【文章內(nèi)容簡介】 的發(fā)展趨勢，以及未來發(fā)展前景。圖11 市場前景分析 根據(jù)11的圖表顯示影響機床市場占有率的因素用價格，材質(zhì)，色彩，創(chuàng)新性等等，為了設(shè)計出更好的機床我們應(yīng)該重以上幾個方面進行改進和完善 [12]。 相關(guān)技術(shù)分析現(xiàn)有數(shù)控機床的相關(guān)技術(shù)如下：（1） 電主軸技術(shù) 電主軸的軸承：軸承是決定主軸壽命和承載能力的關(guān)鍵部件，其性能對電主軸的使用功能極為重要。目前電主軸采用的軸承主要有陶瓷球軸承、流體靜壓軸承和磁懸浮軸承。 陶瓷球軸承是應(yīng)用廣泛且經(jīng)濟的軸承，它的陶瓷滾珠質(zhì)量輕、硬度高，可大幅度減小軸承離心力和內(nèi)部載荷，減少磨損，從而提高軸承壽命。德國GMN公司和瑞士STEPTEC公司用于加工中心和銑床的電主軸全部采用了陶瓷球軸承。流體靜壓軸承為非直接接觸式軸承，具有磨損小、壽命長、回轉(zhuǎn)精度高、振動小等優(yōu)點，用于電主軸上，可延長刀具壽命、提高加工質(zhì)量和加工效率。美國Ingersoll公司在其生產(chǎn)的電主軸單元中主要采用其擁有專利技術(shù)的流體靜壓軸承。磁懸浮軸承依靠多對在圓周上互為180o的磁極產(chǎn)生徑向吸力（或斥力）而將主軸懸浮在空氣中，使軸頸與軸承不接觸，徑向間隙為1mm左右。當(dāng)承受載荷后，主軸空間位置會產(chǎn)生微小變化，控制裝置根據(jù)位置傳感器檢測出的主軸位置變化值改變相應(yīng)磁極的吸力（或斥力）值，使主軸迅速恢復(fù)到原來的位置，從而保證主軸始終繞其慣性軸作高速回轉(zhuǎn)，因此其高速性能好、精度高，但由于價格昂貴，至今沒有得到廣泛應(yīng)用 [13]。 電主軸的冷卻：由于電主軸將電機集成于主軸單元中，且其轉(zhuǎn)速很高，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此，必須采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。目前一般采取強制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進行冷卻，即將經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還必須對主軸軸承進行合理的潤滑 [14]。 電主軸的驅(qū)動：當(dāng)前，電主軸的電動機均采用交流異步感應(yīng)電動機，由于是用在高速加工機床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電機額定電流5～7倍。其驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種。變頻器的驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。最新變頻器采用先進的晶體管技術(shù)可實現(xiàn)主軸的無級變速。矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為：低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，中、高速端為恒功率驅(qū)動 [15]。 電主軸的基本參數(shù)：電主軸的基本參數(shù)包括：套筒直徑、最高轉(zhuǎn)速、輸出功率、轉(zhuǎn)矩和刀具接口等，其中套筒直徑為電主軸的主要參數(shù)。 在國外，電主軸已成為一種機電一體化的高科技產(chǎn)品，由一些技術(shù)水平很高的專業(yè)工廠生產(chǎn)，如瑞士的FISCHER 公司、德國的GMN公司、美國的PRECISE公司、意大利的GAMFIOR 公司、日本的 NSK公司等 [16]。（2）直接驅(qū)動技術(shù) 直接驅(qū)動就是將直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機（DDR）或直接驅(qū)動直線電機（DDL）直接耦合或連接到從動負(fù)載上，從而實現(xiàn)與負(fù)載的剛性耦合。全新直接驅(qū)動技術(shù)使得電機可直接連接被驅(qū)動負(fù)載，而無須像常規(guī)伺服電機那樣需要通過機械傳動部件（如滾珠螺桿/導(dǎo)螺桿、齒條與齒輪、傳動帶/皮帶輪、以及減速器），從而可為客戶的機械傳動系統(tǒng)帶來零維護和清潔的機械組件、更高的精度、更高的可靠性、以及平穩(wěn)安靜的操作等諸多優(yōu)勢 [17]。 直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機：有時也稱作轉(zhuǎn)矩電機，可將負(fù)載直接連接到電機上，能在相對較低的速度時產(chǎn)生較高轉(zhuǎn)矩。DDR能夠為客戶帶來的好處有：（1）DDR可以減少零部件數(shù)量，縮短組裝時間。（2）DDR可將精度提高 50倍，具備更高的伺服性能和更大的帶寬，不需要慣量“匹配” ；（ 3）DDR既沒有需要張緊和調(diào)節(jié)的皮帶，也沒有會發(fā)生泄漏并需要潤滑的齒輪，所以幾乎不需要維護；（4）DDR的精度和重復(fù)性不會像機械分度器那樣隨時間而下降；（5）DDR不存在會斷裂的機械傳輸部件；（6）運行噪音可降低高達20db。 直線電機驅(qū)動：v直線電機的工作原理：直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖開，并展成平面而成， 由定子演變而來的一側(cè)稱為初級，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級。在實際應(yīng)用時，將初級和次級制造成不同長度，以保證在所需行程范圍內(nèi)初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級。考慮到制造成本、運行費用，目前一般均采用短初級長次級。 近幾年直線電動機在機床進給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用在世界機床行業(yè)得到重視，并在西歐工業(yè)發(fā)達地區(qū)掀起“直線電動機熱” 。 在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動帶來了原旋轉(zhuǎn)電動機驅(qū)動方式無法達到的優(yōu)點：高速響應(yīng)、高精度、動剛度高、速度快、加減速過程短、行程長度不受限制、運動安靜、噪音低以及效率高。 直接驅(qū)動技術(shù)是高速高精數(shù)控機床的理想驅(qū)動模式，受到機床廠家的重視，技術(shù)發(fā)展迅速。近年來，國際上幾十家公司展出了直線電動機驅(qū)動的高速機床，一些制造廠商已將機床運動加速度提高到2～3g，快速移動速度提高到150～240m/min。MAZAK公司將推出基于直線伺服系統(tǒng)的超音速加工中心，切削速度 8馬赫，主軸最高轉(zhuǎn)速80000r/min,快速移動速500m/min, 加速度6g。這標(biāo)志著，以直線伺服為代表的第二代高速機床，已克服了直線電機的發(fā)熱、防護和成本高的缺點，逐步走向?qū)嵱?[18]。 本機床設(shè)計的目的，意義，主要思想本機床設(shè)計的主要目的是設(shè)計出造型更加美觀，使用更加人機，價格更加合理，更加節(jié)能環(huán)保的數(shù)控機床，方便更好地為人服務(wù)。本課題的主要設(shè)計思想是始終保持人性化設(shè)計思念，注重產(chǎn)品使用過程的人機交互，方便使用中與使用后的操作 [19]。而且在外觀上進行突破，力求在造型上面有所創(chuàng)新，適合新一代的個性消費需求，另外在工作原理進行突破，依照目前技術(shù)進行適當(dāng)?shù)母拍钤O(shè)計，開發(fā)出一款新型實用的現(xiàn)在化機床。 第2章 方案設(shè)計 市場調(diào)查分析(1) 數(shù)控機床在生活中重要性數(shù)控機床是我們工業(yè)生產(chǎn)中重要的生產(chǎn)加工工具，它高效、省力、加工精度高，在工業(yè)加工行業(yè)的起著不可代替作用?，F(xiàn)代數(shù)控機床不僅追求能夠滿足使用功能要求，而且更加注重美觀材質(zhì)和人機方面的要求。(2) 現(xiàn)有數(shù)控機床最大的問題據(jù)了解，現(xiàn)有數(shù)控機床在在加工精度問題上還是很令人不滿意，設(shè)計者應(yīng)從加工精度和技術(shù)改善的角度來提高機床的加工精度，這就需要從機床的材質(zhì)，形態(tài)，和相關(guān)技術(shù)上面解決此類問題。(3) 現(xiàn)有的數(shù)控機床還存在的問題現(xiàn)有數(shù)控機床除了加工精度不盡人意之外還存在一些問題，如：顏色單調(diào)，造型單一，技術(shù)不完善等等。(4) 數(shù)控機床的顏色數(shù)控機床的顏色以黑白灰為主。傳統(tǒng)的數(shù)控機床一般顏色都比較單一，不太符合現(xiàn)代人的審美觀點，所以，現(xiàn)代機床的顏色急需改變，來適應(yīng)現(xiàn)代人的審美觀點。(5) 現(xiàn)有的數(shù)控機床急需解決的問題樣式新穎，性價比高，不能存在很大的安全隱患。(6) 數(shù)控機床在外觀設(shè)計上還需要的改進造型美觀、突出個性，色彩鮮艷、華麗而不俗。(7) 數(shù)控機床可用材料鑄 鐵 、 合 金 鋼 、 碳 素 鋼 、 有 機 玻 璃 、 鎳 鎘 合 金 等 等 。(8) 數(shù) 控 機 床 的系統(tǒng)組成加工平臺、操作面板、維修系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、輔助部分。(9) 數(shù)控機床的安全性能數(shù)控機床的安全性能是個至關(guān)重要問題，我國規(guī)定數(shù)控機床的操作標(biāo)準(zhǔn)如下：①編程員在編程時設(shè)定的工件坐標(biāo)系原點應(yīng)在工件毛坯以外，至少應(yīng)在工件表面上②編程員和操作者在書寫程序時，對小數(shù)點要倍加小心。③操作者在調(diào)整工件坐標(biāo)系時，應(yīng)把基準(zhǔn)點設(shè)在所有刀具物理（幾何）長度以外，至少應(yīng)在最長刀具的刀位點上。 ④操作者在調(diào)整刀具長度偏置時，應(yīng)保證其偏置值為負(fù)值。 (10) 數(shù)控機床使用過程中存在的問題操作者必須按照數(shù)控機床使用說明才操作機床，而且定期為機床檢查和維修，潤滑和除塵等操作。(11) 數(shù)控機床的輔助部分?jǐn)?shù)控機床的輔助部分包括標(biāo)志，警示牌，散熱片等等。 （12）數(shù)控機床的著名品牌按照來源分的話分國產(chǎn)和進口的，國產(chǎn)的一半是沈陽機床，江蘇，廣州生產(chǎn)的機床，國外向美國，日本，德國的機床比較先進(13) 使用數(shù)控機床的理想效果加工精度高，使用安全，操作簡單，噪聲小，材料利用率高，節(jié)能環(huán)保， 價格合理(14) 受大眾歡迎的數(shù)控機床特點性價比高、安全、操作簡單，美觀。(15) 數(shù)控機床的技術(shù)性能使用性能、安全性能、耐用性能，加工性能。(16) 數(shù)控機床對環(huán)境的要求低排放，低污染，節(jié)約能源等等。(17) 數(shù)控機床適用的人群？機械工程師，機床操作人員扥等。(18) 數(shù)控機床最新技術(shù)電主軸技術(shù)，直接驅(qū)動技術(shù)等(19) 數(shù)控機床需要著重考慮的因素對使用者的安全考慮以及使用過程中人機安全問題等等。(20) 使用數(shù)控機床的注意事項①謹(jǐn)守操作準(zhǔn)則 ②注意安全 ③非專業(yè)人員必須在專業(yè)人員的監(jiān)護下方可進行操作(21) 數(shù)控機床的操作面板操作面板的設(shè)計必須簡單，便于操作，使用的時候符合人機。他的編程和輸入系統(tǒng)必須設(shè)定好，不能隨意改動，而且發(fā)生錯誤是能夠立即停止加工，阻止錯誤繼續(xù)發(fā)生。(22) 數(shù)控機床的維修系統(tǒng)數(shù)控機床的維修系統(tǒng)要定期的為機床進行檢查，維護，潤滑等等。當(dāng)機床發(fā)生故障時，要通過維修系統(tǒng)來檢查維修，定期為機床保養(yǎng)，延長機床的使用壽命。(23) 對現(xiàn)有設(shè)計可以突破創(chuàng)新的地方在哪里？結(jié)合上面的訪談內(nèi)容，新的設(shè)計突破可以關(guān)注在造型、材料、功能、結(jié)構(gòu)方式、安全性能及環(huán)?？尚行缘榷喾矫?。特別是可以針對不同人群，通過顏色、材料、組合方式來制作出不同以往的新型設(shè)計。(1) 加工精度有待提高，加工誤差范圍越來越小(2) 進一步改善機床的人際關(guān)系，例如：機床的高度，大小。如何上下料，如何維修等等。(3) 應(yīng)用最先進的科學(xué)技術(shù)水平，使機床能夠加工出來形狀復(fù)雜，更有用的產(chǎn)品。(4) 改善外觀結(jié)構(gòu)，增強抗震性，即便在高速與運轉(zhuǎn)下仍然能保持平穩(wěn)，減少震動。(5) 改善材料，增強耐磨性，最大化使用新型材料，采用無毒，耐磨，緩沖，吸震的非金屬材料，減輕重量。(6) 造型簡潔時尚，美觀大方，既符合傳統(tǒng)又融入未來元素(7) 輔助功能明確，機床的輔助系統(tǒng)作用很大，比如標(biāo)志，警示燈，操作牌等具有重要的提示作用(8) 安全使用，時時刻刻應(yīng)該注意機床本身的安全問題和使用操作中的安全問題。(9) 符合人機工學(xué)，使用時不會造成疲勞，注重產(chǎn)品在方便、舒適、可靠、價值、安全和效率等方面的評價通過觀察城市使用群體（主要操作人員）總結(jié)出特征，為數(shù)控機床設(shè)計提供合理方向。（1）購買理由：①用于機械加工②提高加工效率精度③加工出更復(fù)雜的產(chǎn)品（2）使用需求：①安全、環(huán)保②實用，美觀③造型吸引人④節(jié)約材料⑤使用方便（3）在整體調(diào)查中，國內(nèi)的數(shù)控機床實用性強但不注重造型顏色材質(zhì)等方面內(nèi)容，國外的數(shù)控機床注重技術(shù)和藝術(shù)的結(jié)合，造型美觀大方，如圖21所示： 圖21 國內(nèi)外數(shù)控機床 數(shù)控機床創(chuàng)新設(shè)計指標(biāo)分析（1）安全性 安全性包括數(shù)控機床本身的安全性和操作過程中的安全性。機床本身的安全性主要是指機床的安全維護和檢測，操作過程中的安全性主要是針對操作人員的，主要要求有：編程員在編程時設(shè)定的工件坐標(biāo)系原點應(yīng)在工件毛坯以外，至少應(yīng)在工件外表上。 操作者在調(diào)停工件坐標(biāo)系時，應(yīng)把基準(zhǔn)點設(shè)在悉數(shù)刀具物理(多少)長度以外，至少應(yīng)在最長刀具的刀位點上。 操作者在調(diào)停刀具長度偏置時，應(yīng)保證其偏置值為負(fù)值 [20]。（2）尺寸參數(shù)性數(shù)控機床，要根據(jù)人體工程學(xué)原理進行設(shè)計與制作。機床高度要與人體的高度互相配合。此外，還要人的視覺角度相結(jié)合，這樣才會使用者感覺舒服，有益于他們的操作與加工。設(shè)計的數(shù)控機床操作面板，最好具有能夠按照身高的變化進行調(diào)整的功能。這樣是夠適應(yīng)更多的人群使用，有一定的變化范圍。數(shù)控機床設(shè)計應(yīng)符合GB/T 39762022《數(shù)控機床設(shè)計手冊 》（見表21）。，長達大概在3米左右。立式機床高度大概， [21]。表21數(shù)控機床尺寸表機床類型 長度（mm) 高度（mm） 最大加工直徑（mm）立式 2100 2800 400臥式 3000 270 300 材料主要是有機玻璃，還有一些是不銹鋼等等。有機玻璃具有如下的特性： （1）高度透明性。有機玻璃是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達到92％比玻璃的透光度高。稱為人造小太陽的太陽燈的燈管是石英做的，這是因為石英能完全透過紫外線。％的紫外線，但有機玻璃卻能透過73％ [22]。 （2）機械強度高。有機玻璃的相對分子質(zhì)量大約為200萬，是長鏈的高分子化合物，而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機玻璃的強度比較高，抗拉伸和抗沖的能力比普通玻璃高7～18倍。有一種經(jīng)過加熱和拉伸處理過的有機玻璃，其中的分子鏈段排列得非常有次序，使材料的韌性有顯著提高。用釘子釘進這種有機玻璃，即使釘子穿透了，有機玻璃上也不產(chǎn)生裂紋。這種有機玻璃被子彈擊穿后同樣不會破成碎片。因此，拉伸處理的有機玻璃可用作防彈玻璃，也用作軍用飛機上的座艙蓋 [23]。 （3）重量輕。，同樣大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金屬鋁（屬于輕金屬）的43％ [24]。 （4）易于加工。有機玻