可重構機床機械界面的設計探討

朱瑩

（沈陽機床股份有限公司 110142）

可重構機床機械界面的設計探討

朱瑩

（沈陽機床股份有限公司 110142）

改革開放以來，我國各行各業都迎來了前所未有的發展機遇和挑戰，工業器械在滿足生產要求的同時，也暴露了一些問題。傳統的工業生產模式已經無法應對工業產品品種多、交貨期短、多樣化、批量小等特征，對于制造業而言，目前最主要的任務就是以大批量生產的成本和效率來生產出多樣化、個性化的小批量產品。所以設計一個科學的可重構制造系統迫在眉睫。在可重構制造系統中，可重構機床是最主要的組成部分之一，其機械界面直接影響到可重構制造系統的運行。所以本文主要從可重構機床的特征入手，探討可重構機床機械界面的設計方法。

可重構機床；機械界面；特征；設計

目前，制造業使用最為廣泛的機床主要分為三種，即專用機床、組合機床和數控機床。專用機床是針對某一產品的具體屬性對產品進行加工，功能比較單一，制造方法也比較簡單，但是其自動化水平、生產的效率和質量都比較好。這種機床最大的問題在于只能對某一個產品進行加工，一旦這類產品無需加工，也就意味著這個機床沒有用處了。針對專用機床存在的問題，開始對組合機床進行研究。組合機床不僅具有專用機床所有的功能，還可以在短時間內，對機床進行改造，使之適應零部件的加工。為了提高小批量產品生產的自動化水準，數控機床開始投入使用，具有技術復雜、成本高等諸多缺點。可重構機床是近年來開始投入使用的，有效避免了這幾種機床的缺點，集中了這幾種機床的優勢，具有價格低廉、適應性強等優勢[1]。

1 可重構機床的特征

可重構機床是根據功能需求對一些基本模塊進行有機的結合，所以可重構機床的結構、布局可以根據加工產品的實際情況進行重組，各個軟件、硬件都有統一的標準，機床各個模塊界面的風格也比較統一且標準化。可重構機床的功能可以在產品族的基礎上進行相應的改變，并且可以最大限度的縮短產品改性換代所花費的時間，在滿足產品加工要求的前提下，簡化機床的各個結構和功能。使用可重構機床有助于降低生產成本，提高產品的加工質量。此外，可重構機床的維修工作比較簡單，哪里出現問題，只需要進行針對性的維修就可以正常運轉[2]。

2 可重構機床機械界面的設計

2.1 可重構機床機械界面的模塊化設計

可重構機床機械界面的模塊化設計是指各個模塊的劃分、設計和綜合。各個模塊之間的界面由標準化模塊和通用化模塊組成，雖然在20世紀就已經提出了模塊化設計理論，但是在產品加工過程中還沒有體現模塊化設計理念。究其原因是人們片面重視模塊的劃分、設計和綜合，而對機械界面的總體設計則沒有進一步的研究。實際上，加工過程中機械界面的設計是否標準，都和模塊化設計有著非常密切的聯系。可重構機床具有非常高的重構頻率，如果無法實現各個模塊之間的快速轉換，可重構機床就無法體現應有的價值。為了實現可重構機床系統的模塊化，可重構機床的機械界面必須要是標準界面。目前，可重構機床的標準機械界面可以分為企業標準界面、國內標準界面和國外標準界面三種，要根據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、模塊界面和系統界面[3]。

可重構機床的界面根據功能可以劃分為數據界面、動力界面、機械界面等，機械界面又可以劃分為固定界面和動態界面。本文主要針對可重構機床的機械界面進行研究，固定機械界面是指各個界面之間沒有相對運動，而動態界面是指各個界面之間存在相對運動。可重構機械界面的設計要包含界面的穩定性、可靠性以及模塊轉換有效性等。此外，可重構制造系統界面和可重構機床界面之間的快速轉換也是目前一個研究熱點。

2.2 可重構機床機械界面的總體設計

對可重構機床而言，機械界面設計的重點在于可重構。可重構機床系統是由標準模塊通過標準界面設置，可以根據產品設計的要求進行改裝。所以可重構機床機械界面的設計要涉及到軟件系統、控制系統、機床本體等。通過加工任務的運動分析、機床模塊庫中的模塊匹配搜索以及擬定可重構方案等一系列步驟來對可重構機床系統進行設計，所以可重構機床系統的標準界面必須要有一些標準模塊，如：夾緊單元、換刀裝置、主軸頭、立柱、工作臺、主體等。與此同時，為了提高設備的加工質量和效率，還要對機械監測裝置設計通用的界面，如：機床熱變形監測裝置、機床精度監測裝置、刀具磨損監測裝置等。

可重構機床控制系統的設計也要嚴格遵從開放式原則，所謂開放式原則，指的是可重構機床系統所具備的應用程序可以在其他供應商提供的軟件平臺上正常運行。所以可重構機床系統也要針對應用軟件設計一些通用的界面，這些界面作為通用標準件，要覆蓋控制系統中所有的零部件，如：智能IO節點、插卡、計算機板等[4]。

2.3 可重構機床機械界面的軟件系統設計

可重構機床系統的控制軟件屬于開放式結構，主要包含三個組件，即通信系統、配置系統、操作系統等。通信系統負責在標準協議的基礎上實現模塊之間信息的交換；配置系統負責將模塊在控制引導時組合成運行系統，而操作系統主要負責模塊的運行。可重構機床系統中的應用軟件要在柔性化、模塊化的方式下運行，要專門設計一個特定的系統平臺供其使用，軟件的各個模塊及其界面都要具有較高的可重構性。

3 結語

可重構機床是針對新的市場需求應運而生的，作為目前制造業最實用的制造系統之一，在生產過程中發揮了巨大的作用。所以可重構機床機械界面的設計也尤為重要，直接影響到可重構機床系統的正常運行。在設計可重構機床機械界面時，在確保可重構機床可以實現人機交互時，還要保證人際交互的快速、準確，不會出現錯誤。

[1]王寶沛，翟鵬，王麗霞，宋文平.多功能可重構數控機床研究與開發[J].制造技術與機床，2010，03：83～86.

[2]袁建亭，崔瑞強，李震，吳伏家.可重構機床及其關鍵技術的研究[J].機械管理開發，2011，02：82～83+86.

[3]游有鵬，張曉峰，王珉，朱劍英.可重構機床的模塊化設計[J].機械科學與技術，2001，06：815～818+790.

[4]趙慶志，劉正塤，谷安，朱荻.電火花線切割機床可重構模塊劃分的理論和應用研究[J].機械工程學報，2005，09：175～179.

[5]梁睦，李春廣，李鉻，梁東凱.可重構機床模塊化設計的分析與研究[J].煤礦機械，2006，08：68～70.

TG502.1

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2016-1-11