摘要: 針對PCB 生產過程中因鑽床高速加工頻繁啟停，而（ér）對鑽床產生衝擊，以至影響穩（wěn）定性的問題，對鑽床各軸的運動模式重新進行了規劃設計。在滿（mǎn）足工作要求的前提下，對梯形曲線及三角形曲線進行了優化得到最佳加加（jiā）速度。在考慮加加速度、最大加速（sù）度、最大速度的情況下（xià），根據實際加工距離，將運動模式歸納為4 種簡單參（cān）考模型。利用CPAC 所提供（gòng）的PVT 運動模式，將4 種模型一一對應到PVT 模式各參數。利用CPAC 提供的軟件開發平台OtoStudio 軟件上進行（háng）了程序開發。利用（yòng）CPAC 提供的硬件平台GUC-400 運動控製器配合所選電機進行了試驗。試驗結果表明，不同加工距離（lí）可以對應到不同的參考模型，並且加速度曲線呈一次連續曲線，速度曲線呈二（èr）次平滑曲線，從而證明所研究（jiū）的規劃方案可以實際有效地減（jiǎn）小（xiǎo）鑽床（chuáng）加（jiā）工時（shí）的（de）衝擊，增加鑽床穩定性。

      關鍵詞: 印製電路板鑽床; 計（jì）算機可編程自動化控製器; 三次曲線; 減（jiǎn）小衝擊

      0 引言

     我國（guó）是印製電路板( PCB) 生產的第一大國，但國內針對PCB 生產（chǎn）單獨開發的鑽床係統卻很少 ］。PCB 鑽床係統分為多（duō）個（gè）模塊，運（yùn）動控製模塊是整個係統控製加工的核心模塊; PCB 鑽床加（jiā）工的特點是短行程、高精度和高速度 ; 各軸（zhóu）運動的規劃情（qíng）況（kuàng）直接影響到係統加工的效率及穩定性。常見應用在運動規劃的加速度控製算（suàn）法有梯形曲線和三角形曲（qǔ）線 ; 經過梯（tī）形曲線及（jí）三角形曲線規（guī）劃後鑽床各軸的加速度（dù）曲線會（huì）出現突變而速度曲線則有明（míng）顯拐點不夠平滑，這種（zhǒng）情況在高速運動（dòng）特別是急起（qǐ）急停時會產（chǎn）生較大衝擊，對機床產生（shēng）較大的傷害。研究人員針對這種情況引入加加速度j，優化三角形（xíng）曲（qǔ）線（xiàn）及梯（tī）形曲線使得加速度曲（qǔ）線為連（lián）續的一次曲線，速度曲（qǔ）線為平滑（huá）的二次曲線，即可（kě）有效地（dì）避免突變，減小衝擊。朱曉春 在S 曲線加減速控製方法研究一文中詳細介紹了基本7 段三階S曲線。鑒（jiàn）於鑽床各軸的運動特（tè）點，本研（yán）究將基（jī）本的三階S 曲線簡化為4 種參考模型，在滿足鑽床加工要（yào）求
的情況下分析並得到最佳加（jiā）加速度j，最大程度使得曲線變的平緩，減小衝擊。

      在試驗中本（běn）研究選（xuǎn）用深圳固高公司（sī）的GUC-400嵌入（rù）式控製器對PCB 鑽床係統的運（yùn）動模塊進行開發，將得到的（de）加加速度j 與其他限製（zhì）條（tiáo）件一起考慮對各（gè）軸運（yùn）動規劃進行重新設計，並通（tōng）過CPAC 所提供的PVT運動模式（shì）最終實現規劃運動。

     1、 加加速度優化
 

     鑽床各軸的運動方式為點位運動並且有以下兩個運動特點: ①起點、終點加速度及速度為零; ②加速減速過程相對稱。根（gēn）據（jù）鑽床各軸運動特點得到的梯形曲線和（hé）三角形曲線的速度曲線和（hé）加速度曲線如圖1 所示 。

     
  
                  圖1 三角形曲線及梯形曲線

     各三角形曲線優化如圖2 所示。

                                 圖2 三角形曲（qǔ）線優化

     各梯形曲線優（yōu）化如圖3 所示。

      
  
                                   圖3 梯形曲線優化

     綜上所述，根據所選電機、負載及加工要求的不同，可以得到一個最優的加加速度j，此時既能達到所（suǒ）需的加工要求又可以最大程度地（dì）減少衝擊。

     2、 算法及CPAC 應用

     本研究在得到（dào）加加速度j、加速度amax、速度（dù）vmax後，將其實際（jì）運用到固高（gāo）控製器上 。固高公司推出的CPAC( 計算機可編程自動（dòng）化控製器) 包涵了軟件開發平台OtoStudio 和（hé）硬件開發平台自動化控製器。本研究將所歸納算法通過OtoStudio 軟（ruǎn）件編寫，再通過自動化控製器GUC-400 進行最終的調試。

      2． 1 算法邏輯
 

      2． 2 CPAC 應用

     在CPAC 所提供的運動模式中有點位模式、插補模式、PVT 模（mó）式（shì）3 種模式可以實現S 型曲線。考慮到點位模式中平滑時間為（wéi）一定值並（bìng）不能根據上文（wén）中所描述根據實際運動距離自行改變而且在短距離高速（sù）運動中平滑時（shí）間並不能忽略不計，同時考慮到插補模式的優（yōu）勢是（shì）提（tí）供準確的走刀路徑但（dàn）鑽床實際（jì）工作時並不需要（yào）有確（què）定的走刀路徑，而且插補運（yùn）動運算（suàn）時會占用更多資源，經比（bǐ）較後，本研究選用了固高（gāo）自動化控製器所提供運動模式（shì）中的PVT 模式［8］。PVT 模（mó）式使用一係列數據點的位置、速度（dù）、時間的（de）參數來描（miáo）述運動規律。

      二次曲線的規劃要求。在（zài）選用了PVT 模（mó）式後，本研究參考實際加工時易得到的位置、速度、加（jiā）速度等信息選用PVT 模（mó）式中的Continuous 描述方式。之後筆者將上文中4 種簡單模型的參數對應到PVT 模式Continuous描述方式（shì）中各參數位置X、速度V、最大速度VMAX、加速度ACC、減速度DEC、百分比P。位置（zhì）X 為實際加工的孔距x，速度為每次起（qǐ）點終點速度為（wéi）0，最大速度VMAX為（wéi）每種（zhǒng）模型中vm，加速度ACC 與減速度DEC 值相同為各模型中每（měi）次（cì）加減速過程中平均加減（jiǎn）速（sù）度，百分比P 為各模（mó）型中每次（cì）加減速過程中變加速時間占總加減速時間的（de）百分（fèn）比（bǐ）。經（jīng）整理後得到流（liú）程圖如圖4所示( 通（tōng）過給（gěi）定的距離得（dé）到PVT 模式各參數) 。本研究將上述邏輯過程通過OtoStudio 軟件編寫為一個功能塊，嵌套在PVT 程序中。每次PVT 程序運行時調用隻（zhī）需改變工作距離x 即可。

     3 、實驗及（jí）結果分析

     ( 1) 當x = 0． 8 m 時（shí），在電機上（shàng）試（shì）驗的（de）速度曲線（xiàn）及加速度曲（qǔ）線如圖5( a) 所示;

                                  圖4 流程圖

                                       圖5 試驗結果圖

     ( 2) 當x = 0． 2 m 時，在電機上試驗的速度曲線及加速度曲線如（rú）圖5( b) 所示;
 
     ( 3) 當x = 0． 005 m 時，在電機上試驗的速度曲（qǔ）線及（jí）加速度曲線如圖5( c) 所示;
  
     ( 4) 當x = 0． 002 54 m 時，在（zài）電機上（shàng）試驗的速度曲（qǔ）線及加速（sù）度曲線（xiàn）如圖5( d) 所示（shì）;由圖5( a) 及所得數（shù）據經電機分辨率換算可得出:x = 0． 8 m時，達到最大速度及最大（dà）加速度，對應圖3( a) 所示模型，且試驗（yàn）數據符合規劃。由（yóu）圖5( b) 及所得數（shù）據經電（diàn）機分辨（biàn）率換算可得出:x = 0． 2 m 時，未達到最大速度但達到最大加速度，對應圖2( a) 所（suǒ）示（shì）模（mó）型，且試驗數據符合規劃。由圖（tú）5( c) 及所得數據經電機分辨率換算可得出（chū）:x = 0． 005 m 時，未達到（dào）最（zuì）大速度及最大加（jiā）速度，對應（yīng）圖2( c) 所（suǒ）示模型（xíng），且試驗數據符合規劃。由圖5( d) 及所得數（shù）據經電機分辨（biàn）率換算可得出:x = 0． 002 54 m 時，未達到最大速（sù）度及最大加速度（dù），對應圖2( c) 所示模型，且試驗（yàn）數據符合規劃。

    4 、結束語

    本研究通過優化梯形曲線及（jí）三角形曲線，將鑽床的運動曲線歸納為4 種簡單（dān）模型，並由每種模型（xíng）分（fèn）別得到最佳加加（jiā）速（sù）度; 在加加速度、最大加速度、最大速度的（de）限製下設計了相對應算（suàn）法並通過CPAC 提（tí）供的軟硬件設備，進行（háng）了試驗。

    試驗結果表明，按照鑽床實際運行時一般涉及（jí）到的4 種（zhǒng）位移距離，係統運動模塊可以按預先規劃分別對應到不同的參考（kǎo）模（mó）型，按（àn）照參考（kǎo）模型中（zhōng）的設定將加速度曲線優化為一次（cì）連續曲線，速度曲線優化為二次平（píng）滑曲線，在滿足加（jiā）工要求的情況下最大程度的減小衝擊，增加鑽床穩定性。