第51卷第1期 中（8 皮革Vol.51 No_l 2022 年 1 月CHINA LEATHER Jan.2022
嵌入式数控皮革裁割机控制系统设计研究
蔡文明
(浙江工贸职业技术学院，浙江温州325002)
摘 要：出于中小型皮革企业对于高精度自动化皮革裁剪的一般需求，本研究组建了 一种嵌入式数控皮革 裁割机，该设备由可吸附工作平台、传动装置、PCI-1240U型运动控制卡等主要硬件组成。并基于Windows操 作系统环境通过Qt Creator开发相应的操作界面，建立了一套成本相对低廉，操作较为友好的自动化皮革裁剪 方案。对该设备的实际应用效果进行了测试，结果表明，本研究设计的嵌入式数控皮革裁割机能够较为精确 地完成皮革坯料的裁剪工作，可满足中小型皮革加工企业的常规批量化生产要求。
关键词：裁割机；数控机床；系统设计
中图分类号 TS 53 文献标志码 A DOI：10. 13536/jki.issnlOOl-6813. 2022-001-004 Design and Research on Control System of Embedded
NC Leather Cutting Machine
CAl Wen-ming
(Zhejiang Industry & Trade Vocational College, Wenzhou 325002, China) Abstract：For the general needs of small and medium- sized leather enterprises for high- precision automatic leather cutting,an embedded NC leather cutting machine was established.The equipment is composed of adsorbable working platform,transmission device,PCI-1240U m otion control card and other main hardware.The corresponding operation interface was developed through QT Creator based on Windows operating system.A set of automatic leather cutting scheme with relatively low cost and friendly operation was established,and the actual application effect of the equipment was tested.The testing results show that the embedded NC leather cutting machine designed in this research can accurately complete the cutting of leather,and can meet the conventional batch production requirements of small and medium-sized leather processing enterprises.
Key words：cutting machine；numerical control machine；system design
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随着我国皮革制造行业的快速发展，皮革商品定 制化水平的不断提升，中小型皮革企业迎来了良好的 发展契机。然而，一体化皮革裁割机床价格高昂，后 期维护难度较高，难以适应小型皮革制造企业的生产 需求[1—3]。因此，本研究提出了一种嵌人式数控皮革 裁割机设计方案，以相对较低的硬件成本来实现较为精确的自动化皮革裁割。
1嵌入式数控皮革裁割机的整体结构
嵌入式数控皮革裁割机是集微电子技术、机械加 工技术、现代控制技术于一体的自动化裁割系统[4_6]，整体结构如图1所示。该系统主要由控制器、真空吸附结构、裁剪机头、裁床组成，通过计算机硬件
收稿日期:2021-10-丨1；修订日期:2021-12-05
基金项目：20丨9年浙江省“十三五”第二批教学改革研究项目（jg20l90899)作者简介：蔡文明（1982)，女，硕士，讲师，CaiWenming822@ 126。
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图2
嵌入式数控皮革裁割机硬件结构
本研究设计的嵌入式数控皮革裁割机以运动控 制卡和个人计算机为核心部件，运动控制卡在接收到
在实际操作中，利用铁板将工作平台平均划分为 24个区域，依次标记为A 1~A 24，整体布局如图5所 示。在该布局方案中，每一个真空吸附均配备一个控 制阀，操作者根据皮革材料所覆盖的区域选择性地打 开控制阀，这种机动性的吸附控制可有效提升硬件资
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来自个人计算机的命令后配合A 、X 、Y 轴伺服驱动器 对各自的伺服电机加以驱动，最终实现各轴协同的切割运动[7—8]。2.2系统关键部件
(1)PCI -1240U 型运动控制卡如图3所示。PCI -1240U 是一款由研华科技所生产的4轴调整运动控 制卡，通常用于对脉冲/步进伺服电机实施自动化控 制，该元件能够简化电机控制程序，充分发挥电机潜 能，其中所内置的MCX 314芯片支持4轴3联动的运 动控制，还可实现对于圆弧和直线插补功能。该元件 的其他功能还包括精准的X -Y -Z 位置控制、精准的 旋转控制、高达4轴的机械控制，以及其他步进/脉冲
伺服电机应用。
图3 PCI -1240U 型运动控制卡
(2)真空吸附系统。如何有效固定皮革材料一 直是困扰中小型皮革制品企业的难题之一，本研究通 过真空吸附的方式将皮革材料固定在数控皮革裁割 机的工作平台上，真空吸附系统的简要结构如图4 所示。
自带I /O 接口和CAD 软件对图样加以排版，再由机床执行切割操 作。裁割机收到指令后开启电源，通过真空泵将皮革 吸附于机床表面，运动控制卡根据预先设计的排版路 径驱动X 向导轨与Y 向横梁，进而实现对皮革材料 的自动化裁割。
图1数控皮革裁割机整体结构图
2嵌入式数控皮革裁割机的硬件设计方案
2.1整体硬件结构
本研究设计的嵌入式数控皮革裁割机由机头装 置、真空吸附系统、直交流电机、运动控制卡、传感器 等元件组成，以个人计算机为核心组建控制系统，通 过PCI -1240U 型运动控制卡来驱动A 轴转刀及X 轴 导轨和Y 轴横梁，同时利用I /O 板卡为PCI - 1240U 补充程序资源，整体硬件结构如图2所示。
驱
动各放种大
限位开各%
原种点电开磁关
阀
第1期 蔡文明嵌入式数控皮革裁割机控制系统设计研究 皮 革
吸附平台 真空
泵
源的使用效率。真空吸附系统实物如图6所示t 图6真空吸附系统实物图
3嵌入式数控皮革裁割机的软件设计方案
本研究基于Windows 操作系统开发嵌入式数控
皮革裁割机的软件程序，所使用的开发工具为Qt Cre ator ，该工具是一个基于 C ++图形用户界面的跨平台
程序框架，能够为用户提供图形界面设计相关的各种 元素，具有扩展能力强、跨平台、功能完善等方面的特 点，十分适用于嵌入式硬件的程序开发+ 针对嵌
入式数控皮革裁割机所建立的软件功能模块布局方
案如图7所示。
形功能模块负责对加工文件予以图形化显示，具体包 含复位、手动、自动、仿真等功能；控制功能模块负责 实现用户对于数控系统操作界面的手动调整，比如控 制模式选择、坐标显示等；软键盘功能模块负责实现 数据的手动输入；主面功能模块负责实现不同加工模 式之间的切换。
以人工界面设计为例，由于0 Creator 在文档处 理功能方面具有显著优势，因此本研究设计的嵌人式 数控皮革裁割机以文档程序为基础框架来组建系统 主界面。在系统主界面下，用户能够基于文档-视图 的逻辑结构对数据进行编辑、保存、传输等操作。其 中，视图类用于字体、图形的显示，文档类用于数据的 编辑与保存。用户还可以直接通过M FC 中内置的文 档视图类函数自由调用同类型文档，最终设计结果如 图8所示。
主菜单
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Q
上载命令钱片排料刪除哉片开始切割新材料重新切割
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IB I S
管理命令
机器归零控制面板
真空
功能
跑創
iifi 7
%裁片组合裁片组排料复制裁片 按方向排料切割样品
c f
收集哉片重复排料复制工具自动排料退出程序
|
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取消」
图8
嵌入式数控皮革裁割机操作主界面
图7嵌入式数控皮革裁割机的软件功能结构
在嵌人式数控皮革裁割机的软件功能结构中，位 置功能模块负责A 、X 、Y 轴的坐标设置和坐标显示； 程序功能模块负责程序文件的管理和传输；参数功能 模块负责对加工参数进行编辑、保存、删除等操作；图
嵌人式数控皮革裁割机操作主界面中包含所在 系统下的绝大多数操作，比如裁床控制、裁剪控制、参 数设置、文件管理等，可用于皮革图样的排版及加工 路径的设置[11_13]。4
嵌入式数控皮革裁割机的运行测试
为了对嵌人式数控皮革裁割机的应用性能加以
测试，
本研究将该设备应用于皮革裁切的生产实践, 测试流程如下：（1)打开控制软件并调出主界面菜 单;（2)选择“皮鞋”样式并调出相应的图样选择对话 框，显示界面如图9所示；（3)通过手动操作对图样加
主界面
主要功能模块
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软键盘
信息
控制
设置主页图形参数程序位
置•
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第1期
蔡文明嵌入式数控皮革裁割机控制系统设计研究
以排列，完成排版操作。
图9图样选择对话框
在完成软件的安装与调试工作后，通过嵌入式数 控皮革裁割机对皮革进行裁剪处理，操作流程如下:(1)打开电源与气压控制总开关；（2)于裁床上平铺 待裁剪的皮革坯料；（3)在软件主界面中完成排版;(4)控制机床回零；（5)于皮革覆盖区域开启真空吸 附系统；（6)单击“开始切割”按钮进行自动切割。完 成操作后得到的皮革样片如图10所示。
图10皮革样片
由图10可以看出，皮革坯料在经过嵌人式数控 皮革裁割机的自动化裁剪加工后，所得皮革材料棱角 分明且边缘整齐，支持15 mm 以下皮革坯料的自动化 切割操作，能够满足中小型皮革加工企业的常规批量 化生产要求。5
结束语
本研究详细介绍了嵌人式数控皮革裁割机的软 硬件设计思路，基于PCI -1240U 型运动控制卡的核 心功能设计了嵌人式数控皮革裁割机的界面控制方 案。经研究发现，该设备在加工精度和加工速度方面
皮 革
达到了较为理想的应用效果。在未来的研究工作中， 还需要从软件层面加强该系统的跨平台协作能力，进 一步扩大了该设备的应用场景。参考文献：
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