本科生毕设数控机床

密级：内部密级：内部阀门碟版加工数控机床工业设计Valvediscmachiningncmachineindustrialdesign学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：计年摄铺月缎摘熔街要排当今漂世界哑，工伸业发葛达国练家对护机床载工业谦高度帖重视高，竞必相发呆展机祝电一棚体化耳、高叠精、顺高效亲、高笨自动爱化先驱进机矩床，残以加苗速工做业和灾国民涉经济掠的发赴展。毒长期绕以来顽，欧究、美赤、亚缓在国剪际市眼场上抢相互毒展开壳激烈挑竞争筹，已拥形成啄一条负无形闸战线户，特详别是戴随微论电子距、计急算机辫技术金的进源步，厦数控坝机床艘在2耀0世碌纪8指0年之代以猎后加掠速发矿展，弃早已羞成为哭四大巡国际尼机床务展上约各国日机床睁制造亿商竞麦相展况示先掩进技诉术、犁争夺伤用户犯、扩袭大市杂场的执焦点慎.显近年表来，吩我国吓数控贷产业傍发展锯迅速绣，但畜是，上进口比机床恼的发茂展势俩头依秧然强验劲，存从2氧00锦2年顷开始笨，中罗国连取续三语年成烂为世农界机贴床消毁费第公一大硬国、疲机床秋进口转第一扯大国库，2樱00冷4年员中国博机床淋主机滔消费述高达闯94网.6导亿美历元，篇70化%以么上的暖此类鹊设备研和绝心大多饺数的移功能寇部件坐均依烂赖进京口。余由此络可以椒看出子国产就数控伍机床芹特别匪是中良高档恒数控般机床除仍然覆缺乏左市场漏竞争楚力，艰究其圣原因虑主要平在于赚国产柱数控公机床谊的研末究开笔发深喊度不停够、模制造胆水平堡依然恐落后港、服旱务意窗识与掉能力绵欠缺提,系灵统生悼产应肚用推醉广不肃力等付。手针对盒这些腹问题鲁，我袍们一处方面紧要加续强一术些科寺学技排术的艰创新狸和开需发，忙另一坟方面本也要肤多向则国外节学习挖和借验鉴，肝取长摩补短册，这拍样才敬能使庸国内肯的数森控机政床更覆加完产善，棚更加轰全面那的发求展，钩以下谦是一灿些发余展的戏趋势驴和方级向：妈(1阻)愧造型低上面星要符清合现能代人可的审嘉美和盐时尚外的观贫点。酷造型场新颖纽是未独来机乳床设酬计的僵主要受方向垃之一辞，现廊代人览们在问追求案功能僵满足液的前栋提下玉更下资注重袄造型刊设计兴。(他2)泥功港能上仰面要晃全面环满足行数控塔机床跨的使慕用功乱能，炮功能蒜是机收床存更在的改根本转之所叠在，深如果货功能饱不满证足要移求那剥么其承他一卡些将认无从裕谈起惰。(厨3)贴人贤机上慕面要欺做以拘人为说本的等设计馆理念搂，数患控机婶床本袋身也庆是为革人类至而服钳务的着，要乡在机栗床的评操作骗，使亚用，漠维修膨，润德滑等定等一蝴些列羞方面新考虑侦人机云问题算，以炭便更方好地败为人庙服务列。(桌4)扮价脾格上柴面要阴做到贝尽量粉合情具合理明，既患能够陵让人责接受坦，也巷体现申了机提床本拥身的窜使用缘价值惭。(凤5)例排室放上侍面要注做到膀最大短化的昌节能边减排轧，环催保问执题仍枯然是箩人类宅生存市的首明要问倚题，菌不能膨因小烘失大匹，不枪能因踪为追苦求人为类暂鲁时的闯利益舍而破什坏长绕远利察益。钟(6摄)刊安全惑性问坦题：充安全址问题愈是现门代安启全生念产的梢首要课问题寸，每和年机光械伤皱人的研事例短不胜锯枚举植，在构现代晕各个孕行业伐的运蒙作中险人身息安全街永远释是第涛一位促的，插所以娇机床耳的安馋全不节容忽禽视，统要足行够重信视。亭关键响词：粘数控狗机床酱;胸发展酸趋势兔;驴安全恋Ab竭st求ra弄ct争On岗m玉ac包hi盯ne都t孩oo荷l哥in棚du旱st差ry水i爷n灵to犹da烈y'丙s嫁wo挨rl叉d,踏i裁nd巨us豆tr悲ia意l管de羊ve胞lo脑pe屿d探co蓬un润tr搏ie涉s野at洲ta库ch车g馒re党at慌i方mp级or束ta关nc恶e穷to羽,盗th崭e额ra劳ce尊t它o笼th销e葛de搏ve框lo狱pm污en射t启of够e免le旺ct错ro泰me喷ch锈an倒ic说al员i厦nt蛾eg淡ra化ti振on情,脉hi梅gh梦p钉re括ci宗si压on勺,痕hi抓gh泉e厕ff慈ic挨ie产nc肢y,笛h蛙ig呀h铺au遮to仪ma穗te塑d燥ad舌va肺nc岸ed富m割ac遮hi鸡ne考t惕oo件ls萄,埋to枕a令cc蹄el占er泛at薪e院th菊e践de搁ve腐lo造pm颂en袋t理of软i菌nd俭us谈tr朋y希an烈d津na鱼ti戒on诊al悬e插co那no师my剥.狱Fo辈r之a绍lo蚂ng较t便im织e,绪E佩ur伪op桐e,菊A联me赶ri死ca扁,晨an鬼d身co肃mp屑et咬in根g搁ea损ch载o捆th偷er减i貌n塘th命e牵in唱te决rn堪at伴io乳na魂l瞎ma弊rk枣et龄,塌an制d出ha稻s棋fo卫rm挂ed聋a乌n差in灰vi坊si颠bl朝e救fr槐on拼t,茧e贤sp兰ec吨ia女ll蔬y黑al章on虎g舌wi避th炊t院he硬p怠ro痰gr标es知s省of玻m子ic艺ro石el湾ec多tr歇on英ic肝s,挤c测om需pu足te逼r沫te淋ch蚁no束lo招gy抗,愤nu垦me篮ri锄ca仙l删co歇nt稳ro摇l河ma课ch叙in雪e骡to递ol魂i迅n港th杰e捆19还80厨s肾a银ft伏er园t秀he亩a蚁cc畜el德er给at稼ed扔d怪ev四el碗op投me群nt负,渗ha加s动be射co延me萄t似he盾b未ig辞f朋ou挺r遇in没te沈rn别at高io属na厅l壤ma拼ch射in气e默to尤ol就s收ho碑w按in移m庸ac框hi饭ne匠t献oo前l升ma繁nu柔fa州ct旱ur匙er滔s度fr倡om警a胁ll伐o辣ve楚r喉th恩e喉wo决rl纯d氧co唐mp优et乘e袋to跟s河ho弄w膛th券e巾fo珍cu汗s挥of壳t边he型a挥dv阔an冰ce谜d村te球ch页no唐lo袄gy轧,角fo浮r堵th达e配us圈er拍,纳ex惧pa先nd降in小g义th衬e柿ma有rk阵et谋.动Ha孙s怜be商en灵d细ev板el唱op堵in泡g值ra愚pi拾dl粉y质in苍r钥ec缝en粒t旁ye买ar慨s,创o榴ur渣c粪ou赚nt织ry成n弱um楼er乏ic疼al疑c映on苦tr兽ol康i追nd喂us庙tr殊y,贸h左ow常ev轧er薪,讽im受po添rt贼m稍ac酱hi易ne广o顾f迷mo伟me是nt喂um杏r减em陆ai讽ns咽s拐tr聪on宗g,慨s续ta燕rt丛in偶g桨in干2攻00驼2,救C右hi妙na狼's乓f血ir政st感p奋ow牧er速f妻or环t白hr铲ee善c护on帮se剂cu鹅ti趣ve揭y欺ea舍rs唤t叔o诵be关co是me伟t伶he撒w咐or缠ld倾m雾ac局hi云ne谅t权oo召l邪co呜ns句um取pt叉io字n,纲m迁ac素hi照ne粮t趟oo换l卖im现po谱rt贿s浪th装e启fi姻rs与t毙bi砍g歌co图un律tr郑y,碌C店hi外na苗m厕ac肺hi沉ne叫h做os蹈t但co庄ns裤um着pt胃io惯n欲as榆m欲uc性h叉as商$梳9.托46干b哄il侮li姓on析i筒n抹20库04垂,网mo新re仅t爱ha倍n剩70改%逮of枝a球ll际s董uc痛h趋eq为ui驻pm敲en床t更an羞d睛th娃e绵mo挂st彩f醉ea丢tu探re介s详ar剂e忧de手pe万nd牺en掌t墙on掀i大mp处or委ts灿.捆To俘s页ee絮d瞒om爱es江ti显c屠CN技C钳ma规ch例in绵e职to震ol纹s,般e静sp屑ec仆ia缝ll次y毒in途h植ig店h-旱gr嫌ad基e看nu遍me稼ri园ca规l草co狗nt牛ro耻l玉ma咐ch叨in抬e恐to脸ol朗i厦s万st中il堡l版la重ck赛o范f炮ma愈rk橡et迷c签om洞pe萌ti神ti结ve另ne雁ss林,糕in件ve提st盘ig揪at教e扛it骗s丈re盐as景on压m僻ai狱nl青y另li厨es殃i斯n库th冰e翠de浅pt叫h名of仿t得he戚r摘es凯ea烫rc共h蛇an菌d色de兰ve白lo番pm判en因t搂of幼d饭om竭es器ti共c勒CN钻C杠ma啊ch墙in赤e拒to顺ol支s乒is位n蓄ot扁e忆no渣ug痰h,遵p应ro剑du搁ct估io涂n动le神ve勒l副is堆s螺ti散ll欢b务ac谁kw撒ar偷d,抢l娇ac原k锡of旅s仿er滤vi毅ce奋c补on烧sc棒io疫us毅ne夺ss昼a拖nd凭a恩bi弊li粥ty叠,仿la脾ck罚o姨f径sy奶st面em侍a荒pp截li站ca击ti天on潮p拴ro沈du浮ct讯p营ro汉mo骆ti忘on和,躬Ke姻yw稼or韵ds赚:扣Nu偷me嘴ri侵ca乐l洒co秒nt乐ro姐l蹦ma南ch参in款e骨to童ol醋s饶;吨De轿ve以lo寄pm鱼en陵t溪tr惑en时d此;含Se槽cu罢ri遮ty撑i粥ss偿ue号s际目质降录巾摘胆尊要脑I矩Ab晨st佳ra桐ct押II震第1顿章宋绪里论滥1判1.团1氧我国欺数控携机床冲的发赛展现选状定1腰1.菜2皱国似外机童床的邻发展醉状况管1鞠1.撑3晒SE存T因羊素分带析送2叛1.始4猫未来蚊数控峰机床就的发考展趋狠势议2菠1.蚊5盐本课拼题设秩计的临可行虾性劈5术1.纪5.谜1风市场为发展获前景神分析峡5堡1.街5.泼2寒相关做技术个分析跑5淹1.养6孙本机捷床设宣计的棋目的浴，意矿义，功主要影思想扁8拴第2旧章伙方案控设计蒜9图2.文1烦市场看调查缎分析暴9套2.锁1.敢1用模户深屠度访巴谈疑9悟2.锹1.宴2用岂户需召求分逗析广11努2.烂1.念3使概用群骡体特嘉征调撞查分苍析爬12创2.颗2翼数控绵机床班创新停设计嫌指标迹分析煤12康2.五2.旋1安样全性亿与尺艺寸参齐数性斑12脚2.未2.询2数歼控机五床壳晚体材胳料性旗与工并艺性仗13闹2.燃2.兴3造眯型与恭色彩溪14虑2.吩3不产品叼需求缎重要废性分蓝析惯14和2.留4技淘术经塑济分辨析论15她2.斯5产远品功筹能分违析凉17局2.谁5.秒1军功能难分类顾17收2.换5.残2雨功能代实现内方式皇18挂第3杰章瘦产品书文化烟和使冲用环或境状脸况分私析徒19梦3.逼1产种品的朴文化脚19锄3.辜1.性1数段控机营床的菜发展叫19缓3.盆1.扯2送数控椒机床决的发福展趋课势东21雹3.摔2产加品的亿使用说环境拖分析饶21砍3.励3产秃品的希使用铜情况绒分析蛇24慰3.烘3.净1使横用类锄似产饺品的多动作岭24碍3.瓣3.经2使办用类决似产堡品习房惯仰25晋3.葛3.撕3使锋用类找似产逗品的道注意偷事项洲26昼3.急4使雪用产歉品的擦典型番故事朵27偶第4邻章小产品室系统买设计慌29贯4.塌1方豪案实许施的协步骤休与产窃品功她能的议确定伴29孟4.误2草色图设萍计银30葡4.报2.章1草芦图设架计方吧案烛30酱4.搞2.码2草余图设慎计方歪案综少合评案价挽33烟4.谅2.股3最得终设枯计方堡案确桌定赢34胀4.拢3结烧构系核统筛34藏第5飘章兴三扬维建摩模及姜模型县制作免36勉5.浓1电浇脑三炭维建秋模及浊渲染散36室5.嚼1.逗1锹犀牛芬建模检36回5.宝1.殿2真HY佣PE堂RS仪HO昂T渲乐染盒37熄5.熄2产暂品结狗构总守体设威计挽38末5.拒3.叠1总塞装配竹图贞38宴5.核3.瞒2本伐机床骗的人字机分薯析拘38隶5.暗3.舟3产吊品可诱维护强性设拐计以39斧第6呢章目结和论箩40偶参虫考卖文元献榨41驼致椅宋谢婚42中附屯狡录饿I斥43樱附隶波录怨II扛44至展板将设计卸1善44双附揭部录谦Ⅴ码44痛第1派章芳绪偶论迅1.挎1睁我国隔数控撞机床泄的发排展现魂状馋我国末数控塔技术捉的发辱展起童步于末二十扫世纪逼五十针年代邻，通乒过招“覆六五娱”悲期间字引进执数控异技术赛，插“桃七五贪”猫期间泛组织孩消化辜吸收逃“废科技命攻关滨”戏，我那国数岸控技彼术和队数控惹产业举取得籍了相病当大推的成巨绩芳[1邻]北。特污别是祝最近飘几年箭，我求国数窄控产笛业发壮展迅食速，吹19巡98圾～2窃00奴4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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、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2～3g，快速移动速度提高到150～240m/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，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：①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②编程员和操作者在书写程序时，对小数点要倍加小心。③操作者在调整工件坐标系时，应把基准点设在所有刀具物理（几何）长度以外，至少应在最长刀具的刀位点上。④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、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①谨守操作准则②注意安全③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，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）总结出特征，为数控机床设计提供合理方向。（1）购买理由：①用于机械加工②提高加工效率精度③加工出更复杂的产品（2）使用需求：①安全、环保②实用，美观③造型吸引人④节约材料⑤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/T3976-2002《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3000270300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73％[22]。（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7～18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43％[24]。（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：①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；②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一般较好一般好较好外调速器好较好好一般一般LED较好较好好好较好荧光好较好好一般一般白炽灯一般较好一般好较好LED显示器一般较好一般好较好警报播放器一般较好一般好较好因特网0.510.501迷你色彩好较好好一般一般橡胶较好较好好好较好弹簧好较好好一般一般减震装置一般较好一般好较好减噪音装置好较好好一般一般油漆一般较好一般好较好通过对实现方式的易用性、实用性、成本、质量、喜好程度、社会效益等技术经济指标的分析，进行方案比较法。可以得出几项都是得分比较高的方案，为优先选择的方案[28]。2.5产品功能分析2.5.1功能分类(1)按照功能重要性分为主要功能和次要功能主要功能：加工零件，切削零件次要功能：学习，参考。(2)按照功能性质分为物质功能和精神功能物质功能：加工功能，切削功能，变速功能，零件检测功能精神功能：人性化设计，文化代表，潮流趋势，情感怀旧(3)按用户的要求分类可分为必要功能和不必要功能必要功能：机械加工功能，切削功能不必要功能：记忆功能，学习换挡。(4)对新型数控机床进行“5W2H”提问：1)WHAT数控机床创新设计创新之处是从四个方面进行创新，分别是材料方面、颜色方面、造型方面、人机方面。2)WHY创新的原因：新技术与新材料的出现，新形式、新色彩、新结构、新功能、新思维、新产品不断吸引人们，我们的设计文化形态一个新型、多元、富有时代特色的设计文化形态。3)WHERE数控机床的使用场合，一般是在工厂，学校，研究所等和从事机械相关的场所4)WHEN数控机床基本不受时间环境的限制。5)WHO数控机床的使用人群主要是工厂的工作人员，工程师，和是实习学生。6)HOWMUCH功能有色彩搭配和谐，新型齿轮传动代替传统链轮传动，减震设计，自动加工，精度测量，减少噪音等功能。7)HOW实现这些功能的途径：通过功能技术分析，寻找国内外最新专利技术，权衡利弊，探寻最佳途径。2.5.2功能实现方式回参考点方式：实现手动返回参考点，建立机床坐标系。手动方式：实现坐标轴的连续和快速进给。自动方式：数控机床完成零件加工的主要工作方式。编辑方式：实现程序的管理和编辑。手动数据输入方式：完成数据的输入操作方式，按循环启动键可立即执行的输入的指令。手轮方式：利用手摇脉冲发生器可以实现各轴的微量进给[29]。第3章产品文化和使用环境状况分析3.1产品的文化数控机床的发展20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm（±0.0015in），达到了当时的最高水平[30]。现在自行车迅猛发展，出现了很多种类：如图3-1到图3-8图3-1早期机床图3-2现代机床图3-3数控车床图3-4数控钳床图3-5数控刨床图3-6数控铣床图3-7数控磨床图3-8数控钻床3.1.2数控机床的发展趋势（1）性能发展方向。高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。（2）柔性化。包含两方面:数控系统本身的柔性数控系统采用模块化设计功能覆盖面大可裁剪性强，便于满足不同用户的需求;群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。③工艺复合性和多轴化。以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工,正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴,西门子880系统控制轴数可达24轴。④实时智能化。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何调度任务,以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天,实时系统和人工智能相互结合,人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展,而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展,由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展:自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能,在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使数控系统的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的目的。3.2产品的使用环境分析数控机床综合了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术、机床技术以及液压气压等技术，是典型的机电一体化的现代化设备。现代机械加工企业的生产过程，是以向社会提供产品为企业创造经济效益，而高职院校是以实训教学、技能培训等为主，由于各自的任务不同，在使用上存在着很大的差别与不同。就企业而言，如何用好、维护好这些设备使其发挥更大的作用呢？我认为应从以下几方面着手：（1）选派专业技术水平高、责任心强的老员工作为新来员工的实训，也可考虑聘请企业的专业技术人员。这点尤为重要。（2）应针对企业生产的特点，建立健全具有针对性的各项规章制度，制定出适合生产流程的操作使用规则和操作要求，从制度上严把使用关。要加强陪训新员工期间的巡回指导与督察。据调查，在培训中发生的各类事故，有很大一部分是新员工操作不当引起的。所以，指导老员工除了精心准备、细心讲解操作要领外，还应对个别新员工进行单独辅导。在巡视现场过程中，发现操作不规范的情况应及时制止与纠正，以确保培训工作的正常进行。数控机床的日常维护与保养为了更加充分地发挥数控机床的作用，避免因事故发生而延误生产进度，必须做好日常的维护与保养工作。配备专业技术人员负责日常维护与保养配备的专业技术人员，应具备机械、电子、机床用电、液压、气压、机床维修与维护、数据编程等专业知识，熟悉机械加工工艺，具备丰富的机械设备操作、机械维修、各类故障的排除与保养等经验，熟悉机床安全电技术（强电、弱电），掌握液压、气压等专业知识与技术，要具备电子计算机编程、自动控制、驱动与测量等技术。这样才能全面地了解、使用和掌控数控机床，以及对数控机床进行日常维护与保养，确保设备正常运转，使实训教学顺利进行。数控系统的日常维护与保养数控机床的维护是个综合性的内容，它是以数控系统为核心，辅以机械、电器、液压、气压等专业内容。因此，日常维护要对数控系统进行重点维护与保养。当数控系统经过长时间的应用后性能降低，电子元器件老化甚至于损坏，有些机械部件更是磨损较大，为使数控机床发挥更大效益，防止各类故障的发生，特别是重大恶性事故的发生，就应做好日常数控系统维护与保养。（1）做好数控机床的系统维护和保养。可根据实际情况参照各类数控设备使用说明书等，因地制宜地制定日常维护与保养制度。日常维护与保养可分为每天检查（常规检查）、每月检查（有针对性地检查）、每季度检查（重点检查）、半年检查（专项检查）、年总检查（全面检查）等定期检查。（2）对一些运动频繁的元器件、部件、机械传动部分、驱动部分都应该列为定期检查的对象。例如，要经常检查定位精度有无误差；经常检查数控系统是否运转正常，随时排除可能影响其正常运转的各种因素；存储器供电电池如需更换，则应在数控系统通电的状态下更换电池，以确保存储的参数不丢失。（3）对于机床润滑、加工用冷却液、传动丝杠（轴）、导轨、机械精度、液压、气压等部件要充分保养维护。例如，定期补充润滑油；及时更换冷却液；时常校正传动间隙以避免运行导轨有大的划痕磕碰，必要时可对导轨进行人工刮研校正。经常检查液压、气压工作部分是否正常，管道有无老化、漏油、漏气现象，如发现问题及时解决。（4）防止污染物进入数控系统装置内。由于在加工车间的空气中一般都会散发着油雾、灰尘、金属切削粉末，一旦落在数控系统的电路板或电子器件上，将会引起元器件绝缘下降，甚至导致短路损坏控制系统，因此，严禁打开数控柜门进行散热。对数控系统的键盘要定期维护与保养，避免被污染。（5）对于一些不经常用的数控机床会被封存，而数控机床是不宜长时间封存的，那将使电子元器件受潮，技术性能会下降或损坏。所以，在此期间，应派专人对封存的数控机床进行保养，确保每周要有1~2次的通电保养，且每次通电要空机运行1小时以上，以防数控系统的元器件受潮发生氧化，同时还能及时发现有无蓄电池报警信号，若有及时更换新电池，以避免软件系统数据丢失，影响生产运行工作。数控机床是集传统机械加工技术、现代电子、液压、气压等技术于一体的高精端设备，为了充分利用数控机床的高技术成果，必须对数控机床进行正确的操作和精心的养护，以保证设备的正常使用和运行。图3-9机床的日常保养与维护3.3产品的使用情况分析3.3.1使用类似产品的动作如图3-10、3-11、3-12、3-13所示，员工正在使用数控机床进行加工零件。图3-9员工正在操作机床图3-10多人参观数控机床图3-11工作中的机床图3-12员工正在检测3.3.2使用类似产品习惯图3-13机床的日常检测图3-14机床的润滑图3-15机床的故障维修图3-16工作台的检测图3-17机床使用习惯图3-18机床的使用习惯3.3.3使用类似产品的注意事项操作人员不仅要有资格证,在上岗操作前还需接受对该机床进行专题的操作培训,操作人员要学习该机床的使用说明书,熟悉机床结构、性能、特点,弄清和掌握操作面板的功能和作用,严禁盲目操作和误操作。操作人员要做好每天的日保养工作。在加工中要密切注意机床的状态。注意数控机床的电源电压是否稳定；所需压缩空气的压力是否正常，是否清洁；各部位的润滑装置是否良好，是否清洁等。在加工工件前应首先要查看“交班记录本”和“故障记录本”，要了解清楚该工件目前的情况（已加工完成到哪一步骤以及所使用的程序段，刀具，刀补等情况）和该机床目前的情况（正常，不正常[报警及故障]）。不要不清楚情况去操作，会造成机床损坏和工件的质量事故。在加工工件前须先对各座标进行检测，复查程序，刀具及刀补。在加工程序模拟试验正常后，再进行工件的加工。操作人员在机床回到“机床参考点”、“工件零点”操作前，必须确定各座标轴的运动方向无障碍物，方可操作，以免碰撞。这类事故不注意就会发生。操作人员不应随意调正数控机床上的各种油压表、气压表、润滑压力表等的参数以及打开电箱私自动作电气装置。应叫维修人员来处理机床故障，各负其责。数控机床的各类参数和基本设定程序（比如：附件更换程序等）的安全储存直接影响正常工作和性能发挥，操作人员不得随意修改。如操作不当造成故障或事故时，应首先保持机床原状,同时及时向维修人员说明情况以便寻找故障线索，进行处理。对于新加工的工件,采用新程序,特别是大型数控机床加工重大型工件，价格昂贵。工艺人员应积极配合，与操作人员一起完成好加工任务。对于成熟的加工程序，操作人员不应随意修改程序。如果真需要修改程序，应提请工艺人员修改，再验证程序的正确性。对于小的机床的一般加工程序的修改，至少需要一人修改，另一人复核，以免出错。(9)当机床发生报警及故障时，应首先看报警表，了解报警及故障的原因和提示的处理办法。一般说来由于操作或程序方面引起的报警可以通过“确认”或“复位”等方式来消除，再通过正确的操作步骤和程序来继续。其它有关数控、机电等引起的报警及故障(包括无报警的故障)应立即叫维修人员到场，并配合维修人员一起解决报警及故障，使机床处于正常状态。3.4使用产品的典型故事(1)东芝事件上世纪60年代末，苏联情报机关在美国海军机要部门建立的间谍网不断获得美国核潜艇跟踪苏联潜艇的情报。苏联潜艇的噪音很大，美国海军在200海里以外就能侦测到，苏军如果不能及早消除潜艇音，不管建造多少潜艇，打起仗来，它们都逃脱不了“折戟沉沙”的命运。要消除潜艇噪音，必须制造出先进的螺旋桨，而这必须要有计算机控制的高精度机床才行。高性能的机床是“巴黎统筹委员会”（由北约国家和日本等5国组成）（北约：北大西洋公约组织，是美国与西欧、北美主要发达国家为实现防卫协作而建立的个国际军事集团组织。）严格限制的产品，该委员会明文规定，具有三轴以上的数控机床属战略物资，禁止向苏联、东欧等共产主义国家出口。为了改变本国潜艇面临的危险局面，苏共中央政治局指示，要不惜一切代价从西方国家获取精密加工方面的高新技术。克格勃与日本、挪威公司秘密谋划1979年底，苏联克格勃经过精心策划与日本伊藤忠商社、东芝公司和挪威康士堡公司接上了头。在巨大的商业利益的诱惑下，东芝公司和康士堡公司同意向苏联提供四台MBP—11OS型九轴数控大型船用螺旋桨铣床，此项合同成交额达37亿日元。东芝公司的报价是每部母机l0亿日元(按当时汇率，约为500万美元)，苏方他们要一次购买4部母机，并超量购买配件。这种高约10米、宽22米、重250吨的铣床，可以精确地加工出巨大的螺旋桨，使潜艇推进器发出的噪音大大降低，这场交易中真正得利的还是苏联，他们得到的产品是不能以价格来衡量的。因为这些技术的应用在海军舰艇方面使北约和美国一下子失去了原有的优势，而这些设备和技术生产出来的军舰和潜艇，后来也有相当部分加入了直接面对日本的苏联红旗太平洋舰队。根据合同，东芝公司必须负责4部母机的安装、调试，直到正常运转。同时，还要训练苏方的技术人员，直到他们能完全操作为止。苏方扣下l0％的价款，直到东芝完成合同所规定的条款后才给付这笔尾款。但苏联军方后来临时改变主意，只要求东芝公司安装两台机械，剩下的两部坚持由他们自己的技术人员来处理。在安装第一部机器的时候，日本的技术人员很快发现，参加安装工作的苏联技术人员，常常一大早就疲态百出，这令他们觉得非常蹊跷。几天后，体格强壮的苏联工人眼眶发黑，整个人几乎都要累垮了。后来，日本的技术人员才知道，这些苏联技术人员，白天帮日本人装机器，晚上还要挑灯夜战，凭白天学到的方法去装配另一部机器。苏联军方如获至宝这四台精密机床顺利到达苏联并很快发挥作用。到1985年，苏联制造出的新型潜艇噪音仅相当于原来潜艇的10％，使美国海军只能在20海里以内才能侦测出来。技术突飞猛进终于招致怀疑。从上世纪80年代中期开始，北约各国的海军纷纷报告，苏联潜艇和军舰螺旋桨的噪声明显下降，跟踪难度加大，这使得美国开始怀疑，苏联是否获得了什么先进的技术，但是却苦于没有什么证据。一直到1985年，东芝公司负责该项目的熊古独因被公司解雇，他向“巴统”总部报告了这一事件，西方国家才展开对此事调查。1986年，西方国家正式确认东芝公司违反了“巴统”限制，秘密向苏联出口限制级设备的事实经过。经过进一步调查，1987年初，美国人掌握了苏联从日本获取精密机床的真凭实据。在美国的压力下，日本警视厅对东芝公司进行突击检查，查获了全部有关秘密资料，并逮捕了涉案人员。在以后的几个月里，美国朝野群情激愤，再三谴责日本，并对东芝公司进行了制裁。当时的日本首相中曾根康弘不得不向美国表示道歉，日本方面还花1亿日元在美国的50多家报纸上整版刊登“悔罪广告”。这次事件的后果非常严重。在日本东芝公司的帮助下，苏联海军舰艇开始具有了逃避美国海军“火眼金睛”的能力。甚至1986年10月，一艘美国核潜艇因为没有侦测到它正在追踪的苏联潜艇的噪音而与苏联潜艇相撞。美国海军第一次丧失对苏联海军舰艇的水声探测优势，直到今天，美国海军仍没有绝对把握去发现新型的俄罗斯潜艇。北约和美国在这件事情上结结实实地栽了一个大跟头，此后进一步加强了对敏感设备和技术出口的监督和管制。第4章产品系统设计4.1方案实施的步骤与产品功能的确定（1）明确产品实现步骤第一步：选择可实现目标。从机床的外观、材质、颜色和功能的方面进行创新设计。改变传统的数控机床的缺点，是机床具有现代化的风格和特色，符合现代审美观点。第二步：选择可实现技术。在充分保证机床的加工功能之外，对一些铸造，冲压，快速成型等技术要了解，避免在实际生产过程当中无法加工的现象，浪费资源。第三步：选择可实现材料。选择材料有以下要求：①材料是无毒的，安全的②价格尽量合理，经济③具有一定的耐磨，减磨性，无污染④来源相对广泛，方便购买第四步：选择可实现造型。造型设计是数控机床设计的主要的一步，好的造型可以吸引消费者，也能够让使用者产生愉悦感，符合现代审美观点。（2）产品功能的确定①造型大方美观②新型材料应用③色彩搭配和谐④满足多数人的人机关系需求⑤加工出高精度的产品⑥智能输入程序⑦减震装置设计⑧减噪音装置设计⑨散热及时⑩运转安全、平稳4.2草图设计4.2.1草图设计方案方案一：（如图4-1）该方案根据机床的人机色彩心理学进行设计的，考虑到传统机床草色单一，所以本次设计为机床添加了绿色，绿色代表环保，告诉人们在工业生产的同事不要忘记环境保护。图4-1绿色外壳数控机床设计方案二：（如图4-2）数控机床在加工时，由于某种需要要对机床内部进行操作，这样传统的双门结构就很难实现，现在设计一款四门机床，能解决这一问题，据有许多优点。图4-2多门数控机床设计方案三（如图4-3）它的最大特点是中间的防护门，他用来加工一些切削量比较大，飞溅杂质比较多的加工操作。图4-3防护式数控机床设计方案四：（如图4-4）这个数控机床适用于加工过程中发热量比较大的情况，后面的部分是它的独立的散热箱，能够有效及时的将产生的热量排除去，这样能保护电机，提高机床的效率。图4-4散热式机床设计方案五：（如图4-5）它的优点就是警报性能比较好，重心稳定，适用于一些加工过程中产生振动噪声的加工工序，此外，它具有很好的警报功能，当加工过程中发生任何异常状况，他都能自动发出警报，自动停车。图4-5自动警报式数控机床设计方案六：（如图4-6）这个方案的优点在于它的数控面板是能够移动的，它能根据人的需要在一定角度范围内调节角度，方面人的使用，例外，色彩搭配也是他的优点之一，突破传统机床“黑白灰”三种颜色的局限。图4-6多操控式数控机床设计方案七：（如图4-7）它的特点就是无防护罩，因此少了一个空间的局限，所以能加工出来形状更复杂的零件，当然他的缺点也很明显，就是加工速度慢，切削量相对较少，这样才能安全的加工。图4-7多面零件加工数控机床设计草图设计方案综合评价数控机床造型设计要保证零件的加工工艺要求，并具有一定的艺术美感。本课题设计机床的外壳壳体设计，所以内部结构不做细致考虑。4.2.3最终设计方案确定经过多次考虑与思量，最终确定方案一为初步设计实施方案。但是在造型上面略有修改，他考虑的机床的色彩，材质，和造型方面的问题。方案设计理念的确立非常的严谨，是通过市场分析调查而确定的，设计实现后，将会具有重大的实际价值和社会价值。它基本上拥有了合适的创新功能，满足现代工业的基本需要，是现在市场上没有的设计，而且也是可以生产的改良设计，值得去把它实践设计出来。4.3结构系统控制系统(1)数据输入装置：将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以CNC键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及存储卡、个人计算机等等。(2)数控系统：是数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算