定不会被采纳的。图2是设计师为某机床企业设计的磨床造型方案。该方案给人的视觉感受是笨拙、缺少美感，且体现不出磨床的特点，在方案初步评审中遭到淘汰。因此，造型的美感是决定设计方案是否可行的首要因素。

(2)造型的结构因素

机床的造型不能脱离结构而存在。结构是造型的基础，造型是结构的不同表现形式，不同的结构布局会影响产品外观的形式表现。造型的实现必须要以结构作为支撑，合理的结构能提高机床造型设计方案的可行性，所以设计师在设计机床造型时必须考虑它在结构、工艺、装配上是如何实现的，不能效果图美观，而缺少可加工性，这样的方案是不可行的。如图3所示，该机床的造型设计方案底边切角成菱形，这种造型的内部结构很难实现，钣金折弯或焊接工艺都达不到预期的效果。因此尽管该方案的美学品质受到肯定，但最终还是被放弃。

(3)造型的成本因素

产品成本是衡量生产消耗的补偿尺度，企业必须以产品销售收入抵补生产中的各项支出，才能确定盈利，因此生产成本的控制是十分重要的。设计师在设计机床造型方案时不能盲目地追求时尚、高端，而要在生产成本限制内，展开设计创意，提出可行的设计方案。图4门把手的中间设计了一条蓝色彩带，给人以精致的感觉，加工工艺也是可行的，但提高了造价。在设计方案评审后，将把手更换成市场上价格较低的标准把手。

机床设计论文篇2

一、机床设计的现状，以数控机床为例

随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。目前，欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

1.1对工业设计的重要性认识不足

工业设计是工业革命的产物，是科学技术和文化艺术多学科交叉的新兴学科，其核心任务是产品造型设计。对工业设计的重要性认识的不足，最直接的反映就是产品造型粗放，缺少设计感；色彩单调，缺乏时代性；使用界面混乱，缺乏人文关怀。中国的机床设计在生产和制造上完全不输给国外的企业，缺少的就是工业设计的意识。就市场而言，在功能、性能、质量、技术水平差不多的情况下，产品的造型，色彩，使用的界面的人性化设计就显得越来越重要，甚至直接决定产品的销售量。英国工业设计委员会1998-1999年度对英国企业的工业设计投入与市场收益作比较，该年度采用工业设计的企业，销售额平均增长43%；而未采用工业设计的企业，销售额平均仅增长15%，企业对设计的前期投资，平均在15个月内即口收回，有90%的(工业设计)项目都获得了商业上的成功。这表明：设计对于企业的意义不只是产品表面上的好看，好用，而是实实在在的商业利益。

1.2数控机床的工业设计缺少品牌意识

缺少品牌的意识，基本上是所有行业的通病，尤其是中小企业，由于大环境的原因，中小企业在品牌化的过程中存在着很多客观的原因，但不管情况怎么样，品牌化是一个必经之路。1992年，邓小平在南巡讲话中鼓励中国企业：“我们应该有自己的拳头产品，拥有中国自己的品牌；否则就要受人欺负”。数控机床生产企业也是一样，多数的企业还是缺乏这方面的意识。具体表现在：

1.2.1产品的工业设计缺乏企业策略性的考量

重视工业设计的多数企业把产品的工业设计只局限在单纯的造型设计上，而不是把设计纳入“设计-开发-生产制造、宣传销售-售后服务”这样一个系统当中。

1.2.2系列产品造型设计缺乏品牌连贯性

系列产品造型的品牌连贯性体现在两个方面：一个是指系列内产品。另一个指的是系列间的产品。他们构成系列间产品。品牌的连贯性要求在对产品进行造型设计时既要有共同的识别特征，同时，每个产品之间造型上又要有所差别。即要做到“和而不同”。

二、现代工业设计理念的引入与应用

2.1现代设计理念的引入

现代设计理念主要指绿色设计、人性化设计、产品语意的设计和产品的系统设计等。在设计上，这些主要设计理念与之相对应分别体现在：在环境方面，要体现对环境的关注；在人使用方面，要体现对人的关怀；在产品语意方面，要体现当地的文化特色；在品牌经营层面，要关注产品内在的品质，使得设计成为品牌营销的有效手段。

2.2现代设计理念的应用

现代设计理念在机床产品设计中的运用主要有以下几个方面。

2.2.1绿色设计

绿色设计源于人们对现代技术文化所引起的环境及生态的破坏的反思。对于工业设计来说，3R原则是绿色设计的核心。所谓的3R是指：Reduce、Recycle和Reuse。绿色设计要求考虑产品在生命周期内的每一个环节：从产品的创意构思到制造、运输，从产品被消费者使用到最后产品的回收。确保每一个环节对环境的影响最小。

对于机床产品来说，绿色设计最主要最常见的体现在一下两个方面：

1)可拆卸性设计

可拆卸性设计是一种使产品容易拆卸并能从材料回收和零件重新使用中获得最高利润的设计方法，是绿色产品设计的主要内容之一。例如，在机床设计中可以用螺纹联接来代替焊接和铆接等。螺纹联接不仅易于拆装而且联结可靠，即具有重复使用的特点。为了减少零件数量，还可使用螺钉集成结构来代替普通螺钉和垫片、防松垫圈等。可拆卸性设计原则：一是减少拆卸的工作量；二是易于拆卸、分离；三是多用标准件。

2)可回收性设计

可回收性设计也是绿色设计的主要内容之一，就是在产品设计初期时考虑其零件回收及再利用的可能性，即在其它新产品中可以利用使用过的或废弃产品中的零部件及材料。

2.2.2以人为本，注重人性化设计

人性化设计，就是要设计以人为本。他是针对功能主义设计思想的缺陷，提出设计不应该以机器的功能为出发点，而应该把人作为设计的出发点。以人对产品的使用为基础，使机器能够很好的为人服务。随着技术的发展，社会的进步，人们对产品的人性化要求也越来越高，尤其是一些关乎人们使用安全的设计—诸如机床产品的设计—在这个方面的要求更高。

以人为本，注重人性化有两个概念：一是符合人的尺度；二是要有很好的操作界面。符合人的尺度，要求在农机产品设计过程当中，可以运用人机工程学的所提供的数据，对操作的空间大小，操作台面的高低等等进行综合考量。比如设计数控机床的操作空间时，就要根据人在操作时动态关系来确定空间的大小合理与否。第二，良好的操作界面，可以使操作起来更加的方便、快捷、安全可靠。

2.2.3要兼顾文化特色

产品语意学告诉我们，产品不仅仅有他的物质功能之外，还体现了一定的文化特征。机床的造型设计犹如给新娘做嫁衣，新娘的嫁衣不仅可以使新娘子漂亮起来，而且最能体现民族特征和深厚的文化内涵。在追求机床的科学价值的同时追求艺术和文化价值，甚至将民族的个性特征融入其中。机床造型体现一个国家、一个行业的形象和设计水平。机床造型风格的形成受两方面因素的影响。一是与当时的科技水平有关，二是离不开当时的时尚风格。要想实现其科学价值与艺术文化价值的融合，文化元素的如何应用显得尤为重要。

2.2.4产品造型的品牌特性的维持

产品系统设计理论告诉我们，设计不再是一个单纯的造型活动，而应该把设计纳入到生产制造、宣传、使用到最后产品废弃回收这一大的循环过程当中，是品牌经营的一个手段。很多企业忽视了这一点。比如，很多市场上的农机产品，如果撕去上面的标签，你无法确定它是哪个厂商生产的，造型上缺少品牌的独特性，因此，在产品造型设计时要注意的问题是：产品的造型能否体现品牌的特性。要体现品牌的特性要注意两点：一点是要注重产品整体要素的统一。即是要求农机产品在形态、色彩、材料、细节方

面的选择要有利于企业形象的识别；第二点是系列产品品牌形象要保持统一。此外，这还是个长期的工程，需要我们持之以恒的努力。

三、结束语

过去的30年机床设计的发展取了一定的成绩，值得肯定。自从加入WTO以后，中国的农机企业将面临多方的压力，其中最主要的压力是来自国外的企业。新的环境，需要新的设计理念。著名科学家杨振宁指出：“21世纪将是工业设计的世纪，一个不重视工业设计的国家将是落伍者”。对于国家而言是这样，对于机床设计工业而言也是同样的道理。

参考文献：

[1]吴琼.工业设计——提升中国制造业价值的重要途径[J].农业机械，2008，(1)：60-61

[2]何人可.工业设计史[M].北京：理工大学出版社，2000.

[3]丁玉兰.人机工程学[M].北京：理工大学出版社，1991.

[4]胡飞.设计符号与产品语意[M].北京：中国建筑工业出版社，1991.

机床设计论文篇3

2数控机床组成及其优化设计方案

为了提升工程的效益，进行数控机床体系的健全是必要的，这需要针对数控机床应用过程中的各种问题进行分析，比如进行数控机床构成、程序编制等的分析，进行程序载体等的分析，保证数控机床自动加工零件的良好应用。这离不开良好的加工零件的工艺分析，保证零件坐标的基础坐标体系的相对位置优化。通过对机床及其零件的安装位置的协调，更有利于提升刀具及零件的效益，保证其满足尺寸参数的应用需要。这就需要实现机床安装位置及零件的协调，保证刀具及零件的良好协调性，满足尺寸参数的应用需要，这离不开零件加工工艺体系的健全，实现其加工顺序的协调性，实现切削加工工艺参数的健全，保证辅助装置的良好工作。在数控机床的应用过程中，为提升工作效益，进行数控代码体系的健全是必要的，这涉及到电脉冲信号模式的应用，将其进行数控装置的有效应用，做好数控装置及强电控制装置的协调工作，这是数控机床良好工作的核心，从而进行输出位置的脉冲信号的回馈。当然，这也需要进行数控装置系统软件的应用，做好逻辑电路的编译工作。进行相关机床部分的控制，需要做好规定运算及其相关的逻辑处理，进行有关信号及其动作的协调。这离不开驱动系统及位置检测装置环节的应用，保证伺服驱动系统体系的健全，实现驱动装置的良好设置，从而满足数控机床的进给系统分析。在这个环节中，机床的机械部分也扮演着重要的地位，数控机床的应用部分是非常多的，比如主运动部件、进给运动执行部件，比较常见的应用方式是工作台、拖板及传动部件，这些都是实现支撑性工作的关键，为了提升工作效益，进行相关工作步骤的冷却是必要的，需要保证辅助装置的协调。在数控系统的优化方案中，做好硬件部分的控制是必要的。数控铣床系统需要进行铣床专用数控器的应用，满足半闭环数数控系统的工作要求，在基本结构优化过程中，进行机床本体、铣床专用数据器等的协调是必要的。在其系统硬件的应用过程中，需要做好铣床专用数控器的应用，做好信号板的控制工作，进行交流伺服驱动器如交流伺服电机的应用，从而实现无刷直流电机及无刷直流电机驱动器的应用，以满足实际工作的要求，其中也涉及到很多的工作步骤要求。

在数控系统操作过程中，做好软件设计的工作是必要的，从而落实好铣床专用数控器的应用方案，保证数控铣床的系统效益的提升，这里我们也要进行铣床专用数控器参数的设置，针对其应用程序，做好编辑输入工作，满足程序设计的诸多要求，按照其具体指令完成规定工作。在参数设置过程中，需要应用到相关的参数设置方法，保证参数修改模式的更新应用，做好参数修改效益的应用工作。需要进行分辨率情况的分析，认真的做好分析，更有利于进行机械轴向转动装置的应用，实现伺服电机回授脉波数的正常应用。这离不开工作台的良好设计，保证不同工厂的设置优化，保证伺服马达的良好安装，从而满足工作台的工作需要，实现参数的良好设定，进行工作台方向的修正。进行数控铣床的实际情况的不同轴电机旋转方向的控制，满足当下马达旋转方向的设定要求。在这个阶段中，需要实现不同轴的最高进给速度的控制，针对数控铣床的应用趋势，保证不同轴的行距的控制，进行过高速度的控制，从而有效应对其冲击情况，保证电机工作的良好开展。这些工作的协调，离不开各轴的最高进给速度的控制，满足不同轴向的进给速度控制需要。在这些工作的优化过程中，进行程序的选择是必要的，这里可以进行H4C-M铣床专用数控器的应用，在这些程序工作过程中，可以进行相关程序编辑及执行工作。在其程序选择过程中，可以进行编辑及程序选择，进入程序选择模式，通过对输入键及选取键的选择，以满足当下工作的开展。在实际操作中，进行程序的画面选择也是必要的，从而满足旧程序的应用需要，在旧程序的修改及应用中，需要针对不同情况，进行工作方式的协调，进行指令的增加或者修改，保证程序语句区的良好操作，保证其所增加指令的单节的移动。在数据输入区进行相关指令字数的添加或修改。在程序语句区，需要将光标移动到所删除指令中，在数据输入区，需要进行相关指令所需字母的输入。在程序语句区，可以进行单节的插入，将其光标进行所需单节程序的插入。在数据输入区，可以进行插入单节的第一个指令的字母或者是数字，再进行输入键的按下。从而保证单节的删除。在程序语句区，需要将光标移动到需要删除的单节处，再进行删除键的按下。在数控系统的应用过程中，进行机械部分的分析是必要的，从而进行机床本身误差及其所需要加工零件精度的分析，更好地落实好机床的误差补偿控制。在数控铣床的工作应用中，进行数控技术、电子技术等的协调是必要的，这需要满足机床设计的诸多理论，保证数控机床的加工工作，从而满足机械设计制造的工作要求。为了实际工作的要求，需要协调好机械设计及自动化应用方向。

机床设计论文篇4

2模具结构方案

2.1零件成形方案

根据零件工艺分析成形工序，在3个工位实现4道工序，其中冲裁使用2个工位。按照左侧的进料方向，第1工位冲裁实现缩口部位的余料切除;第2工位冲裁按照步长实现带料的分离;第3工位为复合工位，实现卷圆、整形、缩口等3道工序，该工位内实现成形件的直角转向，即通过中心导向成形杆，利用成形刀具实现卷圆，然后通过推管沿中心导向成形杆推动圆管件的前进，进入下一道工序进行整形，通过整形使圆管件达到尺寸要求，此阶段完成，继续保持压紧状态，随后缩口刀具运动，缩口成形过程完成;机床继续运动，打开缩口刀具整形刀具回退推管前进，下一个零件入位成品零件弹出红外检测过程完毕，即背部大传动齿轮转动360°而完成一个工作循环。

2.2运动过程规划及材料计算

根据工作循环周期上滑块的运动规律，上滑块下运动死点为圆周的6点方向，上运动死点为圆周的12点方向，规划12点～6点之间完成冲裁卷圆整形缩口，6点～12点之间完成缩口刀具回退整形刀具回退卷圆刀具回退推件、出件推管回退完成条料的步进。根据中性层计算公式进行料带宽度计算［7－10］:ρ=R+Kt(1)式中:ρ为中性层半径;R为折弯内角半径;K为中性层位置因数;t为折弯材料厚度。零件的折弯内角半径为0.3mm，通过文献［4］中性层位置因数K与R/t的关系，取K=0.25，则料带宽度为19.6mm。进行步距计算，在卷圆时中性层向外移，考虑到铝材质，按照文献［5］推荐，本例中K取0.5，则条料步距为21.35mm。

2.3模具总体结构

(1)送料部分。采用机床自带、并与背部大传动齿轮相啮合的自动步进机构实现送料。(2)冲裁成形部分。第1部分和第2部分冲裁在固定盘实现，通过上滑块提供动力，第1部分冲裁成形形成缩口的多余材料，第2部分冲裁通过组合凸模实现带料分离。(3)复合成形部分。该部分结构分为固定盘1、固定盘2、动盘、随动盘、压盖、刀具等部分，圆形固定盘1和2提供卷圆刀具运动导向结构，同时也提供动盘和随动盘的转动轴心。动盘提供整形刀具和缩口刀具运动导向和安装空间，通过动盘和随动盘的旋转运动，利用斜楔结构，实现整形刀具闭合。整形刀具自带弹簧，保证6点～12点之间能够打开，缩口刀具为2个半型结构，成形区背侧设计螺旋曲面，利用随动盘和压盖的转动，使缩口刀具闭合，并向管端逼近，实现缩口成形，其中2个半型在6点～12点区间打开，从而在推件工序时具有足够的让位空间。整个复合成形部分包括3层独立运动功能模块，这些模块运动的组合，可实现卷圆整形缩口等4道工序。

3模具结构设计

3.1送料机构

模具由机床自带的曲柄连杆式步进定距机构实现进给送料，在步进机构与主工作台面之间单独设计带盖板的固定导料槽，保证料带平稳进入复合成形部分。

3.2冲裁和卷圆机构

卷圆成形属复合成形部分的第1层，将固定盘1通过螺栓固定在主工作平面，中心成形杆位于盘中心，均与背部大传动齿轮同心，此结构部分要实现第1、第2步冲裁和卷圆成形。第1步冲裁利用上滑块带动冲裁凸模，通过固定盘1上的凹模和卸料结构，实现缩口部分多余材料的去除。第2步冲裁凸模与12点成形刀具为组合结构，固定盘1内的镶拼结构端面为半剪切凹模，实现料带的定距分离。固定盘1提供卷圆刀具、推管和中心成形杆的定位和运动导向。该部分设计4把卷圆刀具，刀具并和后顶端圆弧结构形成零件的外形尺寸，成形刀具分别按照12点、4点、8点的位置分布于固定圆盘的四周［11］。成形刀具固定于刀具弹簧座，运动顺序为12点成刀具顶出4点和8点刀具顶出，完成卷圆。

3.3推件机构

此部分由中心成形杆和推管组成，中心成形杆端部设计成缩口凸模，中心成形杆插入推管，固定于机床自带的推进机构，中心成形杆固定不动，推管通过螺纹连接固定于背部机构实现往复运动，推动零件沿中心成形杆顺序滑动，成形杆端部2个凹槽放入弹簧钢丝，增大零件运动阻力，保证零件间顺序前进。

3.4整形机构

管件整形通过动盘、固定盘2和整形刀具实现，动盘利用上滑块提供动力，绕固定盘2转动，固定盘2内安装4把整形刀具，整形刀具依靠刀具之间的弹簧和动盘斜楔实现夹紧和打开，刀具末端斜楔结构为圆弧面，此阶段刀具锁紧沿中心成形杆运动的中间件(刀具不再继续运动)，从而实现零件整形，并提供缩口成形时的零件锁紧力。

3.5缩口机构

缩口成形依靠2个动半形结构完成，动半形结构之间依靠导向柱和弹簧实现开合运动。动半形结构闭合后形成缩口凹模，动半形结构背部设计为螺旋曲面结构，通过缩口调整杆驱动随动盘和压盖端的螺旋曲面的转动，实现动半形沿轴线运动，并接近待缩口端的中心成形杆端的缩口凸模。缩口调整杆依靠上滑块的运动提供动力。

3.6吹送机构

为避免零件依靠自重滑落出模具而产生卡滞现象，在动盘和整形刀具上加工出压缩空气通路，直接吹扫下落零件，利用吹扫力保证零件快速推出模具本体，并实现检测。

3.7检测机构

在模具的零件下落出口，设置红外检测点，连接于机床的控制接口，在每一个工作循环均要有检测到零件的信息反馈。若出现卡件、叠件等未触发，马上停止工作，以保护工作机床安全。

3.8模具总体结构

模具总体结构可分为冲裁部分和复合成形部分，冲裁部分见图2，复合成形部分结构如图6所示，运动关系如图7所示。复合成形部分的结构和运动复杂，既有相对的转动运动，又有缩口部分的轴向直线运动，同时存在运动时间的顺序性和部分运动时间的重合性。整体结构以中心成形杆为中心，实现各功能成形模块的安装，固定盘1和2通过螺栓连接机床本体，动盘、随动盘和压盖由上滑块提供动力，通过缩口调整杆的调节，达到顺序运动的目的。动盘内刀具通过斜楔控制整形时间和整形量，压盖端部与缩口刀具的螺旋面配合，调节压入深度，保证缩口尺寸。卷圆成形部分刀具由独立凸轮机构提供，可按照需要调整工作时间点和工作顺序，与复合成形其他部分的运动相独立。

机床设计论文篇5

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

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

1对3种设计方案的运动仿真

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。

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

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

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

机床设计论文篇6

二、数控机床外观造型设计

在数控机床外观造型设计过程中，坚持下列基本原则：

（1）数控机床的色彩设计要满足以下特点：第一，色彩的表达要与机床的相应功能相统一，在不同功能部位设计不同的色彩进行区分。第二，根据人机协调的原则，采用偏中性的色彩设计，降低工人的疲劳感。第三，色彩的设计要与相应的工作环境协调，不同的环境采用不同的色彩，比如在寒冷的环境用暖色调，高温环境用冷色调。第四，美学原则，在外观色彩设计时要搭配适当色彩带给人美得心里感受。第五，符合企业的品牌形象，对同一品牌机床的色彩设计要大体上同一并具有一定的延续性，有利于建立长久的品牌形象认知。

（2）形态设计的原则，数控机床的设计要符合单纯化原则，坚持简洁、大方的形态设计。首先，在加工制造中均衡与稳定的形态更容易让人产生安全感。其次，机床形态设计要在单纯、稳定和均衡的基础上，做到变化与统一相互结合，减少单调、刻板的感觉。

（3）人机工程设计原则。数控机床的人机工程设计就要符合安全性，又要满足易用性。在外观设计时必须重点考虑操作人员的安全，在任何工作环境下都能保证操作人员的安全，要让数控机床在外观上能够直观区分功能区域，观察窗口、操作面板、拉门把手、按键大小等的位置设置要合理科学，符合一般人的操作习惯。

（4）绿色机床原则。在数控机床设计时，既要采用合理科学的结构，以降低加工过程中的能量消耗，又要尽量使用可再生材料，有效使机床轻量化。

三、数控机床外观造型设计的发展趋势

对数控机床行业来说，重视产品的外观造型，不仅仅出于对美的追求，更多的是为了适应市场的变化和需求，维护企业形象，提高品牌价值，更好地提高企业产品的竞争力。

1.符合“以人为本”的设计理念

“以人为本”的设计理念是当今数控机床设计理念的发展趋势，因为机器始终为人辅助，由人来操作，只有在设计中关注“人”的因素，才能符合人类的可持续发展这一需求。

机床设计论文篇7

2旋转超声机床的机电系统设计

旋转超声机床整体包括旋转超声机床本体、多轴联动电控系统、超声振动系统、切削液系统等。

2.1旋转超声机床

机床本体包括W、X、Y、Z四轴，工作台支架，机床外罩和机床底座。W、X、Y、Z四轴，即旋转轴加上水平两轴和垂直运动一轴，其中旋转轴采用步进电机控制，其余三轴均采用交流伺服电机连接丝杠带动工作台移动的方式;X、Y、Z三轴均安装有正、负、零限位，保证轴的往复运动行程安全及准确回零，同时三轴均安装了光栅尺，其精度为1000pulse/mm，保证工作台的位置反馈和精确运动。其中Z轴为垂直运动轴，其工作台上安装有机床主轴系统，质量约为50kg，故Z轴电机带有抱闸功能，以保证Z轴滑台在电机非使能状态下不下滑。工作台支架用20mm厚钢板焊接，其顶端安装高精度三角卡盘用于工件的夹持，总高度为600mm，以保证工件具有足够高度与主轴刀具接触。机床外罩固定于机床底座上，分为上下两部分，上半部分包括背板、左右侧板和前面板，其中左右侧板分别装有一扇可拉开的旋转门，以供方便维修及查看机床;前面板装有滑槽和两扇可装卸的推拉玻璃门，方便在机床加工时观察，机床检修时可卸下;四板相互连接及与机床连接处均涂有防水胶，防止切削液的泄漏。下半部分包括左、右、前三块板，机床后方下半部分无遮挡，方便切削液回路的布设。机床底座承受整座机床的质量，四角均有高度调节滑槽及固定螺钉，以保证机床在固定安装后其台面的水平度。

2.2电控系统

电控系统包括控制器，W、X、Y、Z四轴及主轴驱动器，24V开关电源，光耦电路板，继电器和保险丝。控制器以ACR9000为核心，采用全闭环回路，速度控制模式，ACR9000控制器型号为P3U8M0，即可以有USB口、串口、以太网口为通信接口，具有八轴联动功能、程序及配置掉电保持功能。控制器在引进X、Y、Z三轴光栅尺信号的同时，引进了三轴电机的编码器信号，方便查看电机的运行状态。同时在其开关量输入接口接入了三轴的正、负、零开关信号，以设置软件限位和软件零位。主轴电机配置为轴A，只有编码器反馈信号，采用位置控制模式。X、Y、Z三轴限位信号与控制器接口均采用光耦隔离的方式连接，Z轴抱闸打开动作从ACR9000控制器发出的Z轴使能信号接出，采用光耦隔离后，接入继电器给Z轴电机抱闸电路供电，以保证使用安全。

2.3超声振动系统

超声振动系统由超声波发生器、变频电源、超声头、滑环及电刷组成，其中超声头与滑环及电刷安装在机床的主轴系统内，超声波发生器和变频电源外置。筒连接，电刷安装在主轴系统的底板上，其碳刷与滑环切向接触，为超声头中的陶瓷换能器供电。其中超声主轴在旋转超声加工中是核心部件，其性能直接影响到加工质量、加工效率和主轴的寿命。因此超声主轴变幅杆的设计需要从实际条件和实际需求出发，利用解析法确定变幅杆的大致尺寸及装配尺寸，在此基础上利用有限元对该装配进行模态分析验证。

2.4切削液系统

切削液系统包括自吸清水泵、出口阀门、出水管、冷却管阀门、冷却管及喷嘴、回流管、入水管及水箱。其中自吸清水泵拥有过滤功能，扬程10m，保证切削液回路的动力供应。出口阀门位于自吸清水泵的出水处，可调节切削液出水速度，在停止使用时关闭阀门可防止出水口空气进入泵内导致泵内气压增大。出水管由竖直和水平两段4分铁管组成，竖直铁管安装在出口阀门上，水平铁管固定于机床立柱侧面，中间用蛇皮软管连接，保证水路畅通的同时增加了系统的柔性。冷却管阀门连接水平出水管及冷却管，可根据加工需要随时调节切削液的流量大小。回流采用在机床台面左右两侧各打一通孔，再以管道接回水箱的方式。入水管采用植入螺旋型铁丝的塑料管，方便连接且不因工作时的负压导致管路变形。水箱分为进水部分和出水部分，进水处安装一层过滤网以保证水箱内切削液的清洁，同时出水部分盖板只留出供入水管进入的孔，方便入水管的固定及保证水箱内切削液的清洁，底部装有滚轮，方便拖出更换切削液。

机床设计论文篇8

TRIZ理论不单是一种创新理论，也是一种独特的思维模式，为创新计算机平面设计作品提供最活跃的元素。对于上述问题，尝试融入TRIZ理念对清代床榻雕花在计算机平面设计中的创新设计方法展开研究。本文选取清代床榻雕花为对象，对其进行提取、重构等操作，深入分析清代床榻雕花图案存在的特征及其文化内涵，以期为类似研究提供重要的参考。

一、TRIZ理论与创意思维的关联

（一）概述TRIZ理论

TRIZ作为苏联G.S.Altshuller提出来用于解决发明创造相关问题的理论，在对世界上250多万件专利进行分析基础上，归纳出技术发展应遵循一定的规律及解决不同类型工程之间矛盾的新理论，其体系包含发明创造问题情境与描述方式；理想化以及理想设计等[1-2]。与传统创新方式相比，TRIZ理论能够揭示创造发明过程中出现的内在规律及原理，重点分析系统之中出现的矛盾，并非不逃避矛盾，旨在有效解决矛盾，从而获取最终的理想解。TRIZ理论并非使用折中或妥协的对策，其根据技术演化规律对设计及开发过程展开研究，并非是一种随机行为。分析实践情况发现，利用TRIZ理论有助于加快人们进行创造发明的进程，也能得到质量较高的新产品。TRIZ理论有助于用户系统分析问题的情境，快速掌握问题的本质或矛盾，可以进一步明确问题探索方向，打破传统的思维定式，采用新视角深入分析问题，根据技术进化规律对其未来发展情况予以预测，有利于开发具有竞争力的新产品。

（二）TRIZ理论与创意思维的结合

TRIZ创新理论就是通过科学发现理论及其方法对于问题开展理性的分析及解决，其蕴含着人们创新需要遵守的共性原理，也是TRIZ理论最早、最核心的内容，且简单易学[3]。创意思维就是大脑对客观事物本质属性计算机平面设计中TRIZ理论的应用文|蒙兰兰及其内在联系进行抽象概况的潜能。思维方法作为人们根据思维活动实现目标用到的工具及手段，根据其范围划分成一般、具体、各学科特有的一种思维方式。创意思维作为一种系统的思考模式，其可以物化的心理活动及表现形式，成为实现创意设计的灵魂和行为导航。传统创意思维方法提到的反散思维就是大脑所显示多维扩散的思维模式，经一个思维起点提出与之相关的设想，找出多个途径有效解决问题的思维方式，这种思维不拘泥于传统做法，具有更多的创造可能[4]。转换思维则是通过联系及发展的眼光，由不同方面、视角观察物体，转变新视角，防止采用不同思维定式，进而获得对物体的全面认识及理想的解决方案。聚合思维是指根据已有表象升华得到逻辑结论，降广阔思路聚集成相应的焦点，被称为有范围、有方向的一种收敛性思维模式。

二、TRIZ理论下平面设计创意思维分析

采用TRIZ理论，有利于激发传统,创意思维内的发散、聚合及转换思维，从而产生满足计算机平面设计的创意思维方法，这一过程通过理性准则引导人们的感性思维，寻找计算机平面设计本质的思维原点，采用多功能原理对发散思维进行激发。德国哲学家黑格尔指出：“创造性思维要具有丰富的想象”。计算机平面设计中发散思维被称为创造性思维之首。依据TRIZ理论中的多功能原则，运用一个物体拥有不同的功能这个原则促使发散性思维产生。即：一个主题包含多种不同的解释，一个物品用处多样化，这就是多功能原则的表现。处于任意时间或环境下，如果物体具有多用性，能促使其拥有良好的协作及增值效应。TRIZ理论中的组合原理就是把空间或时间层面相同的物体或者实现类似操作的物体进行组合。对设计元素进行结构重组，把新色彩或材料等引入旧物体内，这也是组合原理一种重要的手段，进一步激发聚合思维。蒙兰兰（1982.11.29-），女，壮族，广西来宾，本科，讲师，研究方向：平面设计。摘要：针对计算机平面设计在创新方面的不足之处，下文在阐述TRIZ理论及其与创意思维相关性基础上，对其在计算机平面设计创意思维的表现进行分析。在此基础上，以清代床榻雕花图案为依据，利用TRIZ理论对清代床榻雕花图案进行提取、重构等处理，把图案用于平面设计内，成为一种行之有效的实践方式。这种设计能够为我国传统文化在计算机平面设计中的应用提供新思路与方法，促使传统图案与平面设计相融合，为我国传统文化精神内涵有更好的解读。关键字：计算机；TRIZ理论；平面设计例如：对完整的形象进行拆分处理，变成单一视觉元素并将其分布在画面内，借助相同或相近手法实施加工处理，促使其主体反复出现并设计相应的秩序，恰当调整其规格或者色彩肌理等，确保获取具有意境及视觉冲击力的设计效果。例2：创作宣扬我国民间传统文化的平面作品。选定具有典故且耳熟能详形容文化的词汇“百花齐放”作为主题，选取花朵图案作为设计元素，对其主体大小、方向或位置进行秩序重组。对同一种本体元素开展“加工”，挑选比较典型的视觉元素碎花布，对其色彩、肌理实施相应的调整。采用盛开花朵这个造型及传统印花布纹样，代表我国民间传统文化大放异彩，最终的效果图也形象饱满，具有明确的意义。

三、TRIZ理论在计算机平面设计中的应用实例

（一）清代床榻雕花

我国明清时期制造出来的家具作为重要的艺术瑰宝，与明代家具的清新雅致不同，清代床榻雕花重视在图案方面下功夫，绚丽、复杂的图案也是清代家具的主要特点。床榻家居发展至清代，这个时期的雕花图案风格、表现手法等与这个时期的历史环境等因素存在密切的关联。清代家具前期沿袭明代时期的朴实、简洁等特点，在后期的产设计风格有显著的变化。清代后期在床榻装饰纹样设计中下足功夫，表现为雕花图案非常复杂，展现出多元化的特点。而把我国传统图案用于床榻不同部件，展现出统治人员炫耀财富以及广大人民对美好生活的憧憬。除使用传统装饰纹样之外，由于受到西方科学艺术的影响，床榻雕花图案也会选用西洋图案为装饰，构成中西合璧的文化装饰风格。清代床榻雕花图案主要特点为丰富多样、形态变化万千等，由题材方面分析，主要划分如下：龙、鹿、凤等动物纹案；葫芦纹、缠枝纹等植物纹；云纹、如意纹等几何文字纹；这些丰富多彩的雕花图案共同组成清代床榻雕花图案的“形”。这里的“形”表示床榻雕花图案的外部轮廓，也是广大人民所创作事物的外在形式。清代床榻雕花图案相关元素不仅拥有良好的审美外形，也有独特的象征内涵，进而表达相应的寓意。如：蝙蝠纹内的“蝠”与“福”同音，代表着福气、幸福，这种纹案与其他图案完美组合，构成独特的寓意。蝙蝠纹与云纹交织起来，寓意为“福从天降”。这也充分说明，清代床榻雕花不单拥有绚丽的外观，也充分利用有象征意义的图案丰富其内涵。装饰图案通过形表达意，雕花图案多种多样，均代表着吉祥。床榻上的装饰图案，能够日日警醒着人们，也寄托着百姓的美好祝福及愿望，显示出理性与感性、人与自然之间的和谐统一。

（二）TRIZ理论在计算机平面设计中的应用

TRIZ是俄语的缩写形式，在苏联著名的科学家阿奇舒勒及研究团队对世界上多数专利及科学知识深入研究、分析基础上，提出接近发明创造问题一种设计方法。经过长时间的发展，TRIZ理论也是有效解决发明创造问题的有效武器。目前，这个理论体系发展得比较成熟，总结多项发明创造原理。由计算机平面设计层面展开研究，经过深入分析TRIZ理论，总结其可用在计算机平面设计中的发明原理，并归结五大类，其分类如表1所示。通过分析上述类别可知，每一个类别原则上均能相互组合，进而组成不同的设计方案。此外，不同类别的原理支持单个或多个进行组合，获取不同的表达形式。

（三）床榻雕花提取及特征

清代的床榻雕花图案题材比较复杂，且体系庞大，对图案进行提取时，主要选取图案题材作为类别，例如：几何文字纹中对寿字、十字纹进行提取；植物花纹类别内提取灵芝纹等；禽瑞兽类提取鹿纹、象纹等。在此基础上，通过直接提取法对上述雕花图案予以总结及特征分析，获得相应的床榻雕花图案。提取清代床榻雕花图案相关元素后，通过深入分析发现，清代床榻外观大多属于四方形有柱有顶结构，且展现出对称、重叠、分割、辐射等方法，组成相应的有序性。与此同时，依照形式美法则，在对比操、对称中展现均衡，在重复环节随之发生渐变。而所使用的禽瑞兽类、浮雕人事景物雕花栩栩如生，清代床榻雕花所用纹饰部分是人们通过真人真事改编，再通过夸大手法流传而来的故事，有些则是人们发挥自身想象塑造出的神话故事。

（四）重构清代床榻雕花图案

对清代床榻雕花图案进行提取操作，使用上文提及的18条TRIZ发明创造原理进一步演绎图案，确保其构成线条清晰、节奏明快的基本图案，演绎结果如表2所示。由于不同类型展示的结构有所差异，设计不同的图案会给受众带来不同的心理感受。对清代床榻雕花图案实施重构处理，应立足于图案自身，在此基础上，运用TRIZ原理在计算机平面设计中的应用，促使上述提取元素通过TRIZ发明理论进行重构，获得与此相关的图案设计元素。

四、TRIZ理论下计算机平面设计实现

（一）设计步骤

通过TRIZ理论对清代床榻雕花图案进行一系列处理后，获得相应的图案设计元素，并把上述元素用于计算机平面设计中。那些外形简单、意蕴深厚的图案，不单满足现代人的审美要求，也保留着我国传统文化图案的魅力，从而为更多的现代人接受。通过上述分析，制定与之相应的设计流程，将提取而来的元素与计算机平面设计作品进行结合。实施步骤如下：通过整理、归纳清代床榻相关资料，找到清代床榻雕花重要元素；利用TRIZ理论对清代床榻雕花图案进行重构；设计、评估后再次回归至实施步骤，开展设计与评估，直至获取满意的设计结构，设计流程如图1。

（二）设计实现

遵循TRIZ理论对清代床榻雕花展开创新设计，将其用于计算机平面设计内。设计中选取清代床榻雕花图案作为出发点，结合TRIZ有关理论，自形、意这两个方面依次设计相应的方案，这种做法不单可以延续雕花图案外形，对于我国传统文化精神内涵有着深入的解读，顺利实现传统文化和平面设计间的完美融合。方案1：这个方案采用TRIZ理论复制等方式，把图案设计元素以平面化形式附加至有关的衍生品内，例如：抱枕、明信片等。依托不同中介物展现清代床榻雕花元素中的“形”，利用计算机平面设计方法显示在大众面前，进而得到对其外星的延续形式。方案2：这个方案旨在诠释清代床榻雕花图案蕴含的文化元素。利用TRIZ理论进行合并、嵌套等处理，以“禄、寿、祥”这个主题进行设计。这组设计将床榻雕花图案中“鹿”、“兽”、“象”表达的寓意，其内在用到相应的招贴设计中，代表着人们所向往的美好寓意，如：长寿、吉祥等。从构图方面分析，开展动静、虚实、繁简之间的比较，分别挑选鹿、兽、象作为主体，结合灵芝纹、十字纹等进一步装饰，确保上述装饰图案文化内涵及其寓意融到计算机平面设计中，有利于深入解读中国传统文化的独特内涵，也对其赋予新的表现形式，从而获取具有节奏感、秩序感的图案。

机床设计论文篇9

中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0039-02

机床是制造机器的机器，所以又称为是“工具机”或者是“工作母机”。但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。在一般的机器制造中，机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的40%～60%，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床不论是作为一种商品还是机器它的造型设计都是必不可少的，特别是在工业设计中更具探讨价值和现实意义。

1 数控机床和机床的定义

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。机床是将金属或者复合金属的毛坯加工成机器零件的机器，机床包括木工机床、金属切削机床、锻压机械和特种加工机床等。

2 数控机床的造型设计

数控机床的造型设计不单单是简易的工业工程设计和普通的艺术美术策划，它的造型设计注重美学艺术同机械工程的有机结合。它在从重研讨机床设计相关的工程技术课题的基础上紧密结合造型设计的外表美。需要设计者以数控机床设计为对象，在具备机械设计制造和造型设计构思两方面专业知识的基础上完成。在设计过程中要讨论怎样使用造型设计原理，让机床的艺术性和科学性相统一；探讨怎样运用造型设计的原则和规则，解决特别情况下每一种产品的用途、结构、材质、工艺性、宜人性、市场运作同造型之间的复杂关系，再次期间创新地把这些必要因子恰当的表达到机床的造型、结构上，是产品具有极其重要的物质功能和附带的精神功能，在审美观念日益复杂的当代更大的符合人们的要求，从而满足精神文明、物质文明要求。

3 数控机床的造型因素讨论

在设计专业的角度将，随着设计风格的变化和设计理念的改变，产品设计构型元素也随之发生着变化。在十九世纪的现代主义时期，设计者们在构型的表示和元素上着重于一类非人的，可以以工业化的手段成批产出的，代表工业领域的创新设计。20世纪初，康定斯基、伊顿等一些人特别研讨了构型方式里一些规律性的东西，形态（体、面、线、点；圆、三角、多边形），还有颜色、亮度、材质等，研究后找出规律并且加以利用，这就是那个时期的现代主义造型元素。

数控机床的造型设计，不仅仅是简单的意识形态的概念与抽象的艺术表现的问题，先进的科技工艺水平、恰当的结构、良好的材等物质条件是前提，这样才能实现产品的用途目的，达到使用便捷、性能优质、技术先进、宜人和资金合理的需求；创造兼有美观的形象的产品，必须动用美学规则、形态构成法则和色彩功能与调配的美学技术原理，更好的表现机床的美学价值和精神功能。上面几点是数控机床造型不能或缺的基本部件。因此，数控机床产品族的构成因子讨论不仅有功能还有美学方面和物质技术。

4 数控机床组成因子的选取和比较

4.1 数控机床形态结构特征

在数控技术发展的同时，机床的智能化、自动化水平增强，略去繁杂的手柄、手轮这些操作部件，复杂的变速机构也简化了，因此整体上性能增强。它的整体性一般包括下面两种操作形式：造型具有块感（体积感、形感）的统一性和清晰性，每一“块”的整合是非常严格的，这主要用在构造受到局限的大型机床。

4.2 数控机床造型的特征

数控机床的轮廓线的几何线型需要大体上相同，到达风格线型协调统一的完美高度。物体的主要线型有要求之外，它的辅助线型也必须要调和，应为辅助线型不能脱离主要线型这一主题。比如，拿直线条和小圆角作主要线型的物件在构造操作手柄和手轮等这些辅助工件的时候，必须采用与之相同的多边形、小圆角，使它和主要的线型的形式协调统一。

4.3 数控机床的色调搭配

数控机床造型设计还有一个非常重要的构成元素就是色调元素。数控机床产品的色调搭配说到底是其宜人性的主要体现，但是作为具备特殊的结构特点和功能的一类机械产品，它的色彩搭配必须具有该产品的独特点，前提是不违背美学的设计原则。色调搭配完美的标志是色彩设计同产品的结构、形态、功能要求达到协调统一。

1）色调搭配的主色和搭配。数控机床通常运用亮度和纯度适度的浅色调、冷色调或者是暖色调最为合适。二色搭配是大多数机床使用的色彩搭配形式，常用的处理方式为：下暗上明、下实上虚、下重上轻；中间部位采用和主色调相差很大的色调带，带来多彩生动的效果，其施色比例采用美学设计原则，一般选用： 2：3、3：5、5：8等序列形式的搭配；2）色调搭配的对称性。为了维持色调平衡，我们需要注重色调的对称。一般会带给大家严谨、稳定、庄重、安静、和谐的感觉，一旦稍有失误容易让人感觉到呆滞、无味、单调、没有跳跃性等无趣的心情。色调的均衡是非对称状态的一种，普遍给人以相对稳定的视觉心里感受，作为形式美的再一种表现方式最能适合大众的审美需求，在很多情况下会采用这种搭配方法。

4.4 数控机床的材质

物件的材质对人的五感都有着特殊的联系，可谓是沟通人与机器产品的媒介，是一种独特的极具表达力的机械设计语言。尤其是它的可视属性是一个产品给人的第一感。一方面，材质虽然只是无生命的物质形态主体，但是在人的意识形态里它可以具有个性和情感，对设计语言完美应用会使产品与人之间产生情感的沟通。另一方面，材质作为物质形态的主体，它的表现性用来表达设计作品的内在含义时，则会与作品很好的结合到一起，达到意与形的完美展示，表现出产品的深层内涵，使产品具有精神上的魅力。

5 结论

机床的造型设计有着十分悠久的发展历程，其间呈现出风格繁杂的设计理念。随着数控技术、材料科学、加工工艺等的发展可能带动数控机床的造型设计产生根本性的变革。工业设计的工作人员应该时刻关注机床的发展变化以便发挥自己的创新思维，机床的造型设计在未来必将有着更完善的结构功能、更佳的宜人性、美学意义的外观等趋势发展。

参考文献

机床设计论文篇10

1 数控机床技术发展状况

社会的不断进步，市场需求量的不断增多，使得人们对产品的质量更加的重视，企业为了能够适应市场发展环境就必须提高自身的加工技术，数控机床得以被广泛应用。但是我国使用数控机床的时间比较短，不能真正地掌握数控机床的使用技术，在实际的应用过程中能够会出现很多的问题，给我国制造企业的发展造成不良影响。通过大量的实践工作，我们总结出我国的数控技术发展情况的几种现象。

1.1 数控机床技术的“三多”要求

企业之间的竞争愈演愈烈，这就导致数控机床加工零件的数量不断增多，数控化加工设备的使用量不断增多，对加工产品的工艺要求越来越多。这三个方面对数控机床使用技术提出更高的要求。通过实践发现当前有很多行业百分之九十到百分之百关键部位的零件都采用机床加工技术。特别是近几年制造业的发展过程中，数控机床加工技术起到了很大的推动作痛，而且随着机床技术的不断发展，加工精度、效率等方面都有很大的提高。

1.2 数控机床技术的“三缺”现象

我们需要正视的问题是当前我国对数控机床加工技术的研究还比较少，缺乏相关的数据参数，缺乏实践的理论指导，缺乏研究发展的平台。这就是当前我国的数控机床技术所缺乏的方面，其中缺乏科学的理论参数就不能对数控机床加工技术有深入的了解，进而不能发挥出其真正的作用，具体的表现在应用中出现故障不能拿上解决，影响了生产效率，不能满足高效生产的要求。有关机床加工数据库的建立还不是很完善，而且使用范围也是非常的有限，这就很大程度上影响了加工技术的应用和发展，特别是缺乏针对服务业的加工技术数据库，甚至有很多企业根本就没有建立相关的系统，这就给数控机床技术的发展造成阻碍。

1.3 数控机床技术的“一低”现象

当前的数控加工技术的总体效率比较低，具体的表现为主轴开动的效率比较地，直接影响到相关加工企业的经济效益。

关于数控机床加工技术出现的问题，已经引起了人们的关注。国家针对此问题也开展了很多的项目研究，取得了很好的成果，在提高数控机床技术快速发展方面起到了很大的促进作用，这也进一步增加了相关企业的经济效益。

2 我国数控机床技术问题对策

虽然我国的数控机床技术起步比较晚，但是发展比较快，通过总结大量的实践经验，加工技术得到了很大的发展并取得了很好的效果。但是市场经济环境是不断发展和变化的，特别是技术方面在实际的应用中总会产生一些问题，影响其发展。下面我们就针对这些问题给出相应的对策。

2.1 重视数控机床理论探索

理论对实践具有重要的指导作用，数控机床理论对于技术的不断创新和产品的开发起到支撑作用，该理论涉及到的内容比较多，包括工程、力学、机械学等方面的知识。随着研究的不断深入，当代的数控机床理论有了更大的进步，具体的包括基础暗黑动力学、动态分析等方面。

由于数控机床技术发展的时间比较短，相应的专业人才也比较短缺，使得机床技术的研究理论成果比较少，试验的环境不够完善。针对我国数控机床技术理论上的落后，我们必须提高这方面的投入，特别是人才的培养，在高校中设置这门学科，培养该学科的实践能力，并能够从实践中总结出理论经验，在实际的工作中，能够利用有限的理论资源来提高生产效率，建立一定规模的研究机构，实现对机床技术各个方面的理论探索。

2.2 提高数控机床开发设计能力

数控机床是集电机、电子、机械等多个学科为一体的高科技设备，当前我国在数控机床自主研发、设计方面还有很大的差距，主要表现在设计没有对相关零部件进行整合、以静态设计模式为主、设计没有充分的论证仅仅依靠以往的经验进行定型化设计等。这种设计往往导致零件加工同质化现象严重，缺乏创新，有关零件细分产品较少很难满足现代市场的需求。因此，在现代数控机床设计时应注重探索数控技术设计理论，提高机床性能和功能的创新意识，不断优化在数控机床方面的探究和应用，逐渐实现油静态设计到动态设计模式的转化。

2.3 加强数控机床可靠性探究

数控机床工作性能是判定机床质量的重要指标，是用户比较关心的重要内容。数控机床稳定性一般使用平均故障时间间隔来判定，该参数不但描述了产品质量时间度量值，而且还综合反映了机床生产企业的综合实力。因此，应加强数控机床可靠性方面的研究，建立和完善机床可靠性评价体系，熟悉机床故障发生的模式，在设计时采用相关措施加以避免，全面提高数控机床的可靠性能。

2.4 掌握经典加工工艺

掌握典型的数控机床加工工艺，能够准确把握市场需求，从而不断研发新产品，在提升产品竞争上具有重要意义，尤其最近几年来我国机床企业对此引起了高度重视，对经典工艺的研究越来越重视。通过对经典加工工艺的研究能够指导新工艺的开发，缩短新工艺的开发周期，树立企业良好的形象，以此发挥企业的竞争优势。

3 数控机床的发展趋势

随着制造业对数控机床的依赖程度越来越大，以及现代计算机技术水平的飞速发展为数控机床功能的扩展提供了坚实的技术支撑，使数控机床的应用范围不断扩大，而且逐渐向智能化、高精度化以及网络化的趋势发展。

数控技术控制智能化主要通过执行相关算法对加工的产品进行识别，从而选择合理的加工参数。智能化功能的实现极大的提高零件加工的精读，提高机床的工作效率。例如，它能利用已有的故障信息对新出现的故障进行快速定位。

数控机床的高精度化不仅仅局限在几何精度上，它还包括机床各个部件运动、振动检测等方面上，因此，能够在同条件下完成多个零件的加工。

数控机床的网络化是未来发展的主要特点之一，通过网络能够保证加工参数在各个车间进行传递，既能达到数据之间的共享还能对数控机床进行远程监控，因此大大提高了机床的操作效率。

4 结束语

综上所述，文章主要针对数控机床技术在我国的应用现状以及出现问题进行了相关阐述，并进一步提出了当前应该采取的措施和该项技术未来的发展趋势。数控机床技术对企业的重要性是不言而喻的，我们必须抓住发展的机遇，对数控机床理论进行分析和研究，并不断创新，希望能够使我国尽快地实现制造强国。

参考文献

机床设计论文篇11

中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0145-01

1 数控机床的主轴结构改进

数控机床设计中，如何设计主轴结构对数控机床的运行来说十分重要。主轴设计中，结构设计是其中的首要问题，即在机床的主轴设计中，其结构设计是首先要解决的问题，且在加工与装配的过程中，工艺问题也是需要设计者考虑的设计因素。如图1-1所示，是机床主轴的设计中所普遍采用的结构。其中，轴承4、5、8支撑主轴1，主轴上的3个压块紧锁螺母3、7、9用来实现轴承的轴向定位。主轴的装配质量，主轴及其相关零件的加工精度等级、轴承的精度等级对主轴系统的精度起决定作用。主轴的双列圆锥滚子轴承4和主轴的外锥配合程度直接对轴承的工作精度造成影响，一般情况下，要求它们之间配合时的接触面积应大于75%。所以，为了达到要求，在购买轴承时，应对轴承的等级与品牌严格要求；且在设计时，将主轴的高度较高的两端的同轴度设置为0.005mm。而对相关零件，例如螺母3、7、9与隔套6的端面对主轴线的跳动为0.008mm以内。一般压块螺母在进行实际加工时，精度难以达到要求，使装配时，主轴精度很低，以至于需要反复调整圆螺母的松紧来达到要求，但是这种达标也仅仅是刚刚符合，很难做到精准。最终导致轴承偏紧，且精度、稳定性较差，安装的位置也不准确，出现游隙不均匀的现象。那么在机床运行时，就会出现噪声大、工作温度过高，震动严重，对工件的加工质量与轴承的寿命均造成不利的影响。用圆锥滚子轴承来代替原有轴承，可平稳的运行，并可承载的负荷较大，精度调整好后，可保持机床精度；高速与轻型机床的运行要求却不能很好的满足。

1.主轴；2.法兰盘；3.圆螺母；4.双列圆锥滚子轴承；5.球轴承；6.调整垫；7.圆螺母；8.双列圆锥滚子轴承；9.螺母

根据这种情况，需对机床主轴结构的设计做一定的改进，在原有的设计中，取消双列圆锥滚子轴承，将其替换为角接触球轴承，改善主轴装配与加工工艺。在新的设计中，由于取消了主轴两端的圆锥部分，使加工变得易于操作，且可保证主轴较高两端的同轴度，对压块紧锁螺母的加工，要求也可适度的降低。

2 模型建立

机床主轴通常为支撑空心阶梯轴，基于计算要求，将阶梯轴简化成当量直径的截面轴。本文以两支撑机床的主轴为例，优化其设计。机床主轴的参数为：机床的最大直径Dmax=350mm，主电机的功率P=7.5kW，等公比φ=1.26，Z=12级转速，最低转速nmin=30r/min， 切削力F=15 000N，材质为40Cr。孔径d，外径D，跨距L，外伸长度a。其中，取d/D=0.55。以体积最小，刚度最好为目标，满足机床主轴的传动、节约材料、降低成本与减轻重量的要求。建立如下目标函数： （1-1）截面C的惯性矩，则有：（1-2） 由式1-2，以及机床计算的原理可以将主轴结构设计的变量设置为：（1-3）根据机床主轴刚度的要求与材料力学的要求，对本模型的参数作如下约束：主轴的外伸端挠度y小于规定值y0。轴允许的偏角＜[]，[]为允许值，=则： g3(x)= -[]≤0。轴扭转的变形条件，则： =，其中，T为机床轴的扭矩: ，G为其材料剪切的弹性模量：，Ip是其轴面的惯性矩：，则有： g4(x)=≤0。机床的切削力其中，则有：g5(x)=。

3 优化方法及其结果分析

由于；属于3变量5约束的多目标混合的最优化问题，隶属于小型优化设计问题。所以选择优化内点惩罚函数法得到最终优化的参数为： 圆整后：，刚度提高：（5.853-5.216）/5.853x100%=10.9%，体积减少：(44.577-38.640)/44.577x100%=15.56% 即，本优化设计可提高刚度，且减少了体积，满足优化的要求。

4 结论

改进设计方案后的主轴结构，在动刚性与精度上均达到了较好的效果，且在加工时不会引起超负荷的运转，轴承配合良好，通过理论分析与实践验证，设计合理。机械优化设计方法作为传统机械设计的延伸，其实际应用的意义也就更为明显，在设计中所得到的主轴结构参数也更为合理。

参考文献

机床设计论文篇12

中图分类号：TG5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0079-02

本文通过实际案例分析，了解一些常见故障的排除与调整。案例如下：设备名称FANUC0i―Mc数控系统，故障类型为铣削出现椭圆现象。分析：对于数控铣床铣削后出现椭圆，通常考虑以下3点原因：（1）X-Y轴伺服不匹配。（2）反向间隙。（3）X-Y轴不垂直。

1 X-Y轴伺服不匹配

伺服不匹配占故障比例为87%，因此首先考虑此问题。应用球杆仪进行检测可得图1，图中2和3为正反向360°得出的图形， FANUC0i―Mc数控系统位置增益（伺服环增益）参数是#1828（0.01s-1）。

（1）产生原因。如果轴间伺服环增益不匹配，会导致伺服不匹配误差，此时两根轴不同步，一根轴要早于另一根，造成椭圆图形，如图2所示。

（2）故障排除。伺服不匹配将导致插补圆不圆。一般情况下，进给率越高造成插补圆的椭圆程度越大。与前一个图像相符，原机床参数#1825X轴（6000），Y轴（3000），故减少X数值，增大Y值，如图3所示。

经过反复调整参数检测调整（最后参数是X2200，Y7000）后图像如图4所示。

此时数控机床铣削出现椭圆的故障消失。

2 反向间隙的排故与调整

此机床的反向间隙占29%，发那科数控系统调整反向间隙的参数是#1851，如图5所示。图中由某轴线开始处有一个沿图形中心外凸的台阶，台阶的大小通常不受机器进给率的影响。在图中仅有Y轴上显示有正值反向间隙。

检测图像是Y轴有反向间隙，调整参数为28.4 mm，调整后球杆仪检测进行间隙补偿。由于Y轴反向间隙存在正负两个值，丝杠两固定端应存在串动或者丝杆副有问题，需要重新调整固定等。现在圆度由原来的638.6 mm通过球杆仪检测及数控系统参数调整变为32.8 mm。

3 X-Y轴不垂直

原因：数控机床在加工过程中，各轴的垂直度误差都经过测试，满足机床的设计精度。但经过一段时间的使用后，垂直度误差超过设计精度时，就需要进行修正，垂直度超差的原因主要是各配合部分的移动。X-Y轴经过长时间的振动与受力，经常会发生偏移，这时就会出现X、Y轴之间垂直度误差的出现，误差主要出现在一个方向，即XY平面内。

原因：在使用数控机床的过程中，测试排除过每个轴的垂直误差，达到机床的设计精度。垂直误差会在使用一段时间后偏差会超过设计精度，这时就要进行修正，这种情况产生的原因是各配合部分发生移动。X-Y轴长期受到震动和受力，所以很容易发生偏移，所以X、Y轴之间发生垂直度的误差，并且误差主要发生在XY平面内这一个方向。

解决方法：将Y轴导轨重新进行定位面配刮，配刮镶条，这样可以将定位面积扩大，从而定位刚性也变强。将X-Y轴修刮至符合标注的呢机械垂直度，与此同时也进行了定位面修正，然后重新定位丝杠副，避免丝杠副弹性变形的发生，增加度在导轨、丝杠和各运动表面，避免各运动部件发生爬行现象。

4 结语

本文案例对于数控机床铣削出现椭圆形的故障排除应用了球杆仪，同时需要技术人员、机械以及电器的配合，通过对X-Y轴伺服不匹配、反向间隙、X-Y轴不垂直等可能因素进行排除和调整，最终排除了故障，使机床的加工圆度达到加工要求。

参考文献

[1] 徐平.西门子840D系统伺服轴参考点调整方法研究[C]//2011年“天山重工杯”全国机电企业工艺年会暨第五届机械工业节能减排工艺技术研讨会论文集.2011.

[2] 张钢，李松生，陈晓阳，等.磁悬浮高速电主轴的设计分析[C]//2003大型发电机组振动和转子动力学学术会议论文集.2003.

[3] 王春来.数控机床回参考点报警类故障及实例分析[C]//绿色制造与低碳经济―― 2010年海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会“年会”暨机械工程科技学术报告会论文集.2010.

[4] 王春来.数控机床回参考点报警类故障及实例分析[C]//“绿色制造 质量管理”―― 海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会2011年会论文集.2011.

[5] 王可，王家钦，付玉升，等.基于统筹方法的数控铣床开发研究[C]//全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集.2005.

[6] 文怀兴，夏田.数控机床系统设计[M].北京：化学工业出版社，2007.

[7] 侯力.机电一体化设计[M].北京：高等教育出版社，2003.

[8] 张世昌.机械制造技术基础[M].北京：高等教育出版社，2002.

[9] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.

[10] 邱宣怀.机械设计[M].4版.北京：高等教育出版社，2007（2008重印）.