皮革数控裁剪机关键控制技术研究

论文摘要

皮革裁剪是皮革加工企业生产过程中的第一道工序,它直接决定着后续加工工序的质量和效率。目前,传统的皮革加工企业采用人工或少量机械设备的辅助方式来获取所需的皮革裁片。传统裁剪方法不但切割效率低下,精度较低,而且需要大量的熟练工,人力成本太高。因此,开发皮革数控裁剪机显得十分必要,此种机器集合了机械、软件工程、数控技术以及微电子技术于一体。本论文主要侧重于控制系统研究,采用PC+运动控制卡的解决方案。包括整体方案的设计、控制系统的方案设计、系统软件的关键算法和具体实现以及系统调试等内容。首先,论文详细分析了目前国内外皮革裁剪设备的使用状况和数控技术方面的发展状况,通过对传统裁剪和多轴联动的机械刀裁剪两种方式优缺点的比较,从而得出采用数控多轴联动的机械刀裁剪方式进行项目开发。其次,重点介绍了皮革数控裁剪机的整体设计方案。此方案主要对裁剪机的关键机械结构进行了详细介绍,尤其是对气动皮革裁剪头的设计和传动机构的设计做了深入的描述。同时,对主控制器的选型做了简单的描述。最后综合机械、控制两方面的考虑,给出了整体设计方案框图。结合皮革数控裁剪机控制系统的功能需求,重点对裁剪机的硬件做了介绍。主要介绍了研华PCI-1240运动控制卡、MCX314运动控制芯片的工作原理,并给出了相应控制模块的硬件电路原理图,包括位置控制模块、提刀控制模块、气动控制模块等。最后,给出了软件设计的整体方案。此方案主要包括CAD接口模块、图形显示模块、参数设置模块、加工模块、回零模块等,同时也给出了数控加工中的转刀角度求取的关键算法。通过调试,验证了此系统在硬件和软件系统上的可靠性,系统抗干扰能力较强,精度能够达到预期要求。基于以上对皮革数控裁剪机的研究工作,初步解决了裁剪机中的一些关键控制问题。所以,本次开发的皮革数控裁剪机加工效率高,精度好,同时也为行业的发展提供一定的借鉴经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 皮革数控裁剪机国内外研究概况和发展趋势
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 皮革数控裁剪机的发展趋势
• 1.3 PC 机在皮革数控裁剪机中的应用
• 1.3.1 PC 机的特点
• 1.3.2 PC 皮革数控裁剪的控制原理
• 1.4 本课题研究的内容和意义
• 1.5 本章小结
• 第二章 皮革数控裁剪机控制系统的整体设计方案
• 2.1 皮革数控裁剪机系统的总体结构
• 2.1.1 系统介绍
• 2.1.2 系统功能设计
• 2.2 皮革数控裁剪机主要机械结构
• 2.2.1 机头装置的结构介绍
• 2.2.1.1 气动皮革裁剪切割机构的设计
• 2.2.1.2 转刀机构的设计
• 2.2.1.3 X、Y 向驱动及传动部分的设计
• 2.3 主控制器的选型
• 2.4 系统设计的整体方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 皮革数控裁剪机控制系统的设计
• 3.1 皮革数控裁剪机硬件系统设计
• 3.2 PCI-1240 运动控制卡
• 3.2.1 PCI-1240 运动控制卡简介
• 3.2.2 PCI-1240 运动控制卡内部结构及原理
• 3.3 控制系统的的主要模块
• 3.3.1 位置控制模块
• 3.3.2 提刀控制模块
• 3.3.3 钻孔控制模块
• 3.3.4 真空吸附模块
• 3.3.5 启动信号、限位开关等数字I/O 口模块
• 3.4 本章小结
• 第四章 皮革数控裁剪机控制系统的软件设计及关键算法研究
• 4.1 系统控制软件的模块化设计
• 4.1.1 系统软件的操作系统和开发环境
• 4.1.2 系统控制软件的主要功能模块介绍
• 4.1.3 人机界面设计
• 4.2 CAD 接口模块的程序设计
• 4.2.1 CAD 接口模块的原理介绍
• 4.2.2 Dxf 格式文件的基本构成
• 4.2.3 Dxf 文件的读取
• 4.2.4 Dxf 文件中图形元素的优化排序
• 4.3 图形显示模块
• 4.4 皮革裁剪加工模块的设计
• 4.4.1 加工模块的系统流程
• 4.4.2 连续轨迹运动控制原理介绍
• 4.4.3 加工模块的主要函数介绍
• 4.4.4 加工模块中的转刀运动控制算法研究
• 4.4.5 加工模块中的实际切割路径优化研究
• 4.5 回零模块的设计
• 4.5.1 回零模块相关介绍
• 4.5.2 回零模块具体实现步骤
• 4.6 本章小结
• 第五章 皮革数控裁剪机控制系统的测试与运行
• 5.1 皮革数控裁剪机的硬件平台
• 5.1.1 裁剪机的床身
• 5.1.2 裁剪机的电气控制
• 5.1.3 硬件的操作面板
• 5.2 皮革裁剪测试过程
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 部分转接板电路原理图和PCB
• 攻读学位期间的研究成果