五轴数控异形植毛机的控制软件设计

　　异形毛刷是指刷面形状为非平面的毛刷，如球形、螺旋形等，特别是刷面形状为其它不规则、非单一几何形状的毛刷。两坐标的植毛机只能植平面板刷，如牙刷、普通鞋刷等；对于异形毛刷，要求工件能做到五坐标联动的快速定位。现有的多坐标联动数控系统成本过高、编程复杂，因此有必要开发低成本的适用于异形植毛设备的数控系统及控制软件。开发多功能数控异形植毛机产品对于满足企业的需求，替代进口并出口创汇具有重要意义。

1 异形植毛机数控系统

　　该系统由五个伺服电机控制工作台定位，实现五坐标联动的快速定位是该系统最关键的技术。五坐标分别由X、Y、X、M、N表示(分别由五个伺服电机控制)，其中X、Y、Z为直线运动，M、N分别为绕X轴、Y轴的转动。采用基于PcI总线的高性能运动控制卡，可控制五个步进电机(或伺服电机)，具有即插即用、最高400I沮z脉冲频率、s曲线减振功能、变速等功能。不论何种毛刷，在植毛之前均需对孔。每个孔对应五个坐标值，分别为：X_i，Y_i ，Z_i ，M_i ，N_i 。完成对孔后，将每个孔的坐标值保存好。

　　工作时，直流电机带动主轴旋转，通过变频器来控制毛嘴植毛速度。工人可以通过按钮、鼠标或者通过触摸屏进行操作，非常方便。该系统能完成各种异形刷及不规则孔位的植毛；由于采用容量较大的计算机硬盘存储，理论上储存的刷型数目不限，每坎孔数可超过5000孔(大型工业用刷)；植毛区域符合机械平台要求；植毛速度2～6孔／秒(植毛孔距不大于10mm)；能植双色刷毛(可自由组合)。当用于植孔间距较小的毛刷(如牙刷等)时，因为速度快，如每分钟植20支以上普通牙刷(12孔／秒)，定位精度要求高。

2 系统软件的模块化设计

　　系统软件的总体结构如图1所示，主要由以下几个模块构成：

图1五轴数控异形植毛机软件系统 

　　(1)“植毛”模块：包括选择毛刷型号、选择速度、选择植毛方式(点动植毛或者连续植毛等)，还可以对某个孔进行修复即“补毛”。

　　(2)系统管理：包括“用户管理”、“I／O设备管理”、“修改密码”、“退出系统”等功能。“用户管理”实现对操作员的管理，增加或删除用户；“I／O设备管理”方便对某些硬件参数(基地址、中断号等)进行修改。

　　(3)工具箱：包括“复制刷孔”、“电机润滑”、“设置植毛速度”、“对孔”等。

　　(4)档案管理：可对植毛文件进行修改、删除、复制及查询各种型号毛刷的产量、生产日期，并可打印植毛记录。

　　(5)在线帮助：主要解答植毛过程常见的问题。

　　在软件系统的设计中，为了给用户提供一个友好的人机界面，保证操作者使用、调试和维修方便，采用菜单窗口结构作为本软件系统的界面。对具有相同孔位规律的板刷，系统带有复制功能，减小了工人对孔的时间和强度。

　　开发系统软件时，必须考虑到电机起停时的冲击。因毛孔之间的距离较小，通常小于10 mm，要求电机快速启动和停止，冲击是不可避免的。一般情况下，梯形速度曲线不太平滑，容易引起机器噪声和传动机构的磨损。因而应采用s形运动模式，即电机启动时缓慢加速，然后快速加速，停止时刚好相反，实践表明这种方式可以很好地克服冲击。