可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)探討

朱瑩

（沈陽機(jī)床股份有限公司 110142）

可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)探討

朱瑩

（沈陽機(jī)床股份有限公司 110142）

改革開放以來，我國各行各業(yè)都迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，工業(yè)器械在滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，也暴露了一些問題。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)無法應(yīng)對工業(yè)產(chǎn)品品種多、交貨期短、多樣化、批量小等特征，對于制造業(yè)而言，目前最主要的任務(wù)就是以大批量生產(chǎn)的成本和效率來生產(chǎn)出多樣化、個(gè)性化的小批量產(chǎn)品。所以設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)的可重構(gòu)制造系統(tǒng)迫在眉睫。在可重構(gòu)制造系統(tǒng)中，可重構(gòu)機(jī)床是最主要的組成部分之一，其機(jī)械界面直接影響到可重構(gòu)制造系統(tǒng)的運(yùn)行。所以本文主要從可重構(gòu)機(jī)床的特征入手，探討可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)方法。

可重構(gòu)機(jī)床；機(jī)械界面；特征；設(shè)計(jì)

目前，制造業(yè)使用最為廣泛的機(jī)床主要分為三種，即專用機(jī)床、組合機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。專用機(jī)床是針對某一產(chǎn)品的具體屬性對產(chǎn)品進(jìn)行加工，功能比較單一，制造方法也比較簡單，但是其自動(dòng)化水平、生產(chǎn)的效率和質(zhì)量都比較好。這種機(jī)床最大的問題在于只能對某一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行加工，一旦這類產(chǎn)品無需加工，也就意味著這個(gè)機(jī)床沒有用處了。針對專用機(jī)床存在的問題，開始對組合機(jī)床進(jìn)行研究。組合機(jī)床不僅具有專用機(jī)床所有的功能，還可以在短時(shí)間內(nèi)，對機(jī)床進(jìn)行改造，使之適應(yīng)零部件的加工。為了提高小批量產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化水準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床開始投入使用，具有技術(shù)復(fù)雜、成本高等諸多缺點(diǎn)?？芍貥?gòu)機(jī)床是近年來開始投入使用的，有效避免了這幾種機(jī)床的缺點(diǎn)，集中了這幾種機(jī)床的優(yōu)勢，具有價(jià)格低廉、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢[1]。

1 可重構(gòu)機(jī)床的特征

可重構(gòu)機(jī)床是根據(jù)功能需求對一些基本模塊進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，所以可重構(gòu)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、布局可以根據(jù)加工產(chǎn)品的實(shí)際情況進(jìn)行重組，各個(gè)軟件、硬件都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床各個(gè)模塊界面的風(fēng)格也比較統(tǒng)一且標(biāo)準(zhǔn)化?？芍貥?gòu)機(jī)床的功能可以在產(chǎn)品族的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的改變，并且可以最大限度的縮短產(chǎn)品改性換代所花費(fèi)的時(shí)間，在滿足產(chǎn)品加工要求的前提下，簡化機(jī)床的各個(gè)結(jié)構(gòu)和功能。使用可重構(gòu)機(jī)床有助于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量。此外，可重構(gòu)機(jī)床的維修工作比較簡單，哪里出現(xiàn)問題，只需要進(jìn)行針對性的維修就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

2 可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)

2.1 可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的模塊化設(shè)計(jì)

可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的模塊化設(shè)計(jì)是指各個(gè)模塊的劃分、設(shè)計(jì)和綜合。各個(gè)模塊之間的界面由標(biāo)準(zhǔn)化模塊和通用化模塊組成，雖然在20世紀(jì)就已經(jīng)提出了模塊化設(shè)計(jì)理論，但是在產(chǎn)品加工過程中還沒有體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)理念。究其原因是人們片面重視模塊的劃分、設(shè)計(jì)和綜合，而對機(jī)械界面的總體設(shè)計(jì)則沒有進(jìn)一步的研究。實(shí)際上，加工過程中機(jī)械界面的設(shè)計(jì)是否標(biāo)準(zhǔn)，都和模塊化設(shè)計(jì)有著非常密切的聯(lián)系。可重構(gòu)機(jī)床具有非常高的重構(gòu)頻率，如果無法實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的快速轉(zhuǎn)換，可重構(gòu)機(jī)床就無法體現(xiàn)應(yīng)有的價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)的模塊化，可重構(gòu)機(jī)床的機(jī)械界面必須要是標(biāo)準(zhǔn)界面。目前，可重構(gòu)機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面可以分為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)界面和國外標(biāo)準(zhǔn)界面三種，要根據(jù)模塊粒度來選擇具體的界面類型，界面也要包括子模塊界面、模塊界面和系統(tǒng)界面[3]。

可重構(gòu)機(jī)床的界面根據(jù)功能可以劃分為數(shù)據(jù)界面、動(dòng)力界面、機(jī)械界面等，機(jī)械界面又可以劃分為固定界面和動(dòng)態(tài)界面。本文主要針對可重構(gòu)機(jī)床的機(jī)械界面進(jìn)行研究，固定機(jī)械界面是指各個(gè)界面之間沒有相對運(yùn)動(dòng)，而動(dòng)態(tài)界面是指各個(gè)界面之間存在相對運(yùn)動(dòng)?？芍貥?gòu)機(jī)械界面的設(shè)計(jì)要包含界面的穩(wěn)定性、可靠性以及模塊轉(zhuǎn)換有效性等。此外，可重構(gòu)制造系統(tǒng)界面和可重構(gòu)機(jī)床界面之間的快速轉(zhuǎn)換也是目前一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2.2 可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的總體設(shè)計(jì)

對可重構(gòu)機(jī)床而言，機(jī)械界面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于可重構(gòu)?？芍貥?gòu)機(jī)床系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)模塊通過標(biāo)準(zhǔn)界面設(shè)置，可以根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行改裝。所以可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)要涉及到軟件系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)床本體等。通過加工任務(wù)的運(yùn)動(dòng)分析、機(jī)床模塊庫中的模塊匹配搜索以及擬定可重構(gòu)方案等一系列步驟來對可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)界面必須要有一些標(biāo)準(zhǔn)模塊，如：夾緊單元、換刀裝置、主軸頭、立柱、工作臺(tái)、主體等。與此同時(shí)，為了提高設(shè)備的加工質(zhì)量和效率，還要對機(jī)械監(jiān)測裝置設(shè)計(jì)通用的界面，如：機(jī)床熱變形監(jiān)測裝置、機(jī)床精度監(jiān)測裝置、刀具磨損監(jiān)測裝置等。

可重構(gòu)機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也要嚴(yán)格遵從開放式原則，所謂開放式原則，指的是可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)所具備的應(yīng)用程序可以在其他供應(yīng)商提供的軟件平臺(tái)上正常運(yùn)行。所以可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)也要針對應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)一些通用的界面，這些界面作為通用標(biāo)準(zhǔn)件，要覆蓋控制系統(tǒng)中所有的零部件，如：智能IO節(jié)點(diǎn)、插卡、計(jì)算機(jī)板等[4]。

2.3 可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)的控制軟件屬于開放式結(jié)構(gòu)，主要包含三個(gè)組件，即通信系統(tǒng)、配置系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等。通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模塊之間信息的交換；配置系統(tǒng)負(fù)責(zé)將模塊在控制引導(dǎo)時(shí)組合成運(yùn)行系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)模塊的運(yùn)行?？芍貥?gòu)機(jī)床系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件要在柔性化、模塊化的方式下運(yùn)行，要專門設(shè)計(jì)一個(gè)特定的系統(tǒng)平臺(tái)供其使用，軟件的各個(gè)模塊及其界面都要具有較高的可重構(gòu)性。

3 結(jié)語

可重構(gòu)機(jī)床是針對新的市場需求應(yīng)運(yùn)而生的，作為目前制造業(yè)最實(shí)用的制造系統(tǒng)之一，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮了巨大的作用。所以可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面的設(shè)計(jì)也尤為重要，直接影響到可重構(gòu)機(jī)床系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)可重構(gòu)機(jī)床機(jī)械界面時(shí)，在確?？芍貥?gòu)機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互時(shí)，還要保證人際交互的快速、準(zhǔn)確，不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

[1]王寶沛，翟鵬，王麗霞，宋文平.多功能可重構(gòu)數(shù)控機(jī)床研究與開發(fā)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010，03：83～86.

[2]袁建亭，崔瑞強(qiáng)，李震，吳伏家.可重構(gòu)機(jī)床及其關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2011，02：82～83+86.

[3]游有鵬，張曉峰，王珉，朱劍英.可重構(gòu)機(jī)床的模塊化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001，06：815～818+790.

[4]趙慶志，劉正塤，谷安，朱荻.電火花線切割機(jī)床可重構(gòu)模塊劃分的理論和應(yīng)用研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，09：175～179.

[5]梁睦，李春廣，李鉻，梁東凱.可重構(gòu)機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)的分析與研究[J].煤礦機(jī)械，2006，08：68～70.

TG502.1

A

1004-7344（2016）03-0204-01

2016-1-11