基于MFC+ STM32的數控裁床噴墨筆繪切割控制系統設計*

王 婷 李 歡

(①武昌工學院智能制造學院，湖北 武漢430070；②湖南中大創遠數控裝備有限公司，湖南 長沙410199)

數控裁床相比傳統的手工剪裁，極大地提高了制品的生產效率和原材料利用率，是替代人工剪裁的典型自動化設備，目前廣泛應用于紡織服裝、皮革和家具等行業[1-3]。但數控裁床在實際的使用過程中，在裁剪制品是形狀類似或者裁剪面積較小時，存在讓生產者無法用肉眼快速區分制品種類的問題，直接影響生產效率[4-6]，甚至由于人為分揀失誤，影響產品的生產質量。因此，如何使生產者快速識別剪裁對象是急需解決的現實問題。

為了解決上述問題，設計了一種數控裁床的噴墨筆繪切割控制系統，其在傳統裁床功能基礎上，增設了噴墨和筆繪兩種新功能，新功能的主要作用是在制品裁剪的同時，將制品重要信息以噴墨或筆繪的方式反映在制品上，從而達到使生產者能快速識別剪裁對象的目的。

首先基于MFC設計應用程序，用來轉換制品PLT數據，并顯示制品輪廓。通過設定輪廓的不同線型對CNC數據類型分類，數據類型分為3種，分別對應著噴墨、筆繪以及切割功能。線型選擇完成后實現加工程序的生成，并將數控加工數據發送給基于STM32開發的下位機分別進行噴墨、筆繪和輪廓切割控制，最終實現完整的生產加工。

1 工作原理及機械機構

圖1為設計制作完成的數控裁床實物樣機。數控裁床機械結構組成主要分為工作臺、裁剪頭以及移動橫架等裝置構成。

工作臺分為X、Y這2個運動方向，移動橫架Y軸，裁剪頭可在其上移動，移動橫架在工作臺上沿X軸運動，真空吸附裝置放在工作臺機架上。本文設計的數控裁床在裁剪頭處除了裁刀外，還加裝了噴墨和筆繪裝置。

整個系統包括上位機控制系統和下位機運動控制系統，控制系統控制框架圖如圖2所示。

2 系統軟件設計

2.1 軟件功能模塊

根據系統功能需求，上位機控制系統基于Visual Studio 2015的MFC開發[7-9]了 Windows桌面應用程序SpCutter，圖3為界面運行效果。其主要模塊包括：PLT指令解析、裁片繪制顯示、裁片編輯、CNC生成以及CNC輸出控制。軟件運行流程圖如圖4所示。

SpCutter各模塊實現技術路徑和具體功能如下：

PLT指令解析模塊：導入需要加工的PLT格式數據文件，依據HPGL協議對文件內容進行解析[10]，最后生成多段線形式的曲線，該曲線包括線型和多段線拐點坐標信息。

裁片繪制顯示模塊：利用MFC的CDC繪圖，進行曲線的繪圖顯示。運用SelectObject函數實現設置線寬及顏色功能，共提供3款線型和顏色選擇，分別是黑色線型SP1、黃色線型SP2和紅色線型SP3。黑色代表噴墨，黃色代表筆繪，紅色代表裁刀裁剪。

裁片編輯模塊：在CFrame中響應鍵盤按鍵事件響應[11]，并調用CView中的相應接口來響應相應事件[12-14]，支持對裁片進行排版，包括移動、旋轉和鏡像等編輯功能。

CNC生成模塊：該模塊功能時將曲線的多段線坐標點插補成CNC數據[15]，并依據線型(SP1、SP2、SP3)來分類CNC數據類型的(噴墨、筆繪、裁刀)。

CNC控制輸出模塊：將CNC數據打包通過USB或者網口傳送給下位機，隨后發送啟動加工指令，下位機進行噴墨、筆繪和切割控制輸出。

2.2 核心功能實現原理

在上述模塊中，最核心的功能就是通過解析PLT格式文件，根據定義的3種不同數據類型，轉化成對應的CNC加工代碼。為了完成核心功能任務，編寫了4個主要文件，分別是HPGLFile.h、HPGLFile.cpp、Curve.h和Curve.cpp。

其中HPGLFile.h與HPGLFile.cpp作用是依據HPGL協議，將字符串信息轉換成自定義的平臺處理原始數據類型Curve。HPGL協議中包含最重要的兩條指令PD和PU及其后數值，其中PD指令指定落刀點，也就是曲線的起刀點，而PU指令指定為抬刀點，也就是完成曲線加工后的抬刀點，通過PD和PU指令，確定加工的具體運動路徑。

其中Curve.h與Curve.cpp作用為中的代碼主要為三類曲線的數據類型相互切換。噴墨數據是依據HPGL的協議做的封裝，驅動惠普的噴頭來噴墨，而CNC中筆繪和裁刀的轉換時也是以此為依據。頭文件部分代碼定義了加工的3種曲線類型，具體如下：

typedef enum {

CURVE_TYPE_PEN = 1； //噴墨類型

CURVE_TYPE_HCUT = 2；//筆繪類型

CURVE_TYPE_FCUT = 3；//切割類型

}CURVE_TYPE;

2.3 軟件功能試驗

為了驗證上位機控制系統的實際使用效果，將樣片衣領彎曲部位導入SpCutter中。在圖5a中，上方為尺碼L，下方為尺碼XL，均設置外側輪廓為SP3線型切割輪廓，內側為SP1線型噴墨部位。在圖5b中，依據實際需求，對相應輪廓曲線進行相應刀具轉換，經過刀具轉換后，變換內側輪廓線型為SP2線型筆繪輪廓，并利用文本功能，添加裁剪樣片的基本信息，包括尺碼名稱以及設計時間等。

通過試驗結果表明，基于MFC開發的上位機控制系統能夠實現對加載圖形數據的讀取、解析、圖形編輯與文本添加等功能。特別是能夠根據實際需要，在圖像顯示窗口選擇合適的線型來實現更換刀具的目的。

3 主控板設計

下位機控制系統基于STM32F103VET6開發，實現與上位機的通信并對外設進行相應運動控制。主要模塊有通信模和步進控制模塊。通信模塊可選USB和網口，在上位機的設置窗口進行通信方式的選擇，確認后上位機會以選擇的通信方式對下位機通信控制。步進控制模塊控制X軸和Y軸電機的旋轉方向及步數，實現CNC插補，得到相應的走刀軌跡。其他控制模塊控制加工過程，依據實際需求，控制起落刀、氣泵開關和噴墨等。圖6為主控板工作流程圖。

4 整機功能試驗

為了驗證整套數控裁床控制系統的可行性，進行了完整的實例驗證。圖7a為待加工模型導入SpCutter軟件中界面顯示，模型包含噴墨、筆繪以及裁剪工序。圖7b為按照流程啟動加工后，數控裁床實際輸出的樣片，樣品中設計模型順利完成了裁剪、噴墨和筆繪等任務。

5 結語

本文以數控裁床的控制系統為研究對象，研究了一套集噴墨、筆繪和切割為一體的控制系統，該控制系統的創新之處在于生產者可以根據實際需要，方便快捷地將產品信息噴涂或者筆繪在制品上，利于生產者快速識別制品。通過服裝樣片應用實例驗證了系統設計的可行性，拓展了數控裁床的適用性，滿足了生產的實際需要。