Verktygsmaskindesign innebär design, konstruktion och konstruktion av verktygsmaskiner som används för en mängd olika industriella ändamål. Typer av verktygsmaskiner som vanligtvis används i dagens industrier inkluderar svarvar, borrmaskiner och fräsmaskiner, såväl som överförings-, slip- och honingmaskiner. Varje verktygsmaskinsdesign måste ta hänsyn till den belastning som maskinen kommer att behöva hantera, vem som kommer att använda verktygsmaskinen och påfrestningarna på nyckelkomponenter, såväl som dess effektbehov och hur mycket av dess funktion som kommer att automatiseras.
Flera nyckelaspekter av de olika typerna av verktygsmaskiner måste fokuseras på av verktygsmaskindesignern. Den första av dessa är ramen, eller chassiet, som verktyget är byggt på. Det kan vara en gjuten, tillverkad eller konstruerad ram som kommer att rymma alla motorer, bord och kontroller som verktyget kräver. Ofta är dessa ramar byggda av stål eller gjutjärn, men en modern verktygsmaskindesign kan också använda en kompositplastram. Ramens nyckelfunktion är att den måste kunna motstå och dämpa effekterna av långvariga vibrationer, värme och ljud för att göra verktyget mer effektivt och pålitligt.
Andra komponenter som ofta ingår i en verktygsmaskinsdesign är slider och skenor, som är styrningar som tillåter rörelse av bord och spindlar. Det finns två primära former för dessa. Boxway slide, eller rail, är standarden och den enklaste att bygga, med god dämpningsförmåga och motståndskraft mot stötar, även om den ofta är svår att reparera och byta ut. Rullvägsdesignen har ett lager mellan glidbanan och skenan, vilket gör den mer mångsidig och lättare att placera. Rullvägskonstruktioner tar dock upp mer golvyta och är, på grund av sin ökade komplexitet, vanligtvis dyrare att bygga.
Elmotorer i verktygsmaskiner finns i en av tre varianter. Spindelmotorer är vanligast och är axeldrivna. Matarmotorer ger kraft till slider som flyttar arbetsbord och kallas ofta servomotorer. Linjärmotorer ger rörelse i en linjär riktning via en rotor ansluten till sliden, och är vanligtvis små och lätta.
En verktygsmaskinsdesign måste också ha kontroller, som kan vara manuella eller baserade på olika mikroprocessorer, såsom den programmerbara logiska styrenheten (PLC). Mjukvaran som fungerar med PLC:n genererar en verktygsmaskindel med hjälp av datorstödda tillverkningsprogram (CAM) och programvara för datornumerisk styrning (CNC) för att exekvera CAM och köra verktyget. Den här programvaran styr löstagbara verktyg och borrkronor gjorda av härdad volframkarbid som är i fokus för verktygsmaskinens design.
Verktygsmaskinmarknaden förväntas fortsätta att växa, vilket underblåser ett ständigt närvarande behov av utexaminerade verktygsmaskiner. Uppskattningar anger att det under år 2015 kommer att vara en global industri på 80.7 miljarder US-dollar (USD) som förser nationer över hela Europa och Asien inom industrier som flyg-, vind- och bilsektorer. Den nordamerikanska marknaden ses som mogen, medan åldrande verktygsmaskiner för skärning, slipning, honing, samt svarvar, fräsmaskiner med mera kommer att ersättas av nyare modeller som är mycket efterfrågade på andra håll.