现代机床造型设计的外形特征分析

第 22卷第 4期 V01．22 No．4 湖 北 工 业 大 学 学 报 Journal of Hubei University of Technology 2007毕 08月 Aug．2007 [文章编号]1003—4684(2007)04—0073—03 现代机床造型设计的外形特征分析 刘小鹏 ，，郑新建 ，张文桥 (1湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉430068；2武汉重型机床集团有限公司，湖北 武汉430071) [摘 要]基于机床造型设计的任务，综述了机床产品的形体造型，分析了机床防护装置和电、气 、液管路设置 的造 型设计． [关键词]机床；造型设计；形体特征 [中图分类号]TH122 [文献标识码]A 现代机床的设计不仅包括技术性能及使用功能 的设计，而且还包括艺术造型和美学功能的设计．工 业产品的艺术造型设计本身就是产品设计与制造过 程中的一个重要组成部分．机床造型设计的任务就 是要把产品的外形状和色彩表达出来，因此造型 设计必须对产品的功能、形体、色彩、质感等进行技 术处理和艺术创造口]． 1 机床产品的形体造型 各类金属切削机床的主要部件可分为基础部 件、运动部件、功能部件和辅助部件．属于基础部件 的有床身、立柱、龙门框架和工作台底座等；运动部 件则有刀架、滑板和主轴箱等；功能部件是指各种铣 头、镗头、机械手和各种附件；辅助部件包括各种液 压站、防护罩、冷却装置、走台、梯子等． 形体造型的任务就是要将这些部件的外形进行 技术和艺术处理，使之满足艺术造型的“尺寸与比 例”、“均衡与稳定”、“统一与变化”三大原则的要求． 其中最重要的是“统一与变化”原则，最难做到的就 是产品造型的整体和谐与统一． 迄今为止，几乎所有的机床产品都采用曲线造 型或梯形造型，因为这两种造型都给人以强烈的动 态感．特别是曲线造型，按其曲率的大小可以给人以 不同程度的动感，具有轻松、柔和、优雅和流动的视 觉感受．金属切削机床的基本功能是整体固定而局 部部件必须作一定形式的运动．就机床的运动部件 而言，其运动形式有旋转运动和直线运动两种，这就 决定了组成机床的零件外形基本上是旋转体和多面 体．机床基础件多为方形造型，长期以来几乎没有什 么改变，这是由基础件的功能所决定的．如果机床造 型的整体格调采用曲线造型就很难做到整体的统一 与和谐． 但是，曲线造型会增加机床的制造和检验的难 度，也会降低用户对机床的安全感和稳定感．故自 2O世纪 7O年代开始，机床产品几乎都采用方型造 型和小圆角过渡连接，直至现在依然维持这种方式． 当然，也有些机床采用梯型造型． 方、直的造型有着强烈的立体视觉，给人以庄重 严肃、坚固沉重，挺拔、稳定、安全的感觉．而机床用 户本身就是需要这种气质的．从人机关系的角度来 看，这也属于整体和谐与统一的范畴． 重型机床的这种造型趋势则更为明显，究其原 因主要有以下 3点． 1)重型机床属于单件小批生产，因此许多大型 机床的外表零部件都设计为焊接件，采用方型和小 圆角的设计造型不仅能达到前述美学效果，而且便 于制造．即使设计为铸造件，也能使同类型机床大件 的外模和芯盒可以通用． 2)为满足多品种小批量的市场需求，重型机床 已普遍使用了模块化设计．采用方型及小圆角的设 计造型，能使模块之间相互通用，便于机床总体布局 的组合与协调．对于电柜等形体相同的部件也便于 采用连续组合的形体组合方式，具有较强的节奏韵 律感．总之，采用方型造型设计，机床总体组合能获 得比较理想的形体效果． [收稿日期]2007—03-20 [作者简介]刘小J~H@(1956一)，男，湖北仙桃人，湖北工业大学副教授，工学硕士，研究方向：机械系统设计与模具设计． 维普资讯 http://www.cqvip.com 74 湖 北 工 业 大 学 学 报 2007年第 4期 3)在重型机床的系列型谱设计中，经过大量的 统计分析和理论分析，不仅制订了系列型谱中各种 规格机床之间的尺寸关系标准，而且规定了同规格 机床各个部件主要尺寸参数的关系．这种严格的数 值制约关系，能够取得比例协调的艺术效果．因此， 系列型谱的设计本身也包含有造型设计，而采用方 型造型则给“型谱”设计带来极大的方便． 2 功能部件和辅助装置的造型设计 功能部件是为了进一步扩大主机的功能特性而 设计的具有某种或多种功能的特殊部件，其功能 的 针对性很强 ，设计这些部件的造型时首先要考虑形 式和功能的统一，同时也要考虑格调与主机的统一． 辅助装置在机床上用得很多，如保护罩、电子电 气装置、冷却润滑装置、液压管路装置、安全防护装 置，排屑装置等等．这些装置在机床中占有很大的外 表面积．其造型设计的优劣直接影响整个产品的艺 术造型． 以防护装置和电、气、液管路的设置及造型为 例，分析如下． 2．1 防护装置 机床的防护装置主要是用来保护机床的导轨或 精密元件不受尘埃、切屑的损伤和保护操作者的安 全．属于前者的有各种导轨的防护板或防护罩、滚动 丝杠的护罩等．属于后者的有运动部位的外罩、走 台、梯子等．关于安全防护装置的技术要求，各国的 技术标准都有详尽的规定．而这些装置的造型设计 则留待设计者解决． 设计导轨和精密元器件的防护装置时，首先考 虑的是对尘埃及其他有害介质的隔离和利于运动部 件的功能发挥．其形式根据防护部位的结构来确定， 所用材料及颜色对机床整体色彩配置和效果的影响 很大．因此，必须特别谨慎处理．导轨 防护罩 的形式 很多，目前在机床上，特别在重型机床上采用最多的 是层叠伸缩式防护罩．这种 防护罩最早是采用一般 冷轧钢板制作．金属本色本来很美，但时间一长就会 锈蚀．采用涂漆则用不了多久 ，刮下来的漆膜会污染 机床导轨和液压油液．目前多采用不锈钢板制作，表 面可以抛光或加工成具有一定规律的花纹 ，造型则 采用“Ⅱ”形或“介”形．前者大方，后者便于排屑 和液体介质排流且具有很好的刚性．由于每层防护 板之间设有柔性橡胶刮舌，所以这种护罩具有良好 的防水、防屑、防尘性能．因其外表面具有高雅的银 灰色金属色彩，广泛应用于各种类型的机床． 安全防护装置的主要功能是对机床操作者的人 身安全起防护作用．安全防护装置在重型机床上尤 为重要，因为重型机床尺寸巨大，操作者工作时近乎 于“高空作业”．就中小型机床的高速旋转部件而言， 为防止铁屑及冷却润滑液飞溅伤害人员和污染环 境，常采用全封闭式防护装置．这种防护装置的造型 设计要求不高，选型和处理的自由度较大，容易发挥 设计人员的艺术创造力． 大型机床则很难采用全封闭式，常采用半封闭 式防护装置．这种防护装置仅把加工部位局部封闭 起来，只占据机床主体上的部分空间，其造型形式由 机床主体的造型风格和要求来决定．例如某机床集 团生产的CK51、CH51系列的单柱立式车床工作台 的防护置就是半封闭式结构．由于主机采用方型造 型，因而防护罩的造型不采用旋转体而采用多边体 以求与主机协调、统一． 重型机床尺寸太大，无法对切削部位进行防护． 为便于操作者观测，机床上设计有很方便的走台、梯 子或升降电梯．这些部件的造型设计也必须与主机 格调统一．主机格调是方型 ，这些部件的外形也为方 型，有的机床采用的型材也是方型截面．整个机床的 造型看起来典雅大方、华贵，给人以艺术享受． 2．2 电、气、液管路的设置与造型 现代机床产品的电、气、液管路一般都力图设置 在机床的内部．如果不得不设置在机床的外部，则尽 可能隐藏起来以求外观的简洁、整齐和大方．当然也 有设置在外部的范例，若外观排列和位置处理得当， 不但不会影响外观，反而能增强外观的联想效果，使 人感到制造者手艺高超，令人叹为观止． 电、液、气管道的设置原则．对静止部件的设置 主要采用 3种方式 ：1)采用内部走线．2)外表走线有 防护罩．3)不遮挡规整漂亮的外表走线(主要是油、 气管道)．对运动部件的电、气、液管路连接则常用表 链式 u形导管套和链条式拖链．这样使部件既可相 对移动，管线 的排列又美 观大方．特别是链条式拖 链，因其刚性好，支承力大，容纳的管线多，故广泛应 用于大型、精密和复杂的机电一体化数控机床．拖链 的造型及结构的发展也相当迅速．某公司设计的一 种 wTL系列拖链，就是采用模块化结构造型设计 的，美观适用、可靠性高、经济性好． [ 参 考 文 献 ] [1] 金戈波，金绵芳．现代机床造型形态设计[J]．上海机 床 ，1992(4)：9—12． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第22卷第4期 刘小鹏等 现代机床造型设计 的外形特征分析 75 Analysis of Outline Features of M orphology Design fOr M odern M achine Tools LIU Xiao—peng ．ZHENG Xin-jian ，ZHANG Wen-qiao (1 Sc 001 0f Mechanical Engin．，Hubei Univ．of Technology，Wuhan 430068，China； 2 以 HP以 Duty Machine Tool Group CO．，Ltd．Wuhan 430071，China) Abstract：According to the requirement of morphology design for modem machine tools，the different forms of machine tool produets are reviewed． In addition，guard equipments of machine tool and the mot— phology design of insta11ation and setup for the pipelines for eleetricity，gases and fluid are also analyzed in this paper． Keywords：machine tool；morphology design；form feature [责任编辑：张岩芳] (上接第 53页) Design of Hexapod Robot TONG Hui，ZHANG Zheng—yan，LI W en-feng (College of Logistics Engin．，Wuhan Univ．of Technology，Wuhan 430063’China) Abstract：In this paper，the author explores the gait selection problem for a hexapod robot for analyzing its stabmty and its kinematics performance．W ith the crank block to discretize the track，it shows good selec— tivity to the ground． Keywords：hexapod robot；discretize；selectivity；gait programming [责任编辑：张培炼] 维普资讯 http://www.cqvip.com