关键词： 数控仿真系统；数控机床编程与操作；理论及实践；教学效果
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0270-02
0 引言
目前在机械制造行业中越来越多的应用到了数控加工，自然对此类人才的需求也就与日俱增了。但因为数控设备的价格很昂贵，很难做到每个学生都有足够的操作数控机床的时间，并且如果学生操作失误，很容易造成数控设备的损坏，既占用了设备加工时间，又增大了风险。因此，如何增加学生的实践操作机会，提高学生的实践动手能力，培养出更多的相关专业人才，就成为摆在广大职业院校的一道难题。各高职院校必须重视这一问题，探索出一套适合自己现状的教学方法和教学模式。数控仿真系统的应用可以有效的解决学生缺乏实践操作机会的问题，因为该系统可以通过进行数控加工全过程的演示，比如数控加工程序的编制、虚拟仿真数控机床的操作、工件加工和测量等，让学生了解和掌握到数控机床的各项程序指令和基本操作方法，为今后的实际操作打下良好的基础。
分析数控仿真系统在数控机床编程与操作实训教学中的应用可以发现，它作为前期的辅助教学手段已经成为了一种最安全有效的教学方法和教学途径。
1 数控仿真系统在数控机床编程与操作实训教学中的应用
1.1 利用数控仿真系统，可以提高教学效率、节约成本。数控设备价格昂贵，数量有限。数控仿真系统通过计算机大量配置终端，彻底解决了数控机床数量不足的难题。同时数控仿真系统不存在安全问题，若操作失误，系统会及时报警，并不会出现安全事故。不仅巩固了学生的操作能力，让学生有更多的实践学习机会，也在很大程度上节约了教学成本，是数控机床编程与操作实训教学前期良好的辅助教学手段。
1.2 利用数控仿真系统，可以减少教师的工作量，提高教学质量。传统教学中，数控程序批阅的工作量非常大而且繁琐。应用数控仿真系统，学生程序出现小的失误，数控仿真系统会及时报警，帮助学生改正编程过程中的错误。数控仿真系统自带的考试功能能够自动记录学生操作过程的失误，自动评分，极大的减少了教师工作量，提高教学质量。
1.3 利用数控仿真系统，可以提高学生的学习积极性。数控机床编程与操作实训是理论和实践相结合的课程，按照传统的方法在课堂上讲授编程指令，学生很难理解这些指令的内涵以及与实际应用之间的关系，学生会感觉空洞、枯燥、提不起兴趣，而利用数控仿真系统进行多媒体教学，直观地向学生展示编程指令的实际加工应用，学生可以将所学的指令在数控仿真系统上进行模拟加工，发现编程过程中出现的错误，教师针对学生的错误及时进行讲解，让编程指令变得具体、形象，增强了学生的学习积极性。
1.4 利用数控仿真系统，可以增强学生动手操作能力。教师把数控机床操作的课程安排在实训车间来讲授，其一受数控机床数量的限制，学生自己动手操作的时间不足；其二学生操作一旦出现失误，轻则造成刀具或者机床的损坏，重则造成安全事故的发生。因此在进行数控机床实际操作之前，应先利用数控仿真系统，增强学生的动手操作能力。数控仿真系统采用的操作面板和按键功能与实际的数控机床完全相同，学生可以在数控仿真系统上自己动手操作机床来加深理解。即使操作过程中有失误的地方，仿真系统也只是及时出现报警提示，而不会造成安全事故的发生，这样学生就可以放心大胆地进行各种操作练习，从而增强了学生的动手操作能力。经过了大量的数控仿真系统的操作练习，再到数控机床进行实际操作，就会避免安全事故的发生。
1.5 利用数控仿真系统，可以培养学生严谨的工作作风。学生在学习数控编程时，如果不利用数控仿真系统进行验证，很难发现编程过程中出现的小的失误。利用数控仿真系统，即使再小的错误，如数字0输成字母O，坐标值掉了小数点，字母Z输成数字2等等，数控系统都会及时报警，程序无法运行。因此要在数控仿真系统上正确的运行程序，必须保证输入的程序是正确无误，这就培养了学生严谨的工作作风。数控程序没有60分、90分，只有0分和100分。
1.6 利用数控仿真系统，可以实现网络教学和远程培训。随着社会对技能人才的大量需求，职业院校还应担负起社会劳动力的培训任务，利用数控仿真系统和网络搭建的平台，进行远程教育将成为一种新的教育教学模式，它打破了地域和时间的限制，扩大培训人员的数量，缩短了培训的周期。
2 数控仿真系统应用中的注意事项
2.1 数控仿真系统只能检查程序的对错，无法检查程序的好坏。数控仿真系统对数控程序编写技巧、加工工艺安排无法检查。教师应在课堂上重点讲解这些问题，学生应结合所掌握的加工方法，进行加工工艺安排，然后在数控仿真系统上进行模拟练习。
2.2 数控仿真系统只能完成加工过程，不能检查加工质量。数控仿真系统在切削速度、进给量、吃刀量等对加工质量的影响无法体现，实际加工中的刀具磨损在数控仿真系统里也不存在。在数控仿真系统里，只要程序是正确的，加工完成后的尺寸就是丝毫不差的。但是在实际操作中，刀具磨损、各种加工参数的设置都会影响最终的加工结果。数控仿真系统的使用，会在一定程度上让学生放松对产品质量和生产安全的认识。因此数控仿真系统只能用于数控机床编程与操作实训教学前期辅助教学，不能完全抛开实际机床的实习内容，后期还要安排适当的实习时间，通过实际操作来纠正以上不足。
综上所述，数控仿真系统尽管毕竟和实际机床还是有很多区别，无法真正替代实际机床，但是数控仿真系统减少了资金投入，充分利用有限资源，提高了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，减轻了老师的工作量，对于学生动手操作机床的能力培养，也起到了提高和增强的
作用。
参考文献：
[1]吴长有.数控仿真应用软件实训[M].北京：机械工业出版社，2008.
【关键词】数控机床;操作人员;操作规程;使用环境;开动率;机床故障
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。但我们要清醒地认识到,能否达到数控机床以上所述的优点,还要看操作者在生产中能不能恰当、正确地使用。下面从操作者的角度来谈一下数控机床使用中应注意的事项,以保证数控机床的优越性得以充分发挥。下载论文
1.提高操作人员的综合素质
数控机床的使用比使用普通机床的难度要大,因为数控机床是典型的机电一体化产品,它牵涉的知识面较宽,即操作者应具有机、电、液、气等更宽广的专业知识,因此对操作人员提出的素质要求是很高的。目前一个不可忽视的现象是数控机床的用户越来越多,但机床的利用率却不高,当然有时是生产任务不饱满,但还有一个更为关键的因素是数控操作人员素质不够高,碰到一些问题不知如何处理,特别是新购机床,由于电子元器件的质量问题,以及运输中受到的振动等因素影响,在正式投产3～6个月内数控系统出现一些故障现象,往往在维修手册中是查不到的,也可能以前从未遇到过,这就要求使用者具有较高的素质,能冷静对待问题,头脑清醒,现场判断能力强,当然还应具有较扎实的数控基础等。一般情况下,新购机床时机床厂家会为用户提供技术培训的机会,时间虽然不长,但他们的针对性很强,用户应予以重视,所送人员应包括以后的机床操作者。操作人员综合素质的提高不是一时二时的事,而要抓长久,在日后的使用中应不断积累,还有一个值得一试的办法是走访一些同类机床的老用户,他们有很强的实践经验,最有发言权,可请求他们的帮助,让他们为操作者进行一定的培训,这是短时间内提高操作人员综合素质最有效的办法。
2.遵循正确的操作规程
不管什么机床,它都有一套自己的操作规程。它既是保证操作人员安全的重要措施之一,也是保证设备安全、产品质量等的重要措施。使用者必须按照操作规程正确操作,如果机床在第一次使用或长期没有使用时,先使其空转几分钟,使用中注意开机、关机的顺序和注意事项(如开机后首先要用手动或用程序指令自动回参考点),这些对初学者尤其应引起足够重视,因为他们缺乏相应的操作培训,往往在这方面容易犯错。
3.创造一个良好的使用环境
随着科学技术的进步,一般来说,数控机床的使用环境没有什么苛刻要求,可放置于普通机床一样的生产车间。话虽然这么说,但由于数控机床中含有大量的电子元件,它们最怕阳光直接照射,也怕潮湿和粉尘、振动等,这些均可使电子元件受到腐蚀变坏或造成元件间的短路,引起机床运行不正常,这些一般在安装机床时就已经注意了。对于使用者而言,主要是注意周围环境的保护,比如说下雨天,就要注意不要将雨伞带到生产现场,更换鞋子等。
4.尽可能提高机床的开动率
数控机床购进后,如果它的开动率不高,这不但使用户投入的资金不能起到再生产的作用,还有一个令人担忧的问题是很可能因过保修期,设备发生故障需支付额外的维修费用,因为新购进的设备都有一定时间的保修期限,从以往的经验来看,CNC设备在使用初期故障率相对来说往往大一些,用户就应在这期间充分利用机床,使其薄弱环节尽早暴露出来,在保修期内得以解决。平常缺少生产任务,也不能空闲不用,这不是对设备的爱护,反而由于长期不用,可能由于受潮等原因加快电子元器件的变质或损坏。使用者要定期通电,每次空运行1小时左右,利用机床运行时的发热量来去除或降低机内的湿度。
[关键词]数控机床；操作面板；设计；应用
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0288-02
引言
随着信息技术与工业的快速发展，数控机床的操作面板设计地越来越人性化，应用也越广泛了。操作面板是操作员与机床之间交换信息的一个接口工具，操作面板的设计水平高低直接影响到数控机床操作的效率，也会对操作者的人身安全有着极大的影响。操作面板设计能够体现出机床整体的技术水平，好的操作面板美观，易于作员掌握，经济又适用，操作简单，并且提高机床操作效率，还能起到引导操作员操作运行机床的作用，所以操作面板的设计与应用是数控机床产品中的一个重要环节。
数控机床的操作人员通过操作面板来使用数控机床系统，进行编程、调试以及修改等操作步骤，还可以通过操作面板查询到数控机床的运行状态。操作面板是数控机床的重要组成部分，操作面板是一个输入输出部件，是操作人员与数控机床进行信息交换的接口工具。本文从操作面板的设计原则及实现的功能、操作面板在数控机床中的设计与应用出发，分析操作面板的设计与制造，节省了成本，提高了操作员工作效率。
1 数控机床中操作面板的设计原则及实现的功能
1.1 操作面板设计时遵循的原则
操作面板的作用是提供一个人机交互的接口进而方便操作人员运行操作数控机床，所以操作面板要具有普遍适用性，这样，每个操作员都可以很快地上手操作数控机床，节省时间，提高工作效率。操作面板在设计的时候，要遵循以下几个原则：
（1）设计前要收集、采纳操作人员的意见与建议，从而改进操作面板。
（2）设计的时候要注重符合大多数操作人员的操作习惯，每个操作人员都有自己的工作习惯，但是作为数控产品的一个交互工具，虽然不能标准化设计生产操作面板，还是可以控制的，符合大多数人的操作习惯，从而使操作面板的适用范围扩大。
（3）设计的操作界面要保持统一，操作人员习惯某一个界面了，如果界面设计的不一样，操作人员需要时间去习惯，既浪费时间又降低工作效率，反而是成本加大。
（4）设计的界面尺寸大小要与机床的前控钣金尺寸、数控系统显示界面配合，确保操作面板在数控机床外观上的完整性和实用性。
（5）按键选型目前主要以轻触式电子按键、工业按钮开关和其它复合按键开关为主。
（6）按键的作用力程度也要符合操控者的感受，作用力过大会让操作人员感觉到不舒服，容易产生思想情绪上的波动；过小时则容易发生错误操作，我们通常对轻触式按键选型于130-180克力时比较容易接受。
（7）减震降噪生设计，该设计虽不能作为硬性指标，但是还是有必要提出来，现代工业设计不仅仅满足于低故障率和实用性，还应考虑舒适性，就像我们在购买汽车时还会考虑油耗和舒适性是一样的道理。对于按键操作时产生的机械噪音我们还应该进行噪音消除，比如我设计操作面板时首先采用了100万次机械寿命，130克力的轻触式电子按键，同时在结构上将按键帽与外置亚克力按键键铺设有带防水设计的硅胶，这样在操作按键时硅胶起到了吸收、隔离噪声和防水、放油等多重功能，同时相比130克力的按键动作噪声要远远小于180克力的按键，这个参数不仅可以通过零件规格书获得，还可以通过实验验证。
（8）每个操作键所代表的功能都要配合文自和图形符号，方便操作者快速识别和助记忆，保证操作者能够很容易地辨别出来；
（9）操作界面的布局设计要符合操作人员的操作习惯，操作员每天盯着数控机床的动态变化，很是消耗体力脑力，所以设计时要控制在操作员手的活动范围内，遵循其运动方向，尽可能地减少操作员体力的消耗，避免跑到这边按个键再返回看数据变动的情况。
（10）在遵循以上的设计原则以外，还需要考虑到操作面板的操作性以及设计生产的成本。
1.2 操作面板可实现的功能
不同的数控机床有着不一样功能的操作面板，但是大部分的操作面板都能实现这个功能，即显示机床目前运行状态的数据，把用户的命令转变成数控机床可以执行的命令。大部分的数控机床的操作面板都有机床电源开关、机床工作模式选择开关、紧急停止开关、程序执行与停止开关、轴向运动选择开关、进给速率与主轴速率控制选择开关以及电子手轮及M＼S＼T辅助功能开关等。
2 操作面板在数控机床产品中的设计与应用
操作面板包含了显示装置、机床控制面板、状态灯、NC键盘、手持单元等部分。从操作面板的显示装置、色彩设计、符号设计、按键大小以及按键位置布局这五个角度进行分析操作面板在数控机床产品中的设计与应用。
2.1 显示装置
在显示装置上，操作人员可以获取到数控机床系统的相关信息，如正在运行或编辑的程序、机床的加工状态、故障报警警示信号、加工轨迹图形仿真等。简单的显示装置上配有若干个只显示字符的数码管，并且展示的信息也有限，而高级版的显示装置会配能够显示图形的点阵式液晶显示器或CRT显示器，展示的信息比较丰富。另外，在数控机床上的显示装置还有LED灯、小灯泡、LCD屏等，发光二极管结构的LED灯和数码管亮度高但功耗低，使用寿命比较长，价格低廉，这是由二极管决定的，二极管在现代设备上的使用非常广泛。
2.2 面板的色彩设计
操作面板和按键底色美观度受操作者工作效率受的影响。很多设备的操作面板都是以黑色或颜色比较深的的蓝、灰为底色，白色字体和图形符号为主，以此来清晰显示指示灯和功能按键的颜色及位置。较深颜色的底色可以现显得比较高贵典雅，而红色则起到醒目提示的作用。面板中红色的按钮键则是提示操作员小心使用操作这类按键，主要有程序暂停键、主轴的停止、系统上电，操作红色键要慎重小心。翠绿色一般是正常生长的意思，所以被广泛运用在设备运行状态中，表示该功能正在运行，如系统上电、程序启动及其他功能运行的指示灯。还有一个醒目的颜色就是柠檬黄，是为了方便操作人员找到，如面板中的过行程解锁开关和紧急停止开关都是用这个颜色的。
2.3 面板中的符号设计
面板的空间大小，如果用文字描述的话，不够用并且太过繁琐，所以面板用符号设计。符号是一种简洁抽象的图形语言，面板设计中使用文字与符号，可以使操作员更容易感知、记忆及注意每个键的功能，从而提高操作人员的效率。
2.4 面板中位置布局设计
不同的操作人员操作数控车床的方式不一样，有的单手操作，有的双手同时操作。操作面板中的开关按钮也是不一样的，有轻触式开关、扭转式开关、扳动式开关及分旋钮式开关。操作人员对不同方式的按钮采用不同的手指，如一般用拇指或食指操作轻触式按钮，右手操作旋转式按钮。每个按钮开关的功能都是不一样的，如紧急停止功能是为了防止机床发生意外、关系机床与操作员人身安全而设立的功能。在设计过程中，根据开关功能的不同分为电源开关、程序启动停止开关、紧急停止功能开关、主轴运动及速率调整开关、进给速率调整开关、轴向运动控制开关、模式选择功能开关、电子手轮、刀塔运动控制开关及其他辅助功能开关。再根据操作员的操作习惯，把这些输入性开关进行排版布局，刀塔刀号和主轴倍率放在顶部中间的位置，也可以通过系统PLC的编辑显示到系统显示屏上，在在操作面板的左上角区域则放置夹头状态、坐标原点指示灯、NC运行状态或其他运行异常报警信息。
2.5 面板中的按键大小设计
（1）除了设计以外，还要考虑到操作面板的生产制造环节以及所需要耗费的成本。在按键大小设计时，要规范大小，保持统一，确定长宽均为18厘米的尺寸按键，每个键之间的间距为7厘米。另外，在制造按键的选材上，可以选择水晶材料的，因为水晶按键的制模只需要一个就好了，节省生产制造成本和加工时间。在具体设计制造之前，可以通过不同尺寸大小按键的操作测试，让操作人员觉得哪一种比较适应，从而提高工作效率。
（2）关于防油和防水措施是每个操作面板必须要有考虑的，因为数控机床使用环境的特殊性和必要性，假设没有采取任何措施时极易产生线路板腐蚀和操作异常故障。通常的解决办法主要有面板外层粘贴PVC膜印刷设计、硅胶（mSiO2・nH2O）制模与线路板支撑底架配合设计及线路板底架配合PU膜阻断设计的办法。
（3）电路控制的设计上，在数控机床领域使用的数控系统通常都是采用2次开发软件实现PLC编程控制的模式，数控系统固定提供有一定数量的输入与输出地址的I/O模块，机床厂家根据自己的特点进行适应性的2次开发，
那么通常能够进行2个方向的设计。
①点对点设计的思路， 将开关、按键的1端共极连接到电源，另一端送入到数控系统基本I/O单元的输入地址，开关共极采用源极和漏极设计取决于数控系统提供的允许范围决定；同理各指示灯、执行机构也是对应于数控系统基本I/O单元的输出地址连接，以此组成各地址功能点的唯一对应关系。
②矩阵电路设计的思路，同等操作功能的条件下该设计相比点对点的设计模式。具有使用数控系统基本I/O单元地址资源少的优势，但是对系统的运行速度和软件控制设计的深度提出挑战，随着电子技术爆发式发展与工业化应用程度，目前完全能够满足要求，并且衍生出各种形式的矩阵式电路设计电路结构，比如：输入地址与输出地址组成的按键扫描电路，输出与输出电路组成的指示灯状态输出电路，还有由1组输入地址与2路输出地址组成的复合型按键与按键指示灯电路等。
（4）结合与矩阵电路设计的思想，还可以衍生出由单片机参与控制的矩阵电路，同时因为有了单片机的参与，还可以再次衍生出具有某种独立或联合控制的加解密电路，提供可视化操控过程将会成为实实在在的产品，甚至于提供具有非法操作判断能力的智能前端产品。
3 结语
结合上文，我们可以从操作面板的显示设置、色彩、符号、按键大小及按键布局这几个角度研究操作面板在数控机床产品中的设计与应用，结合面板制造的材料，制造出美观经济并具有操作性的操作面板，可以说操作面板有广阔的应用前景。在操作面板的设计过程中，要结合操作人员反馈的建议及他们操作机床的习惯，采用最佳的制造材料，节省产品的制造成本，同时把操作性放在重中之重，保护数控机床与操作人员的安全。
参考文献
[1] 余运昌.数控机床操作面板外观设计[J].化学工程与装备，2010，10：89-91.
【关键词】机械制造技术 数控机床设计 工作效率
引言
近年来，随着我国经济的飞速发展，数控机床在机械制造中使用较多，它大大降低了人们的体力劳动，并且也使得人们和数控机床的交流增多。但是，数控机床使用过程中，如果机床设计不合理将会影响其精度，并且影响操作者的舒适度，严重者将会危及操作者个人安全。近年来，人机工程学在数控机床设计中使用较多，并取得理想效果，它融入了人体结构学、生理学等，使得人、机床等更加和谐，能够有效的降低机床使用过程中的人为误差，提高数控机床的加工精度和稳定性[1]。本文将以人机工程学为背景，分析数控机床设计过程中如何结合人体生理结构设计数控机床，分析如何将人体工程学运用到数控机床设计中，现综述如下。
1 数控机床的人机系统模型
数控机床近年来使用较多，一方面数控机床能够保证零件等加工精度，降低加工误差；另一方面能够提高加工精度，提高加工效率。从人际工程学角度来说，数控机床使用过程中，人并不是独立存在的，因此对于人的研究也并不是孤立的，而应该将其放置在人――机床――环境中进行设计。从人机系统的角度来看，操作者和数控机床本身就属于一个有机的整体，人则成为了数控机床设计过程中的一个有机的整体，在数控机床设计过程中要将人的因素考虑其中，以便能设计出更加人性化的数控机床。
2 数控机床的人机工程分析
2.1 机床整体造型的人机工程分析
对于一台数控机床而言，机床的整体设计对于机床使用者的使用、操作等有着重要的影响，机床的整体造型对于机床的使用、操作者的操作有着重要的影响。而数控机床而言，其各个部件之间的比例是外观造型的主要部分之一，现有机床中使用的比例较多，常见的有黄金分割比（1：0.618）、平方根比例（1：）等。机床轮廓线设计过程中除了要注意线形的设计，同时还要注意线的变化[2]。当前，我国机床尺寸主要分为以下几种，即：长2250mm/2500mm/3000mm/3500mm，宽1370mm，高1690mm。
2.2 机床门的人机工程分析
对于数控机床而言，机床门是数控机床中比较重要的部件，如果机床门设计不合理将会影响机床使用性能以及操作精度。数控机床在设计过程中还要配合机床外罩，同时还要考虑到门的宽度。数控机床设计时，门的宽度不但会影响机床的外观造型，同时还会影响机床的使用性能、加工精度等。在数控机床设计过程中不可避免的要重视对于机床门的设计。数控机床使用过程中，为了保证操作者能够装夹零件方便，门的尺寸设计过程中要略大于工作台的宽度。
根据笔者经验，由于机械制造过程中，数控机床类型较多，不同型号的数控机床工作台宽度也不尽相同，数控机床门设计过程中可以使用单开门的结构；而对于较宽的工作台而言，可以设计门。
2.3 观察窗的人机工程分析
在数控机床设计过程中，观察窗也是其重要部件，它主要用来让操作者观察零件的加工进程，从而对加工的工件和机床等运动观察。这个部位的设计更加有利于对机床加工进度的反馈。这个部位的设计对于操作者的姿势等关系密切，设计过程中要从人机工程学角度出发，并且对观察窗的设计有一个重点把握[3]。
根据笔者经验，数控机床观察窗设计时要根据操作者的高度、视高等为主。并且不同类型的数控机床在功能上、精度上等差异不显著。通常而言，对于数控机床观察窗的设计主要选取第50百分位的人体视高进行设计，这样能够保证数控机床适合不同身高的操作者。从人体结构来说，人的水平最佳视线在水平线15°效果最好，而在竖直方向而言，应该控制在25°。
2.4 把手的人机工程分析
对于数控机床而言，手把对于其加工精度、加工效率至关重要，同时手把还会影响操作者的舒适度。在对数控机床进行设计时必须将手把等考虑其中，手把设计过程中必须和直径、人手的尺寸等相适应，保证操作者能够比较方便的进行操作。根据相关标准显示，对于数控机床手把设计时，手握直径应该控制在10mm―20mm，并且以12mm―18mm为宜。
此外，数控机床设计过程中，还应该注意数控机床长度的设计，并且设计过程中，要主要数控机床整体造型，同时还有保证数控机床设计后满足不同身高操作者使用。直径的把手。把手的长度在设计中也需要重视。现有的数控机床的把手造型多采用长把手的设计，一方面是为了造型的需要，另一方面也可以适合不同身高操作者。但是，在现有数控机床中，很多机床使用短把手，并没有考虑到高度较高者，使得其设计不合理。根据相关规定：数控机床设计时，要控制好手把的长度，将其控制在75mm以上。此外，设计时要考虑到机床的安装位置、安装后达到的精度等。
通过图1可以看出，对于数控机床设计时，把手设计过程中应该先确定其按照高度，并将50百分位身高操作者作为依据。当手把的高度确定之后，以图2方式对把手的操作范围进行计算，这样设计出的把手既能够保证其舒适度，同时还能够提高操作精度，保持操作者手腕保持自然状态，保证手与小臂在操作过程中保持在直线上。
3 数控机床的人机工程设计
数控机床在设计过程中必须综合考虑人机工程学等相关要求，在操作者经常触摸的部位，如机床门、观察窗、把手等部位应该尽可能使用圆润、流畅等曲线进行，让操作者更加亲切。而整个数控机床在设计过程中要注意总体的协调，尽可能保证统一。在人机工程学中，如设计观察窗时要将其放在最佳位置处；设计把手时要和机床区别开，尽可能将其设计成折线形。在色彩上，可以使用浅色或黄色等颜色，这样既不沉闷，又十分醒目[4]。
结语
近年来，随着我国经济飞速发展，数控机床使用较多，并占据重要地位。当前，数控机床在设计过程中要以人为本，更多地考虑人机协调方面问题，这样既能够有效的提高操作者工作效率，还能够保持操作者良好的心情。
参考文献
[1]卢兆麟，汤文成.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].工程图学学报.2012（06）：26-27.
[2]韩卫国，胡晓涛.机床造型设计中的人机工程[J].机电产品开发与创新，2007（2）：155-157.
关键词：数控机床；电气控制元件；电气工作原理
1 数控机床
电气控制技术在数控机床上起着非常重要的作用，数控机床是机械设备中机电一体化的一个体现，而它的控制系统又可以叫做CNC系统，数控机床的组成是由数控系统、伺服系统、主轴装置、数控机床的强电系统等，它的组成见图1。
通过图1可以看出CNC系统是整个数控机床的重要位置，是数控机床的控制中心，它是对操作系统中的语言进行分析整合，转化成控制信号，最终实现数控机床的加工。
数控机床和其他普通机床一样，都是主轴作主要的切削任务，而主轴的控制也是需要正反转，可以调速。
对于机床的进给运动，它的区别就是将原有机床的机械驱动变为电气控制驱动，实现自动控制，控制系统是伺服系统，对整个机床的工作台、电机、速度都可以监控，如图2。
在整个伺服控制系统中，主要是对终端执行件的监控，通过监控它们的速度、位置，将它们的信号反馈回来，在伺服系统和CNC中处理后，在对下一步进行指示。
2 电气控制元件
数控机床电气控制元件的选择是对整个机床中所有应用的元件，电动机的选择，在数控机床结构中电动机是最重要的，电动机在负载工作时，电动机的额定功率要大于机床的需要功率：
热电器的选择，热电器是对数控机床中电路的保护，它的选择是通过电动机的电流选择，一般是选择0.95～1.05倍的电动机额定电流。
中间继电器，它是控制整个数控机床电路中传递中间信号的元件，是增加触点数量的元件，它的选择也是通过电动机来选择。
在数控机床控制中，行程开关的应用对整个机床的监控起着很重要的作用，它们也称作限位开关，它们是利用机械运动产生电信号的元件，它主要对数控机床的运动、行程和位置的保护，避免机床运动出规定的区间。
在机床中需要选取信号灯和照明灯，信号灯是对机床监控的反馈，通过信号的提示，来了解机床是否正常，而照明灯是数控机床中必需的元件。
3 电气工作原理
电气控制原理是对数控机床控制的方式的选用，通过整个数控机床的控制方式的解析来理解电气工作原理。在数控机床的控制方式中有开环控制数控机床、闭环控制数控机床，开环控制数控机床没有检测反馈装置，CNC发出的信号不会产生反馈，是单向发出，只是将信号传递给执行元件，这种控制比较简单，系统稳定，闭环控制数控机床也就反过来，它是安装反馈装置，例如同步器、光栅等。
开环控制数控机床的工作原理是操作者将加工信号给机床，数控机床接到指令，将指令给数控装置，数控装置解析后通过驱动电路传给伺服电动机，伺服电动机工作，通过传动机构，将最终工作台运动，实现加工。
闭环控制数控机床工作原理是数控机床接到指令，机床位置调节系统工作，通过伺服放大、伺服电动机、检测工作台的位置，工作台将位置检测信号通过位置测量装置和速度测量装置反馈给位置调节系统和速度调节系统，这两个系统通过这个信号在重新定位工作台，数控机床在进行加工。
上述电路图中工作台正向运动是KM1接触器通电，反转运动是KM2通电，而工作台动作停止是通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4这4个限位开关控制。
4 结束语
随着科学技术的不断发展、现代经济不断的提高，对整个机械制造业的要求也在不断的提升，生产的效率、生产的质量都要有提升、数控机床也随之变得非常重要。数控机床对大批大量生产有着不可或缺的地位。在这频繁开发新技术的过程中，要使数控机床占有一席地位，就必须保证数控机床的自动化程度、电气控制也就必须有设计高度，保证数控机床的先进性，达到降低人工劳动力，实现生产的自动化。
参考文献
[1]杨林建.机床电气控制技术[M].北京理工大学出版社，2008.
[2]祖国建.电气控制与PLC[M].华中科技大学出版社，2010.
数控机床保养的方法与措施
要做好数控机床的保养工作,需要做好方方面面的工作,各部分协调,为有效做好数控机床的保养工作创造良好的条件和基础。
1)提高工作人员的职业素养和专业技能水平:数控机床的日常操作也是在工作人员的操作下进行,如果有问题出现,需要第一时间由操作人员进行处理。作为操作人员,要掌握正确科学的操作方法,并且具备良好的责任心和职业素养,对于数控机床提高重视程度,加大对企业的责任心。同时,工作人员也应该主动的提高自我专业技能水平,主动的学习和掌握数控相关的知识技能,并且经常组织相关培训,与有经验的操作人员进行学习与交流,切实的提高自身的工作能力。无论什么机械设备都有自己的工作方式和操作规范,严格按照操作规范进行操作既可以保证机械正常高效的工作,又可以保障机械操作人员的自身安全。
2)数控机床保养的设备需求:数控机床的保养需要提供足够并且可靠的保养设备,提供足够的物质条件支持。如相应的维修设备、仪表设备等。并且,对于不同的机床,也需要配备相应的维修软件、工程图样、技术资料、维修手册等等材料。这样,数控机床的保养工作才能正常的进行。
3)数控机床的预防性保养工作预防性的保养工作:对于数控机床的稳定生产具有相当大的意义。预防性维修保养就是把即将出现的问题和设备故障提前发现与排除,降低设备的故障率,保证正常生成的进行。
(1)对于选择数控机床设备不能仅仅从性能参数等角度来考虑与选择,还要从维修维护角度进行考察与分析。要重视设备的技术先进性、可维修的能力、设备运行的可靠性等等方面。选择技术含量较高的数控机床设备,不仅仅可以增加生成效率,更可以在设备运行的可靠性占有很大的优势。设备的可维修能力是指设备在出现故障的时候,维修起来是否方便和迅速,设备的零件元件更换是否方便,后备零件的购买是否方便有保证等。设备的可靠性是指设备正常运行的稳定性、正常生产的能力,应该选择可靠性高的设备,选择故障率低,平均正常运行时间高的设备。(2)注重数控机床设备的正确使用。数控机床稳定高效生产的关键是正确的使用数控机床,正确使用数控机床可以延长机床使用寿命,提高生产效率,这在预防性保养中具有非常关键的。根据厂商的培训以及操作手册等资料,加强使用与维护的意识,严格按照流程和规章操作机床,降低配件的损耗与人为破坏,提高正常操作水平。在使用中严格注意数控机床的使用环境,避免过于潮湿或者阳光直射等不良环境对数控机床的实际影响。保证机床供电电压的稳定,从外部因素上杜绝和避免不正常情况的发生,减少外部因素引起的故障率。(3) 增加运行利用率。减少数控机床的闲置,避免由于过长时间的闲置造成的性能、精度的降低,减少配件由于闲置造成的故障。注重数控机床的使用统计,保证其通电时间的合理性。对于新投入生产的数控机床,要尽快的投入到日常生产使用中,磨合好设备,让故障在保修期内得以暴露和解决,为日后稳定正常生产做好准备。(4)坚持设备的一般性维护和检查。数控机床由于自身具有较大的先进性和复杂性,其工作环境比普通机床要复杂的多。维修人员应坚持巡回检查,详细认真的统计好数控机床的日常工作情况,对于供电、压力、等情况细致的处理与记录。并且做好清洗、注油等日常工作,保证数控机床设备的正常运行。
结束语
综上,数控机床设备是机械制造企业的生成核心。对于提高数控机床的稳定性,发挥数控机床的高效生产的特点,需要不断的研究和发展。只有坚持做好数控机床的日常保养工作,才能才延长元器件的使用寿命,延长机械部件的磨损周期,防止意外恶性事故的发生,争取机床长时间稳定工作。维修人员应该提高自身能力和素养,在思想上高度重视对数控机床的日常保养和预防性维护工作。对于数控机床的预防性保养工作切实的做好,及时发现隐患和非正常情况,减少故障的发生和维修成本,这同时也是在为企业创造效益。
本文作者:车成龙 单位:唐山轨道客车有限责任公司资源管理部
如果数控机床不能正常工作,影响生产,那么对于企业的损失是非常严重的。因此,长期、高效、安全、稳定可靠的生产,对于企业经济效益的实现是必要的条件。那么,正确的使用和保养数控机床就成为了一项保证企业正常生产的重要工作。在企业日常生产中,由于生产过程中对于数控机床的维护重视不足,偏重生产的效能,忽视日常保养与维护,这种现象也是部分存在的。如果日常不注重对数控机床的保养和维护,那么在出现故障时,就很难达到迅速恢复正常生产,节约维修成本等目的。只有坚持的做好数控机床的保养工作,才能降低日常数控机床的元件器件的损耗,延长机械使用寿命,保证数控机床的良性工作状态,增加生产稳定性和安全性。并且在日常工作中也要及时的发现工作隐患,争取长时间的稳定高效工作。因此,要做好数控机床的日常保养工作,要提前做好预防,防微杜渐,认真细致的抓好数控机床的日常保养工作,正确的使用数控机床,保证数控机床的生产稳定性。
数控机床保养的方法与措施
要做好数控机床的保养工作,需要做好方方面面的工作,各部分协调,为有效做好数控机床的保养工作创造良好的条件和基础。
1)提高工作人员的职业素养和专业技能水平:数控机床的日常操作也是在工作人员的操作下进行,如果有问题出现,需要第一时间由操作人员进行处理。作为操作人员,要掌握正确科学的操作方法,并且具备良好的责任心和职业素养,对于数控机床提高重视程度,加大对企业的责任心。同时,工作人员也应该主动的提高自我专业技能水平,主动的学习和掌握数控相关的知识技能,并且经常组织相关培训,与有经验的操作人员进行学习与交流,切实的提高自身的工作能力。无论什么机械设备都有自己的工作方式和操作规范,严格按照操作规范进行操作既可以保证机械正常高效的工作,又可以保障机械操作人员的自身安全。
2)数控机床保养的设备需求:数控机床的保养需要提供足够并且可靠的保养设备,提供足够的物质条件支持。如相应的维修设备、仪表设备等。并且,对于不同的机床,也需要配备相应的维修软件、工程图样、技术资料、维修手册等等材料。这样,数控机床的保养工作才能正常的进行。
3)数控机床的预防性保养工作预防性的保养工作:对于数控机床的稳定生产具有相当大的意义。预防性维修保养就是把即将出现的 问题和设备故障提前发现与排除,降低设备的故障率,保证正常生成的进行。
(1)对于选择数控机床设备不能仅仅从性能参数等角度来考虑与选择,还要从维修维护角度进行考察与分析。要重视设备的技术先进性、可维修的能力、设备运行的可靠性等等方面。选择技术含量较高的数控机床设备,不仅仅可以增加生成效率,更可以在设备运行的可靠性占有很大的优势。设备的可维修能力是指设备在出现故障的时候,维修起来是否方便和迅速,设备的零件元件更换是否方便,后备零件的购买是否方便有保证等。设备的可靠性是指设备正常运行的稳定性、正常生产的能力,应该选择可靠性高的设备,选择故障率低,平均正常运行时间高的设备。(2)注重数控机床设备的正确使用。数控机床稳定高效生产的关键是正确的使用数控机床,正确使用数控机床可以延长机床使用寿命,提高生产效率,这在预防性保养中具有非常关键的。根据厂商的培训以及操作手册等资料,加强使用与维护的意识,严格按照流程和规章操作机床,降低配件的损耗与人为破坏,提高正常操作水平。在使用中严格注意数控机床的使用环境,避免过于潮湿或者阳光直射等不良环境对数控机床的实际影响。保证机床供电电压的稳定,从外部因素上杜绝和避免不正常情况的发生,减少外部因素引起的故障率。(3) 增加运行利用率。减少数控机床的闲置,避免由于过长时间的闲置造成的性能、精度的降低,减少配件由于闲置造成的故障。注重数控机床的使用统计,保证其通电时间的合理性。对于新投入生产的数控机床,要尽快的投入到日常生产使用中,磨合好设备,让故障在保修期内得以暴露和解决,为日后稳定正常生产做好准备。(4)坚持设备的一般性维护和检查。数控机床由于自身具有较大的先进性和复杂性,其工作环境比普通机床要复杂的多。维修人员应坚持巡回检查,详细认真的统计好数控机床的日常工作情况,对于供电、压力、等情况细致的处理与记录。并且做好清洗、注油等日常工作,保证数控机床设备的正常运行。
关键词:数控化改造；数控系统；伺服系统
中图分类号：TG502文献标识码： A 文章编号：
1 前言
制造业是国民经济的基础产业和支柱产业,是推动国家技术进步的主要力量。我国制造业水平与发达国家相比,总体水平偏低,为改变这种落后状况,必须提高制造业的装备水平,特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高机床数控化率的重要途径之一。机床数控化改造,是在机床上增加数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。它是根据生产实际需要提出,并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的,它的内容是应用成熟的数控技术和经验,以适应生产的具体要求为目的,对现有机床的局部结构进行改造,并安装新部件、新装置、新附件,用计算机控制机床的工作,提高机床的技术性能指标,使之全部或局部达到新数控机床的水平。
2 数控化改造的内容
机床数控化改造是指以可使用的普通旧机床作为毛坯,通过改造手段将其改造为具有数控机床功能的、且与同类新数控机床性能相近的数控机床,其改造的主要内容如下:
2 . 1 精度的恢复和机械传动部分的改进
随着机床使用年数的增加,机床的机械传动部件,如导轨、丝杠、轴承等都有不同程度的磨损。因此,机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修,以恢复机床精度,达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的,即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进,都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大,并可无极变速,因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨,如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。另外,在机床上还要加一些辅助装置,如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。
2. 2 选定数控系统
根据要进行数控化改造机床的控制要求,选择合适的数控系统是至关重要的。选择时,除了考虑各项功能满足要求外,还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取,并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统,对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取,也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统,改造产品的质量和维修更容易得到保证。
当前生产数控系统的公司比较多,国外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、国内的公司如广州数控GSK公司、华中数控系统有限公司等。一般,进口系统较国产系统性能稳定,但价格昂贵,将其用于机床改造,有些得不偿失。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中,经济型数控系统具有结构简单,操作方便,技术易于掌握及制造成本低等优点,系统性能相对较差,可靠性不高;另外,随着生产技术的不断发展,标准型数控系统制造成本越来越低,售价也在不断降低,所以在系统选择上一般可以考虑国产标准型数控系统,例如广州数控系统或华中数控系统。
在选择数控系统时,应了解系统的控制轴数,特别是联动轴数。因为这与数控系统的价格有直接关系。对只需点位控制的机床,就不要求控制联动轴,有需要进行轮廓控制的场合,才需要选用有联动功能的系统。例如,改造钻床时,可选两个控制轴的点位控制系统,不要求两轴联动;改装车床时,则需要两轴联动;改装要加工空间曲面的铣床时,则需要三轴联动。
2. 3 伺服系统设计
伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便,体积小,目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比, 其精度高、价格昂贵,考虑到改造本身是经济型改造,因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时,一定要考虑其运转性能与电动机的匹配,同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家,都开发了与自己系统配套的驱动器,如广州数控适配DA98系列驱动器,华中适配HSV系列驱动器,FANUC(发那科)本身开发了集成程度很高的多轴驱动器,所以一般优先考虑配套的驱动器。
2 . 4 电气系统的改造设计
在进行机床数控化改造时,原机床的电气控制部分一般只能报废,重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是,数控系统各接口信号的特点和形式要相配,并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。
在电气控制系统的改造设计中,应该遵循:机床在满足控制要求的前提下,设计方案力求简单、经济,不宜盲目追求自动化和高指标,力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外,还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制, 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统,不仅保留了机床传统控制系统的优点,同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。
2. 5 整机联接调试
旧机床上述各个部件的改造过程完成后,就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试,看单个动作是否正常,然后再进机调试阶段。
3 结语
由于机床数控化改造有多种方案,机床类型不同,改造的内容也不同,所以上述机床改造内容并非一成不变,而要根据实际情况选取合适的方式,以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外,在机床数控化改造完成后,还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员,以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。
参考文献
[1] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社.
关键词：PLC；数控机床；控制系统
1、可编程控制器
可编程控制器简称PLC，普遍被运用在内部程序的存储工作中，为系统提供了良好的编程条件，用户可以借助该存储器进行计数、算数操作、逻辑运算等活动，而通过输入定时、顺序控制等指令后即可生效，而生产过程中可以依靠PLC进行数字、模拟方式的输入/输出控制。PLC数控机床利用了传统数控机床的优势，同时嵌入了先进的PLC技术、通讯技术、计算机技术，发挥自动控制和微电子的作用，使其满足数控机床运行和新型工业生产的双重要求。
2、数控机床
数控机床以机床本体为基础，通过核心部分数控装置来发号和控制驱动机床，伺服系统发出指令后驱动机床会按照标准流程来执行，数控机床依靠三大主体部门来发挥职能作用，而数控系统会控制机床内部，以数字输入的形式来完成信息输出与输入工作。
3、数控机床控制系统
3.1 数控机床控制系统结构组成
数控机床控制系统结构如图1所示，通过输入信息到数控装置中，使其作用于PLC、主轴控制单元、速度控制单元以及伺服电机，机床电器逻辑控制装置，位置检测反馈装置会通过数控装置将信息输出，完成整个系统的联通工作。
3.2 数控装置的组成
微型计算机为数控装置提供了稳定的基础和条件，使其能满足各项数字控制活动要求，而数控机床通常简称为CNC，它拥有微型计算机机构和数控装置功能模块两大主要部分，为系统运行提供了输入/输出装置、存储器、接口以及总线、中央处理单元，但是针对单一或复杂命令的执行都要启动软件和硬件双重装置，在系统程序的指挥下完成，而控制和管理软件会协调和指挥硬件。
4、基于PLC数控机床控制系统的设计
我们在数控机床控制系统中嵌入可编程控制器，以变频器、电机、光栅尺等装置为主，保持系统的全封闭循环空间，通过存储器编程来加强数控系统的精度，不断增加适用对象数量。数控机床本身能够检测刀位情况，操作换刀、断刀等活动，还能检测和连接通信，进一步提升了数控机床的性能和作用，在实现生产自动化的过程中降低成本、提高生产效率，保证数控机床系统的正常运行。
4.1 硬件结构
针对数控机床的硬件设计利用机械部分为基础，通过硬件电路和上下位软件来完成整体构造，数控机床控制系统中的硬件电路发挥着机床驱动的作用，同时能为各部门传递有效的信息，为系统提供最稳固的保护。机械手换刀、断刀检测都是硬件部分提供的功能之一，气缸外壁的电磁感应系统会控制并显示机床机械手的位置，而光纤传感器会随时检查刀具的情况。
4.2 系统初始化
系统初始化会提供工作原点复位和机床原点复位两项选择，如图2所示为系统坐标系示意图，在工件原点中放置毛坯和芯模，通过工件、工作和机床三大坐标来完成系统指令。机床原点的复位操作通过数轴的极限开关来控制，而按下复位按钮后机床就会回到初始原点，准确定位旋压加工位置。机床坐标系为整个机床坐标复位工作提供了有效的参照，保证机床待机加工前后的位置符合生产标准，减少位置误差。机床运行过程中零件装卡无恙以及旋压制品装卸正常的基础上要减少原则和位置距离，使得加工起始位置能满足设定原则，机床功能在考虑硬件结构的基础上挖掘可编程控制器的作用。
4.3 系统功能模块设计
针对系统功能模块的设计要同时满足硬件和软件双重要求，而只有符合系统运行和硬件结构的软件才能使用于机床中。嵌入下位机软件的过程中需要满足许多条件，当将其放置到SIMO-TIOND环境中时，下位机会接收来自各部门的数据，将机床运行状态和部件执行情况监测出来。
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