三维雕刻机电气部分毕业论文

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立式钻削中心主轴系统结构设计 论文编号:JX472 有设计图，论文字数:19933,页数:64 有开题报告，任务书 摘要 随着数控技术的发展，传统的立式钻床、铣床等设备并不能满足高加工精度，高加工效率，高速加工的加工要求。为此，在传统的立式钻床、铣床与新型数控机床技术的基础上，开发了以钻削为主，并兼有攻丝、铣削等功能，且备有刀库并能够自动更换刀具来对工件进行多工序加工的数控机床—钻削中心。 本文主要针对钻削中心的主轴系统进行设计。在本设计中，主轴调速取消了齿轮变速机构，而是由交流电动机来调速；主轴与电机轴之间采用多楔带传动；主轴内部刀具的自动夹紧，则采用了碟形弹簧与气压传动技术；主轴的垂直进给采用了半闭环伺服进给系统；主轴的支承采用了适应高刚度要求的轴承配置。 总之，通过对主轴系统的设计，使系统满足了钻削中心高效、高加工精度的要求。 关键词 数控技术 钻削中心 主轴系统 Abstract With the development of NC technology, the traditional vertical drilling, milling machine and other equipment and can not meet the high precision machining, Processing high-efficiency, high-speed machining requirements. Therefore, in the traditional vertical drilling machine, CNC milling machine and new technology on the basis of developing a drilling mainly, and both tapping, milling, and other functions, With cutting tool can automatically replace the multi-process workpiece machining CNC machine tools – Drilling Center. This paper is concerned with the drilling spindle system design. In this design, the spindle speed of the complete elimination of the variable speed gear, and a fully by the AC motor is to be achieved. Wedge Belt Drive is used between spindle and motor shaft. Internal spindle automatic tool clamping, the use of a disc spring with pressure transmission technology;The vertical axis feed using a semi-closed-loop servo control system; The supporting of spindle uses high stiffness requirements of the bearing arrangement. In short, through the spindle system design, allowing the system to meet the drilling center efficient, high-precision processing of the request. Keywords NC technology Drilling Center spindle system 目录 摘要I Abstract II 第1章 绪论 1 数控技术发展状况及发展趋势 1 概述 1 数控技术国内外发展现状 2 数控系统的发展趋势 2 课题研究的目的与意义 5 设计方案的确定 6 第2章 钻削中心主轴部件结构设计 7 主轴的结构设计 7 主轴的基本尺寸参数的确定 7 主轴端部结构 8 主轴刀具自动夹紧机构 9 主轴的验算 11 主轴材料和热处理的选择 15 主轴传动的设计 16 传动方式的选择 16 多楔带带轮的设计计算 17 多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定 19 传动件在主轴上的位置 20 主轴电动机的选择 21 主轴轴承 22 主轴轴承的选用 22 主轴轴承的配置 24 滚动轴承调整和预紧方法 24 主轴轴承的润滑 25 碟形弹簧的计算 27 钻削力分析 27 碟形弹簧设计计算 29 碟形弹簧的校核 31 气缸的设计计算 33 气缸的结构设计 33 气动回路的选择 37 第3章 主轴进给系统的设计 39 概述 39 伺服进给系统的组成 39 伺服进给系统的类型 39 进给系统设计计算 41 主要参数的设定 41 切削力的估算 41 滚珠丝杠副设计计算 42 丝杠的校核 45 选伺服系统和检测装置 47 伺服电机计算 47 结论49 致谢50 参考文献 51 附录1 52 附录2 57 以上回答来自:

1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法国等国也开始研制。20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D————3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。 国外的雕刻机，如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者，但价格非常昂贵。不管大小都在10万元各人民币以上。近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。 雕刻机的应用在各行各业中的应用已日益广泛，然而国内市面上出现的雕刻机，虽然性能较好，但价格也非常昂贵。普通的雕刻机都是万元以上，令一些小单位及个人用户望而却步。 许多广告行业的客户都经历过从手工刻字到使用电脑刻字机，机械代替了手工，电脑代替了人脑，字体标准规范同时又大大提高了生产效力，实现了一次质的飞跃。现在，做广告制作行业的用户正同时面临一种挑战立体广告制作。随着人们审美观的不断提高，三维立体的、彩色的图案更受到人们的欢迎，于是，三维立体雕刻机就应运而生。 算一算，利润也是相当惊人的!现如今许多行业不景气，生意不好做，雕刻加工这一暴利行业正被人们所认知。 投资一台雕刻机，我们以国产品牌为例，一台加工幅面为60cm*60cm的机器价格大约为万元人民币，加工幅面为60cm*80cm的机器价格大约万元左右，而且使用雕霸雕刻机不用配两台电脑，只用一台就行，再加上磨刀机约3000元，抛光机约2000元，总投资加起来，加工幅面为60Cm*60cm的机器不超过40000元人民币，加工幅面为60Cm*80Cm的机器也超不过50000元人民币。我们再来算一算投资一台喷绘机的费用，喷绘机价格约为120000元人民币，再看一下其需要的辅助设备，覆膜机约5000元，高档扫描仅约7000元；高端配置计算机2台共计约12000元，至少配备约10000元左右的耗材，另外还需较大的放置空间，必需配置空调、加湿器、懂 Photoshop、Coreldraw等设计软件及美工设计的人才，初步算下来至少需要十七、八万人民币，这笔资金对很多人来讲应该不算小数目。 雕刻加工涉及各行各业、分布很广，有礼品业、广告业、印章业、木器加工业、建筑业、艺术模型业、机械加工、工装模具等等。可加工的材料也是非常广泛，包括金属、石材、PVC板、ABS板、亚克力、仿石材、橡皮、双色板、铝塑板等等各种材料。随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。 自从有了人类的社会活动以后，就有了雕刻这一行业，伴随着人类社会的发展，现如今人们对雕刻业有了全新的认识，电脑雕刻加工的兴起与发展是时代发展的需要，电脑雕刻代替机械已是大势所趋，然而该不该投资电脑雕刻机，是我们需要慎重考虑的。在雕刻这一行业里，光有刻字机是赚不到什么钱了，仅够糊口而已，所以必须增加新的业务，电脑雕刻加工可以就是目前理想的选择，虽然有些地区电脑雕刻加工业务量不是很多，但它是雕刻行业发展的必然趋势，也正因为目前业务不多，有些人不敢贸然投资，承接的雕刻业务都须转到有电脑雕刻设备的同行那儿去做，这样大部钱都被别人赚走了，然而现在客户都很精明，你没有设备，不次就不找你了，这样没有设备就意味着客户流失，也就意味着钱的流失，收入减少。 任何项目的投资都会有一定的风险，然而只要你抓住机会，眼光超前，在别人不知道或知道了还没来得及或不敢做时，恰恰是竞争不激烈、利润空间大的时候，也是投资的最好时机。虽然不是原创，但也不是简单的COPY的，不知道你中意不。

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工业产品造型设计，是指对产品立体和平面的几何形状设计，产品外观的设计必须按照美学的原则符合人们对美的需求，并且要依据人机工程学对产品外观进行具体设计，以符合人们使用的视觉化形象。下文是我为大家整理的关于工业产品造型设计论文的内容，欢迎大家阅读参考!

浅谈工业产品造型设计技术

摘要：首先介绍工业产品造型设计技术的内涵、意义、地位和作用，即此设计是解决人造物与人之间的关系问题。本文对此设计技术的前沿和发展趋势进行论述。最后简述此技术具有可实现综合性产品开发软件环境和周期短、造型风格多等发展特点。

关键词：造型设计技术数字化技术高感情设计 文化 力

1.概述

工业产品造型设计技术的内涵

所谓工业产品造型设计技术是工业设计技术的核心，其内涵和意义随工业设计技术而发展。从技术领域的角度看，工业产品造型设计是解决人造物与人之间的关系问题，例如汽车的安全性、舒适性、美观性和工作、生存环境与空间的合理性等。

工业产品造型设计是从人造物与人的关系出发，尤其是从人的需求、市场的需求，从人的生活和工作方式与质量的角度出发，全面提高产品的设计质量。而不向工程设计那样，主要是解决人造物中“物与物”之间的关系问题(如机械、设备、交通工具的结构设计，具体地说：如汽车的汽缸与活塞、机床的刀具与工件等之间的运动关系等)。

工业产品造型设计技术是指一个构思与表达的过程。设计构思是受 市场营销 学、普通心理学、消费心理学、人机工程学、技术美学和现代科学技术等因素的约束而形成的。表达设计即传达设计思想的 方法 为表现技法：可以从简单、传统手工绘制的效果图和外观模型到复杂的计算机辅助设计效果图、电子模型和以快速成型方式完成的精确效果模型。同时此技术是典型的多方案设计技术。技术应用的成效取决于设计技术和手段的完善以及设计师的设计创新能力和文化艺术修养等。

意义、地位和作用

工业设计是我国一门新兴的、综合性的应用科学，是科学与艺术浑然一体的专业技术，在促进产品升级换代，提高国际国内市场占有率，树立产品形象、企业形象和创造知名品牌等方面起着不可替代的重要作用。对于当今我国建立与国际接轨的设计技术体系，创造中国自己的知名品牌和知名企业，树立中国产品形象的地位，发展具有中国文化特色的设计造型风格，参与国际国内市场竞争，有着特别重要的意义。

将工业产品造型设计技术最先应用于大规模制造业的，是美国的一些大型公司企业：如通用电器(GE)、柯达(KODAK)、福特(FORD)、波音(BOEING)等。到上世纪90年代，在一些工业发达国家，工业产品造型设计技术和工业设计 教育 已形成体系，并为工业制造业和跨国公司竞争提供了相关的技术和人才，为此受到各国政府和私人企业的重点资助。由于工业产品造型设计是解决人造物与人之间的关系问题，从其技术内涵来看，工业产品造型设计的工业产品不仅是工程技术的载体，而且是文化艺术的载体，因此，该设计不是一个可有可无的工作，而是与人类生存休戚相关的重要设计内容。

工业产品造型设计技术既有独特性又有与 其它 技术的相关性。因此该技术的应用和发展需要不断完善与相关技术的配套和协调，从而构成有效的设计体系。

2.工业产品造型设计技术前沿分析

当前需要

影响现代工业产品造型设计技术的基本因素包括：现代技术条件、现代生产条件、现代经济和市场状况、现代文化艺术风格和现代社会价值标准等。因此当前对工业产品造型设计技术的需求将取决于我国现代化的进程。

现代世界经济的主要特征是市场调节与市场竞争，工业产品造型设计则是面向人和面向市场的技术。世界各大跨国公司以其雄厚的才力物力和世界知名品牌的优势，迫使我国务必要全面提高设计品质，以在全球竞争中得以生存和发展。为此工业产品造型设计技术起着不可替代的重要作用。

发展趋势

工业产品造型设计发展特别注重设计方法及设计手段的现代化，现代工业产品造型设计方法和设计技术是建立在电脑技术、人机工程、价值工程、技术美学、设计方法学和设计管理等学科基础上的。特别是计算机辅助工业设计(CAID)将成为该设计不可缺少的工具。

CAID 的基础是对现代设计技术的深入研究。科学方法特别是数理统计(如多元分析)方法将大量应用于设计分析和市场分析，如大众审美模型、舒适性模型、色彩形象尺度模型和用户模型等。

工业产品造型设计方法的技术对象将从单个产品的造型设计发展为产品的研发(Research &Development)策划技术，使产品开发始终围绕市场和人的需求，特别注重企业无形资产的开发，如品牌、形象等。

3.工业产品造型设计技术的发展特点

第一，计算机辅助工业设计是工业产品造型设计领域的前沿，这不仅意味着设计手段的改变，同时改变了工业产品造型设计的 思维方式 。特别是国际上的一些软件公司推出一批操作简便，功能强大的 CAD 软件。这些软件大都能完成三维造型、上色、赋予材料质感、三维动画、工程制图、工程分析、CAD/CAM 转换等功能等，为工业产品造型设计提供了良好的软件平台。在这些工作平台上开发的应用软件，可进行各类机械产品的设计，实现从产品概念、零部件设计、结构设计、机构设计、装配、外观造型及动画演示直到工程制造全部过程计算机化。因此，在此类软件平台上实现 CAID/CAE/CAM 三位一体的综合性产品开发软件环境是工业产品造型设计技术发展的重要特点。

第二，工业产品造型设计技术发展的另一个特点是，设计周期越来越短，造型风格多样化。因此，对“市场的快速响应”要求更详细的市场定位，更大规模的数据库和更快速的信息传递。

参考文献：

[1]陈洁，刘垂玖，杨秀梅.虚拟技术在产品造型设计中的应用研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版)，2005，(2).

[2]张荣强.产品造型设计特征建模技术分析[J].机械设计与制造，2005，(12).

[3]王琪，刘永贤，刘彪.协同设计环境下的产品造型技术[J].制造技术与机床，2006，(9).

[4]何风梅，赵灿.快速原型制造技术在工业产品造型设计及制造中的应用[J].机械设计与制造，2006，(11).

[5]王伟.基于产品工艺性的造型设计方法分析[J].机械研究与应用，2007，(3).

[6]郭琦，赵江洪.产品造型设计中理性与感性结合的设计方法研究[J].艺术与设计(理论)，2007，(5).

浅析产品造型设计三要素

工业产品造型设计，是指对产品立体和平面的几何形状设计，产品外观的设计必须按照美学的原则符合人们对美的需求和依据人机工程学对产品外观进行具体设计以符合人们使用的视觉化形象。影响产品外观的因素很多，例如产品的加工工艺、构造、材料、形态、色彩、结构等都可以决定产品的外观，所以对产品进行外观造型设计时必须综合考虑以上要素。

产品设计是形式与功能的统一，产品是功能的载体，产品失去功能就失去了它存在的意义，也就是形式必须依据功能而存在，在现代产品设计中，产品造型设计师必须掌握巧妙的将产品的功能与形式结合才能设计出完美的产品造型。

一般而言，产品的形式也可以理解为造型，产品造型设计师的主要职责是在现代技术的基础上结合运用美学原理给用户带来最佳的问题解决方案，产品造型设计正是在综合考虑设计材料、色彩及形态前提下，结合运用现代美学、人机工程学等学科，秉着以人为本的设计理念，旨在为客户提供最佳的问题解决方案。

一、设计材料

产品造型设计首要要素是与产品造型存在很大关系的设计材料，设计材料作为产品造型的基础和根本，一个合格的产品造型设计不是单单的产品形态上的设计，同样包括造型设计能不能达到设计的目的，材料的选择能不能满足产品的功能。例如，用于高温环境中的产品与用于常温环境中的产品在设计材料选择上就应该不同。作为一个合格的产品设计师在进行产品造型设计时就应该综合考虑如何选择设计材料，材料的加工工艺，成型技术的应用，这些要素会直接影响到产品的外观，在目前科技高速发展的背景下，设计材料也日新月异，材料的特性及材料的加工方式越来越多，这就要求产品设计师要掌握各种不同材质的特性及加工方式。

同时，材料自身的质感对产品设计的造型装饰起决定性的作用，很多产品造型设计往往就是运用设计材料的自身材质特性达到实用和美观的设计目的。例如，时下流行的很多设计为不锈钢设计，不锈钢材质本身强烈的明暗对比，突显产品的豪华，使得它成为了造型设计的第一设计材料，同时，对不锈钢材料的加工制作相对而言比较简单。如对需要加工的不锈钢板可采用冲孔、弯曲、铆接、冲压、腐蚀、激光 雕刻 、切割、表面处理(氧化、喷砂、抛光、涂饰、拉丝)等手段加工工艺，就会使产品的表面形成不同的产品形象的视觉效果。

在产品造型设计过程中，设计师惯用的手法是采用材质本身的质感完成功能与美观结合，例如，材质的冷暖(不锈钢与木材的结合)、材质的软硬(皮革与金属的结合)、材质的光滑与粗糙(橡胶与玻璃的结合)等，这样的设计在我们现实生活中时常可以发现。

作为优秀的设计师必须掌握设计材料的选择原则：一、从产品的功能和性能方面出发，有的产品造型对设计材料要求比较高，有的产品造型对设计材料要求比较低，这些要求设计师从材料的寿命、物化性能、加工工艺等方面综合考虑选择合适的材料;二、从产品的视觉表现因素而定，如对产品形态要求，有的材料加工成型简单，有的材料加工不容易成型。例如，金属加工相对而言难以曲面成型，所以我们很少看到运用金属加工成多曲面的成品，而塑料作为产品造型设计的主要设计材料，它加工相对简单通过模具能出复杂的曲面，故目前看到的复杂曲面产品几乎全是塑料制品，这就是为什么塑料成为了工业造型设计的第一设计材料。

忽略产品的功能和性能，单纯从产品的视觉效果来看，同一产品可以选用不同的材质，然后通过后期的处理可以达到相同效果。这就是产品造型设计的要素二色彩的美观作用。

二、色彩

色彩在产品形象设计中起到非常重要的作用，在视觉传达中它更快速、更感性和更直接，它通过消费者的感官直接将设计师的设计信息传达给消费者，对消费者是否想占有产品起到根本的作用。

色彩在产品造型设计中主要通过使用涂料来获得，包含在产品成型加工过程中添加颜料和后期的涂装。

色彩在产品造型设计中发挥的作用主要有保护材料和对产品造型的装饰，在工业造型中，很多产品的造型采用金属和塑料，金属材料在外界环境中的作用下，很容易被氧化、侵蚀和腐蚀，塑料材料长期受到阳光的照射而老化、变脆、很容易被破坏，因此，作为造型设计的主要设计材料，金属和塑料都要通过涂料来保护，以到达延长产品使用寿命的目的。工业产品造型的美观程度除了产品造型形态外，色彩的运用对产品造型美观程度起到很大的作用，色彩在现代产品造型设计中已经成为人类情感的需求，它美化产品，美化人类心理，所以在产品造型设计过程中，要很好的利用色彩，灵活多样的色彩组合设计，使得一款产品对消费者而言有了更多的选择，从而，增加了产品的竞争力。

色彩的手法主要有刷涂、擦涂、喷涂、浸涂、淋涂、电泳涂、粉末涂等，不同的涂装方法在产品形象设计中形成和产生不同的视觉，例如：刷涂工艺，工效较低，涂装效果较差，表面色彩附着力弱，容易剥落;喷涂工艺，产品的表面色彩着色比较均匀细腻，色彩附着力弱，容易剥落;浸涂工艺使产品表面色彩光滑，但由于加工工艺的原因，涂料上色不均匀，有波纹状;淋涂工艺能使产品表面色彩质感厚重;电泳涂装工艺可以使产品的涂装色彩产生较强的附着力，获得细致、精密、光亮的表层外观;粉末涂工艺可以使产品的色彩具有与电泳涂装工艺相同的具有较强的附着力，还可以出一些其他涂装工艺达不到的效果，例如，增加产品表面的粗糙度等。

产品造型设计中的色彩选择原则：满足产品功能的需求，例如校车为了强调安全，选用黄色作为主色调，黄色鲜明，在很远处就能引起人的注意;满足人机工程学，色彩设计应使操作者心情愉快、有安全感，我们就要从人机出发，考虑使用者在使用过程中的心情，如色彩搭配不当，很容易造成较差的效果。

例如，医疗设备，很多场合是要为病人提供相对平静的心态所以很多医疗器械是白色或蓝色，如果采用红色会造成病人心情紧张反而不利于治疗;满足产品使用环境的要求，产品是在一定的环境中使用的，从产品系统设计角度出发，我们的设计就必须与环境相协调，但不是一味的不考虑产品的实际使用环境，单独对产品进行设计，毕竟产品要被使用才能实现设计的价值;

色彩的选择要符合美学的原则，设计过程中要讲色彩的对比与协调、稳定与均衡、节奏与韵律等原则有效的运用;符合大众时代的审美要求，一个产品从很多方面反映产品设计时代的信息，我们可以从众多方面了解产品的时代审美观念，作为产品造型设计师要紧跟时代特征，将时代信息融入到设计过程中，包含于产品造型中，把色彩作为产品造型反映时代信息的主要因素，时代变化导致人们对色彩的审美标准也随之变化，没有绝对的时代色，只有变化的时代主色;色彩的选择要与色彩工艺加工成本相联系，现代的产品造型设计一般只有一到二种色彩(不考虑 儿童 产品的造型设计)，主要原因与工艺和成本有关，例如，注塑成型的产品，一个色彩就需要一套模具，一套模具的成本就很高，所以从制造商角度出发，节约制作成本也就是尽可能使用一种或者两种色彩来完成产品，这是受制约于加工工艺的原因。

通过采用以上这些原则使得产品色彩的搭配能满足大众的心理需求，符合绝大部分消费者的喜爱，降低产品设计研发的成本，从而有效的提高产品竞争力。

三、形态

产品造型设计的核心是产品的形态美设计，它是在设计师系统地对市场调研材料分析的前提下，对产品造型设计精确定位的基础上开展的设计，虽然对设计而言，设计手段多种多样，但它遵循美学特点和规律，例如：

稳定性，产品设计的一个重要原则就是稳定性，一个产品如果从视觉上存在头重脚轻的感觉，给顾客的第一反应自然是产品不可靠，通常在进行产品设计时，我们通常通过加大、加宽、加重底盘的方式来降低产品的物理中心和视觉中心，从而让产品更稳定、更可靠;

独创性，旨在强调在进行产品造型设计时不是一味的去模仿复制，而是在科学、合理的基础上使得产品给人独特新颖的感觉，它通常在形态、材料、结构等方面反应;秩序性，在统一中寻找变化，在变化中追求统一，在开展工业造型设计从产品形态变化的要素中找到统一，它强调是一种整体美，我们常见的有组合化设计;

体量感，产品造型设计的出发点是人机工程学，它强调产品必须符合使用者的要求，让使用者使用更方便，更舒适，很多产品的设计受到体量感的限制，譬如，一个手握式的操作方式的产品操作部位就不超过手的活动范围，一旦超过范围使用者就不能舒适的使用;动感性，产品形态的设计往往被设计师赋予很强的动感，目前很多产品采用流线型设计，小到鼠标大到飞机，流线型设计越来越广泛很大一部分原因是出于动感，这里不排除其他要素，例如，飞机的流线型出于空气动力的需求。

产品造型形态设计可采用基本的造型规律：分割、聚集(组合)，分割是以基本几何体为母体，对立体表面的分割产生新的形态，而聚集(组合)是通过将各种基本体进行集聚以产生新的几何状物体，它可以使用相同或相似的基本体，也可以使用完全不同的基本体进行集聚。

结语

工业产品造型设计不再是简单的脱离实际的纯艺术、纯美术，它是运用与工业生产对产品的设计和加工提供一个可行、可靠的技术方案，也就是“能设计出就能生产出”，毕竟产品造型设计源于生产，高于生产，如果产品造型脱离以上要素，它将不再是纯粹意义上的工业造型设计，而是纯美术，对实际的工业生产和加工不提供有效的信息，也就失去了它存在的意义。

参考文献：

[1]桂元龙,徐向荣.工业设计材料与加工工艺[M].北京理工大学出版社,2007.

[2]刘国余,沈杰.产品基础形态设计[M].中国轻工业出版社,2000.

[3]李瑞姣.产品外观设计三要素[J].时代内刊,2010(2).

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