臥式加工中心數控系統設計研究論文
1數控加工中心概述
數控加工中心是一套綜合性的機電一體化產(chǎn)品，它涵蓋技術(shù)范圍較廣，其中包括信息處理技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、檢測技術(shù)及測量技術(shù)等多項先進(jìn)技術(shù)。數控加工中心具備高精度、高效率、高穩定性、高適應性、高度開(kāi)放性、高智能性等特征，這使其在機械制造行業(yè)普及面愈來(lái)愈大[1]。相對于歐美發(fā)達國家而言，我國數控加工中心研發(fā)起步較晚，但近年來(lái)取得了較大的進(jìn)展。數控加工中心最初由普通機床演變而來(lái)，通過(guò)計算機控制實(shí)現生產(chǎn)自動(dòng)化。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，數控機床增強了基礎管理，改變了生產(chǎn)方式，擴大了利益鏈，對于行業(yè)整合以及產(chǎn)業(yè)鏈結構調整而言都具有重要的意義。在技術(shù)不斷迭代的情況下，數控機床的主軸轉速、進(jìn)給速度及識別率水平均有了大幅度提升�，F代數控機床系統在保持數控補償功能的同時(shí)，還加入了傳感器系統，可對溫度、空間誤差進(jìn)行補償，進(jìn)一步提升了定位精度。目前，多數數控機床定位極度可達1um，重復定位精度高達0.5um[2]。數控系統是決定數控加工中心可靠性的關(guān)鍵部分。目前，主流的數控系統均采取模塊化方式構建，結合不同的需求，可篩選不同功能的模塊進(jìn)行自由化組合。除基礎加工功能外，人機交互水平較以往有了大幅度提升，同時(shí)還具備了負載識別功能、編程功能、自動(dòng)保護功能等[3]。強大的計算能力保證了系統運行的穩定性，基于柔性化與智能化特征，讓數據信息集成度有所提升，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。
2數控系統設計分析
本研究中，數控加工中心設計具體如下：主軸1個(gè)，工作臺交換裝置1個(gè)，進(jìn)給軸4個(gè)，刀庫1個(gè)，排屑器1個(gè)。進(jìn)給軸包括三維方向的X軸、Y軸及Z軸及環(huán)繞軸B軸，具體如圖1所示。其中，X軸、Y軸以螺母不動(dòng)絲杠方式進(jìn)行旋轉，Z軸以螺母旋轉絲杠不動(dòng)的方式旋轉。三根絲杠安裝時(shí)一端為固定端，另一端為自由端。由于Y軸為垂直移動(dòng)軸，將電磁制動(dòng)器置于其尾端，可保持機床功率維持正常狀態(tài)。于絲杠帶輪位置設置一個(gè)安全剎車(chē)裝置，可有效避免工作臺出現自由下落。絲杠自由端處安裝一個(gè)機械擋塊，避免部件滑動(dòng)而脫離極限位置。將主軸變動(dòng)箱設計為人工調速與手動(dòng)調速共存（分4個(gè)擋位）。利用感應開(kāi)關(guān)對主軸位置進(jìn)行定向，采取液壓驅動(dòng)銷(xiāo)釘鎖定定位。刀庫可根據實(shí)際需求進(jìn)行自由選擇，由直流電機帶動(dòng)。系統設計需滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：便于拆裝、維護；對惡劣環(huán)境具有較好的抵抗力，工作環(huán)境區間為0至45℃，可在濕度不超過(guò)75%的情況下穩定工作；具備保護電路；可讀取PMC信號、功能指令；具備高速DNC功能。加工中心控制系統主要設計為以下模塊：顯示模塊、主軸控制模塊、儲存器模塊、電源模塊、測試模塊、進(jìn)給軸控制模塊等。通過(guò)這些模塊的共同調節，達到上述要求。
3數控中心人性化設計分析
數控系統設計過(guò)程中，如何實(shí)現人性化是一個(gè)難點(diǎn)，以下通過(guò)工作臺設計、顯示器設計及控制器設計對其進(jìn)行闡述。
3.1工作臺設計
工作臺是人機交互過(guò)程中的重要界面，設計時(shí)需考慮使用者舒適度。中小型機床數控中心加工時(shí)間較短，作業(yè)姿勢多為站姿；大型機床數控機床中心加工周期較長(cháng)，作業(yè)姿勢以坐姿為主�？紤]到上述情況，可將工作臺設計為站、坐兩用式�？稍诳刂婆_下部增加踏腳板，達到較高坐姿操作的要求�？刂圃O定在人手可及范圍內，控制臺本身應當留出充足的闕量作為操作者活動(dòng)空間，預留水平臺面作為文件書(shū)寫(xiě)區域。安裝顯示設備時(shí)結合視覺(jué)幾何參數進(jìn)行設定，使操作者可對顯示信息進(jìn)行清晰辨別。
3.2顯示器設計
顯示器是實(shí)現人機交互的重要窗口，其視覺(jué)元素會(huì )對人機關(guān)系產(chǎn)生直接影響。在設計這些視覺(jué)元素的過(guò)程中，除了需要滿(mǎn)足顯示精度、顯示穩定性等硬性指標需求外，同時(shí)還要使其與人的視覺(jué)生理特征相吻合。從人機工程學(xué)角度來(lái)看，應當遵從“機器適應人”的原則。將顯示面板設計為多面形，當顯示信息量較大時(shí)，可減少邊緣處的觀(guān)察偏轉角度，降低眼球旋轉范圍，為使用者眼睛“減負”。將顯示器面板置于使用者正前方，面板平面與使用者視線(xiàn)保持垂直，降低使用者的頭部運動(dòng)頻率與眼球運動(dòng)頻率。顯示器設計為動(dòng)態(tài)可調節模式，通過(guò)動(dòng)態(tài)支架對顯示器位置進(jìn)行調整，從而滿(mǎn)足不同體型使用者的需求。儀表盤(pán)色彩以白色背景、黑色字體進(jìn)行設計，降低數據誤讀率。人體工程學(xué)認為，人眼運動(dòng)與認知習慣具有密切的關(guān)聯(lián)。為滿(mǎn)足這種潛在性需求，在設計過(guò)程中，要讓功能分區排列保持一定的邏輯關(guān)系，常用信息置于顯示器中心位置，其他功能信息以重要程度不同，依次由中心向周?chē)鷶U散且各功能區可采取不同顏色分界或不同顏色背景以示區別。
3.3控制器設計
盡管數控系統可讓機床中心實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，但依然會(huì )避免不了基礎人工操作。系統的調試、參數設定等通過(guò)控制器達成。因此，控制器的人性化設計從側面反映出了系統對操作人員的親和力�？刂破髦饕譃槿�(lèi)，即按壓式控制器、旋鈕及腳控制器。按壓式控制器是最為常見(jiàn)的控制器類(lèi)型，其工作原理為典型的二進(jìn)制，即“開(kāi)”與“關(guān)”，在控制器按下的瞬間已經(jīng)實(shí)現了擊發(fā)動(dòng)作，并將信號傳遞于設備，使其工作。由于數控機床功能多樣，采取按壓式控制器這種直接性操控方式，可有效降低誤控幾率。旋鈕控制器選擇多倍旋轉旋鈕，此類(lèi)旋鈕連續性較強，旋轉范圍較大，便于旋轉。外形以錐臺形為主，可與操作者手形相貼合，周?chē)稍O計為齒紋，起到增加摩擦力的效果。腳控制器主要是緩解手部操作負荷，以腳踏板較為常見(jiàn)，起到輔助性作用。
4結語(yǔ)
目前，機械制造加工正朝著(zhù)自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。在這個(gè)過(guò)程中，數控系統發(fā)揮了重要的作用，為實(shí)際生產(chǎn)提供了有力支持。數控中心作為一個(gè)綜合性產(chǎn)品，除了需要數控系統支持外，還需充分考慮將人性化設計元素賦予其中，通過(guò)對人機交互的不斷完善，為使用者提供更好的操作感受。
參考文獻
[1]羅敏.HCFHD80A臥式加工中心控制系統設計[J].伺服控制，2008（03）：40-42.
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[3]李世葳，王述洋，張萬(wàn)里.數控機床的人性化設計研究[J].林業(yè)勞動(dòng)安全，2007（04）：30-33.
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