【摘要】模切機是利用鋼刀、五金模具、鋼線(xiàn)（或是鋼板雕刻成的模版），通過(guò)壓印版施加一定的壓力，將印品或紙板軋切成一定的形狀的設備。本文闡述了臺達集高階伺服特性與簡(jiǎn)單運動(dòng)控制為一體的智能性A2伺服在模切設備上如何實(shí)現控制、凸輪曲線(xiàn)的構建及相關(guān)參數的設定。
【Abstract】This paper expounds the reaching set a high order servo characteristics and simple motion control for the integration of the intelligent A2 servo in die cutting equipment, how to realize the control, the construction of the CAM curve and related parameters settings.
【關(guān)鍵詞】臺達A2伺服；參數設定；速度建表；凸輪曲線(xiàn)構建
模切設備主要用于一些非金屬材料如包裝紙板、不干膠等等的模切（全斷、半斷）、壓痕和燙金作業(yè)、貼合、自動(dòng)排廢，是印后包裝加工成型的重要設備。模切設備有可以分成好幾種，根據不同實(shí)現工藝又可以分成模切機、壓痕機、燙金機、粘合機、排廢機等等，其工藝特性分別是：將整個(gè)印品壓切成單個(gè)圖形產(chǎn)品稱(chēng)作模切；利用鋼線(xiàn)在印品上壓出痕跡或者留下彎折的槽痕稱(chēng)作壓痕；利用陰陽(yáng)兩塊模板，通過(guò)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(chēng)為燙金；用一種基材復在另一種基材上稱(chēng)為貼合；排除除正品以外其余的部分稱(chēng)為排廢。
而本文主要論述了模切設備中的模切機，模切機要求送模軸與模切軸追隨性好，不存在相位路后等問(wèn)題，要求同步性高，為了保證兩軸之間沒(méi)有相位路后，傳統的模切設備都以機械為主，部分則是采用高端的運動(dòng)控制器。而臺達A2伺服在同步追隨領(lǐng)域有著(zhù)卓越的表現，客戶(hù)認可度高，追隨特性好，這也是能夠達成模切控制的關(guān)鍵所在。
1 系統要求
主動(dòng)軸為大滾筒，一對大滾筒有機械結構完成聯(lián)動(dòng)，對凸輪軸（送模軸）送進(jìn)來(lái)的紙板進(jìn)行傳遞給裝有印模刀具的滾輪在此叫印模滾輪（模切軸），模切軸與主動(dòng)軸也是有機械完成聯(lián)動(dòng)，在此定義的主動(dòng)軸是根據主軸編碼的反饋來(lái)決定，即主軸編碼器安裝的位置決定的，如果安裝在模切軸即模切軸為主動(dòng)軸。在此對凸輪軸送紙板的要求非常高的，要求送給主動(dòng)軸的紙板位置及速度要與主動(dòng)軸完全同步，保證經(jīng)過(guò)印模出來(lái)的紙板位置誤差在1mm之內，在此對凸輪曲線(xiàn)的規劃及馬達相關(guān)參數的設置非常重要，具體實(shí)物圖如圖1所示。
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紙板放在送模軸的載物臺上，根據模切的軸的位置來(lái)決定送模的時(shí)間及位置，由于主動(dòng)軸和模切軸之間是機械聯(lián)動(dòng)的，完全可以保證主動(dòng)軸與模切軸為固定的轉速比例關(guān)系。通過(guò)送模軸后紙板先進(jìn)入主動(dòng)軸后再傳遞到模切軸，在經(jīng)過(guò)壓模刀后，紙板成型，產(chǎn)品效果如圖2所示。
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2 控制實(shí)現
模切機是典型的追切領(lǐng)域的應用，要求在同步區類(lèi)從動(dòng)軸的線(xiàn)速度一定要等于主軸的線(xiàn)速度，這樣才能夠把紙板非常平順地送給主動(dòng)軸。此處可以利用A2伺服內建的電子凸輪功能完成此工藝的實(shí)現，通過(guò)主軸編碼器作為命令來(lái)源控制從軸A2伺服，主動(dòng)軸上裝有I點(diǎn)信號，作為初始位置調整，并且啟動(dòng)從動(dòng)軸的電子凸輪，確保模切位置的準確性，通過(guò)A2伺服內建的回原點(diǎn)功能來(lái)完成從動(dòng)軸的初始位置的調整，通過(guò)觸摸屏來(lái)簡(jiǎn)單對A2伺服的參數設置及PLC完成簡(jiǎn)單的輔助邏輯控制，控制結構圖如圖3所示。
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系統控制模擬圖如圖4所示，光電在A(yíng)處上升沿觸發(fā)，啟動(dòng)電子凸輪，根據電子凸輪嚙合前命令長(cháng)度的設置（P5-87）做模切軸位置偏移量（由于不同的印模刀具安裝在滾筒的位置可能會(huì )不一樣，此偏移量可以通過(guò)觸摸來(lái)修改），設置偏移量為弧AB，達到B點(diǎn)凸輪軸電子凸輪嚙合啟動(dòng)，為了保證在要求的范圍內能把紙板送到主動(dòng)軸，則把紙板前進(jìn)的距離分割為L(cháng)=L1+L2，在弧BC段加速凸輪軸使得凸輪軸的速度從V0（V0=0）達到V（主動(dòng)軸的速度），進(jìn)而做到和主動(dòng)軸同步把紙板送進(jìn)主動(dòng)軸。主動(dòng)軸在弧BC段控制凸輪軸加速，凸輪軸送紙板加速前進(jìn)量為L(cháng)2；在弧CD段控制控制凸輪等速區，凸輪軸送紙板等速前進(jìn)量為L(cháng)1。當主動(dòng)軸離開(kāi)D點(diǎn)的時(shí)候，根據電子凸輪脫離時(shí)機（P5-89）的設定，完成電子凸輪脫離，凸輪軸停止送料，并且通過(guò)P5-92進(jìn)行周期性前置。
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圖4 系統控制模擬圖
凸輪軸為同步帶傳動(dòng)，凸輪馬達旋轉一周時(shí)，根據角速度及線(xiàn)速度的關(guān)系，紙板前進(jìn)的距離為：102（凸輪軸滾輪直徑）×π×22/25（減速比）=281.99mm。
主動(dòng)軸為大滾筒，滾筒直徑為145.71mm，主動(dòng)軸旋轉一周前進(jìn)的距離為：145.71（主軸直徑）×π=457.762536mm 。
通過(guò)P1-44及P1-45分別設置為1280000，28199則凸輪旋轉一周為28199PUU，凸輪軸每前進(jìn)1mm為100PUU。主動(dòng)編碼器為2500線(xiàn)AB差動(dòng)輸入，則主動(dòng)軸每旋轉一周給出10000個(gè)脈波（四倍頻后）：主動(dòng)軸每1mm所需要的脈沖數：10000/145.71(主動(dòng)軸直徑) ×π=21.84543899619600。
假定L最長(cháng)長(cháng)度為300mm，則凸輪軸的導程為：300×100=30000PUU，需要預留足夠的加減速時(shí)間則主軸導程為300×（1+0.2）=360mm，則主軸為：21.84543899619600×360=7864.35803863056個(gè)主軸脈沖。
根據A2PC軟件提供的速度建表功能，設置主軸導成即P5-84為7864，從軸的導導程為30000PUU，規劃好加速區、等速區、減速區及停止區的比例，可以得到如圖5所示的凸輪曲線(xiàn)。
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曲線(xiàn)建立完畢后，通過(guò)P5-88選擇不同方式來(lái)啟動(dòng)電子凸輪，電子凸輪啟動(dòng)后自動(dòng)做周期性運動(dòng)。如圖6所示，通過(guò)PC軟件來(lái)設置電子凸輪的啟動(dòng)，選擇命令來(lái)源為PulseCmd，嚙合時(shí)機為DI-CAMON，脫離時(shí)機為MASTER軸超出設定的位移ECRD（增量）P5-89:7864及脫離回到前置狀態(tài)，前置量為P5-92:12136（模切軸轉一圈編碼器轉兩圈即20000-7864=12136為前置等待的值)。當電子凸輪啟動(dòng)后，從動(dòng)軸接PR05做從動(dòng)軸初始位置調整。
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通過(guò)PC軟件監控馬達的速度線(xiàn)，可以看出從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的追隨特性非常好，即速度命令曲線(xiàn)與馬達即時(shí)速度曲線(xiàn)處于完全重疊的狀態(tài)，如圖7所示。
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3 總結
電子凸輪最主要的應用目的是取代傳統的機械凸輪，實(shí)現機械簡(jiǎn)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齒輪做同步控制，機械成本高，在此臺達智能性的A2伺服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(wú)軸傳動(dòng)，主從之間沒(méi)有相位的落后，給客戶(hù)提供一個(gè)智能化的解決方案，深受客戶(hù)的好評。
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