2009年全国技工教育和职业培训

2009年全国技工教育和职业培训 优秀教研成果评选活动参评论文

学生与数控机床人机“交互”的研究

学生与数控机床人机“交互”的研究

〔摘要〕：随着科技的不断发展，现代数控机床越来越智能化。那么操作人员与数控机床的“交流”也越来越多，涉及的范围也越来越广，“交流”的方式也越来越多。在这种状况下，如果能让学生与机床更好的交流，那么对于学生的理解将得到更大的提高，也能更好地避免因操作失误而发生的事故和更好的排除机器故障。

〔关键字〕：学生；数控机床；交流

数控机床是现代制造技术的重要工具。本文从人机界面设计的概念及研究方向入手，充分考虑人的因素，对数控机床人机“交互”进行简要的探讨。

数控机床是一种高科技的机电一体化产品，是由数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置构成的可编程的通用加工设备，它被广泛应用在加工制造业的各个领域。与通用机床和专用机床相比，数控机床最适宜加工结构较复杂、精度要求高的零件，以及产品更新频繁、生产周期要求短的多品种小批量零件的生产。当代的数控机床正朝着高速度、高精度化、智能化、多功能化、高可靠性的方向发展。数控机床的人机“交互”直接影响其工作效率和操作舒适性。因为良好的人机界面操作简单、有效，且具有引导功能，使用户感觉愉快、增强兴趣，从而提高使用效率。

人机界面（Human-Machine Interface）是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入与输出。应结合心理学、人机工程学、计算机语言学、艺术设计、智能人机界面、社会学与人类学等多学科知识对人机界面设计进行研究。其发展趋势也向着更加人性化、高科技化的方向发展。

一、非受迫性交流

机床反应切削状况，操作人员自主去发现问题，再反过来调节机床，这类“交流”我把它定义为“非受迫性交流”。

我们在谈操作人员与数控机床的交流之前，我们首先来谈一下操作人员与普通机床的“交流”。对于这个“交流”听起来会比较陌生，我们举例来看看操作人员是如何与普通机床“交流”的。在45号钢的车削过程中，如果切屑呈平稳带状切屑，这时会乱缠造成各种不良的切削状况，甚至还会造成危险。那么这个时候操作人员就可以根据切削三要素对断屑影响的主次关系，依次调节进给量，背吃刀量，切削速度，直至达到一个良好的切削状况。比如切屑呈短弧形切屑，短环形螺旋切屑或者短锥形螺旋切屑。

机床反应切削状况，操作人员自主去发现问题，再反过来调节机床，这类“交流”我把它定义为“非受迫性交流”。那么对切削过程的控制，在数控机床上这一类“非受迫性交流”与普通机床是一致的。

数控编程系统——图形交互式自动编程

计算机辅助设计（CAD）是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。包括分析和综合两方面的内容。

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计算机辅助制造（CAM）是数控（NC）技术发展的必然需求，它为解决复杂曲面加工编程问题提供了非常有效的途径，它是利用CAD产生的几何模型，借助于相关的程序自动生成用于控制数控机床进行加工的数控程序。CAM的应用取代了传统手工编程方法，提高了编程的精度和效率。 CAD与CAM的有机集成而形成的CAD/CAM系统，整个设计和制造过程中通过数据共享来使用公用数据库中的数据，既提高了工作效率，又降低了出错的可能性。

图形交互式自动编程是以CAD软件为基础，借助CAD软件的造型、编辑等功能来生成零件的几何模型，然后利用数控模块，采用人机交互式的方式来确定零件的加工工艺等，最后由计算机自动生成NC程序。一般情况下，大多数CAD/CAM软件都具有动态加工过程仿真功能，可不经过试切就对刀具路径进行合理性及干涉情况的检查。

步骤：

1．首先对产品、零件及加工工艺进行分析； 2．借助CAD模块进行几何造型；

3．在人机交互方式下，计算机自动进行刀具轨迹的计算及生成； 4．针对不同的数控控制系统进行后置处理； 5．自动生成NC程序，并以多种方式输出。

接下来我们再举个数控机床中“非受迫性交流”，的例子。

如下图所示，数控车加工带螺纹的右半部分轮廓，程序编好以后可以空运行显示粗车和精车的加工路线与空行程路线。这样操作人员可以轻松准确的检查出程序的错误以及多余的地方，再进行编辑修改。这种情况下就可以大大的缩减编程的检查时间，提高效率，同时避免各种因编程错误而引起的材料浪费和事故。

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二、受迫性交流

数控机床与普通机床的不同点中有一点是：数控机床具有人机交互设备。

什么是人机交互设备呢？数控机床在加工运行时，通常都需要操作人员对数控系统进行状态干预和输入控制介质存放的加工程序进行编辑，修改和调试，同时数控系统要显示数控机床的运行状态等等，也就是数控机床要具有人机联系的功能。具有人机联系交流功能的设备统称为人机交流设备。

键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备，操作人员可通过键盘和显示器输入简单的加工程序，编辑修改程序和发送操作命令，即进行手工数据输入（MDI，manual data input)。简单的显示器是由若干个数码管构成的，能显示的信息有限；高级的数控系统一般都配有CRT显示器或点阵式液晶显示器，显示信息丰富。低档的CRT显示器或液晶显示器只能显示字符，高档显示器还能显示加工轨迹图形。

具有人机交互设备的数控机床与普通机床在人机交互上还有一个优势就是“受迫性交流”。所谓“受迫性交流”我是这样定义的，指在操作过程中或自动加工过程中出错或者出现故障的时候，机床能够主动提示。主要表现形式为机床报警指示红灯亮，以红色字符在显示器上显示出错提示。这时候操作人员就必须对程序，参数或操作过程进行检查并作出相应的调整，这样的过程我们称之为操作人员与数控机床的“受迫性交流”。下面我们举几个“受迫性交流”的例子。

（1）FANUC Series Oi Mate-TD系统

显示器中以红色标记的字体显示

1．OT0500 （X）正向超程 （软限位1） ？ 2．OT0501 （X）负向超程 （软限位1） NC

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3．OT0500 （Z）正向超程 （软限位1） ALARM 4．OT0501 （Z）负向超程 （软限位1） （亮）

5．PS0323 形状程序的第一段为2型指令 6．PS0004 未找到地址

7．PS0125 宏程序语句格式错误 8．PS0325 不能用于形状程序的指令 9．PS0329 精车形状不是单调变化的 10．PS1016 没有EOB 11．SR5010 纪录结束

（2）NATIONAL VICTOR 18T CK6136S

四向超程，或急停开关关闭，均在显示器上显示“准备未绪”，如果 是急停开关没打开，只需打开后复位就行了。如果是四向超程的话，就需 要按住限位解除开关的同时，将刀架沿着超程方向的相反方向移动，再复 位，就解除了。

参考文献:

［1］罗仕鉴，朱上上，孙守迁.人机界面设计.北京:机械工业出版社,2002.

［2］颜声远，许彧青.人机工程与产品设计.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2003. ［3］李峻勤，费仁元.数控机床及其使用与维修.北京:国防工业出版社,2000. ［4］高炳学，金信琴,李凤朗.数控机床软件界面人的因素分析.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2hnh.html