摘要：根据老式剪板机的结构组成和工作原理，针对其弊端和实际需求设计出了一套低成本的改造方案。所加装的数显测量装置优化了剪板机的使用，减轻了工作人员的负担。此设计不仅适用于老旧剪板机的改造，而且适用于新设备的设计。
关键词：剪板机 数显测量 长度控制
1 引言
老式剪板机一般没有测量装置，结构修理中是通过划线，人工目视对线，不仅在工作量上增加了工作人员的负担，并且由于人为因素的影响，使尺寸无法得到精确控制。本设计保留了原有机床的主体结构，加装了数控定长测量装置，优化了剪板机的使用，且实现了精确剪板。该设计经过测试，精度可以达到实际使用需求，并且结构简单，运行稳定可靠，成本低廉，维护使用方便。
2 工作原理
为了实现设计结构简单，成本低廉，故采用开环控制系统。工作原理设计如下图所示：
剪板机剪切后应能保证被剪板料剪切面的直线度和平行要求，并尽量减少板材扭曲，已获得高质量的工件。其中板材定长剪切部分是整套设备的关键，板材的定长控制是在剪板机剪切工作前所进行的。在刀口分离时，定长控制系统启动，由STM32开发板和步进电机驱动器共同进行控制。启动系统后，根据实际需要，通过控制面板设定滑块所要移动的距离，直接驱动步进电机工作，利用丝杠导轨带动后挡料到达预定位置，此时距起始点的实际长度则由测距装置显示在屏幕上反馈给工作人员。确认无误后则由工作人员将板材推到后挡料处，启动剪板机进行板材的剪切。工作结束后，按控制器上的回程/清零键，可使后挡料回到初始位置。
整套装置结构原理如下图所示。
3 控制系统的整体设想
3.1 硬件部分
系统的硬件部分主要由STM32微控制器为主体构成控制器来实现剪板机定长控制和长度测量功能。其主要包括US—100超声波测距模块；STM32微控制器和HST8325B步进电机驱动器所构成的控制驱动模块；17HD4005—22B步进电机和导程为1mm的滑动丝杠所构成的动力输出模块；人机界面采用3.5寸TFT液晶屏（带触控）.驱动器和控制器接线方式使用的是共阴极接线法，测距模块采用串口模式，接线方式如下表：
3.2 控制程序
本系统人机界面采用的是3.5寸TFT液晶屏（带触控），在整套系统中扮演了重要的角色。整套系统里最主要的便是测量所剪板料长度，而测量板料长度的方法便是测量滑块相对距离，在作为工作人员操作面板的同时，还能将滑块的实际位置显示在屏幕上来反馈给工作人员，使其能够做到精确剪板。界面如下图所示：
测距为整套装置的核心内容，工作人员通过测出的距离才能得出实际所剪裁的板材的长度，这也是工作人员对于滑块挡板距离调节的依据。测距模块使用的是US-100超声波测距模块，与主控制板连接。其主要原理为：在Trig/TX管脚输入0X55(波特率9600)，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号。当检测到回波信号后，模块进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。【1】
而控制系统的主程序测试由以KEIL为编程软件【2】，C语言为编程语言来编写实现的。其主要功能便是在于对滑块运动的控制：运动距离的调节、启动和回零。由于电机转动的单位设定、运动速度等参数由PC编程完成，故不需要在主屏幕上单另设定。
4 实际参数测试
整套设计经过测试得到了以下数据：
从表中可以得出输入板料长度与实际板料长度的误差平均在0.72mm，可以满足实际使用时所需的精度。
5 结束语
此控制系统在技术性能上有如下特点：控制器界面符合人机工程学，操作直观，方便，系统的布线更为简单；在软件开发上，由于ST官方对于STM32编程形成了一个软件函数库，也就是标准固件库。就像我们学习C语言一样，并不用关心其输出函数是怎样输出字符的，只需要记住其使用格式就好，这样一来，使得开发人员远离底层寄存器的操作，有利于快速开发、易于阅读、同时也便于以后升级；整套装置经测试运行稳定可靠，由于采用了开环控制，故结构简单紧凑，成本低廉，性价比高，且维护使用方便。适用于老式剪板机的低成本改装。
经过测试，现阶段剪板机的实际误差大致在±1mm，这是由于后挡板架受到板料的冲击力时容易发生形变，并且丝杠导轨在回程时丝杆传动机构配合有间隙，便导致了误差的产生。所以今后的研究方向将会针对这两个问题的解决所进行。
参考文献
【1】硬石科技.硬石YS-F1Pro开发板开发手册（HAL库版本）[OL].（2017-01.04）.www.ing10bbs.com
【2】李宁. ARM开发工具RealViewMDK使用入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
论文作者:沈毅，张晓敏，曹续旺，马兆坤
论文发表刊物:《科技中国》2017年2期
论文发表时间:2017/5/2
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