高精度卧式数控车床外形改造创新设计

　　摘要：TC45卧式高精度数控车床可车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面, 对回转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工。本文所研究的机床外观设计从机床难防水、难防屑角度着手, 运用人机工程学原理, 简化结构, 避免了因颜色不同, 导致结构拆分所带来的不必要复杂工艺性, 又大大降低了生产制造成本。

　　关键词：卧式高精度数控车床; 外观设计; 人机工程学;

　　TC45卧式高精度数控车床具有高速、高精、高效、高稳定性的性能特点, 适用于各种轴类、盘类零件的半精加工和精加工。因其原有外防护陈旧, 在更新数控系统, 优化床身部件的同时, 要重新设计外防护。如何既满足新防护设计美观, 又便于加工生产, 还要方便装配、维修。这一系列问题都是在外观设计过程中需要考虑的必要因素。

　　1、TC45改造设计前

　　该机床改造设计前如图1所示。

图1 机床改造设计前现场图

　　由于原有机床外观破损, 没有技术图纸, 所有外防护设计图尺寸都要经过实际现场测量。需要确定床身的总体尺寸, 主机各部分功能, 及功能区域的位置及划分。通过机床X、Y轴行程, 极限位置, 以及加工工件的大小, 工作台位置, 确定拉门位置及开门尺寸, 操作箱的设计及走线方式等。机床的防水、排屑等是设计的重点问题。根据现场的沟通与反馈, 进行防护设计。

　　2、TC45防护改造后设计

　　2.1、防护总体尺寸

　　根据现场的实际勘察, 从外观造型的角度及节约成本的角度考虑, 将防护的整体尺寸设计为2400mm×1400mm×1600mm。整体设计以斜线造型为主, 视觉上突显流体线条的美感, 用圆弧的造型设计使防护更具有亲和力及安全性。将防护结构分割为左、右侧防护罩、拉门、后防护罩和下围板等5个部分。不仅安装方便, 又考虑到使用维修拆卸更容易操作的问题。

　　2.2、防护拉门设计

　　TC45的拉门设计, 采用了不对称式外拉门设计, 即上宽下窄式。打破了传统拉门的规则设计, 避免了防护部分拉门行程不足的问题, 又增加了拉门的稳定性。拉门在设计时, 要考虑的因素如下。

　　(1) 拉门要活动自如

　　拉门要便于操作者使用。上下导轨均选用滑动直线导轨, 因其具有刚性强、运动平稳、在快速滑动时噪声低等特点, 非常适合外拉门的设计。

　　(2) 拉门的防水性

　　防水性是整个防护设计中要考虑的最重要的问题之一。外拉门的设计对防水性有了更高的要求。图2为拉门与防护结构图, 此设计有效地解决了外拉门防水的问题。

图2 拉门防水结构图

　　(3) 拉门视窗、把手及装饰

　　在设计时, 要求随时满足操作者在加工工件时对机床运动及加工情况的观察。观察窗的设计尽量完整地展现加工区域, 除了定位精准外, 还要考虑整体造型的美观。这是整个防护设计的核心部分。TC45设计时在玻璃周围增加了红色的装饰带, 配合左侧防护罩的装饰带, 线条流畅, 造型整体统一。

　　2.3、防护操纵箱设计

　　原有操纵箱采用悬臂支撑系统。这种设计在装配和运输中存在着很多隐患。新设计将操纵箱通过色彩造型与防护搭配, 放置在右侧防护罩上, 这样既便于操作观察, 又降低了成本。

　　2.4、防护装饰及配色

　　防护设计主要以黑白为主, 凸显机床沉稳、科技的特点, 红色装饰的设计带又增加了现代感, 产品型号与装饰条采用丝网印刷工艺, 避免零件的拆分, 又节约了加工成本。把手处增加了不锈钢材质的造型, 使设计活泼新颖。图3为改造后外观设计效果图。

图3 改造后外观设计效果图

　　3、人机工程学在设计中的应用

　　外观设计时充分考虑到人机工程学以下几点:

　　(1) 产品与人、产品外观与环境是否相适应;

　　(2) 产品结构是否具有良好的操作性, 实用性;

　　(3) 是否防止了使用人操作时意外伤害和错用时产生的危险;

　　(4) 各操作单元是否实用;各元件在安置上能否使其意义毫无疑问地被辨认;

　　(5) 产品是否便于清洗、保养及修理。

　　结论

　　TC45通过创新设计, 简约流畅的外观, 低廉的制作成本, 又具有明显的防水防屑优势。不仅满足了客户对外观审美的需求, 操作者使用时有人机工程学作为依据, 结构设计合理, 适合操作过程中的观察, 保养、维护, 特别是零件加工时上件、取件、换件都非常方便。因此, 在同类产品中, 具有性价比极高的推广性。

　　本设计在“装备中国”2017年“创新滨海·SEW杯”高端装备创新设计大赛中荣获铜奖。

　　参考文献
　　[1]高凤麟.人机工程学[M].北京:高等教育出版社, 2011.
　　[2]祁嘉华.佘继梅学[M].武汉:华中科技大学出版社, 2009.