卧式加工中心数控系统设计研究论文

时间:2023.7.5

  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.


第二篇:艺术中心的设计管理研究论文


  一、市场环境变化下新的艺术设计教育的必要性

  “设计”作为企业战略成功的要素,设计思考过程起着关键作用,除了要考虑环境的变化,企业的政策性及形象,也要了解市场变化,因为这些已成为企业战略成功的因素。随着消费者价值观的多样化与企业技术上差距的缩小,产品的开发变得越来越困难。因此,许多企业不仅在产品功能和性能上进行研究与开发,也对产品进行后期服务及深入了解消费者的文化生活。深入的市场调查和客户研究是了解客户让客户让他们获取新的感性价值,是必不可少的环节。设计管理是把设计和市场及管理有机结合起来的一门新兴学科。目前企业需要这样的人才,而大学是为企业提供设计人才的外部资源,然而目前我国大学的艺术设计教育课程还并不完全结合市场,能够把市场和设计结合起来人才非常匾乏,因此革新艺术设计教育,为企业输送设计管理人才,从而使企业获得战略性的成功,有着非常重要的战略意义。拥有设计管理能力的人才,即,拥有了具备创意性的设计思维及有效率解决新问题的过程。如今许多企业不仅让艺术设计人才在设计部门工作,还把他们安排在企业其他部门工作,他们的设计思维方式得到了很好的利用,并取得了成功。‘医疗机构MayoClinic在核心部门安排设计专业人才,快速的开发了新的系统和新产品,最终获得了成功。Jack&JoneS把设计人才引入到市场部,让设计思维接近市场战略,强化了品牌形象。艺术设计也可用在企业内部过程的革新。美国最大的食品企业Kraft,与专业的设计公司合作,对公司的物流系统进行了改善,对物流公司运送货物的托盘进行重新设计,充分利用的几率提高了162902。G。。gle、PFG、Telenor公司的cOE意识到通过设计改善企业内部工作环境非常重要,于是在公司投入设计管理人才,对公司环境进行改善,激发他们的思维创造力和革新能力。终上所述,设计管理人才能为公司带来创新的思维及革新的方法,成为企业获得成功的途径,而大学持续为企业输送设计管理人才起着关键作用。

  二、以设计管理为中心的艺术设计教育的目标、方向及教育内容

  (一)教育目标:信息知识的多样性与共通性、和谐的自然环境、人类新生活的价值及明确的设计哲学,共同构成了以创意性为中心的教育目标。艺术设计教育的目标随着二十一世纪新时代人类价值观的变化需变化。信息知识的多样性与共通性,未来和谐的生活环境,都积极的反映出人类对未来社会生活的要求,提高人类生活质量和文化诉求,必须制定新的教育指标,追求以研究为中心的深入化教育。设计哲学重视人性与社会价值及环境价值之间有机的关系。首先,造型哲学的价值方法论追求政策性、多学科教育,把造型观念作为教育目标,运用到教育方向和教育内容当中。其次,分析适合人类创造性的造型思维,并进行系统的研究。创意性的概念化可以制定及开发出设计造型教育课程,让学生判断出什么是最重要和最基本的素质。他们创造性的感官和独创性的表现能力得到了实施,并开发有依据的方法论。最后,理解设计造型要素和造型语言,连接创造性功能的方法,是明确设计教育目标的意识,实现设计造型价值的体现。

  (二)教育方向:追求研究和实际运用相结合,开发独创的教育课程,努力成为具有全球竞争力的教育机构。教育的方向要转向研究和实际运用相结合,并追求教育的深入化。不仅要打破学校与企业的障碍之壁,并且要有效的融合。艺术设计学院要敢于走在革新的前列,教育的方向要把研究、知识、创新、商业衔接起来,意味着必须从整体上来判断开发投入的比重。首先,提供专业化、深入化的知识和信息了,脱离单纯的形态为主的艺术设计领域,形成有特色的艺术设计教育。第二,创建独创的研究活动来进行品牌开发,并倡导设计师为中心的大众文化,以此来最大化设计产业的附加价值。第三,把所需的独特的研究主题和基础研究相结合。第四,让高年级学生尽可能的参与开发、设计、管理系统的项目流程。艺术设计教育的方向是把研究、知识、创新、商业有机结合,追求教育水平的高级化、深入化,研究与实际运用相结合的务实教育。

  (三)教育内容:强调创意性、概念性、战略性、综合性的设计活动,制定多样化的教育内容,并赋予相关的文化价值及设计哲学理念。艺术设计教育的内容要随着知识的更新与社会文化环境价值观的变化而改变,同时艺术设计教育以人类生活、多样化的文化及生活环境为中心。人类、环境及信息化时代,最新的需求是对事物最本质的解析。设计教育具体的内容要考虑到,新技术与方法论,研究与设计造型相关的内容,除此以外也需要理解未来社会和人类生活的价值观、文化、环境及现象学、人类学、信息沟通以及对商业设计的认识等等5。强调创意性、概念性、战略性、综合性的设计活动,制定多样化的教育内容,并赋予相关的文化价值及设计哲学理念。

  三、结论

  产业社会时的艺术设计教育,要培养学生有预见性的观察能力,视觉层面的认识能力,学生要拥有广泛的知识面及丰富的想象力,以及优秀的造型能力,因此大学的艺术设计教育必须把不断的课程开发作为重点。教育课程的本质必须向融通性和弹性需求性转变。通过获取方法论、科学的思考能力及审美造型能力等来创造设计价值。社会在不断变化,倡导革新的艺术设计教育意义在于,对未来市场进行展望的同时,开发出提高学生设计管理能力的创新课程。首先,在信息知识多样性及共通性的背景下,和谐的自然环境价值和人类新的生活价值,明确了的设计哲学理念,这些构成了以创意性及设计管理为中心的教育目标。其次,艺术设计教育的方向我们要追求以研究、实际操作及开发独创的教育课程为中心,使其成为具有全球竞争力的高水平教育。最后,艺术设计教育内容要要围绕强调创意性、概念性、战略性、综合性的设计活动来制定,并赋予相关文化价值及设计哲学理念。我国艺术设计教育还存在教育目标和教育方向不明确,教育内容不足之处,需要积极应对新时期时代的变化。本研究在艺术设计教育的目标、方向及内容上提出了观点,本研究能成为往后开发艺术设计教育课程的基础参考资料。

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