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時(shí)間：2023-03-29 09:26:11
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1總體方案設(shè)計(jì)
筆者所研究的五軸數(shù)控銑床,是一種針對(duì)模具加工的高速、高效率機(jī)床,并可以選配五軸功能,可使工件在一次裝夾下,完成五面的加工。為了實(shí)現(xiàn)高性能動(dòng)態(tài)特性,其基本結(jié)構(gòu)考慮為工作臺(tái)固定,橫梁-滑座-主軸箱移動(dòng)分別實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)進(jìn)給,具有三坐標(biāo)自動(dòng)定位和三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)能。固定工作臺(tái)可以換成雙擺工作臺(tái),實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。
2具體方案設(shè)計(jì)
2.1第1種方案
第1種方案將該五軸數(shù)控銑床設(shè)計(jì)為龍門(mén)式,具體工作形式可以描述為:龍門(mén)架則沿床身作縱向(x方向)運(yùn)動(dòng),滑枕沿著龍門(mén)架作橫向(y方向)移動(dòng),主軸箱沿著滑枕作z方向的移動(dòng)。工件固定在平轉(zhuǎn)臺(tái)上,平轉(zhuǎn)臺(tái)固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上。平轉(zhuǎn)臺(tái)繞z軸作轉(zhuǎn)動(dòng),立轉(zhuǎn)臺(tái)又同時(shí)繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng),如圖2所示。
2.2第2種方案
該方案為立式五軸數(shù)控銑床,其底座固定,滑枕沿著底座作x方向移動(dòng),立柱在滑枕上作y方向移動(dòng),主軸箱沿著立柱作z方向移動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)。工件固定在平轉(zhuǎn)臺(tái)上,平轉(zhuǎn)臺(tái)又固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上。平轉(zhuǎn)臺(tái)繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng),立轉(zhuǎn)臺(tái)又同時(shí)繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)給該數(shù)控銑床輸入程序時(shí)就會(huì)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。五軸分別為3個(gè)平動(dòng)軸和2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸,如圖3所示。
該立式五軸與龍門(mén)式五軸的運(yùn)動(dòng)方案基本相同,不同的是布局上有區(qū)別。龍門(mén)式數(shù)控銑床的主軸箱沿著滑枕作z方向移動(dòng),而該立式五軸數(shù)控銑床的主軸箱則沿著立柱進(jìn)行z方向移動(dòng)。
2.3第3種方案
該方案也是立式五軸數(shù)控銑床,床身固定在地面上,滑枕在床身上沿著y軸方向移動(dòng),支座在床身上沿著z軸方向移動(dòng),同時(shí)工作臺(tái)在支座上沿著x軸方向移動(dòng),這樣就實(shí)現(xiàn)了三軸聯(lián)動(dòng)。平轉(zhuǎn)臺(tái)固定在工作臺(tái)上繞著z軸方向作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),刀具固定在立轉(zhuǎn)臺(tái)上,立轉(zhuǎn)臺(tái)在滑枕上繞著y軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如圖4所示。
基于ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真
1對(duì)3種設(shè)計(jì)方案的運(yùn)動(dòng)仿真
應(yīng)用SolidWorks三維繪圖軟件對(duì)每種設(shè)計(jì)方案中的數(shù)控銑床進(jìn)行建模,然后導(dǎo)入到ADAMS軟件中。在ADAMS軟件中把模型加入約束、驅(qū)動(dòng)并對(duì)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行編程仿真,模擬出五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,可以在虛擬的條件下看到機(jī)床的物理形態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)情況,達(dá)到可視化目的。
在設(shè)計(jì)該機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí),ADAMS軟件雖然可以實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng),但是五軸聯(lián)動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)軌跡并不直觀,因此決定采用三軸聯(lián)動(dòng)。
第1種方案中先設(shè)置床身與橫梁處的Motion3、橫梁與滑枕處的Motion2、滑枕與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖5、圖6所示為第1種設(shè)計(jì)方案的三維模型和刀具軌跡。
第2種方案中先設(shè)置床身與滑枕處的Motion1、滑板1與滑枕處的Motion2、滑板1與滑板2處的Motion3,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步,結(jié)果形成的軌跡為一螺旋線。圖7、圖8所示為第2種方案的三維模型和刀具軌跡。第3種方案中先設(shè)置底座與滑枕處的Motion1、底座與滑板處的Motion3、支撐臺(tái)與滑板處的Motion4,然后設(shè)定仿真時(shí)間為9,共為500步。該方案與前兩個(gè)方案的不同之處在于不是由刀具直接形成螺旋線,而是工件在工作臺(tái)上作圓周運(yùn)動(dòng),刀具作直線運(yùn)動(dòng),由這兩種運(yùn)動(dòng)形成螺旋線。圖9、圖10所示為第3種方案的三維模型和合成軌跡。
2結(jié)果分析
2.1第1種方案
該布局形式為龍門(mén)架移動(dòng)式,其主軸可以在龍門(mén)架的橫向與垂直溜板上運(yùn)動(dòng),而龍門(mén)架則沿床身作縱向運(yùn)動(dòng)。如圖6所示方案1中的刀具運(yùn)行軌跡為螺旋線,該方案采用x,y軸的對(duì)稱(chēng)布局形式,提高了機(jī)床的熱穩(wěn)定性及加工精度。這種布局適用于加工較重的工件,可以減小銑床的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量。該龍門(mén)銑床的優(yōu)點(diǎn)是:
1)占地面積小。工作臺(tái)移動(dòng)式龍門(mén)銑床,整機(jī)長(zhǎng)度必須兩倍于縱向行程長(zhǎng)度,而第1種方案設(shè)計(jì)的龍門(mén)銑床的整機(jī)長(zhǎng)度只需縱向行程加上龍門(mén)架側(cè)面寬度即可;
2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。該移動(dòng)式龍門(mén)銑床采用的是固定工作臺(tái),一般與床身整體鑄出,龍門(mén)框架縱向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩等值不變,不會(huì)因工件的承載重量的改變而變化,從而保證了加工精度和機(jī)床的響應(yīng)性能。
2.2第2種方案
該機(jī)床為立式數(shù)控銑床,采用工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng),且主軸沿垂直溜板上、下運(yùn)動(dòng)。由滑枕和滑板實(shí)現(xiàn)x,y兩個(gè)坐標(biāo)的移動(dòng),主軸沿立柱上下實(shí)現(xiàn)z坐標(biāo)移動(dòng)。如圖8所示的方案2中的刀具運(yùn)行軌跡,主要優(yōu)點(diǎn)在于z軸導(dǎo)軌的承重是固定不變的,有利于提高z軸的定位精度和精度的穩(wěn)定性;但是由于本銑床的z軸承載較重,不利于提高z軸的快速性。
2.3第3種方案
該機(jī)床為立式數(shù)控銑床,工作臺(tái)沿z坐標(biāo)上、下移動(dòng),主軸頭為轉(zhuǎn)動(dòng)式。圖10所示為方案3的合成軌跡,該方案由工作臺(tái)和滑枕實(shí)現(xiàn)了x,y坐標(biāo)的移動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是適用于加工質(zhì)量較小的工件,缺點(diǎn)是機(jī)床的結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定,導(dǎo)致加工精度受到影響。
綜上所述,根據(jù)表2給出的技術(shù)要求可知,龍門(mén)式五軸數(shù)控銑床工作行程要求較大,承重要求較高,因此第3種方案不符合設(shè)計(jì)要求。從機(jī)床布局的結(jié)構(gòu)來(lái)看,龍門(mén)式的布局更為合理,而第2種方案設(shè)計(jì)的立式五軸數(shù)控銑床的熱穩(wěn)定性及剛性都不如第1種方案設(shè)計(jì)的龍門(mén)式五軸數(shù)控銑床。
結(jié)論
一般認(rèn)為：機(jī)床改造就是：利用最新的控制裝置和進(jìn)給系統(tǒng)使舊機(jī)床獲得新生再造是一種較高的設(shè)備改造形式，國(guó)外稱(chēng)這種工程技術(shù)是把老設(shè)備“重新回到圖板，以進(jìn)行再設(shè)計(jì)，再制造，再鑒定的工作過(guò)程。通過(guò)全面改造設(shè)備主體結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，引入最新技術(shù)，使機(jī)床達(dá)到現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的新機(jī)床的水平，以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)率、精度、環(huán)靜和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于機(jī)床改造工藝技術(shù)水平要求較高。一般工廠用戶自行改造。往往難于達(dá)到技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)代制造業(yè)的優(yōu)化，除了信息化以外，還包括加工順序的工藝優(yōu)化、加工參數(shù)、切削刀具、熱處理金屬成型的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造，從而實(shí)現(xiàn)降低成本、高效益的運(yùn)作，達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)范的要求。
設(shè)計(jì)課題涉及到課題的分析、資料的查詢、資料摘錄，整理收集的資料。然后深入鹽城市機(jī)床廠生產(chǎn)一線向使用者、設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)，從而了解所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)效率、特殊用途、設(shè)計(jì)理念、以及產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。具體的了解機(jī)床的外形、主軸箱的大致結(jié)構(gòu)，并記錄了如何有所改進(jìn)，最后確定設(shè)計(jì)的方案。以及箱體的結(jié)構(gòu)圖，并進(jìn)行相關(guān)零件的選型計(jì)算。此種機(jī)床的構(gòu)造設(shè)計(jì)要求我們具備相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)濟(jì)意識(shí)因此考慮到：動(dòng)力裝置、電機(jī)的選用，優(yōu)化的配置企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有各種資源，真正做到資源最小化，提高產(chǎn)品精度，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求，更好的服務(wù)于生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。
本課題就是從培養(yǎng)我們的工程實(shí)踐意識(shí)、經(jīng)濟(jì)意識(shí)，樹(shù)立正確的生產(chǎn)觀出發(fā)，并結(jié)合機(jī)床廠的多年實(shí)踐總結(jié)，該課題的設(shè)計(jì)由本本人單獨(dú)完成，設(shè)計(jì)任務(wù)由指導(dǎo)老師作了明確指配：由于我負(fù)責(zé)該立式組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì)，故本人的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括立式組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)和組合鉆床主軸箱設(shè)計(jì)，附件有生產(chǎn)率計(jì)算卡、圖的詳細(xì)說(shuō)明。
1立式組合鉆床總體設(shè)計(jì)概述
1.1零件加工工序圖
加工工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示一臺(tái)機(jī)床上或一條自動(dòng)生產(chǎn)線上完成的工藝內(nèi)容。包括加工部件的尺寸精度、技術(shù)要求、加工時(shí)的定位基準(zhǔn)、夾緊部位以及被加工零件的材料、硬度和在機(jī)床上加工前毛坯的情況。
本工序的加工內(nèi)容是鉆口面Φ14孔，要求在立式鉆床上加工，以底面兩銷(xiāo)孔（上箱體為頂面）為定位基準(zhǔn)，夾緊點(diǎn)位于第三軸孔和對(duì)側(cè)的第二、四軸孔上。
在一個(gè)箱體上,因?yàn)橛袃蓚€(gè)孔是不對(duì)稱(chēng)的,為了提高生產(chǎn)效率,縮短輔助時(shí)間,減少設(shè)備,用一臺(tái)組合機(jī)床來(lái)加工上、下箱體。在主軸箱上把所有軸孔都排成對(duì)稱(chēng)的,在加工時(shí),把不應(yīng)有的鉆頭取下就可以加工上下箱體,則該立式組合機(jī)床有16根主軸。
該加工孔的直徑為Φ18mm,表面粗糙度,孔深分別為110mm、50mm、25mm。定位時(shí)以底面和兩銷(xiāo)孔為定位基準(zhǔn)是合理的,這樣定位精度高,易于保證各軸孔間的位置精度,故這種在立式組合鉆床上采用“一面兩銷(xiāo)”的定位方法加工精度是較高的。
1.2零件加工示意圖
加工示意圖反映了機(jī)床的加工過(guò)程和加工方法,并決定了浮動(dòng)夾頭或接桿的尺寸、刀具的種類(lèi)和數(shù)量,刀具的長(zhǎng)度和加工尺寸、主軸、刀具與工件間的關(guān)系尺寸等。合理的選擇切削用量、并決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)時(shí)間也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。
1.2.1鉆頭的選擇
加工時(shí)選用麻花鉆由《量具、刀具標(biāo)準(zhǔn)》P290-JB781-65查得:
①鉆110mm深的孔,用錐柄長(zhǎng)麻花鉆
d=18mm,柄部形式:BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號(hào),L2=90.5mmd1=17.2mm
②由P282-JB780-65查得
鉆50mm深的孔和25深的孔,用錐柄麻花鉆
d=18mm柄部形式BL=320mmL0=215mm
錐柄尺寸莫氏圓錐2號(hào),L2=90.5mmd1=17.2mm
1.2.2導(dǎo)向選擇:
①由［I］P223表3-4和3-3及［Ⅱ］P63選擇選擇導(dǎo)向長(zhǎng)度L1=45mm的固定式導(dǎo)套。
②導(dǎo)套配合的選擇查［I］表3-5可知:
d用Db新標(biāo)準(zhǔn)為G7
D用D/db,新標(biāo)準(zhǔn)為H7/g6
D1用D/ga,新標(biāo)準(zhǔn)為H7/n6
（導(dǎo)套）
1.2.3主軸的選擇
切削扭矩為1424.86Kg.mm
由［I］表5-10查得
d=B=7.5=25.22mm
按標(biāo)準(zhǔn)系列取主軸軸徑為30mm
由［I］表可查得
主軸外伸長(zhǎng)度L=115-15=100mm
D/d1=50/36
按桿莫氏圓錐號(hào)2號(hào)
（主軸）
1.2.4接桿的選擇
選用B型(A型為加強(qiáng)型接桿)11號(hào)接桿
（連接桿）
1.3動(dòng)力部件的選擇
1.3.1動(dòng)力部件的功率選擇
動(dòng)力部件的功率選擇是根據(jù)所選的切削用量計(jì)算出切削功率及進(jìn)給功率之需要,并考慮提高切削用量的可能性(一般提高20％)選擇相應(yīng)的動(dòng)力部件。
切削用量為
V=13米/分n=230轉(zhuǎn)/分f=0.16毫米/轉(zhuǎn)
刀具耐用度驗(yàn)算
T=(
=181971.027分=3032.85小時(shí)
一天按工作15小時(shí)計(jì)算,刀具耐用度為202.19天,則切削用量選擇合理。
切削功率由計(jì)算得:N=14×0.3733=5.227(KW)
取η=0.8則
N動(dòng)>=6.53(KW)
6.53+(6.53×30%)=8.49(KW)
故選用10KW的電動(dòng)機(jī)。
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇
根據(jù)工件外輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)需要,選用1000×630×340mm的標(biāo)準(zhǔn)主軸箱,由于結(jié)構(gòu)的需要在1000方向上再加四個(gè)導(dǎo)桿座,導(dǎo)桿座內(nèi)徑為Φ100mm,這樣用來(lái)支承導(dǎo)桿的外形尺寸成為1200mm,外廓尺寸就成為1200×630×340mm。
D=36mmD1=30mmB型D2=50mmL1=110mmL2=30mm
莫氏錐度號(hào)為2號(hào),L1選擇由具體情況而定
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸
導(dǎo)向長(zhǎng)為45mm,鉆模板厚為35mm,加工終了位置時(shí)鉆模板與工件相距10mm,切出長(zhǎng)度為12mm,導(dǎo)向套與主軸箱間間距為30mm,采用活動(dòng)方式鉆模板。（如下圖）
1.3.4動(dòng)力循環(huán)的選擇
動(dòng)力頭的工作循環(huán)包括:快進(jìn)、行進(jìn)、工作進(jìn)給和快退等動(dòng)作。
本機(jī)床采用“工進(jìn)—快退”的循環(huán),這是由機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖確定后又重新修改的結(jié)果。
1.4機(jī)床聯(lián)系尺寸圖
1.4.1機(jī)床裝料高度的確定
考慮到通用部件尺寸的限制和操作方便,裝料高度可在850～1060mm之間選取,具體到本設(shè)計(jì)中取裝料高度1000mm。
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定
裝卸工件是在機(jī)床外面完成的,夾具在裝卸工件時(shí)可拉進(jìn)拉出。由于結(jié)構(gòu)限制,夾具與滑臺(tái)做成一個(gè)整體是特制滑臺(tái)。參考63滑臺(tái)制造而成,導(dǎo)軌部分局部尺寸不變,最大外輪廓尺寸為1200×950×500mm。
1.4.3中間底座尺寸的確定
中間底座支撐著夾具體,按需要取長(zhǎng)為1700mm.寬和高取坐標(biāo)準(zhǔn)值分別為1000mm和560mm。
1.4.4主軸箱各尺寸的確定
前面已經(jīng)確定了其外形輪廓尺寸,根據(jù)［I］確定后蓋為90mm,前蓋為70mm(考慮作油池用)主軸箱體為180mm。
1.4.5滑臺(tái)的選擇
滑臺(tái)的選用應(yīng)根據(jù)工件的外輪廓尺寸和進(jìn)給抗力,工作循環(huán)來(lái)確定。
進(jìn)給抗力:
ΕP=300.5×14=4207(Kg)
由一部組合機(jī)床通用機(jī)床部件設(shè)計(jì)組所編寫(xiě)的指導(dǎo)教材直接查得用HY63B型滑臺(tái)。行程為630mm,最大進(jìn)給抗力為6300Kg,快進(jìn)行程速度為4.2米/分。
1.4.6動(dòng)力箱的選擇
由［Ⅱ］可查得,選用TD63AⅡ型動(dòng)力箱,電機(jī)型號(hào)為JO2-61-6。功率為10KW,驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為48.5rpm。
1.4.7其它配套部件的選擇
由一部組合機(jī)床設(shè)計(jì)小組所編指導(dǎo)資料查得與HY63BⅡ型滑臺(tái)配套的其它部件為:
立柱:型號(hào)CL63A
立柱底座:型號(hào)CD63
由以上資料即可作出機(jī)床總體設(shè)計(jì)的“三圖一卡”具體見(jiàn)圖紙和該說(shuō)明書(shū)的附錄部分。
附件清單
序號(hào)內(nèi)容備注
1組合鉆床聯(lián)系尺寸圖B9912027-ZZC-80TA0一張（手工圖）
2組合鉆床主軸箱裝配圖B9912027-ZZCZZX-80TA0一張
3減速器箱體加工工序圖B9912027-JGGX-80TA1一張
4減速器箱體加工示意圖B9912027-JGSY-80TA1一張
5齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-01A3一張
6齒輪套B9912027-ZZCZZX-80T-02A3一張
7導(dǎo)套B9912027-ZZCZZX-80T-03A3一張
8電機(jī)齒輪B9912027-ZZCZZX-80T-04A3一張
9蓋B9912027-ZZCZZX-80T-05A3一張
10鍵套B9912027-ZZCZZX-80T-06A3一張
11手柄軸B9912027-ZZCZZX-80T-07A3一張
12套筒B9912027-ZZCZZX-80T-08A3一張
13油杯B9912027-ZZCZZX-80T-09A3一張
14葉片油泵B9912027-ZZCZZX-80T-10A3一張
15傳動(dòng)軸B9912027-ZZCZZX-80T-11A3一張
16軸B9912027-ZZCZZX-80T-12A3一張
17軸承蓋B9912027-ZZCZZX-80T-13A3一張
18軸承透蓋B9912027-ZZCZZX-80T-14A3一張
19生產(chǎn)率計(jì)算卡一份
目錄
0引言1
1立式組合鉆床總體設(shè)計(jì)概述3
1.1零件加工工序圖3
1.2零件加工示意圖3
1.2.1鉆頭的選擇3
1.2.2導(dǎo)向選擇:4
1.2.3主軸的選擇4
1.2.4接桿的選擇5
1.3動(dòng)力部件的選擇5
1.3.1動(dòng)力部件的功率選擇5
1.3.2主軸箱最大輪廓尺寸的選擇6
1.3.3主軸箱鉆模板工件等相互之間位置及尺寸6
1.3.4動(dòng)力循環(huán)的選擇7
1.4機(jī)床聯(lián)系尺寸圖7
1.4.1機(jī)床裝料高度的確定7
1.4.2夾具輪廓尺寸的確定7
1.4.3中間底座尺寸的確定7
1.4.4主軸箱各尺寸的確定7
1.4.5滑臺(tái)的選擇7
1.4.6動(dòng)力箱的選擇8
1.4.7其它配套部件的選擇8
2組合鉆床主軸箱的設(shè)計(jì)8
2.1繪制主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖8
2.2主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇及動(dòng)力計(jì)算11
2.2.1主軸結(jié)構(gòu)形式的選擇11
2.2.2主軸直徑和齒輪模數(shù)的初步確定12
2.2.3主軸箱動(dòng)力計(jì)算12
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算14
2.3.2主軸箱的和手柄設(shè)置17
2.3.3傳動(dòng)軸直徑的確定:17
2.4主軸箱坐標(biāo)系計(jì)算18
2.5主軸箱上變位齒輪系數(shù)的計(jì)算24
2.6繪制坐標(biāo)檢查圖26
2.7主軸箱中軸的校核計(jì)算26
2.8齒輪強(qiáng)度的校核計(jì)算28
2.9其它31
2.9.1主軸箱中軸的支承軸承的類(lèi)型選擇31
2.9.2軸上零件的固定與防松31
2.9.3主軸箱體及其附件的選擇設(shè)計(jì)32
2.9.4油的選擇、密封件的選擇32
2.9.5主軸箱的安裝定位33
結(jié)束語(yǔ)34
二、數(shù)控機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)
在數(shù)控機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持下列基本原則：
（1）數(shù)控機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)要滿足以下特點(diǎn)：第一，色彩的表達(dá)要與機(jī)床的相應(yīng)功能相統(tǒng)一，在不同功能部位設(shè)計(jì)不同的色彩進(jìn)行區(qū)分。第二，根據(jù)人機(jī)協(xié)調(diào)的原則，采用偏中性的色彩設(shè)計(jì)，降低工人的疲勞感。第三，色彩的設(shè)計(jì)要與相應(yīng)的工作環(huán)境協(xié)調(diào)，不同的環(huán)境采用不同的色彩，比如在寒冷的環(huán)境用暖色調(diào)，高溫環(huán)境用冷色調(diào)。第四，美學(xué)原則，在外觀色彩設(shè)計(jì)時(shí)要搭配適當(dāng)色彩帶給人美得心里感受。第五，符合企業(yè)的品牌形象，對(duì)同一品牌機(jī)床的色彩設(shè)計(jì)要大體上同一并具有一定的延續(xù)性，有利于建立長(zhǎng)久的品牌形象認(rèn)知。
（2）形態(tài)設(shè)計(jì)的原則，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)要符合單純化原則，堅(jiān)持簡(jiǎn)潔、大方的形態(tài)設(shè)計(jì)。首先，在加工制造中均衡與穩(wěn)定的形態(tài)更容易讓人產(chǎn)生安全感。其次，機(jī)床形態(tài)設(shè)計(jì)要在單純、穩(wěn)定和均衡的基礎(chǔ)上，做到變化與統(tǒng)一相互結(jié)合，減少單調(diào)、刻板的感覺(jué)。
（3）人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則。數(shù)控機(jī)床的人機(jī)工程設(shè)計(jì)就要符合安全性，又要滿足易用性。在外觀設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)考慮操作人員的安全，在任何工作環(huán)境下都能保證操作人員的安全，要讓數(shù)控機(jī)床在外觀上能夠直觀區(qū)分功能區(qū)域，觀察窗口、操作面板、拉門(mén)把手、按鍵大小等的位置設(shè)置要合理科學(xué)，符合一般人的操作習(xí)慣。
（4）綠色機(jī)床原則。在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，既要采用合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)，以降低加工過(guò)程中的能量消耗，又要盡量使用可再生材料，有效使機(jī)床輕量化。
三、數(shù)控機(jī)床外觀造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)
對(duì)數(shù)控機(jī)床行業(yè)來(lái)說(shuō)，重視產(chǎn)品的外觀造型，不僅僅出于對(duì)美的追求，更多的是為了適應(yīng)市場(chǎng)的變化和需求，維護(hù)企業(yè)形象，提高品牌價(jià)值，更好地提高企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
1.符合“以人為本”的設(shè)計(jì)理念
“以人為本”的設(shè)計(jì)理念是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)理念的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)闄C(jī)器始終為人輔助，由人來(lái)操作，只有在設(shè)計(jì)中關(guān)注“人”的因素，才能符合人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展這一需求。
這次我們?cè)O(shè)計(jì)的是錫柴缸蓋加工線的第1臺(tái)機(jī)床，該機(jī)床是粗銑缸蓋頂面機(jī)床。缸蓋毛坯上料，底面三點(diǎn)定位，頂面夾緊，銑削主軸既有縱向移動(dòng)，又有橫向移動(dòng)，機(jī)床要求除了必須達(dá)到產(chǎn)品精度、銑削的各項(xiàng)參數(shù)外，機(jī)床環(huán)保也成為一項(xiàng)重要的驗(yàn)收指標(biāo)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)的環(huán)保方案設(shè)計(jì)就包括了全封閉防護(hù)、油霧分離裝置、上排裝置和上供裝置。設(shè)計(jì)、制造、安裝完成后，又經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)和修改，完全達(dá)到了機(jī)床的各項(xiàng)環(huán)保要求。機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。
2機(jī)床全封閉防護(hù)及油霧分離裝置
眾所周知，機(jī)床行業(yè)一般都是加工中心進(jìn)行全封閉防護(hù)，因?yàn)橥灰?guī)格的加工中心的結(jié)構(gòu)、主軸運(yùn)動(dòng)(均在X、Y平面內(nèi))方式完全一樣，根據(jù)加工中心的這種通用性可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行很好的封閉防護(hù)設(shè)計(jì)。而組合機(jī)床則不同，針對(duì)不同的產(chǎn)品、不同的工序，每臺(tái)機(jī)床的加工內(nèi)容、主軸結(jié)構(gòu)和切削運(yùn)動(dòng)方式各不相同，都是專(zhuān)用設(shè)計(jì)，而且在此之前國(guó)內(nèi)機(jī)床也沒(méi)有可以借鑒的封閉防護(hù)結(jié)構(gòu)，這就為本次設(shè)計(jì)增加了不小的難度。本臺(tái)組合機(jī)床的銑削主軸為臥式主軸，切削形式既有縱向移動(dòng)，行程450mm，又有橫向移動(dòng)，行程1450mm。主軸運(yùn)動(dòng)屬于一種較為復(fù)雜的、具有典型意義的形式，封閉防護(hù)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在于對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部分(即主軸的兩個(gè)切削方向)進(jìn)行全封閉防護(hù)(其他部分如頂面、側(cè)面等非運(yùn)動(dòng)部分使用常規(guī)的防護(hù)板固定在合適的支架上封閉就可以，這里不做介紹)，最終我們?cè)O(shè)計(jì)完成的封閉防護(hù)方案設(shè)計(jì)總圖見(jiàn)圖2。
2.1銑頭縱向運(yùn)動(dòng)的防護(hù)設(shè)計(jì)
銑削主軸做縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)的防護(hù)方案設(shè)計(jì)如圖2所示，主軸防護(hù)罩安裝在銑削主軸的滑座上，和主軸相連接固定的部分根據(jù)銑削主軸外形而設(shè)計(jì)，它和主軸同步做縱向運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)度要滿足總行程450mm，在機(jī)床中間的防護(hù)板上加工有和主軸防護(hù)罩輪廓同樣形狀的方洞，與主軸防護(hù)罩四周間隙為5mm，同時(shí)四周安裝有軟密封橡膠板，這樣既可以滿足主軸做縱向運(yùn)動(dòng)，又可以有效防止切削液從間隙處外溢。
2.2銑頭橫向運(yùn)動(dòng)的防護(hù)設(shè)計(jì)
銑削主軸做橫向移動(dòng)的防護(hù)要求為:要完全封閉，要滿足銑頭橫向移動(dòng)行程1450mm，運(yùn)行速度在500～8000mm/min之間，運(yùn)行可靠。因此設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì)為:如圖2所示，左、右內(nèi)防拉板收縮、拉開(kāi)行程滿足1450mm;拉板上部支撐在上支撐導(dǎo)軌上，為主支撐，下端支撐在移動(dòng)工作臺(tái)的導(dǎo)軌上，為輔助支撐，由于結(jié)構(gòu)限制上下兩導(dǎo)軌不在一個(gè)立面上，故拉板上下形狀成一定角度;拉板兩邊由左、右內(nèi)外支架固定，在主軸滑座下的高度墊兩側(cè)安裝有左、右內(nèi)支架，可隨銑頭做橫向移動(dòng)，為移動(dòng)端，在移動(dòng)工作臺(tái)滑座的兩側(cè)安裝有左、右外支架，為固定端，左右滑板的兩側(cè)就分別安裝在固定端和移動(dòng)端的支架上，安裝調(diào)整完畢就可以滿足銑頭橫向移動(dòng)時(shí)的封閉防護(hù)。在這個(gè)銑頭橫向運(yùn)動(dòng)內(nèi)防的的研制過(guò)程中，我們有幾點(diǎn)總結(jié):(1)內(nèi)防拉板的高度要盡可能低，高度越高，運(yùn)行越不可靠，就需要更為復(fù)雜的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和空間，為此，我們后來(lái)將銑削電動(dòng)機(jī)重新設(shè)計(jì)安裝在銑頭后面，不在封閉防護(hù)區(qū)域。即便如此，本次設(shè)計(jì)的拉板可運(yùn)行高度也已達(dá)到1790mm(圖2)。經(jīng)試驗(yàn)，本防護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行高度在2000mm以內(nèi)可以可靠實(shí)現(xiàn)。(2)內(nèi)防拉板上面豎直部分和下面傾斜部分之間的角度不易太小，夾角越接近180°即越?jīng)]有夾角，越容易實(shí)現(xiàn)，本次最終成品后的角度為120°(圖2);連接左右拉板各層之間的鉸鏈條應(yīng)各為2套，分別安裝在拉板上面的豎直部分和下面的傾斜部分后。(3)要滿足機(jī)床銑頭可靠的運(yùn)行及速度，封閉防護(hù)拉板必須有可靠的支撐、導(dǎo)向和限位。用于安裝封閉防護(hù)拉板固定端的支架如果安裝在地面或者外防護(hù)支撐上，如果沒(méi)有上支撐導(dǎo)軌，或者對(duì)拉板不限位，都會(huì)導(dǎo)致封閉防護(hù)的拉板錯(cuò)位、損壞。經(jīng)過(guò)重設(shè)計(jì)、改進(jìn)、分析試驗(yàn)得出，應(yīng)先將移動(dòng)工作臺(tái)的導(dǎo)軌作為基準(zhǔn)面，左、右內(nèi)外支架(固定端)需安裝在移動(dòng)工作臺(tái)滑座上，這樣支架與拉板的結(jié)合面對(duì)導(dǎo)軌基準(zhǔn)面的垂直度等精度要求會(huì)得到可靠保證;內(nèi)防拉板上端在上支撐導(dǎo)軌上通過(guò)滾輪運(yùn)行，以減小摩擦力，上支撐導(dǎo)軌為主支撐導(dǎo)軌，是有精度、熱處理要求的矩形鋼板，其兩側(cè)安裝在左右外支架(固定端)上，兩側(cè)面滾輪限位，如圖3a(為圖2中Ⅰ處的局部放大圖)所示，這個(gè)上支撐導(dǎo)軌在左右外支架上帶有可調(diào)機(jī)構(gòu)，可左右上下微調(diào)，用于保證其于基準(zhǔn)導(dǎo)軌之間的平行度以及內(nèi)防拉板安裝完成后的垂直度要求，調(diào)整測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)合格后，螺釘擰緊，可以使用;內(nèi)防拉板下端在基準(zhǔn)導(dǎo)軌上通過(guò)滾輪運(yùn)行，一側(cè)面滾輪限位，為輔助支撐，如圖3b(為圖2中Ⅱ處局部放大圖)所示。以上就完成了對(duì)銑頭運(yùn)動(dòng)部分的全部封閉防護(hù)的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)制作完成后的內(nèi)防圖片如圖4所示。
2.3油霧分離裝置
油霧分離裝置根據(jù)最終機(jī)床形成的封閉空間大小選擇符合參數(shù)的裝置安裝在機(jī)床封閉防護(hù)的頂部，將銑削加工產(chǎn)生的含塵或有害物質(zhì)的氣體分離，分離出來(lái)的油霧可按照機(jī)床廢油處理，過(guò)濾后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的干凈空氣可以直接回流到工作區(qū)域。
3上排、上供裝置及管路
以往組合機(jī)床的冷卻排屑一般是地溝排屑或者是開(kāi)放式排屑，這樣經(jīng)常就會(huì)看到加工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床或冷卻水箱附近到處是冷卻液，車(chē)間污染嚴(yán)重。該機(jī)床的冷卻和排屑采用空中架管，集中處理的方式，如圖5所示。冷卻液通過(guò)用戶車(chē)間的空中管路輸送到各臺(tái)機(jī)床，每臺(tái)機(jī)床如果有壓力和精度等特殊需要，需設(shè)計(jì)上供裝置，即將冷卻液進(jìn)行二次加壓及過(guò)濾，按需要的冷卻流量、壓力及精度提供給各臺(tái)機(jī)床。本臺(tái)機(jī)床要求具有冷卻、沖屑功能，冷卻液壓力0.5MPa，過(guò)濾精度50～80μm，同時(shí)還需具有沖洗夾具的定位面功能，沖洗的冷卻液壓力0.5MPa，過(guò)濾精度30μm。為此我們?cè)O(shè)計(jì)的方案設(shè)計(jì)為:將用戶主管路的冷卻液接入本機(jī)床的冷卻主管路，因該冷卻液滿足本機(jī)床的冷卻、沖屑的流量及精度要求，可以直接走管進(jìn)入機(jī)床內(nèi)部所需部位;但冷卻主管路的冷卻液達(dá)不到?jīng)_洗夾具定位面的精度要求，需設(shè)計(jì)上供裝置。該上供裝置包括有外部先導(dǎo)式電磁閥、自清洗過(guò)濾器、球閥及壓力傳感器等，當(dāng)冷卻液經(jīng)過(guò)上供裝置后達(dá)到了機(jī)床所需的冷卻精度，再經(jīng)機(jī)床走管提供給夾具定位面。當(dāng)加工完后的切屑和冷卻液進(jìn)入排屑器輸送到上排裝置中，上排裝置具有斷屑功能，將切屑及冷卻液通過(guò)高壓泵抽到用戶車(chē)間的空中管路中，重力回液進(jìn)入車(chē)間過(guò)濾機(jī)組中進(jìn)行統(tǒng)一的過(guò)濾處理。
2數(shù)控機(jī)床組成及其優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
為了提升工程的效益，進(jìn)行數(shù)控機(jī)床體系的健全是必要的，這需要針對(duì)數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過(guò)程中的各種問(wèn)題進(jìn)行分析，比如進(jìn)行數(shù)控機(jī)床構(gòu)成、程序編制等的分析，進(jìn)行程序載體等的分析，保證數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的良好應(yīng)用。這離不開(kāi)良好的加工零件的工藝分析，保證零件坐標(biāo)的基礎(chǔ)坐標(biāo)體系的相對(duì)位置優(yōu)化。通過(guò)對(duì)機(jī)床及其零件的安裝位置的協(xié)調(diào)，更有利于提升刀具及零件的效益，保證其滿足尺寸參數(shù)的應(yīng)用需要。這就需要實(shí)現(xiàn)機(jī)床安裝位置及零件的協(xié)調(diào)，保證刀具及零件的良好協(xié)調(diào)性，滿足尺寸參數(shù)的應(yīng)用需要，這離不開(kāi)零件加工工藝體系的健全，實(shí)現(xiàn)其加工順序的協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)切削加工工藝參數(shù)的健全，保證輔助裝置的良好工作。在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用過(guò)程中，為提升工作效益，進(jìn)行數(shù)控代碼體系的健全是必要的，這涉及到電脈沖信號(hào)模式的應(yīng)用，將其進(jìn)行數(shù)控裝置的有效應(yīng)用，做好數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置的協(xié)調(diào)工作，這是數(shù)控機(jī)床良好工作的核心，從而進(jìn)行輸出位置的脈沖信號(hào)的回饋。當(dāng)然，這也需要進(jìn)行數(shù)控裝置系統(tǒng)軟件的應(yīng)用，做好邏輯電路的編譯工作。進(jìn)行相關(guān)機(jī)床部分的控制，需要做好規(guī)定運(yùn)算及其相關(guān)的邏輯處理，進(jìn)行有關(guān)信號(hào)及其動(dòng)作的協(xié)調(diào)。這離不開(kāi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置檢測(cè)裝置環(huán)節(jié)的應(yīng)用，保證伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體系的健全，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的良好設(shè)置，從而滿足數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)分析。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，機(jī)床的機(jī)械部分也扮演著重要的地位，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用部分是非常多的，比如主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件，比較常見(jiàn)的應(yīng)用方式是工作臺(tái)、拖板及傳動(dòng)部件，這些都是實(shí)現(xiàn)支撐性工作的關(guān)鍵，為了提升工作效益，進(jìn)行相關(guān)工作步驟的冷卻是必要的，需要保證輔助裝置的協(xié)調(diào)。在數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)化方案中，做好硬件部分的控制是必要的。數(shù)控銑床系統(tǒng)需要進(jìn)行銑床專(zhuān)用數(shù)控器的應(yīng)用，滿足半閉環(huán)數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的工作要求，在基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，進(jìn)行機(jī)床本體、銑床專(zhuān)用數(shù)據(jù)器等的協(xié)調(diào)是必要的。在其系統(tǒng)硬件的應(yīng)用過(guò)程中，需要做好銑床專(zhuān)用數(shù)控器的應(yīng)用，做好信號(hào)板的控制工作，進(jìn)行交流伺服驅(qū)動(dòng)器如交流伺服電機(jī)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)及無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用，以滿足實(shí)際工作的要求，其中也涉及到很多的工作步驟要求。
在數(shù)控系統(tǒng)操作過(guò)程中，做好軟件設(shè)計(jì)的工作是必要的，從而落實(shí)好銑床專(zhuān)用數(shù)控器的應(yīng)用方案，保證數(shù)控銑床的系統(tǒng)效益的提升，這里我們也要進(jìn)行銑床專(zhuān)用數(shù)控器參數(shù)的設(shè)置，針對(duì)其應(yīng)用程序，做好編輯輸入工作，滿足程序設(shè)計(jì)的諸多要求，按照其具體指令完成規(guī)定工作。在參數(shù)設(shè)置過(guò)程中，需要應(yīng)用到相關(guān)的參數(shù)設(shè)置方法，保證參數(shù)修改模式的更新應(yīng)用，做好參數(shù)修改效益的應(yīng)用工作。需要進(jìn)行分辨率情況的分析，認(rèn)真的做好分析，更有利于進(jìn)行機(jī)械軸向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)回授脈波數(shù)的正常應(yīng)用。這離不開(kāi)工作臺(tái)的良好設(shè)計(jì)，保證不同工廠的設(shè)置優(yōu)化，保證伺服馬達(dá)的良好安裝，從而滿足工作臺(tái)的工作需要，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的良好設(shè)定，進(jìn)行工作臺(tái)方向的修正。進(jìn)行數(shù)控銑床的實(shí)際情況的不同軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的控制，滿足當(dāng)下馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向的設(shè)定要求。在這個(gè)階段中，需要實(shí)現(xiàn)不同軸的最高進(jìn)給速度的控制，針對(duì)數(shù)控銑床的應(yīng)用趨勢(shì)，保證不同軸的行距的控制，進(jìn)行過(guò)高速度的控制，從而有效應(yīng)對(duì)其沖擊情況，保證電機(jī)工作的良好開(kāi)展。這些工作的協(xié)調(diào)，離不開(kāi)各軸的最高進(jìn)給速度的控制，滿足不同軸向的進(jìn)給速度控制需要。在這些工作的優(yōu)化過(guò)程中，進(jìn)行程序的選擇是必要的，這里可以進(jìn)行H4C-M銑床專(zhuān)用數(shù)控器的應(yīng)用，在這些程序工作過(guò)程中，可以進(jìn)行相關(guān)程序編輯及執(zhí)行工作。在其程序選擇過(guò)程中，可以進(jìn)行編輯及程序選擇，進(jìn)入程序選擇模式，通過(guò)對(duì)輸入鍵及選取鍵的選擇，以滿足當(dāng)下工作的開(kāi)展。在實(shí)際操作中，進(jìn)行程序的畫(huà)面選擇也是必要的，從而滿足舊程序的應(yīng)用需要，在舊程序的修改及應(yīng)用中，需要針對(duì)不同情況，進(jìn)行工作方式的協(xié)調(diào)，進(jìn)行指令的增加或者修改，保證程序語(yǔ)句區(qū)的良好操作，保證其所增加指令的單節(jié)的移動(dòng)。在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)進(jìn)行相關(guān)指令字?jǐn)?shù)的添加或修改。在程序語(yǔ)句區(qū)，需要將光標(biāo)移動(dòng)到所刪除指令中，在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)，需要進(jìn)行相關(guān)指令所需字母的輸入。在程序語(yǔ)句區(qū)，可以進(jìn)行單節(jié)的插入，將其光標(biāo)進(jìn)行所需單節(jié)程序的插入。在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)，可以進(jìn)行插入單節(jié)的第一個(gè)指令的字母或者是數(shù)字，再進(jìn)行輸入鍵的按下。從而保證單節(jié)的刪除。在程序語(yǔ)句區(qū)，需要將光標(biāo)移動(dòng)到需要?jiǎng)h除的單節(jié)處，再進(jìn)行刪除鍵的按下。在數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，進(jìn)行機(jī)械部分的分析是必要的，從而進(jìn)行機(jī)床本身誤差及其所需要加工零件精度的分析，更好地落實(shí)好機(jī)床的誤差補(bǔ)償控制。在數(shù)控銑床的工作應(yīng)用中，進(jìn)行數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)等的協(xié)調(diào)是必要的，這需要滿足機(jī)床設(shè)計(jì)的諸多理論，保證數(shù)控機(jī)床的加工工作，從而滿足機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作要求。為了實(shí)際工作的要求，需要協(xié)調(diào)好機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化應(yīng)用方向。
2曲線槽輪機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)誤區(qū)及缺陷分析
設(shè)計(jì)誤區(qū)：曲線槽輪設(shè)計(jì)者片面認(rèn)為曲線槽輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其自由度是恒定不變的，值固定是1，忽略了自由度的瞬時(shí)變化，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的不確切影響。在實(shí)際操作中，機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)瞬心和自由度瞬變，兩者對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)皆可產(chǎn)生不同程度的影響，使得槽輪從動(dòng)件不能按照設(shè)計(jì)者原定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律執(zhí)行運(yùn)作。設(shè)計(jì)誤區(qū)：壓力角過(guò)大，使得機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能較差。壓力角一般指的是接觸輪廓法線和從動(dòng)件的速度方向之間所形成的銳角，其值一般在50觷~70觷之間，不可超過(guò)90觷，才能確保機(jī)構(gòu)可以在一定的傳動(dòng)效率下正常工作。然而曲線槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)圓銷(xiāo)處在α=0的位置上時(shí)，接觸輪廓法線正好與槽輪從動(dòng)件的速度方向相互垂直，壓力角達(dá)到了90觷，故增加了接觸面的摩擦，使得機(jī)構(gòu)容易卡死，甚至無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。綜上所述，均表明了曲線槽輪代替直線槽輪確實(shí)存在一些誤區(qū)和缺陷，為改善這一問(wèn)題，本文提出了組合輪廓線槽輪機(jī)構(gòu)，一個(gè)槽輪機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以待可以結(jié)合直線槽輪和曲線槽輪的各大優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出既能消除圓銷(xiāo)入口處的柔性沖擊，又能保證機(jī)構(gòu)在加速度換向段擁有良好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的槽輪機(jī)構(gòu)。
3組合輪廓線槽輪機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路及要點(diǎn)
組合輪廓線槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是囊括了直線和曲線的優(yōu)勢(shì)，將二者串聯(lián)在一起，提高槽輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)性能，從而實(shí)現(xiàn)槽輪機(jī)構(gòu)具備確切運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)值得重視。
3.1槽輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)問(wèn)題
首先，在撥盤(pán)圓銷(xiāo)進(jìn)入槽輪的那一瞬間，其速度和加速度應(yīng)該為零；其次，速度和加速度的曲線在槽輪曲線與直線相交部分出應(yīng)該保持連續(xù)和光滑。在確定以上邊界條件之后，才可以確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而可以求得槽輪機(jī)構(gòu)的理論輪廓線。
3.2避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)失真現(xiàn)象
出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真，主要是因?yàn)閳A銷(xiāo)中心沒(méi)有沿著理論輪廓線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)確保圓銷(xiāo)中心在前半段與后半段的錢(qián)和時(shí)順著同一條理論輪廓線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所以實(shí)際的輪廓線應(yīng)該是由不對(duì)稱(chēng)的等距曲線組成的。在以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)均滿足之后設(shè)計(jì)的組合輪廓線槽輪機(jī)構(gòu)的幾何模型如圖2所示。
4組合輪廓線的應(yīng)用研究
本文以某一膠印機(jī)的遞紙機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行分析研究組合輪廓線的相關(guān)應(yīng)用情況。該膠印機(jī)的遞紙機(jī)構(gòu)原先采用的是五工位的直線槽輪機(jī)構(gòu)，正如上文所說(shuō)，該機(jī)構(gòu)存在柔性沖擊，并且在紙張傳送和交接的時(shí)候該現(xiàn)象最為明顯，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊振動(dòng)，所以嚴(yán)重影響著遞紙的精度和套印的精度，且在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率上也受到限制。在新型的槽輪設(shè)計(jì)中，將采用直線槽輪和曲線槽輪聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法，就可以有效消除在圓銷(xiāo)進(jìn)入和退出槽口時(shí)，遞紙牙在牙臺(tái)上取紙時(shí)的柔性沖擊，所以在完成紙張交接的過(guò)程時(shí)不會(huì)有精度上的影響。新型槽輪輪廓線的形狀圖如圖3所示。
1.1材料變?cè)?/p>
現(xiàn)實(shí)生活中很多種材料都可以用來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類(lèi)別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變?cè)梢宰兓霾灰粯拥慕Y(jié)構(gòu)模式。比如說(shuō)：在進(jìn)行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使結(jié)構(gòu)變強(qiáng)變硬，人們通常使用加強(qiáng)筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無(wú)差而別且對(duì)稱(chēng)均勻。
1.2數(shù)量變?cè)?/p>
在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個(gè)方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機(jī)械的結(jié)構(gòu)目的進(jìn)行改變，那么就可以通過(guò)調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實(shí)現(xiàn)。就好比在鑄件的過(guò)程中，是希望越簡(jiǎn)單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時(shí)候方便人們的使用，這在無(wú)形中就提高了工作效率，比如安裝一個(gè)螺絲釘?shù)臅r(shí)候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個(gè)步驟，但是如果把它們?cè)O(shè)計(jì)為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時(shí)間，提高了效率。
1.3位置變?cè)?/p>
在實(shí)際操作過(guò)程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進(jìn)行調(diào)換的，這樣可以無(wú)形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對(duì)應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問(wèn)題也十分重要，如果雜亂無(wú)章則會(huì)大大阻礙操作速度。
1.4尺寸變?cè)?/p>
零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進(jìn)行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進(jìn)行彎曲，如果零件在加工的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個(gè)成品，不需要再度進(jìn)行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進(jìn)一步的加工整形來(lái)達(dá)到產(chǎn)品的要求。
1.5形狀變?cè)?/p>
機(jī)械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過(guò)調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實(shí)現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過(guò)程中需要考慮多個(gè)問(wèn)題，首先是彈簧的大小及其相對(duì)的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計(jì)出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無(wú)論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來(lái)配合才行，如果零件之間的距離過(guò)大，或者不能夠?qū)毫τ行诤?，那么零件在安裝過(guò)后就不算是合格，如果這一類(lèi)零件銷(xiāo)售在市場(chǎng)中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因?yàn)檫@些問(wèn)題而失去使用效率，就勢(shì)必要將彈簧的設(shè)計(jì)空間放大，并且實(shí)現(xiàn)它的自身獨(dú)特性，即使它在單獨(dú)使用的過(guò)程中也可以實(shí)現(xiàn)跟其他零件的配合。
1.6分析連接變?cè)?/p>
一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個(gè)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對(duì)一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會(huì)在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類(lèi)的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購(gòu)買(mǎi)的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽(tīng)的后蓋，就可以任意拆卸下來(lái)安裝電池來(lái)維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。
1.7分析工藝變?cè)?/p>
零件在產(chǎn)生之前，往往會(huì)有其自己的設(shè)計(jì)圖紙，而設(shè)計(jì)圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級(jí)別的零件，因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計(jì)以及成本也千差萬(wàn)別，如果設(shè)計(jì)工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒(méi)有得到完善，那么勢(shì)必會(huì)影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒(méi)有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會(huì)受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對(duì)于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢(shì)，但是問(wèn)題也就隨之而來(lái)，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達(dá)到了理想中的需求，因此還需要進(jìn)一步的對(duì)此加大研究的力度。
2機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測(cè)評(píng)
2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新嘗試
防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變?cè)ㄔ谄渲兄匾淖饔?。石油和石化設(shè)備必須進(jìn)行防腐蝕性的設(shè)計(jì)，這樣一來(lái)，在設(shè)計(jì)的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護(hù)和防治措施，主要有以下幾個(gè)方面。首先，在總體的設(shè)計(jì)上面，對(duì)停車(chē)間給予了嚴(yán)格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細(xì)小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問(wèn)題，或者這些縫隙人是無(wú)法憑借手工去進(jìn)行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點(diǎn)，這些產(chǎn)品貌似看起來(lái)已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會(huì)有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進(jìn)行必要的封存和填補(bǔ)，或者干脆將縫隙擴(kuò)大，這樣便于對(duì)其進(jìn)行維修補(bǔ)救和防護(hù)。再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢(shì)差問(wèn)題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨(dú)特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過(guò)程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點(diǎn)也就越小，因此要針對(duì)產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)縮小表面積從而減少腐蝕。
2.2對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)化評(píng)測(cè)
機(jī)械結(jié)構(gòu)在完成變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進(jìn)行一個(gè)綜合的測(cè)評(píng)，首先要進(jìn)行模糊測(cè)評(píng)，運(yùn)用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計(jì)一種測(cè)評(píng)模式，但是這種測(cè)評(píng)模式并不是實(shí)際操作中的模型，而是通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和規(guī)劃，對(duì)其進(jìn)行變化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的檢測(cè)。在測(cè)試的過(guò)程中測(cè)試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗(yàn)和研究理念進(jìn)行對(duì)其綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進(jìn)思維對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建，在測(cè)試的過(guò)程中還需要考慮到社會(huì)實(shí)際問(wèn)題，產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)變?cè)螅褂梅矫媸欠癜踩?，便捷，可維修性是否達(dá)到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運(yùn)用到其中，選擇出使用其整體變?cè)姆桨?，最后針?duì)已經(jīng)選擇好了的方案，進(jìn)行進(jìn)一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能。
1.1教學(xué)內(nèi)容過(guò)于防范
目前，機(jī)械設(shè)計(jì)這門(mén)課程包含的內(nèi)容較多，有機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)包括材料、力學(xué)、熱處理、機(jī)械原理、公差與配合、機(jī)械零件、機(jī)械CAD等內(nèi)容，所涉及的知識(shí)層面較廣，教學(xué)內(nèi)容較散，且與其他課程有著很多重復(fù)，如機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科中有一項(xiàng)螺紋連接的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容?？梢?jiàn)，教學(xué)范圍與機(jī)械設(shè)計(jì)這門(mén)學(xué)科的學(xué)習(xí)原則不相符合。又如，減速器的類(lèi)型、樣式和設(shè)計(jì)參數(shù)要求，和機(jī)械制圖中的減速器設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)存在較高重復(fù)率，不僅在學(xué)科的學(xué)習(xí)層次上造成混亂，還浪費(fèi)了學(xué)生的學(xué)習(xí)精力。
1.2與時(shí)俱進(jìn)能力不強(qiáng)
機(jī)械設(shè)計(jì)這門(mén)學(xué)科的實(shí)用性較強(qiáng)，同時(shí)其教學(xué)內(nèi)容隨著科技的不斷發(fā)展而不斷變化。所以，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容如果不進(jìn)行更新，很難滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)滿足工程性和技術(shù)性需求，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)具備系統(tǒng)性。因此，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科緊隨時(shí)代的變化而改變，將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行時(shí)代元素的融入。如今，很多相關(guān)院校對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)學(xué)等技術(shù)的教學(xué)比較注重，教學(xué)力度也較大，使能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題的教學(xué)很少涉及。尤其是安全、人機(jī)關(guān)系、美學(xué)等社會(huì)因素和價(jià)值工程、周期費(fèi)用分析等經(jīng)濟(jì)因素，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)無(wú)法滿足現(xiàn)代人們的生產(chǎn)需求。
1.3教學(xué)方式落后
很多相關(guān)院校對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)仍然采用講學(xué)通用的原則，對(duì)于教學(xué)中的重點(diǎn)知識(shí)，讓學(xué)生采取理論知識(shí)記憶的灌輸性傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法，而對(duì)這門(mén)學(xué)科的實(shí)際應(yīng)用教學(xué)涉及較少，僅僅加深了學(xué)生的相關(guān)知識(shí)或原理的理解。同時(shí)，缺乏案例式教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)以及討論啟發(fā)式教學(xué)，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有充足的時(shí)間進(jìn)行自主探索，嚴(yán)重阻礙學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握，同時(shí)一定程度上阻礙了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題能力的發(fā)展。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系進(jìn)行創(chuàng)新。
2創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系措施
2.1調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)科教學(xué)內(nèi)容應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，注重教學(xué)的整體性、實(shí)踐性以及創(chuàng)新性。如今，很多學(xué)生對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)掌握不明確。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)當(dāng)遵循適度夠用的理論知識(shí)學(xué)習(xí)原則，可采取重點(diǎn)學(xué)習(xí)、部分理解等方式。首先，教學(xué)內(nèi)容要清晰精簡(jiǎn)，要精簡(jiǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)這門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，避免學(xué)生在相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)中產(chǎn)生知識(shí)重復(fù)。同時(shí)，在學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用教學(xué)中，如實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、社會(huì)調(diào)查、畢業(yè)論文以及課外科技活動(dòng)等注重實(shí)踐運(yùn)用的教學(xué)環(huán)節(jié)，不但要適度融入相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，還要增加其課程。其次，要注重知識(shí)的整合。在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)中，將其中關(guān)聯(lián)性與聯(lián)系性較大的知識(shí)急性整合學(xué)習(xí)。最后，在機(jī)械設(shè)計(jì)的教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重知識(shí)點(diǎn)的增設(shè)。不僅要注重知識(shí)的重點(diǎn)性，還要考慮知識(shí)的完整性，可以增設(shè)以電、液為動(dòng)力的機(jī)構(gòu)組合，結(jié)合實(shí)際的典型機(jī)械等新內(nèi)容，使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)現(xiàn)代機(jī)械，以適當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際需要，方便計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用和推廣。
2.2加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)
機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)極具實(shí)踐性的課程，過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生設(shè)計(jì)技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力為主要教學(xué)目的，同時(shí)注重學(xué)生工程意識(shí)、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)以及社會(huì)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)徹底摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，在講解相關(guān)理論知識(shí)或原理時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)結(jié)論的能力。同時(shí)，在相關(guān)知識(shí)或原理的講解時(shí)，融入其在實(shí)踐中的應(yīng)用，堅(jiān)持產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實(shí)踐性以及現(xiàn)代性。
2.3創(chuàng)新教學(xué)方法
目前，相關(guān)院校的招生多是面向全國(guó)，導(dǎo)致各種學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不一。因此，要不斷創(chuàng)新如今的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)。教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)直觀教學(xué)，在學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)或原理的同時(shí)，讓學(xué)生接觸各類(lèi)種機(jī)械、機(jī)構(gòu)、零件、部件、圖紙，提高學(xué)生相關(guān)知識(shí)或原理的實(shí)踐性。同時(shí)，教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真軟件系統(tǒng)，開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化、立體式教學(xué)。此外，教師在機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)盡量減少相關(guān)知識(shí)或原理的理論推導(dǎo)，運(yùn)用例證講清思路，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)或原理理解，提高課堂教學(xué)效率。
2.4增加教學(xué)實(shí)踐
機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)較注重實(shí)踐運(yùn)用的學(xué)科，教學(xué)時(shí)教師不能僅僅注重學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)，要更加重視學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用，如繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖2為機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制步驟。以四桿機(jī)構(gòu)為例，結(jié)合日常見(jiàn)到的篩東西、磨豆腐等，布置設(shè)計(jì)任務(wù)。在四桿機(jī)構(gòu)的講解過(guò)程中，不斷提醒雙曲柄機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿、雙搖桿機(jī)構(gòu)分別有什么運(yùn)動(dòng)特性，能轉(zhuǎn)化為什么樣的運(yùn)動(dòng)形式，現(xiàn)實(shí)生活中有哪些物品用到了這些機(jī)構(gòu)，不斷啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計(jì)任務(wù)。一個(gè)機(jī)器少不了動(dòng)力，因此課程中增加電動(dòng)機(jī)的選用環(huán)節(jié)。學(xué)生設(shè)定自己運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)后，按部就班選用電動(dòng)機(jī)，由此掌握效率等概念，并對(duì)整體的機(jī)器建立一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。電動(dòng)機(jī)選好后，考慮減速的問(wèn)題。這時(shí)，可以引進(jìn)齒輪機(jī)構(gòu)（包括蝸輪蝸桿）、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)。齒輪機(jī)構(gòu)重點(diǎn)講傳動(dòng)比的分配、計(jì)算及選用，對(duì)于漸開(kāi)線的形成等和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用聯(lián)系不密切的內(nèi)容可忽略不講。帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)重點(diǎn)講傳動(dòng)特點(diǎn)和應(yīng)用。此外，學(xué)習(xí)過(guò)程中要加入查手冊(cè)選材料環(huán)節(jié)，把時(shí)間用到應(yīng)用實(shí)踐上。
3結(jié)語(yǔ)
目前，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)體系仍然存在教學(xué)內(nèi)容過(guò)于龐雜、無(wú)法適應(yīng)時(shí)代的快速發(fā)展以及教學(xué)方式過(guò)于陳舊和落后等問(wèn)題。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)，同時(shí)不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，以期為國(guó)家培養(yǎng)更多機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新性人才。
作者:李?lèi)?ài)軍 徐紅芹 王紅梅 單位:山東理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院
參考文獻(xiàn)
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（二）意中有境的意象表達(dá)云由氣生，是陰陽(yáng)二氣聚合變化而成，中國(guó)古代哲人觀自然之云的形態(tài)取云之象繪制而成的云紋，它是中國(guó)古代哲學(xué)觀、自然觀和世界觀的有機(jī)統(tǒng)一體。云紋成為一種精神的圖形載體和標(biāo)示，表達(dá)了人們對(duì)吉祥、幸福的追求，對(duì)生命向往的獨(dú)特審美意境。這種獨(dú)特的審美意境是對(duì)云紋固有的意象的突破和升華，但并不是完全擺脫固有之象。王昌齡在《詩(shī)格》中說(shuō)“：意境，亦張之于意而思之于心，則得其真矣?！笨梢钥闯鲞@種審美意境指的是內(nèi)心意識(shí)與外界事物的審美意象心靈相通的審美感受，所以云紋意中有境的意象表達(dá)就要求形象在盡意的過(guò)程中生成的一種獨(dú)特的審美意境，而云紋這種獨(dú)特的審美意境就造就了圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中講求二次聯(lián)想的視覺(jué)思維方式。意象圖形的聯(lián)想特性就是運(yùn)用意象圖形表現(xiàn)出受眾所熟知的圖形形態(tài)，啟發(fā)觀者通過(guò)意象圖形語(yǔ)言的聯(lián)想正確判斷出作品想要傳達(dá)的信息。[3]而二次聯(lián)想是指圖形在傳達(dá)出設(shè)計(jì)創(chuàng)意的同時(shí)，設(shè)計(jì)者又賦予圖形一種獨(dú)特的審美意境，給人以充分的想象空間。沒(méi)有意境的作品，直白的說(shuō)教，把圖形簡(jiǎn)單的當(dāng)成文字一樣的工具，有一說(shuō)一，這就猶如無(wú)靈魂的軀殼一樣，雖存猶亡，也就是說(shuō)通過(guò)二次聯(lián)想傳達(dá)出的意境是圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)的靈魂。在《名古屋香港著名畫(huà)家十三人展》的海報(bào)中（如圖2），可以看到在靳埭強(qiáng)先生的設(shè)計(jì)作品中透露出一種獨(dú)特的東方美學(xué)意境。
二、云紋形態(tài)在圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
在中國(guó)傳統(tǒng)的民族設(shè)計(jì)語(yǔ)言里，云紋獨(dú)特的造型方法大量的運(yùn)用于現(xiàn)代圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)之中，其中主要包括有形態(tài)構(gòu)成的運(yùn)用、象征符號(hào)的融合、抽象因素的提取等，并顯露出它獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，形成了極具民族特色的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。
（一）形態(tài)構(gòu)成的運(yùn)用1.反轉(zhuǎn)相關(guān)反轉(zhuǎn)相關(guān)是指“正形與負(fù)形”“圖與底”視錯(cuò)覺(jué)規(guī)律的運(yùn)用。日本平面設(shè)計(jì)大師福田繁雄在《兩個(gè)不同性別的腿》宣傳海報(bào)的圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中（如圖3），充分利用了正負(fù)形的重復(fù)手法，男人腿與女人腿在反復(fù)中閃爍不定，畫(huà)面充滿了趣味性，視覺(jué)效果簡(jiǎn)潔明了，從中傳達(dá)出京王百貨的繁榮，也在更深入的探討了男人和女人之間的關(guān)系。2.重復(fù)再生明清時(shí)期流行的團(tuán)云紋造型，它的手法表現(xiàn)為通過(guò)單個(gè)云紋的重復(fù)組合加強(qiáng)圖形本身的視覺(jué)沖擊力，并與朵云紋相配合，整體的造型姿態(tài)構(gòu)成了一個(gè)從四面八方向中心聚攏的展開(kāi)樣式。這種手法在圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中被大量采用，通過(guò)單個(gè)形的不斷重復(fù)和有規(guī)律的組合從而使新的圖形具有強(qiáng)有力的視覺(jué)沖擊力，豐富的畫(huà)面效果是單一圖形無(wú)法達(dá)到的，透過(guò)重復(fù)的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系，準(zhǔn)確的傳達(dá)出了畫(huà)面的某種邏輯關(guān)系。2008年北京奧運(yùn)會(huì)祥云火炬的主體圖案就是采用了云紋的重復(fù)手法，將“吉祥、如意、和諧共生、生生不息”的中國(guó)傳統(tǒng)文化內(nèi)涵展現(xiàn)在了世人面前（如圖4）。奧運(yùn)“祥云”火炬的傳遞也將中華民族精神與北京奧運(yùn)會(huì)吉祥、祥和的信息傳遞到全世界，在火焰之下的中國(guó)云紋也成為最時(shí)尚的創(chuàng)意元素。[4]圖4祥云火炬3.移花接木移花接木是把兩種不同形態(tài)的造型通過(guò)嫁接融合的手法，重新組合成一個(gè)新的圖形的過(guò)程。秦代出現(xiàn)的云鳥(niǎo)紋深刻體現(xiàn)出了這種獨(dú)特的造型手法，在弧形的云紋頭部加上一個(gè)鳥(niǎo)頭，末端是云紋特有的S造型，凸顯了飛鳥(niǎo)的形象，但又隱含了云紋圖案的印跡，把云紋飄逸、灑脫的形態(tài)特點(diǎn)和鳥(niǎo)的形象進(jìn)行結(jié)合，形成了新的藝術(shù)效果。這種移花接木式的造型手法被大量應(yīng)在圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中，是將圖形的某一特定元素與另一圖形元素進(jìn)行打破常規(guī)的組合，這個(gè)新圖形并不是原有圖形的簡(jiǎn)單相加，而是一種超越或突變，以產(chǎn)生出新的含義。
（二）象征符號(hào)的融合云紋作為中國(guó)最具代表性的傳統(tǒng)圖形紋樣，它內(nèi)在體現(xiàn)了中華民族的傳統(tǒng)精神，為現(xiàn)代圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)灌注了民族傳統(tǒng)文化的品格，究其根源是它具有深刻的象征意義。從古至今，在云紋發(fā)展演變的過(guò)程中，積累了深厚的哲學(xué)文化內(nèi)涵。在中國(guó)人的心中“吉祥”一直是云紋最本質(zhì)的象征含義。中國(guó)古人曰：“吉者，福善之事；祥者，嘉慶之征”?？梢哉f(shuō)追求吉祥如意是中華民族普遍的文化心理特征，而云紋自古就具有“吉祥”的象征意義。故宮現(xiàn)藏的金屬如意，它的頭部采用的是如意云紋造型。它是把傳統(tǒng)的云頭造型和內(nèi)部一條向內(nèi)彎曲的圓滑飄逸的曲線形兩者結(jié)合而成，充分的表達(dá)出“吉祥”的文化象征意義，也是人們追求吉祥如意文化心理特征的物態(tài)化表現(xiàn)。而現(xiàn)代圖形創(chuàng)意恰恰抓住了云紋這一圖形符號(hào)的文化象征意義，并把它融入其中形成了獨(dú)特的圖形語(yǔ)言。首屆中國(guó)元素國(guó)際創(chuàng)意大賽金獎(jiǎng)作品，就把云紋這一文化象征符號(hào)運(yùn)用到海報(bào)中的圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中（如圖5），來(lái)表現(xiàn)“吉想如意”這一主題。他巧妙的抓住了云紋在中國(guó)傳統(tǒng)文化中的象征意義“吉祥如意”，通過(guò)夸張與變形把“吉祥如意”的“祥”與“吉想如意”的“想”進(jìn)行同構(gòu)，呈現(xiàn)出了獨(dú)特的設(shè)計(jì)意境，是傳統(tǒng)圖形創(chuàng)意理念和現(xiàn)代表現(xiàn)手法有機(jī)融合的成功作品。
（三）抽象因素的提取云紋就是古代先民用“觀物取象”的方式創(chuàng)造的圖形符號(hào)，是對(duì)自然之云形態(tài)的一種抽象提取，圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)的特征就是對(duì)事物抽象的設(shè)計(jì)過(guò)程，它是從眾多的事物中抽取出共同的、本質(zhì)性的特征，而舍棄其非本質(zhì)的特征，最終完成設(shè)計(jì)創(chuàng)意的一個(gè)圖形創(chuàng)造的過(guò)程。所以圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中抽象因素提取的造型手法和云紋“觀物取象”的抽象造型手法有著異曲同工之處，是對(duì)云紋抽象造型手法的繼承和發(fā)展。例如，2011年西安世園會(huì)標(biāo)志的圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)（如圖6），以“天人長(zhǎng)安•創(chuàng)意自然——城市與自然和諧共生”為主題，探尋“天人長(zhǎng)安•創(chuàng)意自然”的深層含義。
三、云紋色彩觀在圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中的傳達(dá)
在中國(guó)傳統(tǒng)的民族設(shè)計(jì)語(yǔ)言里，云紋具有的色彩觀不僅是客觀事物外表顏色的外在說(shuō)明，它代表的是古人對(duì)自然和世界的認(rèn)識(shí)，蘊(yùn)含著十分深邃的情感世界，具有不同的象征意義。中國(guó)傳統(tǒng)云紋色彩伴隨著五行說(shuō)思想、儒家和道家的哲學(xué)思想的產(chǎn)生而發(fā)展起來(lái)的，所以云紋的色彩觀被逐漸運(yùn)用到圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)中，并顯露出它獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，形成了極具民族特色的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。以云紋為代表的五色體系是中國(guó)人獨(dú)特的色彩體系，充分的體現(xiàn)出中國(guó)人獨(dú)特的自然觀、世界觀和審美觀。五色即青、赤、黃、白、黑。云紋的五色是與五行方位觀緊密聯(lián)系在一起的，究其根源云紋五色實(shí)際產(chǎn)生于中國(guó)古代哲學(xué)中的“五行”觀念。同時(shí)，云紋五色從色相上講它包含了現(xiàn)代色彩學(xué)上的三原色，但它內(nèi)在體現(xiàn)著的先秦古人的宇宙和天地時(shí)空觀念。如五色體系中的赤黃青就近似于現(xiàn)代色彩學(xué)中色彩的三原色紅黃藍(lán),這三色基本上代表了可見(jiàn)光譜色的全部，換言之，紅黃藍(lán)可以代替色彩的總和，眼睛需要這個(gè)總和才能滿足，也才能處于和諧的平衡狀態(tài)。[5]從五色“青赤黃白黑”到五方“東南中西北”，從五方“東南中西北”到五行“木火土金水”等，是一個(gè)相互聯(lián)系、相互衍生、相互呼應(yīng)，循環(huán)變化的體系。所以云紋的五色體系所蘊(yùn)含相生相克、循環(huán)變化的時(shí)空觀念就是對(duì)于這種周期性的現(xiàn)象與規(guī)律的深刻理解。云紋這種獨(dú)特的色彩象征意義對(duì)于現(xiàn)代圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)有著深刻的啟示性，能賦予色彩新的內(nèi)涵與生命，并顯露出它獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，形成了極具民族特色的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在《九九歸一•》的海報(bào)中（如圖7），畫(huà)面用中國(guó)傳統(tǒng)水墨的手法繪成九九勾云紋的漣漪，托起紅白相間的蓮花花瓣，以寬宏淡然的意念表現(xiàn)不染的精神。在黑白紅之間顯示了道家自然而然、花開(kāi)花落、落葉歸根的深遠(yuǎn)意境。同時(shí)云紋在“焦、濃、重、淡、輕”的水墨丹青中表現(xiàn)出道家崇尚黑色的審美觀，在道家看來(lái)各種色彩地位也是不一樣的。他們推崇黑色，因?yàn)樵诠糯拔迳崩碚撝杏小氨狈街^之黑，天謂之玄”的說(shuō)法，天色乃玄色，而玄乃道家學(xué)說(shuō)的歸源之地，所謂“玄之又玄，眾妙之門(mén)”。靳埭強(qiáng)先生就是很好的利用了中國(guó)水墨黑與白的獨(dú)特手法形成了獨(dú)特的圖形創(chuàng)意觀念和設(shè)計(jì)語(yǔ)言，他將現(xiàn)代設(shè)計(jì)的法則、材料、技法語(yǔ)言與傳統(tǒng)玄學(xué)神韻和意境有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以其獨(dú)特的色彩情感語(yǔ)言使得他的作品具有強(qiáng)烈民族特色，從中也體現(xiàn)出云紋黑與白的道家審美觀念已經(jīng)融入到了圖形創(chuàng)意設(shè)計(jì)之中，形成了獨(dú)特的圖形語(yǔ)言，也顯示出云紋黑與白的道家審美觀念所具有的獨(dú)特應(yīng)用價(jià)值。
1．在班級(jí)物品管理標(biāo)準(zhǔn)化中，實(shí)行四步法管理：分類(lèi)———整理———清潔———保持。分類(lèi)：把班級(jí)環(huán)境中必要的和非必要的物品按工作需求分開(kāi)。整理：把必要的物品進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)使用頻率確定使用的方法及擺放的位置，做好標(biāo)識(shí)。清潔：根據(jù)班級(jí)物品消毒規(guī)則，按時(shí)徹底清除污垢和隱患，清潔工作班級(jí)人員人人參與。保持：教職工要具有較高的集體榮譽(yù)感，每個(gè)教師時(shí)刻保持班級(jí)環(huán)境的整潔與美觀。
2．在班級(jí)消毒工作標(biāo)準(zhǔn)化中，實(shí)行三步法管理：了解時(shí)間掌握方法規(guī)范消毒。了解時(shí)間：即了解各個(gè)物品消毒時(shí)間的長(zhǎng)度，知道物品的具體消毒時(shí)間，懂得物品消毒的時(shí)間頻率。掌握方法：對(duì)物品用什么方法消毒了如指掌，按規(guī)定方法對(duì)物品進(jìn)行消毒（如：紫外線、消毒液等）。規(guī)范消毒：對(duì)物品消毒根據(jù)時(shí)間、方法，按幼兒園統(tǒng)一要求進(jìn)行消毒。
二、環(huán)境創(chuàng)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化
在環(huán)境創(chuàng)設(shè)中，班級(jí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)要建立在幼兒園整體校園環(huán)境文化創(chuàng)設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)主題、季節(jié)的變化進(jìn)行。班級(jí)環(huán)境文化分活動(dòng)室文化、盥洗室文化、寢室文化，各空間文化的標(biāo)準(zhǔn)化要求為“主題鮮明，區(qū)域規(guī)范，標(biāo)識(shí)清楚?！卑嗉?jí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)旨在促進(jìn)幼兒身心健康發(fā)展，要遵循“教師、幼兒、家長(zhǎng)共同創(chuàng)設(shè)”的原則。
1．區(qū)域明確的活動(dòng)室文化。在活動(dòng)室各班級(jí)根據(jù)課程內(nèi)容創(chuàng)設(shè)美工區(qū)、建構(gòu)區(qū)、閱讀區(qū)、科學(xué)發(fā)現(xiàn)區(qū)、表演區(qū)、娃娃家、安全角、天氣預(yù)報(bào)、小值日生等，各區(qū)域根據(jù)空間的大小確定參與人數(shù)，并制定進(jìn)區(qū)標(biāo)志，各區(qū)域進(jìn)行相關(guān)的環(huán)境創(chuàng)設(shè)，活動(dòng)室空中吊飾根據(jù)本班課程進(jìn)行制作美化。主題墻的創(chuàng)設(shè)要與課程保持一致，在創(chuàng)設(shè)中合理利用幼兒的作品，充分發(fā)揮幼兒的主動(dòng)參與作用。
2．清新整潔的盥洗室文化。盥洗室體現(xiàn)一個(gè)幼兒園保育管理的水平，在盥洗室文化創(chuàng)建中，具體標(biāo)準(zhǔn)化為“物品分類(lèi)清楚，擺放位置準(zhǔn)確，環(huán)境整潔清新”，這一切有利于培養(yǎng)幼兒良好的衛(wèi)生習(xí)慣。標(biāo)識(shí)清楚如清水抹布、消毒抹布分開(kāi)；干濕墩布按標(biāo)識(shí)分開(kāi)；水杯、毛巾標(biāo)識(shí)清楚，有序擺放；潔具隨時(shí)清潔，墻面裝飾用與幼兒入廁洗手的裝飾物美化等等。
2文化產(chǎn)業(yè)推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展
做為不斷創(chuàng)新產(chǎn)品理念的蘋(píng)果公司，在2008年就被《財(cái)富》雜志評(píng)為最受美國(guó)歡迎的企業(yè)，蘋(píng)果公司總能使用硅片和軟件“不斷制造奇跡”，喬布斯深知那時(shí)蘋(píng)果公司不具備在基礎(chǔ)技術(shù)和商業(yè)模式上進(jìn)行顛覆的能力，所以選擇了比較快速的以工業(yè)設(shè)計(jì)為創(chuàng)新點(diǎn)的iMac深受消費(fèi)者的青睞。蘋(píng)果公司的發(fā)展史表明，工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)已成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，因此可以看出工業(yè)創(chuàng)新將為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造更多的價(jià)值。工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)作為集藝術(shù)文化為一體的創(chuàng)新性產(chǎn)業(yè)，在推動(dòng)我國(guó)社會(huì)主義創(chuàng)新型國(guó)家的進(jìn)程中起到了至關(guān)重要的作用，我們可以通過(guò)添加人文元素增添產(chǎn)品的附加值，也可以通過(guò)常以產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，挖掘現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展規(guī)律，找出設(shè)計(jì)導(dǎo)向情感的交叉模式，開(kāi)拓文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的發(fā)展空間，推動(dòng)文化與設(shè)計(jì)的整體上市。
3文化產(chǎn)業(yè)背景下工業(yè)設(shè)計(jì)的未來(lái)趨勢(shì)
文化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為知識(shí)服務(wù)于一體的新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，工業(yè)發(fā)展對(duì)解決人類(lèi)現(xiàn)實(shí)生活中遇到的困難就有至關(guān)重要的作用，人們所處的環(huán)境，需要中國(guó)多種文化元素融合到本質(zhì)創(chuàng)新中去，不僅僅外顯為中國(guó)創(chuàng)造更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“民族的就是世界的”以民族文化來(lái)彌補(bǔ)諸多設(shè)計(jì)不足，以工業(yè)創(chuàng)新歷年來(lái)創(chuàng)新表現(xiàn)民族底蘊(yùn)。如今設(shè)計(jì)行業(yè)已成為集科學(xué)性和藝術(shù)性為一身的新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，我國(guó)在大力發(fā)展文化創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)文化科技創(chuàng)新，以文化科技創(chuàng)新作為發(fā)展的重要引擎，充分發(fā)揮文化與科學(xué)技術(shù)相互促進(jìn)的關(guān)系，以科技文化帶動(dòng)戰(zhàn)略，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。建立一個(gè)高度市場(chǎng)化的科技平臺(tái)，以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為涵蓋科技、文化、設(shè)計(jì)、多媒體等相關(guān)行業(yè)的多類(lèi)平臺(tái)。
