摘要：本文主要闡述了永宏P(guān)LC在多刀自動(dòng)切割機(jī)上的應(yīng)用；此設(shè)計(jì)由東莞海之龍科技有限公司設(shè)計(jì)，通過(guò)采用永宏P(guān)LC高速脈沖輸出指令,很好的實(shí)現(xiàn)了精確定位切斷功能；并且采用FBs系列通訊口2實(shí)現(xiàn)高速聯(lián)機(jī)功能，從而實(shí)現(xiàn)6軸高速脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)了多刀自動(dòng)切割機(jī)的6軸同動(dòng)控制；一般計(jì)數(shù)器與交替開關(guān)的巧妙搭配，實(shí)現(xiàn)了XY切割方正的任意組合,多組刀片同時(shí)切割，速度更快；機(jī)械手配合自動(dòng)上下料，更加節(jié)省人力資源，大大的加大了生產(chǎn)效率，理論單次動(dòng)作時(shí)間3S，單次動(dòng)作切割數(shù)目40片。

關(guān)鍵詞：永宏P(guān)LC；切割機(jī)；高速脈沖輸出

一、引言

在機(jī)械加工過(guò)程中，板材切割常用方式有手工切割、半自動(dòng)切割機(jī)切割及數(shù)控切割機(jī)切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動(dòng)切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡(jiǎn)單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。數(shù)控切割相對(duì)手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來(lái)說(shuō)，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動(dòng)強(qiáng)度。在我國(guó)的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動(dòng)切割方式還較為普遍。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，智能手機(jī)已成為人類生活中必不可缺的物品，而智能手機(jī)對(duì)內(nèi)存的需求很大，因此隨著智能手機(jī)的暢銷，帶動(dòng)了SD卡行業(yè)的迅速發(fā)展，SD卡生產(chǎn)工藝決定其需要使用到多刀切割機(jī)對(duì)一整塊SD卡進(jìn)行切割，將其切割成一塊一塊的SD卡，以前SD卡的切割采用半自動(dòng)式切割方法，采用自動(dòng)切割，人工上下料人工位置校準(zhǔn)，這樣不但定位不準(zhǔn)而且還很費(fèi)人力；而多刀自動(dòng)切割機(jī)卻是針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)而研發(fā)的全自動(dòng)SD卡切割機(jī)（也可且其他產(chǎn)品，如U盤內(nèi)的芯片等）。內(nèi)存卡還未切割樣板圖片如圖1-1所示，內(nèi)存卡成品如圖1-2所示，多刀自動(dòng)切割機(jī)正視圖如圖1-3所示。

圖1-1內(nèi)存卡未切割樣板

圖1-2內(nèi)存卡成品

圖1-3多刀自動(dòng)切割機(jī)

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本方案多刀自動(dòng)切割機(jī)機(jī)主要分為電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)兩部分。電氣系統(tǒng)主要采用永宏P(guān)LC（FBs-60MCT2-AC和FBs-20MCT2-AC）、永宏10寸觸摸屏（HU102S-00）以及永宏A3系列伺服電機(jī)；機(jī)械系統(tǒng)主要分切割部分和機(jī)械手部分，通過(guò)伺服精確定位確定切割位置上下料位置等，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行送料動(dòng)作。多刀自動(dòng)切割機(jī)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-1。

表2-1多刀自動(dòng)切割機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

基于上述各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，多刀自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2-2；它由PLC控制器、上位機(jī)、伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和步進(jìn)系統(tǒng)等組成。本方案控制系統(tǒng)采用永宏B1系列PLC控制器；伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用永宏A3系列伺服驅(qū)動(dòng)器及其配套伺服電機(jī)；通過(guò)PLC的高速脈沖指令控制伺服帶動(dòng)XYZ平臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了切割位置的精確定位（切割誤差在一個(gè)絲以內(nèi)）。上位機(jī)采用永宏HU系列觸摸屏，提供用戶操作界面和參數(shù)設(shè)置界面，用戶可根據(jù)自身具體需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

圖2-2多刀自動(dòng)切割機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1硬件配置

多刀自動(dòng)切割機(jī)的系統(tǒng)硬件由永宏FBs-60MCT2-AC和FBs-20MCT2-AC控制器、永宏HU102S觸摸屏、永宏A3系列伺服驅(qū)動(dòng)器及其配套伺服電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)和外圍輸入輸出線路（包括限位開關(guān)、指示燈、按鈕、氣缸等）組成。多刀自動(dòng)切割機(jī)系統(tǒng)硬件配置如圖3-1；多刀自動(dòng)切割機(jī)系統(tǒng)硬件清單如表3-1。

圖3-1系統(tǒng)硬件配置

表3-1系統(tǒng)硬件明細(xì)表

3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)

多刀自動(dòng)切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為機(jī)械手部分、切割部分；通過(guò)通訊模塊進(jìn)行兩個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)的交換及動(dòng)作配合來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的整體運(yùn)行動(dòng)作。多刀自動(dòng)切割機(jī)機(jī)實(shí)物正視圖如圖3-2、多刀自動(dòng)切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)解析如圖3-3。

圖3-2多刀自動(dòng)切割機(jī)實(shí)物正視圖

圖3-3多刀自動(dòng)切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)解析圖

3.3電氣控制

多刀自動(dòng)切割機(jī)電氣控制采用永宏P(guān)LC作為設(shè)備核心電氣控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和氣缸等執(zhí)行單元的控制。PLC接線如圖3-6，電氣控制柜接線如圖3-7。

圖3-6電控控制回路原理圖

圖3-7電氣控制柜接線圖

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1PLC控制流程

多刀自動(dòng)切割機(jī)PLC控制流程主要分為機(jī)械手部分上下料控制、切割部分X軸切割和Y軸切割控制；PLC控制流程圖如圖4-1。

圖4-1PLC控制流程示意圖

4.2PLCI/O點(diǎn)配置

根據(jù)切斷機(jī)PLC控制流程要求，進(jìn)行了PLC程序I/O點(diǎn)配置；主站PLCI/O配置如表4-1，從站PLCI/O配置表如表4-2。

表4-1主站PLCI/O配置表

表4-2從站PLCI/O配置表

五、永宏特色

5.1永宏高速脈沖輸出指令應(yīng)用

通過(guò)永宏P(guān)LC高速脈沖輸出指令HSPSO來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多刀自動(dòng)切割機(jī)伺服控制；A3伺服的編碼器為2500脈沖/圈，當(dāng)齒輪比設(shè)為1：1時(shí)，PLC發(fā)送10000個(gè)脈沖伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈；在進(jìn)行PLC高速脈沖輸出設(shè)置時(shí)采用了PLS/DIR模式，并通過(guò)141指令設(shè)置最小設(shè)定單位來(lái)提高長(zhǎng)度的顯示精度。PLC脈沖輸出設(shè)置方式如圖4-2、PLC讀取電機(jī)位置程序如圖4-3，PLC發(fā)送脈沖指令如圖4-4。

圖4-2永宏I/O組態(tài)設(shè)置

圖4-3永宏141指令和143指令程序

圖4-4高速脈沖輸出指令程序

4.3永宏機(jī)械原點(diǎn)復(fù)歸指令應(yīng)用

通過(guò)永宏P(guān)LC的機(jī)械原點(diǎn)復(fù)歸指令，用表格的形式可以很方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)械原點(diǎn)的復(fù)歸程序，而且回原精度很高。永宏機(jī)械原點(diǎn)復(fù)歸有三種模式：MOD0、MOD1、MOD2可供客戶選擇使用。本程序采用了MOD1模式，MOD1模式下回原動(dòng)作如圖4-5所示。

圖4-5機(jī)械原點(diǎn)復(fù)歸MOD1模式

六、技術(shù)難點(diǎn)/技巧

1、客戶要求自動(dòng)切割機(jī)有兩種切割模式：多刀模式和單刀模式；

多刀模式相對(duì)簡(jiǎn)單，X軸與Y軸方向各切一次，切出的矩陣格與X軸和Y軸刀片數(shù)有關(guān)；

單刀模式相對(duì)比較復(fù)雜，單刀即X軸Y軸刀片都只有一把刀片；這樣的話只能一次切一刀，這樣的話要將樣板切成一塊一塊的就必須控制XYZ軸配合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行S型切割動(dòng)作，其切割示意圖如圖5-1所示。

圖5-1單刀切割示意圖

用戶配合永宏HU102S觸摸屏，可便捷的對(duì)多刀切割進(jìn)行設(shè)置，可以設(shè)置X軸切割刀數(shù)，Y軸切割刀數(shù)，切割長(zhǎng)度等參數(shù)，十分方便形象，更采用了永宏P(guān)LC配方功能的使用將數(shù)據(jù)以配方的形式保存下來(lái)，以便下次要用時(shí)進(jìn)行調(diào)用，觸摸屏設(shè)置畫面如圖5-2所示。

圖5-2觸摸屏設(shè)置畫面

2.機(jī)械手?jǐn)[料，當(dāng)樣板切割完畢回到上下料點(diǎn)后，機(jī)械手取完成品，取料通過(guò)40個(gè)真空吸電磁閥及廢料真空吸電磁閥開啟吸住成品和廢料，機(jī)械手運(yùn)行到下料原點(diǎn)后進(jìn)行逐個(gè)下料，機(jī)械手每走到一位置后關(guān)閉對(duì)應(yīng)的真空閥，如果采用單純的記憶來(lái)寫程序，程序量很大，而且根據(jù)切割片數(shù)的不同擺放的位置都有所不同。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題根據(jù)切料同行同列在一條直線上的規(guī)律，采用首先定位第一片下料位置，計(jì)算第二片與第二下料位置的差進(jìn)行定位，這樣只需設(shè)定每行每列對(duì)應(yīng)的位置差補(bǔ)償則能實(shí)現(xiàn)定位下料。下料示意圖如圖5-3所示。機(jī)械手觸摸屏設(shè)置畫面如圖5-4所示。

圖5-3機(jī)械手下料示意圖

圖5-4機(jī)械手設(shè)置觸摸屏畫面

七、方案優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用效果

7.1方案優(yōu)勢(shì)

1.多刀自動(dòng)切割機(jī)是一款從上料、切割到下料全自動(dòng)運(yùn)行的自動(dòng)化設(shè)備，比同類型設(shè)備更快更省人力資源；

2.多刀自動(dòng)切割機(jī)有多刀和單刀模式可供客戶選擇，功能強(qiáng)大，可切割內(nèi)存卡、U盤芯片等等物品。

3.多刀自動(dòng)切割機(jī)擁有配方功能，客戶只需將數(shù)據(jù)存入配方，等要用時(shí)則只需調(diào)用配方十分方便。

4.多刀自動(dòng)切割機(jī)單刀模式切割自由度高，切割片數(shù)可根據(jù)客戶需求隨意設(shè)置。

7.2應(yīng)用效果

多刀自動(dòng)切割機(jī)從在料框取原料，到下料完成一個(gè)周期的最小時(shí)間為3S，而每個(gè)周期能切40片，采用永宏A3伺服速度更快，定位更精準(zhǔn)，理論最高產(chǎn)量為115.2萬(wàn)片/天。

八、結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，多刀自動(dòng)切割機(jī)的切割速度、機(jī)械手上下料速度和切割料的大小質(zhì)量都非常好，精度高、產(chǎn)量高、不良品低；從而充分證明了永宏P(guān)LC功能的強(qiáng)大性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]永宏可編程控制器使用手冊(cè)I和使用手冊(cè)II.臺(tái)灣永宏電機(jī)股份有限公司

[2]永宏P(guān)LC編程軟件使用手冊(cè).臺(tái)灣永宏電機(jī)股份有限公司