阀门碟版加工数控机床工业设计.doc

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1、 阀门碟版加工数控机床工业设计Valve disc machining nc machine industrial design 摘 要当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点.近年来，我国数控产业发展迅速，但是，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国

2、、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺,系统生产应用推广不力等。针对这些问题，我们一方面要加强一些科学技术的创新和开发，另一方面也要多向国外学习和借鉴，取长补短，这样才能使国内的数控机床更加完善，更加全面的发展，以下是一些发展的趋势和方向：(1) 造型上面要符合现代人的审美和时尚的观点。造型新颖是未来机床设计的主要方向之一，现代人们在追求功能满足的前提下更下注重造型设计

3、。(2) 功能上面要全面满足数控机床的使用功能，功能是机床存在的根本之所在，如果功能不满足要求那么其他一些将无从谈起。(3) 人机上面要做以人为本的设计理念，数控机床本身也是为人类而服务的，要在机床的操作，使用，维修，润滑等等一些列方面考虑人机问题，以便更好地为人服务。(4) 价格上面要做到尽量合情合理，既能够让人接受，也体现了机床本身的使用价值。(5) 排放上面要做到最大化的节能减排，环保问题仍然是人类生存的首要问题，不能因小失大，不能因为追求人类暂时的利益而破坏长远利益。(6) 安全性问题：安全问题是现代安全生产的首要问题，每年机械伤人的事例不胜枚举，在现代各个行业的运作中人身安全永远是第

4、一位的，所以机床的安全不容忽视，要足够重视。 关键词：数控机床;发展趋势;安全 AbstractOn machine tool industry in todays world, industrial developed countries attach great importance to, the race to the development of electromechanical integration, high precision, high efficiency, high automated advanced machine tools, to accelerate the

5、 development of industry and national economy. For a long time, Europe, America, and competing each other in the international market, and has formed an invisible front, especially along with the progress of microelectronics, computer technology, numerical control machine tool in the 1980 s after th

6、e accelerated development, has become the big four international machine tool show in machine tool manufacturers from all over the world compete to show the focus of the advanced technology, for the user, expanding the market.Has been developing rapidly in recent years, our country numerical control

7、 industry, however, import machine of momentum remains strong, starting in 2002, Chinas first power for three consecutive years to become the world machine tool consumption, machine tool imports the first big country, China machine host consumption as much as $9.46 billion in 2004, more than 70% of

8、all such equipment and the most features are dependent on imports. To see domestic CNC machine tools, especially in high-grade numerical control machine tool is still lack of market competitiveness, investigate its reason mainly lies in the depth of the research and development of domestic CNC machi

9、ne tools is not enough, production level is still backward, lack of service consciousness and ability, lack of system application product promotion, Keywords: Numerical control machine tools ;Development trend;Security issues 沈阳工业大学本科生毕业设计(论文)目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 我国数控机床的发展现状11.2 国外机床的发展状况11.

10、3 SET因素分析21.4 未来数控机床的发展趋势21.5 本课题设计的可行性51.5.1 市场发展前景分析51.5.2 相关技术分析51.6 本机床设计的目的，意义，主要思想8第2章 方案设计92.1 市场调查分析92.1.1用户深度访谈92.1.2用户需求分析112.1.3使用群体特征调查分析122.2 数控机床创新设计指标分析122.2.1安全性与尺寸参数性122.2.2数控机床壳体材料性与工艺性132.2.3造型与色彩142.3 产品需求重要性分析142.4技术经济分析152.5产品功能分析172.5.1 功能分类172.5.2 功能实现方式18第3章 产品文化和使用环境状况分析193

11、.1产品的文化193.1.1数控机床的发展193.1.2 数控机床的发展趋势213.2产品的使用环境分析213.3产品的使用情况分析243.3.1使用类似产品的动作243.3.2使用类似产品习惯253.3.3使用类似产品的注意事项263.4使用产品的典型故事27第4章 产品系统设计294.1方案实施的步骤与产品功能的确定294.2草图设计304.2.1草图设计方案304.2.2草图设计方案综合评价334.2.3最终设计方案确定344.3结构系统34第5章 三维建模及模型制作365.1电脑三维建模及渲染365.1.1 犀牛建模365.1.2 HYPERSHOT渲染375.2产品结构总体设计385

12、.3.1总装配图385.3.2本机床的人机分析385.3.3产品可维护性设计39第6章 结论40参 考 文 献41致 谢42附 录I43附 录II44展板设计144附 录44第1章 绪 论1.1 我国数控机床的发展现状我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩1。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第

13、一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口2。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等3。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距4。1.2 国外机床的发展状况 在国外，数控机床的发展现状可以概括如下几点： （1）高速高精与多轴加工

14、成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流。 （2）多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。 （3）机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化5。 （4）智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。 （5）最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高34

15、倍，同时效率得到大幅度提升6。 (6) 最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率7。 刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。1.3 SET因素分析此表描述数控机床的SET因素分析，从社会，经济，技术三方面的因素解释了数控机床的发展有待于改变，设计一款创新型机床不仅是现代工业生产的需要，也是现代社会发展的需要。表1-1 数控机床SET因素表数控机床设计SET因素分析列表社会的（S）经济的(E)技术的(T)工业社会的发展企业的投资科技技术的前进追求高效的理念国家的投资新型材料出现与合成

16、机械加工的要求自己本身价值先进的制造行业综合以上情况分析表明，（见表1-1） 社会需要一些新型实用创新的机床，来满足机械加工和工业行业的需求。并且有一定的市场前景与社会预见性！1.4 未来数控机床的发展趋势 1.4.1高速化 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。 （1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min； （2）进给率：在分辨率为0.01m时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工； （3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开

17、发出CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1m、0.01m时仍能获得高达24240m/min的进给速度； （4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s8. 1.4.2高精度化 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 （1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细

18、化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01m/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法； （2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%； （3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量9。1.4.3功能

19、复合化 复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心、车铣复合车削中心、铣镗钻车复合复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。 加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中

20、心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。 在2005年中国国际机床展览会（CIMT2005）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴控制等）以及可实现45轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等10。 1.4.4控制智能化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面： （1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功

21、率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性； （2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的； （3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位；

22、 （4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验； （5）智能化交流伺服驱动装置：能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行； （6）智能4M数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（Measurement）、建模（Modelling）、加工（Manufacturing）、机

23、器操作（Manipulator）四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化11。1.5 本课题设计的可行性1.5.1 市场发展前景分析 数控机床的市场前景分析如图1-1所示：图中反映了数控机床的市场需求关系，从市场概况，市场供需，价格关系，进出口结论预测等角度反映了数控机床的发展趋势，以及未来发展前景。图1-1 市场前景分析 根据1-1的图表显示影响机床市场占有率的因素用价格，材质，色彩，创新性等等，为了设计出更好的机床我们应该重以上几个方面进行改进和完善12。1.5.2 相关技术分析现有数控机床的相关技术如下：（1） 电主轴技术 电主轴的轴承：轴承

24、是决定主轴寿命和承载能力的关键部件，其性能对电主轴的使用功能极为重要。目前电主轴采用的轴承主要有陶瓷球轴承、流体静压轴承和磁悬浮轴承。 陶瓷球轴承是应用广泛且经济的轴承，它的陶瓷滚珠质量轻、硬度高，可大幅度减小轴承离心力和内部载荷，减少磨损，从而提高轴承寿命。德国GMN公司和瑞士STEP-TEC公司用于加工中心和铣床的电主轴全部采用了陶瓷球轴承。流体静压轴承为非直接接触式轴承，具有磨损小、寿命长、回转精度高、振动小等优点，用于电主轴上，可延长刀具寿命、提高加工质量和加工效率。美国Ingersoll公司在其生产的电主轴单元中主要采用其拥有专利技术的流体静压轴承。磁悬浮轴承依靠多对在圆周上互为18

25、0o的磁极产生径向吸力（或斥力）而将主轴悬浮在空气中，使轴颈与轴承不接触，径向间隙为1mm左右。当承受载荷后，主轴空间位置会产生微小变化，控制装置根据位置传感器检测出的主轴位置变化值改变相应磁极的吸力（或斥力）值，使主轴迅速恢复到原来的位置，从而保证主轴始终绕其惯性轴作高速回转，因此其高速性能好、精度高，但由于价格昂贵，至今没有得到广泛应用13。 电主轴的冷却：由于电主轴将电机集成于主轴单元中，且其转速很高，运转时会产生大量热量，引起电主轴温升，使电主轴的热态特性和动态特性变差，从而影响电主轴的正常工作。因此，必须采取一定措施控制电主轴的温度，使其恒定在一定值内。目前一般采取强制循环油冷却的方

26、式对电主轴的定子及主轴轴承进行冷却，即将经过油冷却装置的冷却油强制性地在主轴定子外和主轴轴承外循环，带走主轴高速旋转产生的热量。另外，为了减少主轴轴承的发热，还必须对主轴轴承进行合理的润滑14。 电主轴的驱动：当前，电主轴的电动机均采用交流异步感应电动机，由于是用在高速加工机床上，启动时要从静止迅速升速至每分钟数万转乃至数十万转，启动转矩大，因而启动电流要超出普通电机额定电流57倍。其驱动方式有变频器驱动和矢量控制驱动器驱动两种。变频器的驱动控制特性为恒转矩驱动，输出功率与转矩成正比。最新变频器采用先进的晶体管技术可实现主轴的无级变速。矢量控制驱动器的驱动控制为：低速端为恒转矩驱动，中、高速端

27、为恒功率驱动15。 电主轴的基本参数：电主轴的基本参数包括：套筒直径、最高转速、输出功率、转矩和刀具接口等，其中套筒直径为电主轴的主要参数。 在国外，电主轴已成为一种机电一体化的高科技产品，由一些技术水平很高的专业工厂生产，如瑞士的FISCHER公司、德国的GMN公司、美国的PRECISE公司、意大利的GAMFIOR公司、日本的NSK公司等16。（2）直接驱动技术 直接驱动就是将直接驱动旋转电机（DDR）或直接驱动直线电机（DDL）直接耦合或连接到从动负载上，从而实现与负载的刚性耦合。全新直接驱动技术使得电机可直接连接被驱动负载，而无须像常规伺服电机那样需要通过机械传动部件（如滚珠螺杆/导螺杆

28、、齿条与齿轮、传动带/皮带轮、以及减速器），从而可为客户的机械传动系统带来零维护和清洁的机械组件、更高的精度、更高的可靠性、以及平稳安静的操作等诸多优势17。 直接驱动旋转电机：有时也称作转矩电机，可将负载直接连接到电机上，能在相对较低的速度时产生较高转矩。DDR能够为客户带来的好处有：（1）DDR可以减少零部件数量，缩短组装时间;（2）DDR可将精度提高50倍，具备更高的伺服性能和更大的带宽，不需要惯量“匹配”；（3）DDR既没有需要张紧和调节的皮带，也没有会发生泄漏并需要润滑的齿轮，所以几乎不需要维护；（4）DDR的精度和重复性不会像机械分度器那样随时间而下降；（5）DDR不存在会断裂的机

29、械传输部件；（6）运行噪音可降低高达20db。 直线电机驱动：v直线电机的工作原理：直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成， 由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。 近几年直线电动机在机床进给伺服系统中的应用在世界机床行业得到重视，并在西欧工业发达地区掀起“直线电动机热”。 在机床进给

30、系统中，采用直线电动机直接驱动带来了原旋转电动机驱动方式无法达到的优点：高速响应、高精度、动刚度高、速度快、加减速过程短、行程长度不受限制、运动安静、噪音低以及效率高。 直接驱动技术是高速高精数控机床的理想驱动模式，受到机床厂家的重视，技术发展迅速。近年来，国际上几十家公司展出了直线电动机驱动的高速机床，一些制造厂商已将机床运动加速度提高到23g，快速移动速度提高到150240m/min。MAZAK公司将推出基于直线伺服系统的超音速加工中心，切削速度8马赫，主轴最高转速80000r/min,快速移动速500m/min, 加速度6g。这标志着，以直线伺服为代表的第二代高速机床，已克服了直线电机的

31、发热、防护和成本高的缺点，逐步走向实用18。1.6 本机床设计的目的，意义，主要思想本机床设计的主要目的是设计出造型更加美观，使用更加人机，价格更加合理，更加节能环保的数控机床，方便更好地为人服务。本课题的主要设计思想是始终保持人性化设计思念，注重产品使用过程的人机交互，方便使用中与使用后的操作19。而且在外观上进行突破，力求在造型上面有所创新，适合新一代的个性消费需求，另外在工作原理进行突破，依照目前技术进行适当的概念设计，开发出一款新型实用的现在化机床。 第2章 方案设计2.1 市场调查分析2.1.1用户深度访谈(1) 数控机床在生活中重要性数控机床是我们工业生产中重要的生产加工工具，它高

32、效、省力、加工精度高，在工业加工行业的起着不可代替作用。现代数控机床不仅追求能够满足使用功能要求，而且更加注重美观材质和人机方面的要求。(2) 现有数控机床最大的问题据了解，现有数控机床在在加工精度问题上还是很令人不满意，设计者应从加工精度和技术改善的角度来提高机床的加工精度，这就需要从机床的材质，形态，和相关技术上面解决此类问题。(3) 现有的数控机床还存在的问题现有数控机床除了加工精度不尽人意之外还存在一些问题，如：颜色单调，造型单一，技术不完善等等。(4) 数控机床的颜色数控机床的颜色以黑白灰为主。传统的数控机床一般颜色都比较单一，不太符合现代人的审美观点，所以，现代机床的颜色急需改变，

33、来适应现代人的审美观点。(5) 现有的数控机床急需解决的问题样式新颖，性价比高，不能存在很大的安全隐患。(6) 数控机床在外观设计上还需要的改进造型美观、突出个性，色彩鲜艳、华丽而不俗。(7) 数控机床可用材料铸铁、合金钢、碳素钢、有机玻璃、镍镉合金等等。(8) 数控机床的系统组成加工平台、操作面板、维修系统、排屑系统、动力系统、辅助部分。(9) 数控机床的安全性能数控机床的安全性能是个至关重要问题，我国规定数控机床的操作标准如下：编程员在编程时设定的工件坐标系原点应在工件毛坯以外，至少应在工件表面上编程员和操作者在书写程序时，对小数点要倍加小心。操作者在调整工件坐标系时，应把基准点设在所有刀

34、具物理（几何）长度以外，至少应在最长刀具的刀位点上。 操作者在调整刀具长度偏置时，应保证其偏置值为负值。 (10) 数控机床使用过程中存在的问题操作者必须按照数控机床使用说明才操作机床，而且定期为机床检查和维修，润滑和除尘等操作。(11) 数控机床的辅助部分数控机床的辅助部分包括标志，警示牌，散热片等等。 （12）数控机床的著名品牌按照来源分的话分国产和进口的，国产的一半是沈阳机床，江苏，广州生产的机床，国外向美国，日本，德国的机床比较先进(13) 使用数控机床的理想效果加工精度高，使用安全，操作简单，噪声小，材料利用率高，节能环保， 价格合理(14) 受大众欢迎的数控机床特点性价比高、安全、

35、操作简单，美观。(15) 数控机床的技术性能使用性能、安全性能、耐用性能，加工性能。(16) 数控机床对环境的要求低排放，低污染，节约能源等等。(17) 数控机床适用的人群？机械工程师，机床操作人员扥等。(18) 数控机床最新技术电主轴技术，直接驱动技术等(19) 数控机床需要着重考虑的因素对使用者的安全考虑以及使用过程中人机安全问题等等。(20) 使用数控机床的注意事项谨守操作准则 注意安全 非专业人员必须在专业人员的监护下方可进行操作(21) 数控机床的操作面板操作面板的设计必须简单，便于操作，使用的时候符合人机。他的编程和输入系统必须设定好，不能随意改动，而且发生错误是能够立即停止加工，

36、阻止错误继续发生。(22) 数控机床的维修系统数控机床的维修系统要定期的为机床进行检查，维护，润滑等等。当机床发生故障时，要通过维修系统来检查维修，定期为机床保养，延长机床的使用寿命。(23) 对现有设计可以突破创新的地方在哪里？结合上面的访谈内容，新的设计突破可以关注在造型、材料、功能、结构方式、安全性能及环保可行性等多方面。特别是可以针对不同人群，通过颜色、材料、组合方式来制作出不同以往的新型设计。2.1.2用户需求分析(1) 加工精度有待提高，加工误差范围越来越小(2) 进一步改善机床的人际关系，例如：机床的高度，大小。如何上下料，如何维修等等。(3) 应用最先进的科学技术水平，使机床能

37、够加工出来形状复杂，更有用的产品。(4) 改善外观结构，增强抗震性，即便在高速与运转下仍然能保持平稳，减少震动。(5) 改善材料，增强耐磨性，最大化使用新型材料，采用无毒，耐磨，缓冲，吸震的非金属材料，减轻重量。(6) 造型简洁时尚，美观大方，既符合传统又融入未来元素(7) 辅助功能明确，机床的辅助系统作用很大，比如标志，警示灯，操作牌等具有重要的提示作用(8) 安全使用，时时刻刻应该注意机床本身的安全问题和使用操作中的安全问题。(9) 符合人机工学，使用时不会造成疲劳，注重产品在方便、舒适、可靠、价值、安全和效率等方面的评价2.1.3使用群体特征调查分析通过观察城市使用群体（主要操作人员）总

38、结出特征，为数控机床设计提供合理方向。（1）购买理由：用于机械加工提高加工效率精度加工出更复杂的产品（2）使用需求：安全、环保实用，美观造型吸引人节约材料使用方便（3）在整体调查中，国内的数控机床实用性强但不注重造型颜色材质等方面内容，国外的数控机床注重技术和艺术的结合，造型美观大方，如图2-1所示： 图2-1 国内外数控机床2.2 数控机床创新设计指标分析2.2.1安全性与尺寸参数性（1） 安全性 安全性包括数控机床本身的安全性和操作过程中的安全性。机床本身的安全性主要是指机床的安全维护和检测，操作过程中的安全性主要是针对操作人员的，主要要求有：编程员在编程时设定的工件坐标系原点应在工件毛坯

39、以外，至少应在工件外表上。 操作者在调停工件坐标系时，应把基准点设在悉数刀具物理(多少)长度以外，至少应在最长刀具的刀位点上。 操作者在调停刀具长度偏置时，应保证其偏置值为负值20。（2）尺寸参数性数控机床，要根据人体工程学原理进行设计与制作。机床高度要与人体的高度互相配合。此外，还要人的视觉角度相结合，这样才会使用者感觉舒服，有益于他们的操作与加工。设计的数控机床操作面板，最好具有能够按照身高的变化进行调整的功能。这样是够适应更多的人群使用，有一定的变化范围。数控机床设计应符合GB/T 3976-2002数控机床设计手册（见表2-1）。一半卧式高度大概在2.5米左右，长达大概在3米左右。立式

40、机床高度大概在2.8米左右，长度在2.1米左右21。表2-1数控机床尺寸表机床类型长度（mm)高度（mm）最大加工直径（mm）立式21002800400卧式30002703002.2.2数控机床壳体材料性与工艺性 材料主要是有机玻璃，还有一些是不锈钢等等。有机玻璃具有如下的特性： （1）高度透明性。有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92比玻璃的透光度高。称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。普通玻璃只能透过0.6的紫外线，但有机玻璃却能透过7322。 （2）机械强度高。有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔

41、软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲的能力比普通玻璃高718倍。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖23。 （3）重量轻。有机玻璃的密度1.18kg/dm3，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的4324。 （4）易于加工。有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料

42、成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品25。2.2.3造型与色彩数控机床外观的设计应遵循以下的设计原则：以人为本的设计原则。设计安全防护装置时，首先要考虑人的因素，确保操作者的人身安全；安全防护装置必须安全可靠的原则。安全防护装置必须达到相应的安全要求，保证在规定的寿命期内有足够的强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀和抗疲劳性，即保证其本身有足够的安全可靠度。安全防护装置的设计还要充分考虑可能发生的不安全状态。如误操作、意外事件、突发事件等特殊情况。数控机床防护是隔离防护安全装置，因此在设计中要解决人机系统的安全问题，首先考虑的是人的安全。隔离防护安全装置就是专为保护人身

43、安全而设置的27。该装置是安装在数控机床上的防护罩，是用来防止人进入危险区与外露的高速运动或传动的零件或带电导体等接触受伤害，或飞溅出来的切屑、工件、刀具等外来物伤人。数控机床的色彩设计应该与现代的流行趋势审美观点相适合，应该吧一些流行的色彩元素加入到机床的外观设计中来，突破传统的黑白灰三种色彩。能够吸引消费者，符合人们时尚的心理。2.3 产品需求重要性分析员工在使用数控机床时，需求主要集中于安全性、性价比、操作的难易程度、加工的精度等方面。因此在设计时要充分考虑以下这些因素，即情感、人机工程、美学特性、影响、核心技术、精度、可扩展性等各方面。如表2-2：表2-2数控机床的客户需求及其重要性序

44、 号功 能需 求重要性1操作面板灵活非常重要2防护罩安全非常重要3警示灯报警重要4手拉门方便重要5动力系统提供动力重要6维修门维修，保养较重要7主轴系统加工准确非常重要8进给系统精确重要9散热系统及时散热较重要10排屑系统排屑重要11支撑系统支撑较重要12标志系统标志，警示重要13显示屏幕清晰较重要14门把手舒适重要15底座质量轻较重要16紧急按钮醒目，明显重要17观察窗透明，清晰较重要18减震系统减震效果好重要19减噪音系统噪音小重要2.4技术经济分析 通过产品的技术经济分析在产品的多种实现方式中考虑，比较其成本与社会效益方面，产品必须保证低成本，高质量，节能环保，所以在产品设计上要充分考虑

45、产品的实用性，在保证质量的基础上缩减成本，提高其社会效益，通过使用方式的改变，来改变人们的生活，使人们更好的生活。如表2-3表2-3 数控机床设计技术经济分析列表材料和结构可实现性环保性易用性经济性安全性有机玻璃好较好好一般一般不锈钢较好好一般较好好合金钢一般好较好一般好镍镉合金好较好好一般一般塑料较好较好好好较好铸铁一般好较好一般好铸钢一般较好一般好较好轴承好较好好一般一般刀具较好较好好好较好加工轨道一般好好一般较好防护罩较好较好好好较好防护门一般较好一般好较好维修门好较好好一般一般弹簧较好较好好好较好警示灯好较好好一般一般散热片一般较好一般好较好电机一般较好一般好较好支撑架较好较好好好较好齿轮好较好好一般一般轴好较好好一般一般排屑装置好较好好一般一般变速箱较好较好好好较好控制面板一般较好一般好较好续表2-3数控机床设计技术分析列表指标可实现性环保性易用性经济性安全性电子调速器 一般较好一般好较好内调速器一般较好一般好较好机械复合调速