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    摘要：本文介紹的模切機(jī)主要用于蛋糕托盤的模切動(dòng)作，設(shè)備采用了臺達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器控制電子凸輪和電子齒輪，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約成本的目的，而且更加簡單、方便，給客戶提供了一個(gè)很好的智能化解決方案。

    關(guān)鍵字：PLC 模切 凸輪曲線 電子齒輪

   1.前言

   模切設(shè)備主要用于一些非金屬材料如包裝紙板、不干膠等的模切（全斷、半斷）、壓痕和燙金作業(yè)、貼合、自動(dòng)排廢等，是印后包裝加工成型的重要設(shè)備。模切設(shè)備根據(jù)不同工藝又可以分成模切機(jī)、壓痕機(jī)、燙金機(jī)、粘合機(jī)、排廢機(jī)等。模切機(jī)是利用鋼刀、五金模具、鋼線（或是鋼板雕刻成的模版）通過壓印版施加一定的壓力，將印品或紙板軋切成一定形狀的設(shè)備。圖1為模切機(jī)外形圖。 
 
                 
                                                            圖1-a 模切機(jī)前面外觀

                 
                                                             圖1-b 模切機(jī)整體外形

                  
                                                           圖1-c 模切機(jī)工作過程

   2.工藝要求

   模切的工藝特性是：將整個(gè)印品壓切成單個(gè)圖形產(chǎn)品稱作模切；利用鋼線在印品上壓出痕跡或者留下彎折的槽痕稱作壓痕；利用陰陽兩塊模板，通過給模具加熱到一定溫度，在印品表面燙印出具有立體效果的圖案或字體稱為燙金；用一種基材復(fù)在另一種基材上稱為貼合；排除除正品以外其余的部分稱為排廢。

   模切機(jī)控制難點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：一是要求送模軸與模切軸追隨性好，不能存在相位路后等問題；二是要保證送模軸（送模軸有兩個(gè)，一為間歇送紙，一為連續(xù)送紙）主軸之間沒有相位路后。傳統(tǒng)的模切設(shè)備是以機(jī)械為主，弊端是模切不同尺寸的托盤時(shí)，需要更換機(jī)械凸輪和機(jī)械齒輪。而臺達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器具有電子凸輪與電子齒輪功能，可以完全勝任模切控制的要點(diǎn)。

   如圖2所示， 4為模切，主動(dòng)軸為編碼器安裝在模切軸上，由變頻器帶動(dòng)機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)完成模切塊的開合，對間歇送模軸送進(jìn)來的紙板進(jìn)行模切，要求必須在模切快打開時(shí)，間歇軸快速精確送出一定長度的紙板。連續(xù)送紙是放紙1機(jī)構(gòu)為被動(dòng)的電磁離合器控制張力，必須連續(xù)送紙才能保證拉動(dòng)放紙機(jī)構(gòu)，控制要點(diǎn)是要求必須在模切打開時(shí)開始送設(shè)定長度的紙，在閉合沖上之前要精確到位。連續(xù)送紙要求主要是主軸模切軸走一周期，勻速送出設(shè)定長度的紙。

                    
                                                            圖2 模切機(jī)工藝示意圖

   3.控制實(shí)現(xiàn)

   如圖3所示，控制模式主要可以分為兩種，一種是電子凸輪模式控制輸出X軸，另外一種為高速電子齒輪模式控制輸出Y軸，兩種模式都是以模切軸的編碼器作為主軸信號。

                  
                                     圖3-a 電子凸輪模式控制結(jié)構(gòu)圖
  
                   
                                                   圖3-b 高速電子齒輪模式控制結(jié)構(gòu)圖

   3.1電子凸輪模式控制

   光電在上升沿處觸發(fā)啟動(dòng)電子凸輪，根據(jù)編碼器(為主動(dòng)軸安裝在模切軸后)，由變頻器帶動(dòng)機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)完成模切塊的開合對間歇送模軸伺服進(jìn)行控制，要求必須在模切塊打開時(shí)，間歇軸快速精確送一定長的紙板；模切塊關(guān)閉時(shí)，精確送到位置停止，便于主軸模切。在這是對間歇式伺服的控制要求。

   圖4中顯示的位置速度及加速度，可以看出均具有柔和的加減速。這在該行業(yè)是必須具有的，因?yàn)楸旧黹g隙送紙要求高度啟停，如果加速曲線不平滑柔和的話，會對機(jī)械沖擊很大，速度提不高造成伺服報(bào)警。

                          
                                                      圖4 電子凸輪速度設(shè)置圖

   間歇軸凸輪數(shù)據(jù)規(guī)劃設(shè)置如圖5所示。用設(shè)置長度除以間歇送紙輥周長得到D444，為主軸轉(zhuǎn)一圈從軸需要送的圈數(shù)，再用送的圈數(shù)D444與從軸(間歇軸)走一圈的脈沖數(shù)7500相乘，得到最終需要走的脈沖數(shù)。客戶主軸編碼器一周走2000個(gè)脈沖，間隙輥直徑為100mm,假設(shè)模切需要每次間歇送紙147mm,根據(jù)上述計(jì)算從軸伺服需要一個(gè)周期發(fā)出3509個(gè)脈沖。由于必須在模切塊關(guān)閉之前精確送到位置停止才能便于主軸模切，所以圖5中定義在主軸在2000個(gè)脈沖中間1000個(gè)脈沖位置，間歇送紙到位，把主軸凸輪從軸數(shù)據(jù)按照格式寫入D1550---D1568。再把對應(yīng)數(shù)據(jù)寫入凸輪表，并執(zhí)行平滑功能。
  
                  
                                                    圖5 間歇軸凸輪數(shù)據(jù)規(guī)劃設(shè)置圖

   3.2 電子齒輪模式控制連續(xù)送紙

   連續(xù)送紙是因?yàn)榉偶垯C(jī)構(gòu)為被動(dòng)的電磁離合器控制張力，必須連續(xù)送紙才能保證拉動(dòng)放紙機(jī)構(gòu)。連續(xù)送紙要求主要是主軸模切軸走一周期，勻速送出設(shè)定長度的紙。這樣在主軸一個(gè)周期保證連續(xù)送紙的長度必須與間歇送紙的長度一樣，這樣才不至于隨著時(shí)間的累積導(dǎo)致誤差越來越大。20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子齒輪模式程序如圖6所示。

                    
                                                圖6 20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子齒輪模式程序

   高速電子齒輪模式用的是Y軸輸出，必須把相應(yīng)加減速時(shí)間D1916、D1917設(shè)為0，把跟蹤速度D1920設(shè)為500K，同時(shí)電子齒輪的分子D1938、D1939與分母也必須根據(jù)計(jì)算設(shè)置。

                   
                                                  圖7 高速電子齒輪模式設(shè)置

  4.總結(jié)

   圖8為實(shí)際生產(chǎn)出的成品照片。傳統(tǒng)模切機(jī)上，當(dāng)需要變化模切成品的尺寸時(shí)，需要變換間歇輥的直徑，這種方式極不靈活，而采用了臺達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器只需在人機(jī)上直接改變數(shù)據(jù)即可。

   電子凸輪和電子齒輪最主要的應(yīng)用目的是取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪和機(jī)械齒輪，實(shí)現(xiàn)機(jī)械簡單化、控制方便化，而目前大多數(shù)模切機(jī)都是使用復(fù)雜而笨重的機(jī)械凸輪和機(jī)械齒輪做同步控制，機(jī)械成本高。本文中臺達(dá)20PM憑借其高速的處理速度，在做主從同步追隨完全可以做到無軸傳動(dòng)，主從之間沒有相位的落后，給客戶提供一個(gè)智能化的解決方案，深受客戶的好評。
     
                
                                                                 圖8 模切成品

   作者簡介：

  余強(qiáng)，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院電氣工程系工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動(dòng)化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于PLC在自動(dòng)化的高端運(yùn)用，包括各類機(jī)械設(shè)備的精密運(yùn)動(dòng)控制及工程項(xiàng)目的過程控制的研究與市場開發(fā)。