可重构机床机械界面的设计探讨

朱莹

（沈阳机床股份有限公司 110142）

可重构机床机械界面的设计探讨

朱莹

（沈阳机床股份有限公司 110142）

改革开放以来，我国各行各业都迎来了前所未有的发展机遇和挑战，工业器械在满足生产要求的同时，也暴露了一些问题。传统的工业生产模式已经无法应对工业产品品种多、交货期短、多样化、批量小等特征，对于制造业而言，目前最主要的任务就是以大批量生产的成本和效率来生产出多样化、个性化的小批量产品。所以设计一个科学的可重构制造系统迫在眉睫。在可重构制造系统中，可重构机床是最主要的组成部分之一，其机械界面直接影响到可重构制造系统的运行。所以本文主要从可重构机床的特征入手，探讨可重构机床机械界面的设计方法。

可重构机床；机械界面；特征；设计

目前，制造业使用最为广泛的机床主要分为三种，即专用机床、组合机床和数控机床。专用机床是针对某一产品的具体属性对产品进行加工，功能比较单一，制造方法也比较简单，但是其自动化水平、生产的效率和质量都比较好。这种机床最大的问题在于只能对某一个产品进行加工，一旦这类产品无需加工，也就意味着这个机床没有用处了。针对专用机床存在的问题，开始对组合机床进行研究。组合机床不仅具有专用机床所有的功能，还可以在短时间内，对机床进行改造，使之适应零部件的加工。为了提高小批量产品生产的自动化水准，数控机床开始投入使用，具有技术复杂、成本高等诸多缺点。可重构机床是近年来开始投入使用的，有效避免了这几种机床的缺点，集中了这几种机床的优势，具有价格低廉、适应性强等优势[1]。

1 可重构机床的特征

可重构机床是根据功能需求对一些基本模块进行有机的结合，所以可重构机床的结构、布局可以根据加工产品的实际情况进行重组，各个软件、硬件都有统一的标准，机床各个模块界面的风格也比较统一且标准化。可重构机床的功能可以在产品族的基础上进行相应的改变，并且可以最大限度的缩短产品改性换代所花费的时间，在满足产品加工要求的前提下，简化机床的各个结构和功能。使用可重构机床有助于降低生产成本，提高产品的加工质量。此外，可重构机床的维修工作比较简单，哪里出现问题，只需要进行针对性的维修就可以正常运转[2]。

2 可重构机床机械界面的设计

2.1 可重构机床机械界面的模块化设计

可重构机床机械界面的模块化设计是指各个模块的划分、设计和综合。各个模块之间的界面由标准化模块和通用化模块组成，虽然在20世纪就已经提出了模块化设计理论，但是在产品加工过程中还没有体现模块化设计理念。究其原因是人们片面重视模块的划分、设计和综合，而对机械界面的总体设计则没有进一步的研究。实际上，加工过程中机械界面的设计是否标准，都和模块化设计有着非常密切的联系。可重构机床具有非常高的重构频率，如果无法实现各个模块之间的快速转换，可重构机床就无法体现应有的价值。为了实现可重构机床系统的模块化，可重构机床的机械界面必须要是标准界面。目前，可重构机床的标准机械界面可以分为企业标准界面、国内标准界面和国外标准界面三种，要根据模块粒度来选择具体的界面类型，界面也要包括子模块界面、模块界面和系统界面[3]。

可重构机床的界面根据功能可以划分为数据界面、动力界面、机械界面等，机械界面又可以划分为固定界面和动态界面。本文主要针对可重构机床的机械界面进行研究，固定机械界面是指各个界面之间没有相对运动，而动态界面是指各个界面之间存在相对运动。可重构机械界面的设计要包含界面的稳定性、可靠性以及模块转换有效性等。此外，可重构制造系统界面和可重构机床界面之间的快速转换也是目前一个研究热点。

2.2 可重构机床机械界面的总体设计

对可重构机床而言，机械界面设计的重点在于可重构。可重构机床系统是由标准模块通过标准界面设置，可以根据产品设计的要求进行改装。所以可重构机床机械界面的设计要涉及到软件系统、控制系统、机床本体等。通过加工任务的运动分析、机床模块库中的模块匹配搜索以及拟定可重构方案等一系列步骤来对可重构机床系统进行设计，所以可重构机床系统的标准界面必须要有一些标准模块，如：夹紧单元、换刀装置、主轴头、立柱、工作台、主体等。与此同时，为了提高设备的加工质量和效率，还要对机械监测装置设计通用的界面，如：机床热变形监测装置、机床精度监测装置、刀具磨损监测装置等。

可重构机床控制系统的设计也要严格遵从开放式原则，所谓开放式原则，指的是可重构机床系统所具备的应用程序可以在其他供应商提供的软件平台上正常运行。所以可重构机床系统也要针对应用软件设计一些通用的界面，这些界面作为通用标准件，要覆盖控制系统中所有的零部件，如：智能IO节点、插卡、计算机板等[4]。

2.3 可重构机床机械界面的软件系统设计

可重构机床系统的控制软件属于开放式结构，主要包含三个组件，即通信系统、配置系统、操作系统等。通信系统负责在标准协议的基础上实现模块之间信息的交换；配置系统负责将模块在控制引导时组合成运行系统，而操作系统主要负责模块的运行。可重构机床系统中的应用软件要在柔性化、模块化的方式下运行，要专门设计一个特定的系统平台供其使用，软件的各个模块及其界面都要具有较高的可重构性。

3 结语

可重构机床是针对新的市场需求应运而生的，作为目前制造业最实用的制造系统之一，在生产过程中发挥了巨大的作用。所以可重构机床机械界面的设计也尤为重要，直接影响到可重构机床系统的正常运行。在设计可重构机床机械界面时，在确保可重构机床可以实现人机交互时，还要保证人际交互的快速、准确，不会出现错误。

[1]王宝沛，翟鹏，王丽霞，宋文平.多功能可重构数控机床研究与开发[J].制造技术与机床，2010，03：83～86.

[2]袁建亭，崔瑞强，李震，吴伏家.可重构机床及其关键技术的研究[J].机械管理开发，2011，02：82～83+86.

[3]游有鹏，张晓峰，王珉，朱剑英.可重构机床的模块化设计[J].机械科学与技术，2001，06：815～818+790.

[4]赵庆志，刘正埙，谷安，朱荻.电火花线切割机床可重构模块划分的理论和应用研究[J].机械工程学报，2005，09：175～179.

[5]梁睦，李春广，李铬，梁东凯.可重构机床模块化设计的分析与研究[J].煤矿机械，2006，08：68～70.

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2016-1-11