導(dǎo)語：平面玻璃系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】現(xiàn)有平面玻璃打磨設(shè)備功能少，打磨后的玻璃容易發(fā)生鏡面反射問題。在已有機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套減少鏡面反射，具有自動、手動和示教多功能的平面玻璃打磨控制系統(tǒng)?？刂圃O(shè)備采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是控制卡與工控機(jī)結(jié)合，二是采用運(yùn)動控制器。編程軟件采用VS2015和OtoStudio，主要內(nèi)容包括：分別利用兩種方法實(shí)現(xiàn)磨床的自動、手動、回零等功能；分別對磨床的路徑進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)不同的打磨軌跡；采用多種打磨軌跡結(jié)合的方法，消除由單一軌跡帶來的紋路。

【關(guān)鍵詞】平面玻璃；軌跡規(guī)劃；運(yùn)動控制；打磨

目前工業(yè)中常見的打磨辦法有機(jī)械打磨，手工打磨這兩種，手工打磨較為靈敏便利，廣泛的實(shí)用性，然而勞動力強(qiáng)度較大，加工效率偏低，品質(zhì)不太穩(wěn)定。而機(jī)械打磨較于手工打磨效率高、打磨品質(zhì)好，勞動力強(qiáng)度又低，同時(shí)也可以改善勞動條件等，所以機(jī)械打磨設(shè)施的應(yīng)用更為普遍[1]。但已有的磨床打磨軌跡比較單一，存在精度不高的困境。同時(shí)單一的打磨軌跡使打磨后的玻璃容易發(fā)生鏡面反射，存在磨削紋理，影響使用[2]。而且已有的玻璃磨床功能單一，不能完全滿足用戶對綜合性功能的需求。因此需要設(shè)計(jì)一套具有多種功能結(jié)合，且可以進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)的打磨設(shè)備的控制系統(tǒng)。

1平面玻璃打磨設(shè)備硬件組成

平面玻璃打磨設(shè)備硬件主要包括三個方面：位置固定的主軸磨頭砂輪，XY可移動平臺，控制箱三個部分[3]。主軸：旋轉(zhuǎn)，配備打磨平面玻璃的磨頭。XY可移動平臺：連接兩臺伺服電機(jī)，由電機(jī)帶動實(shí)現(xiàn)XY方向的移動。平臺上放待打磨的玻璃，玻璃由真空吸盤固定。平臺底部由氣缸控制，可以進(jìn)行升降?？刂葡洌弘姎庠O(shè)備與控制器。

2基于GUS控制器的磨床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)主程序流程。基于GUS控制器的磨床控制系統(tǒng)主要由三個模塊構(gòu)成，包括手動功能，回零功能和自動功能。手動模塊中設(shè)計(jì)有點(diǎn)位運(yùn)動模式和Jog運(yùn)動模式；回零模塊設(shè)計(jì)有X軸回零和Y軸回零，回零方式為正向?qū)ふ以c(diǎn)信號；自動模塊設(shè)計(jì)用到插補(bǔ)運(yùn)動，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，使打磨設(shè)備可移動平臺完成N型和圓弧型軌跡打磨。采用GUS控制器中使用的OtoStudio軟件實(shí)現(xiàn)打磨軌跡，而打磨軌跡采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真模擬[4][5]，計(jì)算出軌跡點(diǎn)。磨床的手動功能磨床的手動功能，可設(shè)置XY平臺的點(diǎn)位運(yùn)動和JOG運(yùn)動。點(diǎn)位運(yùn)動完成的軌跡是點(diǎn)到點(diǎn)的直線運(yùn)動，JOG運(yùn)動可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)動。在可視化界面上的手動模塊上，啟動和停止按鈕，可實(shí)現(xiàn)磨床的手動運(yùn)行。程序界面如圖2所示。2.3磨床的回零功能。在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)回零功能[6]。磨床啟動后，準(zhǔn)備開始打磨時(shí)，可移動平臺回到原點(diǎn)位置，建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系。如遇到突發(fā)狀況，打磨時(shí)，中途斷電后。再次啟動，也需要可移動平臺就回到原點(diǎn)。如圖3、圖4所示，回零功能界面和模塊設(shè)計(jì)流程圖。2.4磨床的自動功能。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，采用插補(bǔ)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)可移動平臺自動打磨的功能，流程圖如5所示。而插補(bǔ)運(yùn)動有兩種，圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)[7]。直線插補(bǔ)方式中，兩點(diǎn)間的插補(bǔ)沿著直線的點(diǎn)群來逼近。圓弧插補(bǔ)是給出兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，以一定的算法計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動，加工圓弧曲線。打磨軌跡通過MATLAB仿真軟件計(jì)算，然后將數(shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)入到OtoStudio軟件中。

3基于GTS控制卡的磨床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)功能。基于GTS控制卡和工控機(jī)結(jié)合,構(gòu)成控制系統(tǒng)另一種方案的硬件基礎(chǔ)。在windows平臺上采用VS2015的C++進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，平面玻璃磨床的控制系統(tǒng)主要的功能有如下幾個方面[8]：（1）自動模式：實(shí)現(xiàn)磨床的自動運(yùn)行，可按照預(yù)設(shè)軌跡，速度等參數(shù)運(yùn)行；（2）手動模式：實(shí)現(xiàn)磨床的手動運(yùn)行，在手動模式下，可以進(jìn)行磨床的調(diào)試，校正等操作；（3）示教模式：錄入?yún)?shù)，設(shè)置磨床運(yùn)行軌跡等；（4）設(shè)置模式：設(shè)置控制器IO端口等外設(shè)參數(shù)；（5）統(tǒng)計(jì)模式：記錄日期，檢修等信息。3.2磨床示教模式。示教模式的主要功能是設(shè)置玻璃，磨頭，伺服電機(jī)速度，主軸速度及XY平臺的軌跡等參數(shù)，形成文件后保存，作為自動模式的文件被調(diào)用。實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：（1）玻璃尺寸設(shè)置；（2）磨頭尺寸設(shè)置；（3）XY平臺中X、Y平臺的移動速度；（4）主軸移動速度；（5）磨床的運(yùn)動軌跡規(guī)劃在示教模式中，主要研究XY平臺的軌跡規(guī)劃。本課題采用直線軌跡和曲線軌跡兩種方式結(jié)合的規(guī)劃。3.2.1平面直線軌跡。本課題采用Jog運(yùn)動模式與直線插補(bǔ)運(yùn)動模式規(guī)劃直線運(yùn)動。在Jog模式中，每個軸能夠單獨(dú)設(shè)置速率、加減速度、平滑參數(shù)等數(shù)據(jù)，可以單獨(dú)運(yùn)動或停止。啟動Jog運(yùn)動以后，根據(jù)設(shè)置的加速度加速到勻速持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)動的時(shí)候能夠隨時(shí)隨地修改運(yùn)動參數(shù)。直線插補(bǔ)運(yùn)動模式中，兩個點(diǎn)之間的插補(bǔ)運(yùn)動與沿著兩點(diǎn)之間的直線逼近運(yùn)動。Jog運(yùn)動，它是基于單個軸的運(yùn)動模式?？芍苯釉O(shè)計(jì)移動距離、與移動速度、加速度、減速度等運(yùn)動參數(shù)。直線插補(bǔ)運(yùn)動模式能夠做出的軌跡如下圖（圖6）所示，可基于單個軸或多個軸的運(yùn)動模式。上面運(yùn)動模式主要用來做測試與調(diào)試階段使用。3.2.2平面曲線軌跡。平面曲線軌跡的設(shè)計(jì)，曲線是運(yùn)動的點(diǎn)在運(yùn)動時(shí)，方向不斷連續(xù)發(fā)生變化所構(gòu)成的線，對于這種線段，XY移動平臺的兩個軸需要聯(lián)合一起運(yùn)動，構(gòu)成不一樣的線段，在GTS運(yùn)動控制器中兩個軸一起組合運(yùn)動。這種模式可以根據(jù)需求，同時(shí)控制兩個軸運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)圓弧或圓形的運(yùn)動軌跡。3.3磨床自動模式。自動模式的主要功能是加載示教模式的文件，讓磨床按照示教模式下設(shè)置的參數(shù)和軌跡自動運(yùn)行，同時(shí)記錄磨床工作時(shí)間等參數(shù)。實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：（1）加載記錄磨床軌跡等參數(shù)的文件；（2）記錄磨床運(yùn)行時(shí)間；（3）記錄磨頭使用時(shí)間。3.4磨床手動模式。手動模式的主要功能是對磨床的參數(shù)進(jìn)行校正，并且記錄矯正后的參數(shù)。實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：（1）實(shí)現(xiàn)磨床XY平臺的點(diǎn)動運(yùn)行，步長和速度可設(shè)；（2）實(shí)現(xiàn)磨床XY平臺的連續(xù)運(yùn)行，速度可設(shè)；（3）回零操作；（4）實(shí)現(xiàn)磨床XY平臺的升降等操作；（5）報(bào)警顯示及清楚燈操作。手動模式主要研究磨床XY平臺的點(diǎn)動，連續(xù)以及回零操作。點(diǎn)位運(yùn)動下，各軸能夠獨(dú)立運(yùn)動或停止。按下前、后、左、右的啟動按鈕，可移動平臺進(jìn)行前后左右的移動，需要中途停止時(shí)，松開按鈕即可。連續(xù)運(yùn)動模式下，設(shè)置步長參數(shù)，各軸按照相應(yīng)的步長進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動。點(diǎn)動和連續(xù)運(yùn)動模式下，速度參數(shù)有三種方式，低速，中速和高速。通過XY平臺的點(diǎn)動和連續(xù)運(yùn)行，可以記錄平臺在X、Y方向的最大運(yùn)行距離，校正平臺的中點(diǎn)位置，偏移位置等。

4結(jié)語

本課題實(shí)現(xiàn)了平面玻璃打磨設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用兩種方案[9]，一種是基于GTS卡與工控機(jī)組合的模式，一種是基于GUS運(yùn)動控制器模式。兩種模式根據(jù)不同的使用場合與需求進(jìn)行選擇。兩種模式下的控制系統(tǒng)均克服了已有磨床功能單一，不能形成自動化生產(chǎn)線的缺點(diǎn)；同時(shí)，增加了各種不同的打磨軌跡，減少了單一軌跡造成的磨削紋理和鏡面反射的產(chǎn)生；而且，預(yù)留操作界面，可供用戶加載自己設(shè)計(jì)的打磨軌跡，是程序的開放性更高，適用場合更廣泛。

作者:王丹 莫瀚寧 鄧毅 單位:梧州學(xué)院