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品，它涵蓋技術范圍較廣，其中包括信息處理技術、電子技術、計算機技術、檢測技術及測量技術等多項先進技術。數控加工中心具備高精度、高效率、高穩定性、高適應性、高度開放性、高智能性等特征，這使其在機械制造行業普及面愈來愈大[1]。相對于歐美發達國家而言，我國數控加工中心研發起步較晚，但近年來取得了較大的進展。數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生產自動化。從產業發展角度來看，數控機床增強了基礎管理，改變了生產方式，擴大了利益鏈，對于行業整合以及產業鏈結構調整而言都具有重要的意義。在技術不斷迭代的情況下，數控機床的主軸轉速、進給速度及識別率水平均有了大幅度提升。現代數控機床系統在保持數控補償功能的同時，還加入了傳感器系統，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，進一步提高了生產效率。

　　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，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，Z軸以螺母旋轉絲杠不動的方式旋轉。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。于絲杠帶輪位置設置一個安全剎車裝置，可有效避免工作臺出現自由下落。絲杠自由端處安裝一個機械擋塊，避免部件滑動而脫離極限位置。將主軸變動箱設計為人工調速與手動調速共存（分4個擋位）。利用感應開關對主軸位置進行定向，采取液壓驅動銷釘鎖定定位。刀庫可根據實際需求進行自由選擇，由直流電機帶動。系統設計需滿足以下幾點要求：便于拆裝、維護；對惡劣環境具有較好的抵抗力，工作環境區間為0至45℃，可在濕度不超過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、進給軸控制模塊等。通過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

　　數控系統設計過程中，如何實現人性化是一個難點，以下通過工作臺設計、顯示器設計及控制器設計對其進行闡述。

　　3.1工作臺設計

　　工作臺是人機交互過程中的重要界面，設計時需考慮使用者舒適度。中小型機床數控中心加工時間較短，作業姿勢多為站姿；大型機床數控機床中心加工周期較長，作業姿勢以坐姿為主。考慮到上述情況，可將工作臺設計為站、坐兩用式。可在控制臺下部增加踏腳板，達到較高坐姿操作的要求。控制元件設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空間，預留水平臺面作為文件書寫區域。安裝顯示設備時結合視覺幾何參數進行設定，使操作者可對顯示信息進行清晰辨別。

　　3.2顯示器設計

　　顯示器是實現人機交互的重要窗口，其視覺元素會對人機關系產生直接影響。在設計這些視覺元素的過程中，除了需要滿足顯示精度、顯示穩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，可減少邊緣處的觀察偏轉角度，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。顯示器設計為動態可調節模式，通過動態支架對顯示器位置進行調整，從而滿足不同體型使用者的需求。儀表盤色彩以白色背景、黑色字體進行設計，降低數據誤讀率。人體工程學認為，人眼運動與認知習慣具有密切的關聯。為滿足這種潛在性需求，在設計過程中，要讓功能分區排列保持一定的邏輯關系，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現自動化生產，但依然會避免不了基礎人工操作。系統的調試、參數設定等通過控制器達成。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。控制器主要分為三類，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”，在控制器按下的瞬間已經實現了擊發動作，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，周圍可設計為齒紋，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結語

　　目前，機械制造加工正朝著自動化、智能化方向發展。在這個過程中，數控系統發揮了重要的作用，為實際生產提供了有力支持。數控中心作為一個綜合性產品，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.

　　[2]黃敏高，萬勤.西門子840Di數控系統在CW630臥式加工中心改造中的應用[J].制造技術與機床，2008（04）：149-151.

　　[3]李世葳，王述洋，張萬里.數控機床的人性化設計研究[J].林業勞動安全，2007（04）：30-33.

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