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臥式加工中心數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計研究論文
1數(shù)控加工中心概述
數(shù)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)等多項先進技術(shù)。數(shù)控加工中心具備高精度、高效率、高穩(wěn)定性、高適應(yīng)性、高度開放性、高智能性等特征，這使其在機械制造行業(yè)普及面愈來愈大[1]。相對于歐美發(fā)達國家而言，我國數(shù)控加工中心研發(fā)起步較晚，但近年來取得了較大的進展。數(shù)控加工中心最初由普通機床演變而來，通過計算機控制實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看，數(shù)控機床增強了基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)調(diào)整而言都具有重要的意義。在技術(shù)不斷迭代的情況下，數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度及識別率水平均有了大幅度提升。現(xiàn)代數(shù)控機床系統(tǒng)在保持數(shù)控補償功能的同時，還加入了傳感器系統(tǒng)，可對溫度、空間誤差進行補償，進一步提升了定位精度。目前，多數(shù)數(shù)控機床定位極度可達1um，重復(fù)定位精度高達0.5um[2]。數(shù)控系統(tǒng)是決定數(shù)控加工中心可靠性的關(guān)鍵部分。目前，主流的數(shù)控系統(tǒng)均采取模塊化方式構(gòu)建，結(jié)合不同的需求，可篩選不同功能的模塊進行自由化組合。除基礎(chǔ)加工功能外，人機交互水平較以往有了大幅度提升，同時還具備了負載識別功能、編程功能、自動保護功能等[3]。強大的計算能力保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，基于柔性化與智能化特征，讓數(shù)據(jù)信息集成度有所提升，進一步提高了生產(chǎn)效率。
2數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計分析
本研究中，數(shù)控加工中心設(shè)計具體如下：主軸1個，工作臺交換裝置1個，進給軸4個，刀庫1個，排屑器1個。進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軸以螺母不動絲杠方式進行旋轉(zhuǎn)，Z軸以螺母旋轉(zhuǎn)絲杠不動的方式旋轉(zhuǎn)。三根絲杠安裝時一端為固定端，另一端為自由端。由于Y軸為垂直移動軸，將電磁制動器置于其尾端，可保持機床功率維持正常狀態(tài)。于絲杠帶輪位置設(shè)置一個安全剎車裝置，可有效避免工作臺出現(xiàn)自由下落。絲杠自由端處安裝一個機械擋塊，避免部件滑動而脫離極限位置。將主軸變動箱設(shè)計為人工調(diào)速與手動調(diào)速共存（分4個擋位）。利用感應(yīng)開關(guān)對主軸位置進行定向，采取液壓驅(qū)動銷釘鎖定定位。刀庫可根據(jù)實際需求進行自由選擇，由直流電機帶動。系統(tǒng)設(shè)計需滿足以下幾點要求：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(qū)間為0至45℃，可在濕度不超過75%的情況下穩(wěn)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(tǒng)主要設(shè)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、進給軸控制模塊等。通過這些模塊的共同調(diào)節(jié)，達到上述要求。
3數(shù)控中心人性化設(shè)計分析
數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，如何實現(xiàn)人性化是一個難點，以下通過工作臺設(shè)計、顯示器設(shè)計及控制器設(shè)計對其進行闡述。
3.1工作臺設(shè)計
工作臺是人機交互過程中的重要界面，設(shè)計時需考慮使用者舒適度。中小型機床數(shù)控中心加工時間較短，作業(yè)姿勢多為站姿；大型機床數(shù)控機床中心加工周期較長，作業(yè)姿勢以坐姿為主�？紤]到上述情況，可將工作臺設(shè)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。控制元件設(shè)定在人手可及范圍內(nèi)，控制臺本身應(yīng)當留出充足的闕量作為操作者活動空間，預(yù)留水平臺面作為文件書寫區(qū)域。安裝顯示設(shè)備時結(jié)合視覺幾何參數(shù)進行設(shè)定，使操作者可對顯示信息進行清晰辨別。
3.2顯示器設(shè)計
顯示器是實現(xiàn)人機交互的重要窗口，其視覺元素會對人機關(guān)系產(chǎn)生直接影響。在設(shè)計這些視覺元素的過程中，除了需要滿足顯示精度、顯示穩(wěn)定性等硬性指標需求外，同時還要使其與人的視覺生理特征相吻合。從人機工程學角度來看，應(yīng)當遵從“機器適應(yīng)人”的原則。將顯示面板設(shè)計為多面形，當顯示信息量較大時，可減少邊緣處的觀察偏轉(zhuǎn)角度，降低眼球旋轉(zhuǎn)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保持垂直，降低使用者的頭部運動頻率與眼球運動頻率。顯示器設(shè)計為動態(tài)可調(diào)節(jié)模式，通過動態(tài)支架對顯示器位置進行調(diào)整，從而滿足不同體型使用者的需求。儀表盤色彩以白色背景、黑色字體進行設(shè)計，降低數(shù)據(jù)誤讀率。人體工程學認為，人眼運動與認知習慣具有密切的關(guān)聯(lián)。為滿足這種潛在性需求，在設(shè)計過程中，要讓功能分區(qū)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，依次由中心向周圍擴散且各功能區(qū)可采取不同顏色分界或不同顏色背景以示區(qū)別。
3.3控制器設(shè)計
盡管數(shù)控系統(tǒng)可讓機床中心實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，但依然會避免不了基礎(chǔ)人工操作。系統(tǒng)的調(diào)試、參數(shù)設(shè)定等通過控制器達成。因此，控制器的人性化設(shè)計從側(cè)面反映出了系統(tǒng)對操作人員的親和力�？刂破髦饕譃槿�，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的控制器類型，其工作原理為典型的二進制，即“開”與“關(guān)”，在控制器按下的瞬間已經(jīng)實現(xiàn)了擊發(fā)動作，并將信號傳遞于設(shè)備，使其工作。由于數(shù)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(zhuǎn)旋鈕，此類旋鈕連續(xù)性較強，旋轉(zhuǎn)范圍較大，便于旋轉(zhuǎn)。外形以錐臺形為主，可與操作者手形相貼合，周圍可設(shè)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，起到輔助性作用。
4結(jié)語
目前，機械制造加工正朝著自動化、智能化方向發(fā)展。在這個過程中，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，為實際生產(chǎn)提供了有力支持。數(shù)控中心作為一個綜合性產(chǎn)品，除了需要數(shù)控系統(tǒng)支持外，還需充分考慮將人性化設(shè)計元素賦予其中，通過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(tǒng)設(shè)計[J].伺服控制，2008（03）：40-42.
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