數控機床造型設計的應用研究

張穎澤

（天津工業大學機電學院，天津300160）

機床是支撐制造業的關鍵基礎裝備，是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，是發展機器制造業以至整個工業必不可少的復雜生產工具，既是生產力要素，又是重要商品。數控機床是主導性的機床產品，數控機床的造型設計是具有典型性和代表性的，研究它的造型設計有重大的理論價值和現實意義。

1 機床和數控機床的概念

機床是對金屬或其他材料的坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面品質的機器。機械產品的零件，通常都是用機床加工出來的。機床是制造機器的機器，也是能制造機床本身的機器，這是機床區別于其他機器的主要特點，故機床又稱為工作母機或工具機。機床包括金屬切削機床、木工機床、特種加工機床和鍛壓機械。

數字控制機床，是用數字代碼形式的信息，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數控機床。零件加工程序輸入專用或通用計算機，經過運算后發出信號，控制執行機構，驅動機床工作臺或刀具進行加工。

2 機床的造型設計

機床造型設計，既不是工程技術設計，又不是單純的美術設計，其為工程與美學藝術的有機結合。其以機床設計為主要對象，而且重點研究與機床造型有關的工程技術問題，與造型形式美表現的密切結合問題，和造型設計構思表現的方法與技能。其探討如何應用造型設計原理，達到機床的科學性與藝術性的統一，研究如何應用造型設計原則和法則，處理特定條件下各種產品的結構、功能、材料、工藝、宜人性、市場經濟和造型的關系，并且創造性地將這些因素協調地表現在機床的結構和造型上，最后創造出既具有某種物質功能又有精神功能，而且適應時代審美要求的產品，以滿足物質、精神文明需要。

機床造型設計，注意了美學藝術與工程技術的結合，因此，在產品設計中很注重產品與人的關系。不論產品的使用、操作、色彩、質地、材料與工藝，都追求使用功能的合理，而且追求使用的舒適宜人，以達到使用者心情舒暢、精神飽滿和提高效率的目的。此外，機床造型設計對于老產品的更新換代，具有加速變革的積極作用。經過合理的造型設計，改變其外觀，使其具有新穎適時的造型款式，既可以延續老產品的壽命，又會創造更高的經濟效益。現代化的社會離不開現代化的工業產品及環境，而它又必然是先進科學技術與現代藝術的高度綜合，表現出具有時代風貌的科學性與藝術性。

3 數控機床的造型元素分析

從設計的角度來看，由于設計風格的改變，產品設計造型元素也在發生變化。19世紀的現代主義時期，現代主義者在造型元素和表現上是致力于一種非個人的，能夠以工業化方式批量生產的，代表工業社會特征的新設計。20世紀前期，伊頓、康定斯基等重點研究了造型形式中有規律性的東西，形——點、線、面、體(方、三角、圓)，以及色彩、明暗、質地等，從中找出規律而加以應用，這是這個時期的現代主義造型元素。

數控機床造型設計，不是單純意識形態的概念和抽象的藝術表現問題，首先必須有先進的科學技術、結構、材料、工藝等物質條件，才能實現產品的功能目的，達到性能可靠、技術先進、使用方便、宜人和經濟合理的要求；同時要構成具有美的形象要求的產品，必須應用美學法則、形態構成法則和色彩功能與配置等技術美學原理，去表現機床的藝術性和精神功能。這幾個方面是數控機床造型缺一不可的基礎組成部份。所以，數控機床產品族基因的構成元素分析，也包括了功能、物質技術以及美學方面。

4 數控機床構成元素的提取與對比

產品族基因通過遺傳沉淀為產品特征，產品族是一些具有大量相同或相似特征產品的統稱，基于一個或數個產品平臺而設計，所以其功能元素和物質技術元素有很大的遺傳性，產品所保存的共性大多也體現于此。所以，對數控機床的構成元素進行提取分析，主要是基于功能元素與物質技術元素的基礎上，其美學元素及宜人性元素的分析與研究。對于數控機床構成元素的屬性表述，就是對產品族基因的獲取過程。

4.1 數控機床整體形態特點

隨著數控技術的發展，機床的自動化、智能化程度提高，省去繁瑣的手柄、手輪等操作部件，復雜的變速機構也簡化了，所以整體性好。數控機床的整體性風格一般包括如下兩種造型方式：造型具有“塊”感（形感、體積感）的清晰性和統一性，各“塊”的組合，十分嚴謹和富于韻律，主要用于結構受到限制的大型機床，例如大型龍門式加工中心。

由于數控機床設備為求平整簡潔，以及便于加工，多采用直線型。線型風格應統一，但也應該在同一中求得變化，線的曲直結合、斜直結合，造成動靜結合、剛柔相濟的視覺感，使線型活潑多變。造型中如果將造型物的輪廓線和結構線主要采用平行和垂直的方式組織，造型物的形態則獲得方正、簡潔、剛直和穩定的視覺效果，線型方向的選擇要求與功能要求相一致，并與整體外形相協調。造型中這種以直線為主的平行或垂直排列方式組織線型，如處理適當也易獲得線型的節奏感，取得調和、對比、呼應、統一及變化的藝術效果。但過分單純的運用這類線型組織形式，也顯得比較呆板生硬，缺乏生動活躍的動感。所以，形態設計中部分輪廓線和結構線，可以按一組或多組射線的方式進行組織，造型物的形態則易獲得既簡潔、剛直、穩定的視覺效果，又達到線型生動、活潑，具有一定動態感的藝術效果，同時還可以增強造型物的體積感和空間感。

4.2 數控機床的構成造型特點

構成造型形體大輪廓的幾何線型要大體一致，達到線型風格的協調統一。除構成形體的主要線型要調和外，主要或突出的輔件線型也要與之協調一致。例如，以小圓角、直線條為主的造型產品，在選用手輪或操縱把手等輔助件時，也應采用方形、小圓角和直線，使它們與主體的線型風格協調一致。

4.3 數控機床的色彩元素

色彩元素是數控機床造型設計的一個重要構成元素。數控機床產品作為具有特定功能以及結構特點的一類機械產品，其色彩元素具有這種產品的個性，但同時也符合美的設計原則。數控機床色彩設計與產品的形態、結構、功能要求達到和諧統一，是配色成功的重要標志。

（1）色彩元素之主色及配置。數控機床主色調，一般是采用純度和明度適中的冷色調、淺色調或暖色調為宜。采用二色配置，是很多機床所采用的色彩配置模式，一般的處理手法是上明下暗、上輕下重、上虛下實，或在中部施以與主色調對比較大的色帶，以取得豐富而生動的色彩效果，色彩比例一般符合美學設計原則，實用中通常處理為2:3、3:5、5:8等序列。

（2）色彩元素之平衡性。色彩的對稱，為保持色彩平衡的一種方式，給人以莊重、大方、穩重、嚴肅、安定、平靜等感覺，但也易產生呆板、平淡、單調、缺少活力等不良印象。色彩均衡是形式美的另一種構成形式，為非對稱狀態，但表現出相對穩定的視覺心理感受，這種形式最能適應大多數人的審美要求，是選擇配色的常用手法。

（3）色彩元素之節奏性。數控機床的色彩設計，是有節奏性可循的，通過色彩的聚散、重疊、反復、轉換等，在色彩的更動、回旋中形成節奏、韻律的美感。漸變性節奏，是數控機床中應用較多的一種，將色彩按某種定向規律作循序推移系列變動，漸變性節奏有色相、明度、純度、冷暖、補色、面積、綜合等多種推移形式。

4.4 數控機床的材質元素

材質元素作為對人之五感都有影響的特殊媒介，在數控機床構成元素中占據了重要的角色，成為了一種全新的并極具表達力的設計語言。一方面，材質的物理特性及其表現性因素被引發并用來表達設計作品的內在意蘊時，則會與作品更好的融合在一起，傳達出作品的深層內涵和魅力。另一方面，材質雖為物質形態本體，但卻具有人格化的生命特征，有其個性和情感表達，對材質性格有深入的把握，方能達到對設計語言完美應用。

5 結束語

機床的造型設計經歷了很漫長的發展過程，其間呈現過各種各樣的造型設計風格。隨著科技的發展，新材料、新結構、新工藝的出現，數控機床造型設計的靈活性與自由性更大，無疑給工業設計師發揮造型創意提供了較大的空間與可能。機床的造型設計將朝著更完善的功能和結構、更具有美學意義的外觀、更佳的宜人性等趨勢發展。

[1]陳蟬娟.數控車床設計[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]李樂山.人機界面設計[M].北京：科學出版社，2004.

[3]劉濤.工業產品造型設計[Ml.北京：北京冶金工業出版社，2008.