葛 凱,馬 馳,陳 威,周進(jìn)偉

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司，蚌埠 233010)

根據(jù)IHS Markit最新的《觸控面板與蓋板玻璃與CPI》報(bào)告，手機(jī)觸控面板蓋板玻璃全球出貨量預(yù)計(jì)在2019年達(dá)到24億片，較2018年的21億片增長13.9%；這種穩(wěn)定增長態(tài)勢在未來兩年內(nèi)將繼續(xù)保持，2020年預(yù)計(jì)增長11.4%，2021年則增長7.3%[1]。巨大的社會(huì)需求極大地促進(jìn)手機(jī)玻璃制造行業(yè)的發(fā)展。隨著對手機(jī)玻璃性能要求日趨增高，在其產(chǎn)業(yè)鏈中，手機(jī)玻璃磨邊環(huán)節(jié)不斷受到重視，從而需要用到相應(yīng)的設(shè)備，此類設(shè)備叫周拋機(jī)或者邊拋機(jī)。

傳統(tǒng)的磨邊法主要是為了徹底去除前道工序精磨后的各種加工痕跡(磨紋、劃印、麻點(diǎn)、毛刺),一般都不能大幅度地提高打磨工件的形狀和尺寸精確度。其中所采用的是靠模加工的方式,需要我們在開始加工產(chǎn)品前先做專門的產(chǎn)品模板,當(dāng)生產(chǎn)的品種比較多時(shí),會(huì)使得更換模板麻煩，而且模板的制作與管理成本也較高。

鑒于此，該文提供了一種不需要靠模，加工精度高、加工方便、快速且加工產(chǎn)品良率高的智能電子仿形靠?？刂葡到y(tǒng)。

1 周拋機(jī)的機(jī)構(gòu)組成和工藝過程

周拋機(jī)機(jī)構(gòu)可分為玻璃夾具的自轉(zhuǎn)、毛刷自轉(zhuǎn)、毛刷水平移動(dòng)等部分，其基本結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

其中玻璃夾具配有專用上料臺(tái)，不同產(chǎn)品只需更換兩側(cè)定位板即可。定位板外形按玻璃1∶1制作。裝好定位板后，依次放入玻璃，放玻璃時(shí)兩側(cè)各用一塊膠板墊底，起保護(hù)作用。夾具一次裝夾產(chǎn)品厚度達(dá)180 mm，按0.4 mm一塊可一次裝載300～400塊,采用工裝快速定位，氣動(dòng)夾緊，無需真空，避免漏氣吸不住玻璃、飛片等異常。玻璃夾具的驅(qū)動(dòng)為伺服電機(jī)配精密行星減速機(jī)，能夠以恒定的線速度進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

毛刷旋轉(zhuǎn)采用伺服電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1 800 r/min，傳動(dòng)效率高，性能穩(wěn)定，噪音小，且能實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前電機(jī)電流、扭力情況，方便監(jiān)控。毛刷選用的是優(yōu)質(zhì)的豬毛刷，其特點(diǎn)是彈力好，不易掉毛，拋光效果好。新毛刷使用前，需浸泡在研磨水里1～2 d，以減少掉毛現(xiàn)象。

毛刷水平移動(dòng)采用伺服電機(jī)配絲桿傳動(dòng)。毛刷在水平方向上設(shè)有原點(diǎn)位和加工位，原點(diǎn)位是通過原點(diǎn)開關(guān)尋找到原點(diǎn)位，在初始狀態(tài)或者加工完成后毛刷都會(huì)自動(dòng)回到原點(diǎn)位。加工位是手動(dòng)移動(dòng)毛刷，當(dāng)毛刷碰到玻璃邊緣時(shí)立即停止，再點(diǎn)擊位置標(biāo)定，即把當(dāng)前位置記錄下來，此位置就是毛刷進(jìn)行拋光的初始加工位。當(dāng)玻璃放置在機(jī)器的中間位置進(jìn)行恒定角速度進(jìn)行自轉(zhuǎn)，毛刷不停地進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)并在電子靠模的控制下進(jìn)行進(jìn)退往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使毛刷始終與玻璃邊相切，從而實(shí)現(xiàn)對玻璃側(cè)邊的拋光。其中每次更換一個(gè)新產(chǎn)品，必需用新毛刷校準(zhǔn)左右軸起始位，裝好產(chǎn)品及新毛刷后，切換到手動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)移動(dòng)毛刷，當(dāng)毛刷碰到玻璃邊緣時(shí)立即停止，再點(diǎn)擊位置標(biāo)定，即把當(dāng)前位置記錄下來。

水泵選用的是帶攪拌功能的自吸水泵，水泵通過不銹鋼板固定在塑料粉水桶上，桶里加入足夠的水及磨粉，連接好進(jìn)/排水管。為了達(dá)到良好的拋光效果，粉水比重需達(dá)到1.3左右，否則會(huì)出現(xiàn)拋不透或加工效率低等現(xiàn)象。

2 控制系統(tǒng)硬件配置

為了滿足上述工藝及精度要求， 設(shè)計(jì)了以DVP15MC控制器為核心的控制系統(tǒng)。硬件組成如圖2所示。

DVP15MC是一款基于CANopen的現(xiàn)場總線的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，它將傳統(tǒng)PLC與運(yùn)動(dòng)控制器高度整合，實(shí)現(xiàn)一體化，這種設(shè)計(jì)大幅降低了掃描周期，程序執(zhí)行高效、運(yùn)動(dòng)控制精準(zhǔn)。DVP15MC同時(shí)對電子凸輪、電子齒輪、旋切等功能的支持也更加強(qiáng)大。圖形凸輪編輯器可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜軌跡控制，運(yùn)行中還可以動(dòng)態(tài)修正凸輪數(shù)據(jù)。讓加工作業(yè)的效率、精準(zhǔn)度和靈活性都改善不少。15MC內(nèi)部還具有更豐富的集成端口。集成兩個(gè)CAN端口，一個(gè)專用于Motion，另一個(gè)專用于CANopen數(shù)據(jù)交換(支持主/從站模式)；集成兩個(gè)獨(dú)立的Ethenert端口，支持Modbus TCP協(xié)議。新一代總線型運(yùn)動(dòng)控制器DVP15MC，不僅支持標(biāo)準(zhǔn)G代碼、NC功能(點(diǎn)位控制、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)等)，還新增了平滑過渡功能。同時(shí)G代碼指令空間、程序容量以及變量空間也都有了幾十倍乃至上百倍的提升，讓各種精密編程更加游刃有余。在此基礎(chǔ)上，DVP15MC支持循環(huán)、事件、自由運(yùn)行等多種任務(wù)類型，并可同時(shí)支持多達(dá)31個(gè)任務(wù)，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行更加高效。并支持運(yùn)動(dòng)指令BufferMode功能，可以改善運(yùn)動(dòng)曲線，減少對機(jī)械的沖擊。

伺服驅(qū)動(dòng)器選用ASDA-A2系列，該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)含64組PR運(yùn)動(dòng)路徑編輯功能、電子凸輪功能，無需高階控制系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和凸輪同步功能；內(nèi)含伺服By-pass功能，可以實(shí)現(xiàn)命令信號(hào)逐級傳遞不衰減，輕松構(gòu)造一主多從的控制架構(gòu)。還集成了高速輸入接口，結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)，配有原點(diǎn)、限位、位置捕捉、STO 安全急停等高速輸入功能端子[2]。

觸摸屏是人機(jī)交互的中樞，通過RS232與15MC運(yùn)動(dòng)控制器相連。觸摸屏內(nèi)存儲(chǔ)著不同的配方數(shù)據(jù)、常用的玻璃尺寸規(guī)格、不同的工作模式等信息。操作者通過觸摸屏能夠獲知設(shè)備各軸的狀態(tài),還可以隨時(shí)更改不同參數(shù)來更改設(shè)備運(yùn)行的軌跡,以達(dá)到快速更改生產(chǎn)計(jì)劃。

周拋機(jī)的控制系統(tǒng)是以CANopen為物理介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。CANopen是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)絡(luò)(Control Area Network，CAN)上的高層通訊協(xié)議，包括通訊子協(xié)議及設(shè)備子協(xié)議，常在嵌入式系統(tǒng)中使用，是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場總線。同時(shí)CANopen也是一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，支持各種CAN設(shè)備的互用性、互換性，在各工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。CANopen協(xié)議定義了4類數(shù)據(jù)傳輸對象：網(wǎng)絡(luò)管理對象(NMT)、服務(wù)數(shù)據(jù)對象(SDO)、過程數(shù)據(jù)對象(PDO)和特殊功能對象。通過此4類對象的操作，可實(shí)現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的控制[4]。

控制方式上，主要是以線速度恒定的輪廓加工，通過將玻璃的輪廓形狀轉(zhuǎn)化為加工所需的電子凸輪(CAM)表來實(shí)現(xiàn)。加工模型如圖3所示。我們將玻璃看做是直線和圓弧構(gòu)成的類長方形輪廓，加工過程中會(huì)自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。左右分別1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓(圓筒毛刷)，加工過程中會(huì)沿水平方向運(yùn)動(dòng)。最終在加工過程中達(dá)到的效果是隨著工件的自轉(zhuǎn)，工具也會(huì)在水平方向運(yùn)動(dòng)，使得與工件實(shí)時(shí)相貼合(相切)。加工起始點(diǎn)如圖3所示，將毛刷相切于玻璃長中心點(diǎn)的位置再加上補(bǔ)償值的位置規(guī)定為加工的起始位置。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

程序的設(shè)計(jì)應(yīng)用了模塊化的程序設(shè)計(jì)的方式。即在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)將一個(gè)項(xiàng)目的程序按照不同的功能劃分為若干個(gè)小程序模塊，每個(gè)小程序模塊能夠獨(dú)立完成一個(gè)確定的功能，并且在這些模塊之間建立必要的聯(lián)系，通過每個(gè)模塊之間的相互協(xié)作從而達(dá)到一個(gè)項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。

PLC的控制程序主要包含手動(dòng)控制模式、回原點(diǎn)模式、自動(dòng)控制模式、報(bào)警系統(tǒng)及復(fù)位程序。手動(dòng)控制模式主要是用于調(diào)試時(shí)獨(dú)立測試各個(gè)單元是否能夠正常工作以及后期設(shè)備的維護(hù)；回原點(diǎn)模式是用于設(shè)備各軸回歸到待工作轉(zhuǎn)態(tài)；自動(dòng)模式是實(shí)現(xiàn)拋光過程的自動(dòng)化控制，即一鍵啟動(dòng)后就能完成整個(gè)拋光過程，然后自動(dòng)回歸原點(diǎn)，等待下一次的啟動(dòng)信號(hào)。報(bào)警程序是為了維護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行的必備功能，報(bào)警系統(tǒng)里主要包括伺服的各軸報(bào)警、氣缸動(dòng)作不到位報(bào)警、傳感器長時(shí)間沒信號(hào)報(bào)警等，復(fù)位程序是用于將所有已經(jīng)解除報(bào)警信號(hào)的報(bào)警信息復(fù)位。PLC使用CANopen Builder軟件編譯程序，自動(dòng)控制程序流程圖如圖4所示。

控制核心主要是實(shí)現(xiàn)線速度恒定的輪廓加工，通過將工件的輪廓形狀轉(zhuǎn)化為加工所需的電子凸輪(CAM)表來實(shí)現(xiàn)。過程的實(shí)現(xiàn)需要建立5張CAM表，若想添加其他CAM表，該5張CAM表地址不可用。實(shí)際需占用哪5張由CAM_ID輸入?yún)?shù)設(shè)置。

1) CAM_ID[0]存放以實(shí)際加工輪廓長度為主軸，工件自轉(zhuǎn)角度為從軸的CAM數(shù)據(jù)。

2) CAM_ID[1]存放以實(shí)際加工輪廓長度為主軸，工具水平運(yùn)動(dòng)距離(未加補(bǔ)償)為從軸的CAM數(shù)據(jù)。

3) CAM_ID[2]存放以虛擬輪廓長度為主軸，實(shí)際加工輪廓長度為從軸的CAM數(shù)據(jù)。

4) CAM_ID[3]存放以實(shí)際加工輪廓長度為主軸，右工具補(bǔ)償值為從軸的CAM表數(shù)據(jù)。

5) CAM_ID[4]存放以實(shí)際加工輪廓長度為主軸，左工具補(bǔ)償值為從軸的CAM表數(shù)據(jù)。

6) CAM_ID[0]、CAM_ID[1]、CAM_ID[3]和 CAM_ID[4]存放的CAM表的主軸為同一個(gè)虛軸，即實(shí)時(shí)已加工的實(shí)際輪廓長度。

7) CAM_ID[2]的從軸為CAM_ID[0]、CAM_ID[1]、CAM_ID[3] 和 CAM_ID[4]的主軸，主軸為另一個(gè)虛軸。

8) CAM_ID[1]和CAM_ID[3]的從軸疊加可實(shí)現(xiàn)對右工具水平運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償調(diào)節(jié)；CAM_ID[1]和CAM_ID[4]的從軸疊加可實(shí)現(xiàn)對左工具水平運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償調(diào)節(jié)。這些都可通過MC_CombineAxes指令實(shí)現(xiàn)。

9) 利用電子凸輪性質(zhì)，通過控制CAM_ID[2]的主軸來達(dá)到控制從軸的目的。主軸的運(yùn)行速度即為加工的線速度，即可通過給主軸一個(gè)恒定的速度來使加工線速度保持不變。

3.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

如圖5、圖6所示，觸摸屏控制程序的設(shè)計(jì)采用臺(tái)達(dá)DOPSoft組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，觸摸屏主要的控制界面包括自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、參數(shù)設(shè)置、IO監(jiān)控、報(bào)警界面。當(dāng)我們想進(jìn)入不同的控制功能，只需點(diǎn)擊對應(yīng)的按鈕可跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)功能的界面，各功能的界面也可以方便返回主界面。

4 結(jié) 語

該文是以臺(tái)達(dá)DVP15MC PLC為核心設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，它以CANopen Builder平臺(tái)為基礎(chǔ)，以Can總線為控制方式，可實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制。經(jīng)調(diào)試，此系統(tǒng)加工效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、操作方便、性能可靠、成本低，能滿足工件最小裝夾尺寸4" 55×120工件、最大裝夾尺寸9" 130×230規(guī)格的手機(jī)玻璃四周拋光要求。