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    【摘要】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的形狀的設(shè)備。本文闡述了臺(tái)達(dá)集高階伺服特性與簡單運(yùn)動(dòng)控制為一體的智能性A2伺服在模切設(shè)備上如何實(shí)現(xiàn)控制、凸輪曲線的構(gòu)建及相關(guān)參數(shù)的設(shè)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(tái)達(dá)A2伺服；參數(shù)設(shè)定；速度建表；凸輪曲線構(gòu)建

    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(shè)備。模切設(shè)備有可以分成好幾種，根據(jù)不同實(shí)現(xiàn)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。
而本文主要論述了模切設(shè)備中的模切機(jī)，模切機(jī)要求送模軸與模切軸追隨性好，不存在相位路后等問題，要求同步性高，為了保證兩軸之間沒有相位路后，傳統(tǒng)的模切設(shè)備都以機(jī)械為主，部分則是采用高端的運(yùn)動(dòng)控制器。而臺(tái)達(dá)A2伺服在同步追隨領(lǐng)域有著卓越的表現(xiàn)，客戶認(rèn)可度高，追隨特性好，這也是能夠達(dá)成模切控制的關(guān)鍵所在。

    1 系統(tǒng)要求

    主動(dòng)軸為大滾筒，一對大滾筒有機(jī)械結(jié)構(gòu)完成聯(lián)動(dòng)，對凸輪軸（送模軸）送進(jìn)來的紙板進(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(jī)械完成聯(lián)動(dòng)，在此定義的主動(dòng)軸是根據(jù)主軸編碼的反饋來決定，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)過印模出來的紙板位置誤差在1mm之內(nèi)，在此對凸輪曲線的規(guī)劃及馬達(dá)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置非常重要，具體實(shí)物圖如圖1所示。

                
                                                                      圖1 具體實(shí)物圖

    紙板放在送模軸的載物臺(tái)上，根據(jù)模切的軸的位置來決定送模的時(shí)間及位置，由于主動(dòng)軸和模切軸之間是機(jī)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(zhuǎn)速比例關(guān)系。通過送模軸后紙板先進(jìn)入主動(dòng)軸后再傳遞到模切軸，在經(jīng)過壓模刀后，紙板成型，產(chǎn)品效果如圖2所示。

                  
                                                                      圖2 產(chǎn)品效果圖

    2 控制實(shí)現(xiàn)

    模切機(jī)是典型的追切領(lǐng)域的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類從動(dòng)軸的線速度一定要等于主軸的線速度，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(nèi)建的電子凸輪功能完成此工藝的實(shí)現(xiàn)，通過主軸編碼器作為命令來源控制從軸A2伺服，主動(dòng)軸上裝有I點(diǎn)信號(hào)，作為初始位置調(diào)整，并且啟動(dòng)從動(dòng)軸的電子凸輪，確保模切位置的準(zhǔn)確性，通過A2伺服內(nèi)建的回原點(diǎn)功能來完成從動(dòng)軸的初始位置的調(diào)整，通過觸摸屏來簡單對A2伺服的參數(shù)設(shè)置及PLC完成簡單的輔助邏輯控制，控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

              
                                                                      圖3 控制結(jié)構(gòu)圖

    系統(tǒng)控制模擬圖如圖4所示，光電在A處上升沿觸發(fā)，啟動(dòng)電子凸輪，根據(jù)電子凸輪嚙合前命令長度的設(shè)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，此偏移量可以通過觸摸來修改），設(shè)置偏移量為弧AB，達(dá)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(nèi)能把紙板送到主動(dòng)軸，則把紙板前進(jìn)的距離分割為L=L1+L2，在弧BC段加速凸輪軸使得凸輪軸的速度從V0（V0=0）達(dá)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L2；在弧CD段控制控制凸輪等速區(qū)，凸輪軸送紙板等速前進(jìn)量為L1。當(dāng)主動(dòng)軸離開D點(diǎn)的時(shí)候，根據(jù)電子凸輪脫離時(shí)機(jī)（P5-89）的設(shè)定，完成電子凸輪脫離，凸輪軸停止送料，并且通過P5-92進(jìn)行周期性前置。

                
                                                                  圖4 系統(tǒng)控制模擬圖

    凸輪軸為同步帶傳動(dòng)，凸輪馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，根據(jù)角速度及線速度的關(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(zhuǎn)一周前進(jìn)的距離為：145.71（主軸直徑）×π=457.762536mm 。  

    通過P1-44及P1-45分別設(shè)置為1280000，28199則凸輪旋轉(zhuǎn)一周為28199PUU，凸輪軸每前進(jìn)1mm為100PUU。主動(dòng)編碼器為2500線AB差動(dòng)輸入，則主動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)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(shù)：10000/145.71(主動(dòng)軸直徑) ×π=21.84543899619600。

    假定L最長長度為300mm，則凸輪軸的導(dǎo)程為：300×100=30000PUU，需要預(yù)留足夠的加減速時(shí)間則主軸導(dǎo)程為300×（1+0.2）=360mm，則主軸為：21.84543899619600×360=7864.35803863056個(gè)主軸脈沖。

    根據(jù)A2PC軟件提供的速度建表功能，設(shè)置主軸導(dǎo)成即P5-84為7864，從軸的導(dǎo)導(dǎo)程為30000PUU，規(guī)劃好加速區(qū)、等速區(qū)、減速區(qū)及停止區(qū)的比例，可以得到如圖5所示的凸輪曲線。

                   
                                                                 圖5 凸輪曲線示意圖

    曲線建立完畢后，通過P5-88選擇不同方式來啟動(dòng)電子凸輪，電子凸輪啟動(dòng)后自動(dòng)做周期性運(yùn)動(dòng)。如圖6所示，通過PC軟件來設(shè)置電子凸輪的啟動(dòng)，選擇命令來源為PulseCmd，嚙合時(shí)機(jī)為DI-CAMON，脫離時(shí)機(jī)為MASTER軸超出設(shè)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(zhuǎn)一圈編碼器轉(zhuǎn)兩圈即20000-7864=12136為前置等待的值)。當(dāng)電子凸輪啟動(dòng)后，從動(dòng)軸接PR05做從動(dòng)軸初始位置調(diào)整。

                   
                                                        圖6 通過PC軟件設(shè)置電子凸輪的啟動(dòng)

    通過PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線，可以看出從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的追隨特性非常好，即速度命令曲線與馬達(dá)即時(shí)速度曲線處于完全重疊的狀態(tài)，如圖7所示。

                       
                                                           圖7 PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線

    3 總結(jié)

    電子凸輪最主要的應(yīng)用目的是取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪，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)械齒輪做同步控制，機(jī)械成本高，在此臺(tái)達(dá)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。

    作者簡介：

    周瑞華，出生于1983年09月，畢業(yè)于浙江大學(xué)電子信息工程專業(yè)，目前就職于中達(dá)電通股份有限公司伺服產(chǎn)品處，主要負(fù)責(zé)伺服、運(yùn)動(dòng)控制類的產(chǎn)品的現(xiàn)場應(yīng)用工作。