Delta 20PM motion controller applications in paper Die-cutting machine
餘強 中達電通PLC產品開發處
摘要： 本文介紹的模切機主要用於蛋糕托盤的模切動作，設備采用了台達20PM運動控製器控製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。
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
模切設備主要用於一些非金屬材料如包裝紙板、不幹膠等的模切（全斷、半斷）、壓痕和燙金作業、貼合、自動排廢等，是印後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 模切機前麵外觀
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，在印品表麵燙印出具有立體效果的圖案或字體稱為燙金；用一種基材複在另一種基材上稱為貼合；排除除正品以外其餘的部分稱為排廢。
模切機控製難點主要有兩點：一是要求送模軸與模切軸追隨性好，不能存在相位路後等問題；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後。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。而台達20PM運動控製器具有電子凸輪與電子齒輪功能，可以完全勝任模切控製的要點。
如圖2所示， 4為(wei)模(mo)切(qie)，主(zhu)動(dong)軸(zhou)為(wei)編(bian)碼(ma)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)模(mo)切(qie)軸(zhou)上(shang)，由(you)變(bian)頻(pin)器(qi)帶(dai)動(dong)機(ji)械(xie)凸(tu)輪(lun)結(jie)構(gou)完(wan)成(cheng)模(mo)切(qie)塊(kuai)的(de)開(kai)合(he)，對(dui)間(jian)歇(xie)送(song)模(mo)軸(zhou)送(song)進(jin)來(lai)的(de)紙(zhi)板(ban)進(jin)行(xing)模(mo)切(qie)，要(yao)求(qiu)必(bi)須(xu)在(zai)模(mo)切(qie)快(kuai)打(da)開(kai)時(shi)，間(jian)歇(xie)軸(zhou)快(kuai)速(su)精(jing)確(que)送(song)出(chu)一(yi)定(ding)長(chang)度(du)的(de)紙(zhi)板(ban)。連(lian)續(xu)送(song)紙(zhi)是(shi)放(fang)紙(zhi)1jigouweibeidongdedianciliheqikongzhizhangli，bixulianxusongzhicainengbaozhengladongfangzhijigou，kongzhiyaodianshiyaoqiubixuzaimoqiedakaishikaishisongshedingchangdudezhi，zaibihechongshangzhiqianyaojingquedaowei。lianxusongzhiyaoqiuzhuyaoshizhuzhoumoqiezhouzouyizhouqi，yunsusongchushedingchangdudezhi。
圖2 模切機工藝示意圖
3. 控製實現
如圖3所示，控製模式主要可以分為兩種，一種是電子凸輪模式控製輸出X軸，另外一種為高速電子齒輪模式控製輸出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 電子凸輪模式控製結構圖
圖3-b 高速電子齒輪模式控製結構圖
3.1 電子凸輪模式控製
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後)，由you變bian頻pin器qi帶dai動dong機ji械xie凸tu輪lun結jie構gou完wan成cheng模mo切qie塊kuai的de開kai合he對dui間jian歇xie送song模mo軸zhou伺si服fu進jin行xing控kong製zhi，要yao求qiu必bi須xu在zai模mo切qie塊kuai打da開kai時shi，間jian歇xie軸zhou快kuai速su精jing確que送song一yi定ding長chang的de紙zhi板ban；模切塊關閉時，精確送到位置停止，便於主軸模切。在這是對間歇式伺服的控製要求。
圖4中zhong顯xian示shi的de位wei置zhi速su度du及ji加jia速su度du，可ke以yi看kan出chu均jun具ju有you柔rou和he的de加jia減jian速su。這zhe在zai該gai行xing業ye是shi必bi須xu具ju有you的de，因yin為wei本ben身shen間jian隙xi送song紙zhi要yao求qiu高gao度du啟qi停ting，如ru果guo加jia速su曲qu線xian不bu平ping滑hua柔rou和he的de話hua，會hui對dui機ji械xie衝chong擊ji很hen大da，速su度du提ti不bu高gao造zao成cheng伺si服fu報bao警jing。
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)走一圈的脈衝數7500相乘，得到最終需要走的脈衝數。客戶主軸編碼器一周走2000個脈衝，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個脈衝。由於必須在模切塊關閉之前精確送到位置停止才能便於主軸模切，所以圖5中定義在主軸在2000個脈衝中間1000個脈衝位置，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，並執行平滑功能。
圖5 間歇軸凸輪數據規劃設置圖
3.2 電子齒輪模式控製連續送紙
連lian續xu送song紙zhi是shi因yin為wei放fang紙zhi機ji構gou為wei被bei動dong的de電dian磁ci離li合he器qi控kong製zhi張zhang力li，必bi須xu連lian續xu送song紙zhi才cai能neng保bao證zheng拉la動dong放fang紙zhi機ji構gou。連lian續xu送song紙zhi要yao求qiu主zhu要yao是shi主zhu軸zhou模mo切qie軸zhou走zou一yi周zhou期qi，勻yun速su送song出chu設she定ding長chang度du的de紙zhi。這zhe樣yang在zai主zhu軸zhou一yi個ge周zhou期qi保bao證zheng連lian續xu送song紙zhi的de長chang度du必bi須xu與yu間jian歇xie送song紙zhi的de長chang度du一yi樣yang，這zhe樣yang才cai不bu至zhi於yu隨sui著zhe時shi間jian的de累lei積ji導dao致zhi誤wu差cha越yue來lai越yue大da。20PM運動控製器的電子齒輪模式程序如圖6所示。
圖6 20PM運動控製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，而采用了台達20PM運動控製器隻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、控製方便化，而目前大多數模切機都是使用複雜而笨重的機械凸輪和機械齒輪做同步控製，機械成本高。本文中台達20PMpingjieqigaosudechulisudu，zaizuozhucongtongbuzhuisuiwanquankeyizuodaowuzhouchuandong，zhucongzhijianmeiyouxiangweideluohou，geikehutigongyigezhinenghuadejiejuefangan，shenshoukehudehaoping。
圖8 模切成品
作者簡介：
餘強，出生於1969 年 12 月yue，畢bi業ye於yu安an徽hui機ji電dian學xue院yuan電dian氣qi工gong程cheng係xi工gong業ye自zi動dong化hua專zhuan業ye，曾zeng就jiu職zhi於yu信xin息xi產chan業ye部bu第di八ba研yan究jiu所suo和he科ke大da創chuang新xin股gu份fen有you限xian公gong司si自zi動dong化hua分fen公gong司si工gong程cheng部bu，現xian就jiu職zhi於yu中zhong達da電dian通tong股gu份fen有you限xian股gu份fen有you限xian公gong司siPLC產品開發處，主要專注於PLC在自動化的高端運用，包括各類機械設備的精密運動控製及工程項目的過程控製的研究與市場開發。
