（设计艺术学专业论文）现代数控激光机床的面饰工艺探究.pdf

摘要 2 1 世纪是知识经济的时代，是信息的时代，但工业依然是一个国家发展的 重要力量。机床作为加工制造类机械为人们的生活提供了许多便利，为人类提 供了各式各样的产品。但是2 1 世纪市场竞争的焦点不再是产品自身，而是转向 以用户的需求为中心。因此，产品满足用户的需求程度成了市场上产品取胜的 重要法宝。这一原则适合于各类工业产品，小到日常用品，大到机床等大型机 械，源于此，能够全方位的展示产品竞争力的整体视觉外观效果就显得尤为重 要，那么，面饰工艺研究就顺理成章的成为了现阶段的重点。本文就以数控激 光机床为代表来研究制造类机械中的面饰工艺相关问题。 虽然科技的发展使得产品设计的综合性能有了很大的突破，有的甚至设计 的相当成功，不管是在使用功能上还是在审美功能上都很好的传达了产品的设 计理念，但是在有些产品的设计上，尤其是在工程机械和制造类机械的整体设 计上，还存在着不少的问题。有些人认为工程机械和制造类机械之所以存在的 目的就是为了能够完成某种特殊的所使用功能，其他的并不重要。在这种思想 的困扰下，人们对这类产品的精神功能并没有引起足够的重视，致使产品的“机 械味 依然相当强烈。随着社会的发展，人们对产品的要求也随之提高，因此， 这种机械味的产品已经不能满足人们的要求，人们在关注自己生活质量的同时 开始对现有的工作环境产生抱怨，强烈的希望自己的生活空间能有大的改观， 家居空间人们力图打造得浪漫温馨，富有生活气息，人们也希望自己的工作环 境少些理性，多些感性，使自己身心舒适。 本文从产品的材料、形态、产品的使用环境、使用人群等，展开论题的研 究。本文的研究目的是从满足人们身心舒适性，以数控激光机床为例来具体分 析制造类机械中视触觉效果表达，来找寻合理的面饰工艺体系。全文首先对面 饰工艺的相关概念进行了简单的概述，使读者对面饰工艺有一个基本的了解和 感性的认识，引起对面饰工艺的重视。然后分析现有机床中面饰工艺存在的一 些问题，以及如何进行操作才能体现良好的面饰工艺效果，同时建立合理的面 饰工艺体系。 关键词：数控激光机床，色彩，质感，面饰工艺 a b s t r a c t t h e2 1 s tc e n t u r yi st h ee r ao fk n o w l e d g ee c o n o m ya n dt h ee r ao fi n f o r m a t i o n i n d u s t r y , b u ti n d u s t r yi ss t i l la ni m p o r t a n tf o r c et ot h ed e v e l o p m e n to fo n ec o u n t r y a s t h ep r o c e s s i n gm a c h i n e r y , m a c h i n e t o o lp r o v i d e sm a n yc o n v e n i e n t sf o rp e o p l e sl i f e ， o f f e r i n gav a r i e t yo fp r o d u c t s b u ti nt h e2 1 s tc e n t u r y ，t h ef o c u so fc o m p e t i t i o ni nt h e m a r k e ti sn o tt h ep r o d u c t ，b u tt h eu s e r sd e m a n d t h e r e f o r e ，i ti st h ei m p o r t a n ta s s e t f o rt h ep r o d u c tt ow i nt h em a r k e tt om e e tt h ed e m a n do fu s e r s t h i sp r i n c i p l ei s s u i t a b l ef o ra l lk i n d so fi n d u s t r i a lp r o d u c t s ，f r o md a i l ya r t i c l e st ol a r g em a c h i n e r y s u c ha s m a c h i n e t 0 0 1 t h e n ，t h e w h o l ev i s u a l a p p e a r a n c e w h i c hc a n c o m p r e h e n s i v e l yd i s p l a yp r o d u c t s c o m p e t i t i v e n e s s s e e m st ob e p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t s o ，t h e d e c o r a t i o n p r o c e s s r e s e a r c ho f p r o d u c t s s u r f a c e w i l l w e l l r e a s o n e db e c o m et h ek e yc o n t e n ta tp r e s e n t t h i sp a p e rw i l ls t u d yt h er e l a t e d p r o b l e m so ft h em a n u f a c t u r i n gp r o d u c t s s u r f a c ed e c o r a t i o np r o c e s sb a s e do nn c l a s e rb e a mm a c h i n e a l t h o u g h t h e d e v e l o p m e n t o fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y m a k e st h e c o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c eo fp r o d u c td e s i g nh a dab r e a k t h r o u g h ，w e ns o m eh a d s u c c e s s f u ld e s i g n - - b o t ht h eu s ef u n c t i o na n dt h ea e s t h e t i cf u n c t i o nc o n v e y e dt h e d e s i g nc o n c e p tw e l l ，s o m ep r o d u c t se s p e c i a l l ym e c h a n i c a le n g i n e e r i n ga n d m a n u f a c t u r i n gm a c h i n e r y , t h e i rd e s i g ns t i l le x i s tm a n yp r o b l e m s s o m ep e o p l et h i n k t h a tt h ee x i s t i n gp u r p o s eo fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n ga n d m a n u f a c t u r i n gm a c h i n e r yi s t h a tc 孤p e r f o r mc e r t a i nu s ef u n c t i o n ，a n dt h eo t h e ri sn o ti m p o r t a n t i nt h i s t h o u g h t ，p e o p l ed o n tp a ye n o u g ha t t e n t i o nt ot h e i rm e n t a lf u n c t i o n ，w h i c hc a u s e s t h e m e c h a n i c a lf l a v o u r ”o ft h e p r o d u c t s t ob es t i l l q u i t es t r o n g w i t ht h e d e v e l o p m e n to fs o c i e t y , t h ep e o p l e sr e q u i r e m e n tf o rp r o d u c t si n c r e a s e sl i t t l eb y l i t t l e s o ，t h ep r o d u c tf u l lo f “m e c h a n i c a lf l a v o u r c a nn o ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n to f p e o p l ea n yl o n g e r w h i l ep e o p l ea r ef o c u s i n gt h e i rq u a l i t yo fl i f e ，t h e yb e g i nt o c o m p l a i nt h e i rw o r ke n v i r o n m e n t ，s t r o n g l yh o p i n gt h e m s e l ft oh a v el a r g el i v i n g s p a c e p e o p l et r yt oc r e a t er o m a n t i ca n dw a r m ，r i c hl i f eb r e a t hh o u s e h o l ds p a c e ，a n d a l s oh o p e sh i sw o r ke n v i r o n m e n tt ob el e s sr a t i o n a la n dm o r ep e r c e p t u a l ，w h i c h m a k e so n e s e l fm o r ep h y s i c a lc o m f o r t n t h i sp a p e rs t u y d i e sf r o mt h o s ef a c t ss u c ha st h ep r o d u c t s m a t e r i a l ，s h a p e ，u s e e n v i r o n m e n t ，t h eu s e ra n ds o0 1 1 i ta l i n e st om e e tp e o p l e sp h y s i c a lc o m f o r t i nt h i s p a p e r , it a k en cl a s e rb e a mm a c h i n ef o re x a m p l et oc o n c r e t e l ya n a l y z et h ev i s u a l a n dt a c t i l ee f f e c to fm a n u f a c t u r i n gp r o d u c t sa n df i n d s u i t a b l es u r f a c ed e c o r a t i o n p r o c e s ss y s t e m t h et e x tf i r s to u t l i n e st h er e l a t e dc o n c e p to fs u r f a c ed e c o r a t i o n p r o c e s s ，s ot h a tt h er e a d e r sc a ng e tab a s i cu n d e r s t a n d i n ga n dp e r c e p t u a lk n o w l e d g e a n dp a ya t t e n t i o nt ot h es u r f a c ed e c o r a t i o np r o c e s s t h e na n a l y z es o m ep r o b l e m so f t h ee x i s t i n gn cl a s e rb e a mm a c h i n ea n dh o wt oo p e r a t et or e f l e c t9 0 0 ds u r f a c e d e c o r a t i o np r o c e s se f f e c ta n de s t a b l i s ht h es u i t a b l es u r f a c ed e c o r a t i o n p r o c e s s s y s t e m k e yw o r d s ：n cl a s e rb e a mm a c h i n e ，c o l o u r ，t e x t u r e ，s u r f a c ed e c o r a t i o np r o c e s s i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：敞日期幽1 2 ：五：互 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：趁筮导师签名研究生签名：2 刍丝敛导师签名动父眵伽 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 我们所处的是一个工业化的时代，制造业是一个国家或地区经济发展的重 要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和 国防实力。1 科技的发展和人类社会的推进需求使得工业在人类的生活中发挥着 越来越重要的作用，因此，旧产品的改进、新产品的研发设计也就显得越发重 要。但产品设计不是一个简单的过程，它涉及到市场调研、工程技术、外观造 型以及后期宣传等各方面的知识，需要工程师和设计师协力合作。将人们头脑 中的概念或想法以实物的形式展示出来。在设计过程中，设计师要对产品形态 与空间的关系、材质和肌理合理形象的表达，结构和功能的相互适应性等综合 考虑，进而形成合乎人们心中的“物的实体，并能表达一定的符合语义，好 的产品可以让人见其物便知其意，并且可以给人视觉上的美感和心理上的愉悦 感，这是一个设计成功的产品所应该具备的，也是产品冲出国门走向世界所具 有的很重要的品质。其中包括家电、个人用品，医疗器械等，当然也包括隶属 于重型器械之中的机床行业。 加入w t 0 ，市场国际化，全球化市场竞争，工业发展成为一个国家重要的 支柱行业。机床是工业发展中很重要的一部分，伴随着工作环境日益复杂、工 作强度逐渐加大，工作人员身心负担也相应的加重，不管是从企业的效益出发， 还是从工人的身体素质角度考虑，对机床总体性能的要求都应该得以提升，因 此，机床产品整体质量的提高也就成了设计师力求解决的问题，在材料质感对 人的愉悦性、操作宜人性及安全性，界面友好性，造型设计、色彩搭配以及照 明设计等外在的细节上需要设计师细细斟酌、仔细推敲后制定合理的设计方案。 并且，产品特有的品质理所当然的也会成为一个企业的识别元素，象征着企业 的经营理念和发展实力，对于企业来说是至关重要的，他决定着企业未来的命 运和发展的空间。“用起来顺心、看起来顺眼 是产品设计的最基本要求，能够 实现一定的功能是产品立足之本，坐具要能为人提供一个支撑面才能称之为坐 具，洗衣机之所以称为洗衣机是因为它能实现将衣服中的灰尘与衣服分离开来 1 伍国俊，现代机床色彩设计的特征与原则，艺术与设计，1 9 9 4 - - - 2 0 0 7 ，p 1 2 3 武汉理工大学硕士学位论文 这一基本功能。对于机床来说，首先，作为一种加工器械，也同样是因为能完 成车、铣、刨、磨、切割、焊接、打孔等功能才得以名副其实的存在，否则， 失去了功能也就等于说失去了它存在的价值；其次，从机床的形态、色彩、表 面处理工艺、质感及情感表达上分析研究，挖掘深层次的内涵，采用归纳演绎 的方法，从感性到理性进行设计分析和思考，逐步实现操作者对机床功能的驾 驭能力，用起来得心应手，让机器依附于人，而不是人适应机器，体现工作中 人的主体性、情感性，让工人的工作不再是强迫的、单调的的顺从，而是让工 人在一种轻松愉快的状态下工作。正如美国当代设计家德雷福斯所说的：“要是 产品使人感到更安全、更舒适、更有效、更快乐，设计便成功了。2 社会的进步，物质文明的富足，使人们的思想观念也发生着巨大的变化， 如今人们对各式各样产品的购买欲和占有欲很大程度上源于其提供给人的精神 方面的享受，产品的形态美、色彩美、工艺美给人的舒适的、享受的视知觉传 达。美国心理学家唐纳德a 诺曼指出：“美观的物品更好用。这种购买和使 用倾向在家电和家居类产品中表现的尤其突出，但是人们使用机床的过程中， 人们更希望工作氛围是轻松的、愉悦的，让自己总是以积极的心态面对工作， 在一个看起来令自己舒服的环境中，即使身体上累，心情却还是晴朗的。李砚 祖在其 ，上海科学技术h 版社，p 2 7 4 表面处理工艺手册编审委员会，表面处理工艺手册，上海科学技术出版社，p 2 7 4 武汉理工大学硕士学位论文 改变金属表面的色彩还可以采用金属染色工艺，它是用染料使金属表面改 色，染料通过金属表面的小孔或金属的吸附能力，把染料均匀的染到金属表面 上，因为能用作金属表面染色的染料不多，所以，金属染色时候，一般都在工 件表面首先镀上一层能够染色的防护装饰性镀层，经钝化处理后再进行染色。2 1 3 3 选取适合面饰工艺的因素分析 产品面饰效果的优劣直接影响产品本身的整体效果，因此，面饰质量的好 坏在产品的整个生产过程中起着重要的做用。在本小节，笔者就从事物发展的 内因和外因两方面分析，以选取合理的面饰工艺。 3 3 1 决定面饰工艺的内因分析 内因是决定事物发展变化的内在因素，就面饰工艺而言，影响面饰工艺效 果的内因就在于面饰工艺方式的不同。从前文可知，面饰工艺种类繁多，不同 的方式就有可能产生迥然不同的表面效果。由前文对每一种面饰工艺的内容介 绍中，我们能看出，涂装工艺、电镀工艺、金属的氧化和着色、染色工艺它们 的应用都很广泛，效果各有优劣，涂装工艺形成的表面效果好，有色彩和光泽， 视觉质感和触觉质感好，经过抛光后可得到镜面一样的光泽。尤其烤漆的使用 让涂装工艺的应用更加广泛。使用钢琴烤漆能使产品色泽亮丽，不易褪色，漆 的性能稳定；使用金属烤漆色泽饱满，在正常使用下1 0 年不变色。但是在金属 质感效果方面，电镀工艺和金属的着色工艺更能体现出他们的优势，电镀工艺 因为镀层的不同可以呈现出丰富多彩的金属色和质感效果。因此，要想经济实 惠、又想得到较好的面饰效果就、可以选择涂装工艺，如果想得到具有优良的 金属质感的表明效果可以选择电镀工艺或金属着色。 3 3 2 影响面饰工艺的外因分析 决定面饰工艺的外因主要有产品的材料、产品的功能和使用人群、使用环 境等。 1 根据材料的不同选择合理的面饰工艺 材料从大方向上分为金属材料和非金属材料。金属材料主要包括铁、锌、 2 1 表面处理工艺手册编审委员会，表面处理工艺手册，上海科学技术出版社，p 2 7 4 2 4 武汉理工大学硕士学位论文 钢、铝及其合金、铜及其合金等，非金属材料主要包括塑料、石膏、木材、玻 璃和陶瓷等。 大多数金属材料都可以采用涂装工艺，也可以采用电镀工艺以及金属的氧 化和着色，非金属材料基本上都可以采用涂装工艺以及电镀工艺，也可以采用 着色和染色工艺。只是在工艺流程上有所不同，最后呈现的效果也不同。 2 根据产品的功能和使用人群选择面饰工艺 从功能及使用人群分，产品大致可分为普通用户产品、产业机械产品和公 共事业产品。 普通用户产品主要指个人用品、家用电器等，这类产品是供人们生活、娱 乐和休闲的。因此，色彩和外观质感要求比较高，色彩要丰富柔和、具有亲和 力，产品表面处理要精细，能体现出良好的质感效果，所以，我们可以采用高 质量的涂装工艺或电镀工艺。 产业机械产品一般包括工程机械、大型加工类机械等，这类产品的体积比 较大，功能性较强，工作环境相对差些，因此，在面饰工艺质量要求上，不像 普通用户产品那么严格，所以，类似户外作业的挖掘机、压路机，室内作业的 机床类产品的面饰工艺质量一直没有得到很好的改进，但是随着人们要求的逐 渐提高，这类产品的面饰工艺也应该引起人们的重视，因此，要使涂装工艺和 电镀工艺的质量加以提高。 公共事业产品一般包括公共交通工具、教育设施、公共办公设施、公共体 育设施等，这类产品与人们仅次于普通用户产品，是人们生活和工作中经常使 用和接触到的产品，因此，产品也要有较好的整体品质，能给人提供舒适的生 活、学习和工作环境，使人们在其中得到精神的享受和心理的愉悦感，因此， 同样需要优良的外观质感。 3 根据产品的使用环境选择面饰工艺 产品是在一定的环境下使用的。要与周围的环境相协调，要适应周围环境 的条件。一般情况下，环境较好的地方对产品面饰工艺的装饰性要求要优先于 保护性要求，而环境条件不是很好，尤其是恶劣环境下，产品保护性要求是我 们选择面饰工艺要考虑的重点。 3 4 面饰工艺的施工 3 4 1 面饰工艺施工过程 武汉理工大学硕士学位论文 在本课题中，我采用图表的方式对工艺施工的过程做了简单的描述，虽简 单但却明了的展示了工艺的各个环节( 见表3 2 ) 。 表3 - 2 各种面饰工艺施工过程 工艺类型预处理工艺工艺过程 黑色金属制品：除油( 有机溶剂、碱液、电化学 涂装工艺 涂底漆一涂刮腻子一打 方法) 一强浸蚀除锈一弱浸蚀除锈磷化 磨一涂二道底漆一涂面 铝及铝合金制品：除油( 有机溶剂、碱性盐溶液) 漆一抛光上蜡一装饰和 一酸碱浸蚀 保养 塑料制品：退火一除油( 有机溶剂、碱性水溶液) 一活化( 铬酸处理液氧化处理) 金属制品：磨光一抛光一除油一除锈 电镀工艺 电镀一酸洗碱洗清 塑料制品：机械和化学粗化一化学除油( 有机溶 洗 剂、碱性水溶液) 一敏化处理一活化处理一还原 处理一化学镀 金属氧化和 金属制品：光亮浸蚀或喷砂 电镀一着色一上蜡一涂 着色覆清漆 3 4 2 面饰工艺过程中应该注意的问题 不管是涂装工艺、电镀工艺还是金属氧化与着色工艺，都要注重工艺之前 的表面预处理，表面预处理的质量好坏是能否获得优质表面效果的重要环节， 不同的材料具有不同的特性，因此，预处理的方法和步骤要根据实际材料和要 采用的处理工艺进行合理的选择，不能以不变应万变，要因地制宜，才能使制 品的表面处理达到理想的效果。之外，处理工艺的后续工作也很重要，例如涂 装完成后，应避免涂层摩擦、碰撞和玷污，保证涂层的外观效果。镀锌层要进 行去氢和钝化处理，镀铜层镀后也要进行钝化处理，以得到光亮表面和抗蚀性 能。镀镉后要进行去氢、活化和钝化等等。 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章现有数控激光机床面饰工艺分析 由前文我们知道，在现阶段的机床数控设计中，利用激光技术的加工设备 主要集中在数控激光切割机、数控激光焊接机、数控激光打标机、数控激光打 孔机这仅有的几类。数控激光机床的出现和应用在很大程度上解放了人类的劳 动，便利了人们的生活，但是与此同时，由于其自身的特点和加工性能决定了 产品结构的复杂性和展示机械功能性的外观造型和色彩搭配。由此，呈现在人 们眼前的这类产品给人的视觉感受基本上是理性的、机械化的、让人不自觉的 心生畏惧，功能性方面自不必说，满足了公司、企业的使用要求，但是由于外 观设计的不足，人们在使用的过程中会产生一定的心理压力，有时也会因失误 操作引起严重的工伤，这种情况的出现势必会造成一系列不良的连锁反应，不 仅在一定程度上影响人们正常的生活、学习和工作，对于人自身的发展也是一 个障碍。当今社会大环境下，提倡设计以人为本，人的全面发展的科学理念告 诉我们，有必要对现有的产品进行分析，指出其不足之处，提出合理的改进方 案。 4 1 使用环境和使用人群分析 前面提到，数控激光机床主要包括激光切割机、激光焊接机、激光打标机、 激光打孔机这几类，其他领域的应用还比较少。下面就它的使用环境和适用人 群进行分析( 见图4 - 1 、图4 2 、图4 3 、图4 4 ) 武汉理工大学硕士学位论文 站姿( 如图4 _ 5 ) ，这种长期的、机械化的工 作状态很容易使人疲劳，就像卓别林电影里面所4 - s 工人的工作状巷 武汉理工大学硕士学位论文 看到的那样，生物的人快变成了“机器人 ，每天单调的工作使入都没了精神， 只剩下一个躯壳，时间久了，人就会变得麻木，并且还有很重要的一点就是， 长期从事这种工作的操作人员虽然经过训练具有较高的技术水平，但是在遇到 问题时，还是会紧张，甚至不知所措，最后还需要专业人员协助完成解决，通 过面饰工艺可以在这方面通过色彩、质感、肌理的不同区分不同的功能区域，在 工业生产中，可以合理运用色彩来表明控制装置中不同功能的控制按钮或显示 装置中不同的显示状态。恐 4 2 国内外机床产品视觉质感对比和分析 4 2 1 国内外机床对比图例 国内机床公司产品色彩、质感对比( 见表4 - 1 ) 及国外机床公司产品色彩、 质感对比( 见表4 - 2 ) 兹陈利洁，产业机械的色彩特征与应用研究，东华大学硕士学位论文，p 9 武汉理工j = 学硕士学位论文 表4 一l 国内机床公司产品色彩、质感对比 沈阳机床厂 驾8 黑色、白色一般 具有色彩视觉北京索斯曼 湍 黑色、白色、冲击力但技激光技术有限公司 红色 术感不强 笨重、表面处 济南捷迈 鸸。哆， 蓝色、红色理粗糙、色彩 数控机械有限公司黑色艳丽、视觉冲 击力强。 笨重、色彩过 扛苏金方圆 _ 黑色、红色于艳丽、视觉 数控机床有限公司冲击力强。 色彩搭配相对 扛苏新瑞 舞露露i 蓝色、黑色、合理、表面处 机械有限公司 ：j 昭； - 白色理相对精细、 具有光泽度 显得凌乱、机 苏州天弘 辑谴 蓝色、白色 械味较重、色 激光设备有限公司彩搭配相对台 理 色彩过于艳 华工檄光公司 晦舡 红色、白色 藤、税觉冲击 力强。 结构凌乱、机 武汉楚天 嘧紫 蓝色、白色械睬较重、色 激光股份有限公司彩搭配相对合 理 整体性不够、 武汉天琪激光设备 润姆 蓝色，白色采用冷色作为 制遣有限公司主色调、 整体性不蟛、 东莞市大族粤铭 f 警 蓝色、白色体现不出产品 激光科技有限公司的科技感觉 武汉理工大学硕士学位论文 袁4 之国外机床公司产品的色彩、质感对比 蓝色、白色、科技感根强、表 德国d m g 公司 姆瞄 灰色面处理精细，细 节色彩点缀很好 科技感强、表面 德国通快公司 期 蓝色、白色质感效果好、质 感强 整体感觉不错、 瑞士阿奇夏米尔 。i 净浏 黑色、白色表面质感效果挺 好、细节色彩应 用较好 色彩应用使产品 灰色、白色显得稳重瑞士斯图特公司 一 r 科技感不错、色 瑞士百超公司 凶船船 蓝色、白色彩搭配减轻了产 品的体量感 整体感觉不错、 美国哈挺集团 i 鲞边 黑色、白色细节色彩使产品 不苒沉重 色彩艳丽、视觉 意太利昔瑞吗公 时磅i 黑色、蓝色冲击力强 质感效果挺好、 日本山崎马扎克 勤剖 黑色、白色科技感强、细节 公司 处理比较到位 比利时埃硪迪 峪醚 蓝色，白色、造型稳重、质感 黑色一般 质感效果挺好、 韩国精密机械 ：霉；誊 白色、蓝色具有一定的光泽 度 武汉理工大学硕士学位论文 4 2 2 国内外机床视觉质感分析 上面的图片是国内外比较有代表性的数控激光机床，在此，对这些机床公 司设计的产品进行分析，从上面的分类可以看出，我把这些公司分了国内和国 外两大类，分别列举了国内和国外具有代表性公司的数控激光机床。 首先，从大方向上进行分析，我们可以看出，中国的产品与德国、瑞士、 美国、意大利、日本、比利时以及韩国的产品相比，从整体造型和外观感受上 还是有很大差距的，国内产品结构布局凌乱无秩序，产品的整体感觉不够强烈； 国外的产品尤其是德国和瑞士的产品整体上给人的感觉比较高档和时尚，高科 技、理性的造型下却还是掩饰不住那份柔性，已经远远没有了以前机械产品的 冷漠，这也许不是德国和瑞士的机床行业领先于世界的主要原因，但是他们之 所以能始终引领世界机床行业的的发展方向，与这不无关系。其中德国以重型 机床和大型精密机床著称，瑞士的机床则是以中小型机床为主。其实，从7 0 、 8 0 年代开始，德国机床研发就有一个很重要的特点，那就是“一切为了用户， 针对用户生产需求而研发各种产品。 在那个时候，德国人就注重为用户考虑， 那么德国产品在市场上备受欢迎也就在情理之中。不仅仅是在机床行业，在德 国，只要是设计，都表现出德国设计的坚实面貌：理性化、高质量、可靠、功 能化等特征。但是，随着美国有计划的商品废止制度为中心的消费主义设计原 则造成的新产品的层出不穷，德国的企业开始向国际主义的、前卫的、商业的 设计进军。以应对广泛的国际市场。因此，现在市场上的德国产品不仅具有精 良的使用性能，还具有精致的加工工艺和简洁、大方、理性、柔和的视觉感受。 德国的研究人员特别重视“人 在实现自动化生产中的作用，即使是计算机控 制与管理整个生产过程，而真正起决定作用的仍然是素质高的“人 ，对于这一 点，美国和日本远远赶不上德国，他们强调“无人化管理。瑞士的机床从上到 下，特别重视机床的质量，他们认为质量是企业的生命，宣称他们的机床可以 “长期保持精度。这就是瑞士的产品具有高质量的原因。 其次，从细部即色彩和质感上进行分析：不管是国内的还是国外的，主体 色基本上都是红、蓝、绿有彩色系和黑、白、灰无彩色系的搭配。但是，国内 机床的色彩抑或是鲜艳有彩色的大面积平铺，给人强烈的视觉冲突，给人不平 静感，尤其是大面积红色的使用，会使人的心跳加速，情绪兴奋冲动，有研究 发现，人的大脑对红色的反应是警觉，因此，机床上大面积红色使用会让操作 人员处于高度警觉的状态，久而久之，给用户的生理和心理势必造成一定的影 武汉理工大学硕士学位论文 响；蓝色的使用就相对合理，因为人脑对蓝色的反应是放松，所以蓝色在产品 中的使用会让操作人员处于放松的状态，有利于人心理的健康发展。抑或是比 较沉闷，冷冰冰的无彩色，没有生机的活力，试想，对着如此灰色的机器，用 户怎么能保持饱满的精神去工作呢? 这种充斥着机器大工业味道的工作环境从 一开始就拉开了人机之间的距离，降低了工人工作效率的起点。质感、光泽和 细节的处理方面平淡单薄，表现不出其应有的力度和光泽效果。相对而言，国 外的设计就比中国产品看上去显得精致许多，尤其是德国的d m g 机床、瑞士阿 奇夏米尔集团的机床，他们的设计突破了机床设计的沉闷，一方面，d m g 机床 设计的整体造型给人变化的、轻快的感觉，另一方面，在细节设计方面经得起 推敲，色彩的搭配以及装饰色带的恰当处理总能使人眼前一亮，有万花丛中一 点绿的那种惊喜。但最重要的还是产品的表面质感始终透露着设计的精益求精， 材料表面的光滑平整感，表面的光泽感给人营造一种静谧、和谐的、柔和的、 轻松的心理感受，给人一种高科技的、精良的设计视觉感官体验，这是d m g 机 床取胜的很重要的一个方面。因为单单从产品实现功能要求方面来说，不管是 国内的还是国外的，基本上没有什么优劣之分，至多也就是在零件加工精度上 有所差别而已，科技的发展使得数控、激光技术在工业加工领域的应用已经比 较成熟，主要的差别就在做工的精细和细节的用心推敲上，包括材料的选择、 加工工艺和表面处理工艺等，当然，德国的设计优于同类产品与德国的设计风 格也有着不可分割的联系，纵观各国的设计风格和设计思想，德国的设计向来 以高、精、尖著称，这在其他产品中也可以得到证实。 即使如此，相对于以前，国内现有数控激光机床的面饰工艺有了很大的进 步，不论是从使用环境的考虑上还是在用户方面的研究上，都促使机床在造型 和外观上有了很大的提高，但是和国外相比还是有一定差距的，中国的机床显 得有些陈旧和呆板，视觉感受上欠缺一些，那么在调动工作人员积极性上就会 显得薄弱一些，虽然说我国的机床奋战六十年已经进入世界行列，但是在国际 市场的竞争下，我国的机床没有自己的特点，没有树立起自己的品牌形象，在 国际的竞争中，还是略逊一筹，所以，精致的外观设计，优良的表面处理工艺 的应用对于提高中国机床的市场竞争力具有重要的作用。根据中国具体的科技 实力，借鉴外国的先进工艺手段，研究和探索适合机床的面饰工艺，并付诸实 践，使机床的外观质感得到改进，将是国内机床可以和国外机床抗衡的重要手 段。 总之，追根溯源分析造成这种视觉质感差别的原因，主要是表面材料处理 武汉理工大学硕士学位论文 工艺和装饰工艺的精细程度造成的，材料不同，加工和表面处理工艺不同，就 会形成表面效果的差异。虽然这种工艺带给产品的是一种无形的附加值，但这 种附加值有时却能带给企业高额的利润和企业品牌形象的提升。从这个意义上 来说，如何增强产品给人的表面视觉感受就成了产品生产过程中重要的一部分。 4 3 面饰工艺分析 4 3 1 基于使用环境的面饰工艺分析 数控机床的使用环境指的是温度、湿度、电网电压、接地、油污、导电粉 尘等诸多方面，不管是何产品，使用环境对材料和面饰工艺的选择起着重要的 作用，有时候，使用环境的特殊性在一定程度上决定着其材料的慎重选择和表 面处理工艺的合理而成熟的应用，政治学上讲到，产品在使用过程中有一定的 磨损，其中包括有形磨损和无形磨损，无形磨损是由于劳动生产力的提高而引 起的价值损失，也被成为精神磨损，随着社会的发展和科学技术的进步，在产 品的使用过程中不可避免要出现的一种磨损形式，这不在我们研究的范围之内。 但有形磨损却与使用环境有着密切的关系。有形磨损是由于设备使用或闲置的 过程中由于氧化、腐蚀所发生的实体的磨损或损失，是物质上损耗，这种损耗 对产品的使用寿命带来严重的影响，有形磨损到一定阶段产品就会丧失工作能 力，致使设备完全贬值，这是一种无法避免迟早会出现的结果，虽然不可避免， 但是我们采用一定的方法可以延缓有形磨损的进程，合适的材料和合理的表面 处理工艺可以使产品的价值得到最大程度的发挥，所以说产品的表面处理工艺 对于设备价值的最大发挥起着重要的作用，是不容忽视的，尤其是对使用环境 要求比较高、造价也较高的的大型机械产品更为重要。 数控激光机床比较怕阳光照射和潮湿的环境，工作环境相对湿度小于7 5 ， 震动0 5 g 以下，粉尘过多或有腐蚀性气体的环境也会损害机床，尤其是生产现 场的油雾，具有很强的附着力和扩散性，油雾伴随空气进入数控激光机床，这 些均可使电子元件受到腐蚀，进而损害机床，影响其正常运行。所以机床内部 电子元件的表面处理要采用合适的工艺，注重其所达到的防腐性、耐潮性和抗 震性。 实现防腐性可采用电镀来实现，耐蚀性镀层是电镀一个很重要的应用，锌 电镀层是应用最广泛的耐蚀镀层，但是锌镀层要经过铬酸盐钝化处理，才能使 武汉理工大学硕士学位论文 表面美观，提高抗腐蚀性。2 3 锌的标准电极电位是一0 7 6 伏特，因此形成铁一 锌原电池时候，镀锌层是阳极，他会自身溶解而保护基体，抗蚀性能相当优良。 2 4 镀锌多用于钢铁制品的表面，经过钝化后，在空气中基本上不发生任何化学 变化，并且镀锌成本低，抗蚀性好，美观等优点，在机床、工程机械得到广泛 的应用。贵金属镀层中的镀银具有高硬度、高耐磨性、易焊性、导电性等良好 性能，固在机床的电子元器件上得到应用广泛。 随着科学技术的发展，数控机床对环境的要求不再像以前那么苛刻，但是， 由于数控机床含有大量的电子元件，数控机床的电子设备比较复杂，工作时会 产生部分热量致使机器温度上升，导致整个电子系统的工作不稳定而影响机床 的加工精度和灵敏度，一方面可以通过电子元件的阵列布局优化尽可能的减少 热量的产生或者加快热量的散失，一方面我们人为的控制机床工作的外界环境 温度，一般情况下，机床的工作环境温度在o 一3 5 ，理想温差在正负2 摄氏度， 温度在3 2 以上的环境是不适宜人有效工作的。实践表明，室温过高时数控系 统的故障率大大增加。根据使用环境及机床功能要求，选择合适的材料作为机 床主体和导轨的加工材料。 4 3 2 基于材料选择的面饰工艺分析 在中国机械资讯网上有一个关于“我国的数控机床床身与国外机床的差距 问题的讨论，在这个问题上，许多人都说出了自己的想法：网名为“天气一的 网友于2 0 0 8 1 0 3 11 8 ：2 8 ：3 8 说：“床身算不上机床的主要部件，只要能保证床 身具有足够的稳定性和制造精度就可以。可以考虑在材料和结构上想办法减少 床身的重量和体积 ；网名为“w a n f - 0 1 1 的网友于2 0 0 8 1 1 - 0 11 9 ：0 8 ：5 1 说： “精密机床对床身肯定有很高的要求。 网名为“五年磨一剑”的网友说：“床 身设计一个很关键的是首先要满足功能性要求；“西门说：“做床身材料是关 键”；“枯藤“说：“最近好像很流行在精密机床上用人造花岗岩聚合物作为床身 的材料，据说抗震性比铸铁提高很多；“新蓝 说：“国内加工中心机床的床身 在设计上多采用焊接结构，而国外采用整体铸造结构，这点上就能体现出差 距 ；“风刃 说：“焊接床身和铸造床身差别不是一般的大啊 。 从这几名网友的回答中，可以看出，机床床身的功能性要求决定了材料选 择，机床床身要具有足够的稳定性和抗震性，因此，铸铁材料是一个不错的选 2 3 高岩，工业设计材料与表面处理，国防工业出版社，p 2 0 9 秘胡传j 行，表面处理技术手册，北京工业大学出版社，p 7 7 武汉理工大学硕士学位论文 择，另外很多公司在用人造花岗岩聚合物，例如瑞士斯图特公司、德国哈默、 美国哈挺集团、英国6 0 0 集团的数控车床及瑞士米克朗的加工中心等都采用人 造花岗岩聚舍物制作机床床身( 图4 6 、图4 7 、图4 - 8 、图4 - 9 、图4 1 0 、图 4 一1 1 ) 。这种材料的阻尼特性胜过灰铸铁1 0 倍，热稳定性超过灰铸铁2 0 倍。对 于哈挺集团来说，数控机床车身材料主要采用纯大理石、大理石或花岗岩填充、 铸铁三种。哈挺( 中国) 有限公司总经理张静娟女士在接受采访时说：“哈挺集 团在床身结构上较多采用的是铸铁的骨架，中间填充花岗岩，将非金属与金属 融合在一起，以发挥最佳状态。这是用了1 0 0 多年的时间研究出来的硬车技术。” 闰46 瑞士斯酗特公司的 $ 3 2 数控万能外圆磨床 鲡1 ，l 一 圈4 7 瑞士阿奇夏米尔公司 的f o i 瑚一2 0 06 5 9 机睐 圈4 哈挺公司机床图4 _ 9 肖特外圆磨床 伊 武汉理工大学硕士学位论文 图4 - 1 0 啥默展出的人造花岗岩结构 图4 - 1 1 德国哈默强调人造花岗岩结构 i 材料的选择性分析 ( 1 ) 铸铁 机床床身采用灰口铸铁材料，型号基本上为l i t l 0 0 、h t l 5 0 、h t 2 0 0 、h t 2 5 0 及h t 3 0 0 ，后面的数字表示最小抗拉强度，数字越大表示抗拉强度越大。采用 这种材料主要是基于以下几点： 第一、铸铁性价比较高取材方便，价格相对便宜，可以节约成本，另外， 铸铁的成型主要应用铸造方式，而铸造可以采用模具成型，这是一种适合大批 量生产最经济且比较简单的成型方式。作为工业产品的数控机床，它具有工业 产品的一般特点，那就是产品的大批量生产。所以，铸铁作为机床的主要原材 料具有它的合理性。 第二、按重量比统计机床中铸铁占6 0 9 6 9 0 ，究其原因，在于铸铁中的 含碳量比较高相对于钢来说，铸铁的古碳量大于2 1 1 ，并含有较多s i 、 舳元素及p 、s 等杂质元素，正是由于含碳量比较高，所以具有钢所没有的优 良性能，具有良好的减震性能和耐磨性，机床开机后的转速很高极易产生振动， 古碳量高的铸铁可以很好的起到减震的作用以及减少零件之间的摩擦，提高机 床加工件的加工精度，这对于机床来说是很重要的。 第三、铸铁的刚性比较好。塑性变形相对比较小，不易产生塑性形变，这 对于高精度机床来说是至关重要的。 以上几点决定了铸铁材料是制造机床床身的主要材料。 ( 2 ) 人造花岗岩聚合物 人造花岗岩聚合物也被称为树脂混凝土、聚合物混凝土。这种材料与铸铁 材料相比具有显著的优点： 武汉理工大学硕士学位论文 价格性能比值合理，不用增加很多成本，但是能很好的提高机械的加工精 度、比重比铸铁低，相同的重量下，结构的壁厚可为铸铁的3 - 4 倍。因此刚 性比铸铁好、阻尼特性数值超过铸铁1 0 倍( 图 4 1 2 ) ，般不需再设置水泥地基、工具底座 从浇注模型中取出时便具有相当光洁的表面 方便后续工作、相对铸铁的制造过程，人造花 岗岩聚合物的制造过程不会有废弃物，是一种 环保的材料，颜色的选择灵活，可以做成任何 颜色，且色泽保持性好，不易变色、外形可随 需要加以改变，可生产出不同的结构、吸震特 性特别好，是铸铁的6 8 倍、热惯性性也很出 色，是铸铁的2 0 多倍。用人造花岗岩床身代替 高精度的铸铁床身，是一项突破性的科研成果。 人造花岗岩聚合物浇注机床床身，能提高精密 机床的稳定性，保证机床的高精度及最佳性 能。 譬考硼花舞岩 幽4 - 1 2 阻尼特性比较 人造花岗岩在国际市场上有广泛的应用，但是在国内市场上，由于产品技 术不高及人造花岗岩技术不成熟，并没有得到国内各厂商的青睐，因而仅止于 研究的阶段。直到1 9 9 9 年，财团法人精密机械研究发展中, 0 7 l 进人造花岗岩设 备及制造技术之后，人造花岗岩应用范围才扩大开来。 2 面饰工艺的适应性分析 最适宜于铸铁和人造花岗岩聚合物材料丈面积处理的面饰工艺是涂