摘要：本文介紹的模切機主要用于蛋糕托盤的模切動作，設備采用了臺達20PM運動控制器控制電子凸輪和電子齒輪，實現了節約成本的目的，而且更加簡單、方便，給客戶提供了一個很好的智能化解決方案。

    關鍵字：PLC 模切 凸輪曲線 電子齒輪

   1.前言

   模切設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、貼合、自動排廢等，是印后包裝加工成型的重要設備。模切設備根據不同工藝又可以分成模切機、壓痕機、燙金機、粘合機、排廢機等。模切機是利用鋼刀、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備。圖1為模切機外形圖。 
 
                 
                                                            圖1-a 模切機前面外觀

                 
                                                             圖1-b 模切機整體外形

                  
                                                           圖1-c 模切機工作過程

   2.工藝要求

   模切的工藝特性是：將整個印品壓切成單個圖形產品稱作模切；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。

   模切機控制難點主要有兩點：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，一為間歇送紙，一為連續送紙）主軸之間沒有相位路后。傳統的模切設備是以機械為主，弊端是模切不同尺寸的托盤時，需要更換機械凸輪和機械齒輪。而臺達20PM運動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。

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

                    
                                                            圖2 模切機工藝示意圖

   3.控制實現

   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構圖
  
                   
                                                   圖3-b 高速電子齒輪模式控制結構圖

   3.1電子凸輪模式控制

   光電在上升沿處觸發啟動電子凸輪，根據編碼器(為主動軸安裝在模切軸后)，由變頻器帶動機械凸輪結構完成模切塊的開合對間歇送模軸伺服進行控制，要求必須在模切塊打開時，間歇軸快速精確送一定長的紙板；模切塊關閉時，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。這在該行業是必須具有的，因為本身間隙送紙要求高度啟停，如果加速曲線不平滑柔和的話，會對機械沖擊很大，速度提不高造成伺服報警。

                          
                                                      圖4 電子凸輪速度設置圖

   間歇軸凸輪數據規劃設置如圖5所示。用設置長度除以間歇送紙輥周長得到D444，為主軸轉一圈從軸需要送的圈數，再用送的圈數D444與從軸(間歇軸)走一圈的脈沖數7500相乘，得到最終需要走的脈沖數。客戶主軸編碼器一周走2000個脈沖，間隙輥直徑為100mm,假設模切需要每次間歇送紙147mm,根據上述計算從軸伺服需要一個周期發出3509個脈沖。由于必須在模切塊關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個脈沖中間1000個脈沖位置，間歇送紙到位，把主軸凸輪從軸數據按照格式寫入D1550---D1568。再把對應數據寫入凸輪表，并執行平滑功能。
  
                  
                                                    圖5 間歇軸凸輪數據規劃設置圖

   3.2 電子齒輪模式控制連續送紙

   連續送紙是因為放紙機構為被動的電磁離合器控制張力，必須連續送紙才能保證拉動放紙機構。連續送紙要求主要是主軸模切軸走一周期，勻速送出設定長度的紙。這樣在主軸一個周期保證連續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間的累積導致誤差越來越大。20PM運動控制器的電子齒輪模式程序如圖6所示。

                    
                                                圖6 20PM運動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，必須把相應加減速時間D1916、D1917設為0，把跟蹤速度D1920設為500K，同時電子齒輪的分子D1938、D1939與分母也必須根據計算設置。

                   
                                                  圖7 高速電子齒輪模式設置

  4.總結

   圖8為實際生產出的成品照片。傳統模切機上，當需要變化模切成品的尺寸時，需要變換間歇輥的直徑，這種方式極不靈活，而采用了臺達20PM運動控制器只需在人機上直接改變數據即可。

   電子凸輪和電子齒輪最主要的應用目的是取代傳統的機械凸輪和機械齒輪，實現機械簡單化、控制方便化，而目前大多數模切機都是使用復雜而笨重的機械凸輪和機械齒輪做同步控制，機械成本高。本文中臺達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，主從之間沒有相位的落后，給客戶提供一個智能化的解決方案，深受客戶的好評。
     
                
                                                                 圖8 模切成品

   作者簡介：

  余強，出生于1969 年 12 月，畢業于安徽機電學院電氣工程系工業自動化專業，曾就職于信息產業部第八研究所和科大創新股份有限公司自動化分公司工程部，現就職于中達電通股份有限股份有限公司PLC產品開發處，主要專注于PLC在自動化的高端運用，包括各類機械設備的精密運動控制及工程項目的過程控制的研究與市場開發。