基于人机工程学研发的电火花加工机床HMI.pdf

模 具 技 术 网 嘉 N L ID ／ ／ w ww．s z m o l O s o m 模具制造立体传媒电子商务平台 基于人机工程学研发的电火花加工机床 H MI 伍 端 阳 北京阿奇夏米 尔技术服务有限责任公司 北京 1 0 1 3 0 0 【 摘要】 瑞士G F 阿奇夏米尔公司首次提出了基于人机工程学设计电火花加工机床H M I 的 概念。通过对现有产品H M I 的技术资源整合， 研发 出了全新的A C F O R M H M I ， 使得电火 花加工机床的操作 更人性化。 关键词 电火花加工； 人机工程学； H M I ； 专家系统 中图分类号 T G 6 6 1 文献标识码 B Ba s e d o n Er g o n o m i c s Re s e a r c h a nd De v e l o pm e n t o f EDM M a c hi n e To o l HM I 【 A b s t r a c t 】 T h e S w i s s G F a r c h i e s u m m e r m il l c o m p a n y e l e c t r i c s p a r k m a c h i n e t o o l s w a s p r o p o s e d b a s e d o n e r g o n o mi c s d e s i g n f o r t h e fi r s t t i me t h e c o n c e p t o f HMI ．B y HMI o f t h e e x i s t i n g p r o d u c t s o f t e c h n o l o g y r e s o u r c e s i n t e g r a t i o n ，h a s d e v e l o p e d a n e w AC F ORM HMI ， ma ke s t h e o pe r a t i o n o f t he e l e c t r i c s pa r k ma c h i ne t o o l mo r e hu ma ni z a t i o n． Ke y w o r d s E D M e l e c t r i c a l d i s c h a r g e ma c h i n i n g ； t h e m a n m a c h i n e e n g i n e e r i n g ； H MI ； e x p e r t s y s t e m l 引言 近年来 ， G F 阿奇夏米尔公司通过调查全球一批 技术领先的模具制造厂家的电火花加工工艺与需求 后， 充分认识到机床的人机界面对发挥电火花加工机 近年来 ， L e i c a T S c a n 激光扫描测头以其快速的 点云采集得到了越来越广泛的应用， 其主要特点如下 1 快速的点云采集速度， 2 0 ， 0 0 0 点／ s 。 2 工件三维轮廓的实时显示。 3 点数据与C A D软件的通用性。 4 快速直观的比对色差输 出。 5 坐标系可 以根据测 量需 求灵活调整 ， 指导工 件制造过程。 6 数据采集后， 可以随时进行调用分析 ， 具有可 追朔性。 7 自适应不 同颜色 ， 不同反光表面的工件 ， 测量 无需喷粉 。 其一般的检测过程如图5 所示。 2 ．3 车身配合尺寸分析 在汽车制造过 程 中， 除了要保 证车身各零部件 ， 分总成满足尺寸控制公差外 ， 还要确保经过焊接 ， 铰 链 ， 胶合等方式组装后各部件之间的相互关系满足要 求 ， 如前盖和翼子板 ， 车灯 和侧 围 ， 车 门之 间 ， 天窗和 车顶盖等。这些尺寸控制直接影响车身的外观， 使用 稳定性以及功能型要求。在这类使用中， 可以采用 T P r o b e 完成关键位置快速测量 和 T S c a n 间隙轮 廓全面分析 相结合的方式完成。 3 总结 综 上 可 知 ， L e i c a激 光 跟 踪 仪 的 T P r o b e和 T S c a n 6 D 测量附件以其良好的车间现场适应性和 手动操作方便性以及便携性能， 可以快速完成车间现 场车身零件检测 、 匹配分析、 安装调整等功能， 在车身 图5 点云对 比过程 测量中具有很大的应用价值。 作者 简介 刘霜 ， 女 ， 1 9 8 0年生， 便携 式测 量产 品技术经理。 收稿 13 期 2 0 1 3 0 9 0 2 ． 回 2 7 0 模具制造 2 0 1 3 年第1 0 期 模 具 技 术 网 萼 喜 h t t p ／ ／ www．5 z mo 1 0 5 ． E O m 模具制造立体传媒电子商务平台 任务的总清单 J o b ， 然后分别描述“ 任务” 的要素 电 极 清 单 T o o l s 、 工 件 清 单 P a r t s 、 型 腔 清 单 C a v i t i e s 、 工艺清 单 E D M 、 加 工顺 序管 理清 单 S e q u e n c e ， 机床最终根据这些“ 任务” 要素生成I S O 程序。 总清单 J o b 表格用于定义任务的概括信息， 下 面可以看看如何定义总清单的信息 在图3 总清单里 定义了3 组形状， 第 1 组形状是使用 1 、 2 号电极 ， 用两 组不同的工艺参数去加工 1 号工件的l 号型腔， 第2 组 形状是使用 3 、 4号 电极 ， 用一组工艺参数 去加工 1 号 工件的2 号型腔 ， 第 3 组形状是使用5 号电极， 用一组 工艺参数去加工 2 号工件的 3 号型腔。这种定义任务 的工作模式， 便于系统性地管理一个零件所需要的放 电加_丁。 电极清单 T o o l s 用于定义每个电极的偏心值 电 极基准与测头基准的相对值 ， 其在电极库的位置。 电极偏心值可以通过三坐标机器进行测量， 将偏心数 值输入A C F O R M H M I 即可。也可以在线使用基准 球进行测量 ， T o o l 模块 的功能栏里提供 了丰富的电极 偏心测量模式 ， 测量后系统会将电极偏心值记忆在此 清单 。 工件清单 P a n s 用于定义每个工件的零点 ， 丁件 的编号及所在托盘 的编号 。工件零点记忆 的是此位 置的机械坐标值。可以在线使用测头进行测量 ， P a r t s 模 块的功能栏 里提供 了丰富的测量模式 ， 测量后系统 会将机械坐标值记忆在此清单 。 型腔清单 C a v it ie s 用于定义型腔的坐标位置与 加工矢量。对于规则的多型腔， 可以通过界面提供的 矩阵、 环形阵列等功能快速生成坐标值 ， 亦可以直接 读人数据文件 。 工艺清单 E D M 用于定义每组形状的工艺参数。 它可 以是不 同的加T深度 、 加工面积及加工要求 。输 入这些加工要素， 专家系统 就可以生成工艺参数表。 加 工顺 序 管 理 清 单 S e q u e n c e 用 于 对 加 工 顺 序进行定义。系统会 自动 产生序列， 也可以根据需要 进行排序调整与删减加工 要素。 根据以上信息 ， 机床即可产生一个相关联的I S O 程序文件。在绝大多数情况下， I S O程序无需修改即 可执行。同时， 机床支持手动编程， 支持宏程序 ， 便于 高级用户发挥其创造性， 拓展了任务的应用范畴。 3 基于人机工程学的电火花加工机床HMI 的标准 3 ． 1 引导 A C F O R M HMI 的右上角设计有 5 个模 块 准备 模块 、 执行模块、 文件模块 、 手动模块、 配置模块 ， 它 用清晰的图标进行引导， 并用绿、 红、 蓝 、 黄 、 紫色线框 对应每一种模式。在对应模块下的右侧有由上而下 的操作步骤， 在每个操作步骤的界面底部提供了需要 的功能 ， 所有功能的操作都使用形象化 和具体化 的图 符作引导 见图4 。这种给操作者直观提示加以引导 的风格， 即使是不熟悉此软件的操作人员， 也能很清 楚 地明白下一步应该做什么 ， 可 以做 什么。就人类思 考问题的方式来说， 只要用户能基本明白操作步骤， 实现轻松上手 ， 就可以在以后 的操作中慢慢拓宽思路 去熟悉一些高级的功能 。 3 ．2 最小负载 A C F O R M H M I 高度使用对话式的图形帮助， 使 用户容易理解与操作， 并可将操作中可能发生的错误 减少到最低 限度 ， 能广泛地适应 于不 同层次的用户 。 图5 是 A C F O R M H M I “ 最小负载” 的示例 找正定位 的功能使用图标清晰地显示 ， 功能 中需要输入 的数据 有形象的指示； 对于复杂多样的平动类型， 则用红色 的线条描述其运动轨迹 ， 一 目了然， 即使是初学者也 能作出正确的选择 ； 放电优化页面辅助的参数用加减 符号提示这些参数可供修改 ， 而显示的主参数通常是 不能被修改的， 这是为了防止意外修改而影响加工效 果 ， 同时加工过程 中能动态显示放电状态的稳定性 。 模式 薏 l } 图4 A C F O R M H MI “ 引导” 示例 7 2 模具制造 2 0 1 3 年第 1 0 期 模 具 技 术 网 嘉 h t t p ／ ／ ww w．s z m u l s c c 3 m模具制造立 体传媒电 子商务平台 一 些特殊功能， 比如在方形平动下， 可以设定 、 l ， 轴 不相同的平动半径， 在扩孑 L 平动模式下可以设定精修 顶部与底部的循环等等。 “ 表面粗 糙度 ” 处定 义加 工要求 的表面粗糙 度 。 系统按照V D I 3 4 0 0 标准提供了各级表面效果 ， 包括镜 面、 各级亚光表面、 各级纹面， 只需选择即可。阿奇夏 米尔开发的“ 表面” 技术能满足苛刻的表面质量一致 性的标准。 “ 加工面积” 处输入实 际放 电加工 的面积大小 ， 对 于简单的方形和圆形， 输入边长或者半径系统即可计 算面积。 “ 电极长度” 处输入数值 ， 系统 即可根据长度值与 加工深度， 来计算并补偿放电中热膨胀导致电极变长 的距离 。 “ 优先权” 提供了最小损耗、 均衡 、 追求加工速度 三种策略 。另外表面 的优先权提供 了追求精度 和追 求速度的策略。 对于特殊的应用 ， 还可以定义其他的内容。如追 求加工表面最小白层 ， 型腔预铣的数据， 锥孔等等。 在A C F O R M H MI 专家系统中， 通过输入以上主 要信息， 系统即可生成工艺参数表。不 同的应用类 型 ， 参数表 中的 电流 、 脉 宽 、 脉间 、 电压 、 电容 、 波形模 式 、 放电时间、 抬刀高度、 抬刀速度 、 留量等参数的配 置都不相同， 并且系统会根据定义的加工策略进行优 化。相比其他数控电火花加工机床， 这些配置好的工 艺参数依赖人为优化的空间大为减少， 其加工的适应 性就更强 ， 面向复杂加工 多变 的类型 ， 整体 的加工效 率就会体现出明显的优势。 3 ．4 在线帮助 一 般情况下 ， 数控电火花加工机床 HMI 中包括较 多的功能， 往往随机携带大量的使用说明资料和操作 规范， 用户不得不接受大量的应用培训 ， 花费时间查 阅资料。 A C F O R M H MI 提供了在线帮助和在线学习的 多种工具。清晰的导向式界面组成的在线学习模块， 只需要选择想要了解的部分进行学习即可， 也可以使 用关键词搜索和定义搜索， 使用户不再需要依赖厚厚 的用户手册。在操作过程中对屏幕当前某个功能有 疑问时， 直接按 F 1 键进行在线帮助， 系统即可弹出对 应功能的详细介绍 ， 帮助操作者快速找到有关的信 息。除此之外， 在线学习可以还可以向操作者传递加 工经验， 主动帮助用户获取系统的新概念、 新功能， 增 加用户的知识和能力 。 3 ．5 自动化接口 A C F O R M H MI 提供的自动化软件功能与接 口， 可以使用线外测量电极偏心， 然后将电极偏心值输入 机外的A C F O R M H M I 进行文件管理， 再将机外编好 的程序输入机床。操作者能够在配备有 自动扫描装 置的E D M机器内随意地放置刀具 ， 使用芯片读卡机 识别出零件和刀具。当关闭电极库门时， 电极被自动 扫描装置 自动地识别 出来 。电极库 的监控 ， 可 以知道 当前哪个 电极和零件 已经完成或正在被加工 。这些 自动化支持功能使得A C F O R M H M I 可以胜任连续 的E D M 自动加工 。在阿奇夏米尔高端 的电火花加T 机床上， A C F O R M H M I 可以配合机外版的生产协同 软件实现使用机器人的全 自动化车间生产。 3 ． 6 全面的信息 A C F O R M H M I 创建 的程序文件 ， 包括T作描 述 、 测量报告 、 工艺文件 、 I S O文件 、 加工报告共 5 个子 文件程序 可进行存档或传送给另一台机床 。一个 程序涵盖了所有加工方面的信息 工作捕述记录了任 务清单， 电极、 工件、 型腔、 位置的详细信息； 测量报告 记录了在线找正 、 定位的过程及获得的测量精度 ； _工 艺文件是由专家系统生成的丁艺参数表； 加T报告记 录了程序执行的信息， 比如每个程序段 、 型腔、 _ [ 件的 加工时问。程序文件包括 的这些子文件能使用户对 整个加_ I二 过程了如指掌。有了这些全面的信息， 对于 生产管理 、 生成成本 的计算 、 自动化生产都有重要 的 意 义。 4 结束语 在当今讲求操作人性化 、 智能化的时代 ， 人们对 电火花加工机床H M I 的要求也会越来越高。将人机 工程学应用于电火花加工机床 H MI 的研发 ， 势必会对 电加 机床 HMI 的研发产生重要意义和积极影响。 参考文献 [ 1 ] 周晖主编． 数控电火花加工工艺与技巧[ M] ．北京 化学_ 厂 业出版社 ， 2 0 0 9 ． 作者简介 伍端阳， 男， 1 9 8 6 年生， 北京阿奇夏米 尔 技术服务有限责任公司应用中心经理。 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 1 9 四 7 4 模具制造} 2 0 1 3 年第1 0 期