臺達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器在紙張模切機(jī)中應(yīng)用

Delta 20PM motion controller applications in paper Die-cutting machine

余強(qiáng) 中達(dá)電通PLC產(chǎn)品開發(fā)處

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。

Abstract: This article describes the die-cutting machine is mainly used for cutting cake tray movement, devices using the motion controller Delta 20PM electronic cam and electronic control gear, the purpose of achieving cost savings, and more simple, convenient, to provide a good, intelligent solutions.

關(guān)鍵字：PLC 模切 凸輪曲線 電子齒輪

Key Words：PLC  Die-cutting  Cam-curve  Electronic-gear

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。