摘要：随着我国机械制造业的不断发展，行业对数控机床的需求与日俱增。在此背景下，数控机床相关技术取得了较大进展，其性能日趋完善。将数控机床投入到生产过程中，极大程度上提高了生产效率，为生产质量提供了保障。对于数控机床而言，数控系统是核心构件，数控系统能否稳定运行直接关系到数控机床的生产成效。鉴于此，本文对卧式加工中心数控系统设计进行了分析，并对数控中心人性化设计提出了相关观点，以供参考。
关键词：数控机床；数控中心；系统设计；人性化设计
中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：2095-6363（2015）12-0082-02
1数控加工中心概述
数控加工中心是一套综合性的机电一体化产品，它涵盖技术范围较广，其中包括信息处理技术、电子技术、计算机技术、检测技术及测量技术等多项先进技术。数控加工中心具备高精度、高效率、高稳定性、高适应性、高度开放性、高智能性等特征，这使其在机械制造行业普及面愈来愈大[1]。相对于欧美发达国家而言，我国数控加工中心研发起步较晚，但近年来取得了较大的进展。数控加工中心最初由普通机床演变而来，通过计算机控制实现生产自动化。从产业发展角度来看，数控机床增强了基础管理，改变了生产方式，扩大了利益链，对于行业整合以及产业链结构调整而言都具有重要的意义。在技术不断迭代的情况下，数控机床的主轴转速、进给速度及识别率水平均有了大幅度提升。现代数控机床系统在保持数控补偿功能的同时，还加入了传感器系统，可对温度、空间误差进行补偿，进一步提升了定位精度。目前，多数数控机床定位极度可达1um，重复定位精度高达0.5um[2]。数控系统是决定数控加工中心可靠性的关键部分。目前，主流的数控系统均采取模块化方式构建，结合不同的需求，可筛选不同功能的模块进行自由化组合。除基础加工功能外，人机交互水平较以往有了大幅度提升，同时还具备了负载识别功能、编程功能、自动保护功能等[3]。强大的计算能力保证了系统运行的稳定性，基于柔性化与智能化特征，让数据信息集成度有所提升，进一步提高了生产效率。
2数控系统设计分析
本研究中，数控加工中心设计具体如下：主轴1个，工作台交换装置1个，进给轴4个，刀库1个，排屑器1个。进给轴包括三维方向的X轴、Y轴及Z轴及环绕轴B轴，具体如图1所示。其中，X轴、Y轴以螺母不动丝杠方式进行旋转，Z轴以螺母旋转丝杠不动的方式旋转。三根丝杠安装时一端为固定端，另一端为自由端。由于Y轴为垂直移动轴，将电磁制动器置于其尾端，可保持机床功率维持正常状态。于丝杠带轮位置设置一个安全刹车装置，可有效避免工作台出现自由下落。丝杠自由端处安装一个机械挡块，避免部件滑动而脱离极限位置。将主轴变动箱设计为人工调速与手动调速共存（分4个挡位）。利用感应开关对主轴位置进行定向，采取液压驱动销钉锁定定位。刀库可根据实际需求进行自由选择，由直流电机带动。系统设计需满足以下几点要求：便于拆装、维护；对恶劣环境具有较好的抵抗力，工作环境区间为0至45℃，可在湿度不超过75%的情况下稳定工作；具备保护电路；可读取PMC信号、功能指令；具备高速DNC功能。加工中心控制系统主要设计为以下模块：显示模块、主轴控制模块、储存器模块、电源模块、测试模块、进给轴控制模块等。通过这些模块的共同调节，达到上述要求。
3数控中心人性化设计分析
数控系统设计过程中，如何实现人性化是一个难点，以下通过工作台设计、显示器设计及控制器设计对其进行阐述。
3.1工作台设计
工作台是人机交互过程中的重要界面，设计时需考虑使用者舒适度。中小型机床数控中心加工时间较短，作业姿势多为站姿；大型机床数控机床中心加工周期较长，作业姿势以坐姿为主。考虑到上述情况，可将工作台设计为站、坐两用式。可在控制台下部增加踏脚板，达到较高坐姿操作的要求。控制元件设定在人手可及范围内，控制台本身应当留出充足的阙量作为操作者活动空间，预留水平台面作为文件书写区域。安装显示设备时结合视觉几何参数进行设定，使操作者可对显示信息进行清晰辨别。
3.2显示器设计
显示器是实现人机交互的重要窗口，其视觉元素会对人机关系产生直接影响。在设计这些视觉元素的过程中，除了需要满足显示精度、显示稳定性等硬性指标需求外，同时还要使其与人的视觉生理特征相吻合。从人机工程学角度来看，应当遵从“机器适应人”的原则。将显示面板设计为多面形，当显示信息量较大时，可减少边缘处的观察偏转角度，降低眼球旋转范围，为使用者眼睛“减负”。将显示器面板置于使用者正前方，面板平面与使用者视线保持垂直，降低使用者的头部运动频率与眼球运动频率。显示器设计为动态可调节模式，通过动态支架对显示器位置进行调整，从而满足不同体型使用者的需求。仪表盘色彩以白色背景、黑色字体进行设计，降低数据误读率。人体工程学认为，人眼运动与认知习惯具有密切的关联。为满足这种潜在性需求，在设计过程中，要让功能分区排列保持一定的逻辑关系，常用信息置于显示器中心位置，其他功能信息以重要程度不同，依次由中心向周围扩散且各功能区可采取不同颜色分界或不同颜色背景以示区别。
3.3控制器设计
尽管数控系统可让机床中心实现自动化生产，但依然会避免不了基础人工操作。系统的调试、参数设定等通过控制器达成。因此，控制器的人性化设计从侧面反映出了系统对操作人员的亲和力。控制器主要分为三类，即按压式控制器、旋钮及脚控制器。按压式控制器是最为常见的控制器类型，其工作原理为典型的二进制，即“开”与“关”，在控制器按下的瞬间已经实现了击发动作，并将信号传递于设备，使其工作。由于数控机床功能多样，采取按压式控制器这种直接性操控方式，可有效降低误控几率。旋钮控制器选择多倍旋转旋钮，此类旋钮连续性较强，旋转范围较大，便于旋转。外形以锥台形为主，可与操作者手形相贴合，周围可设计为齿纹，起到增加摩擦力的效果。脚控制器主要是缓解手部操作负荷，以脚踏板较为常见，起到辅助性作用。
4结语
目前，机械制造加工正朝着自动化、智能化方向发展。在这个过程中，数控系统发挥了重要的作用，为实际生产提供了有力支持。数控中心作为一个综合性产品，除了需要数控系统支持外，还需充分考虑将人性化设计元素赋予其中，通过对人机交互的不断完善，为使用者提供更好的操作感受。
参考文献
[1]罗敏.HCFHD80A卧式加工中心控制系统设计[J].伺服控制，2008（03）：40-42.
[2]黄敏高，万勤.西门子840Di数控系统在CW630卧式加工中心改造中的应用[J].制造技术与机床，2008（04）：149-151.
[3]李世葳，王述洋，张万里.数控机床的人性化设计研究[J].林业劳动安全，2007（04）：30-33.
作者：李树生 单位：贵州省机电学校
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