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)不同實現(xiàn)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：將整個印品壓切成單個圖形產(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，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)備都以機械為主，部分則是采用高端的運動控制器。而臺達(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
主動軸為大滾筒，一對大滾筒有機械結(jié)構(gòu)完成聯(lián)動，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），模切軸與主動軸也是有機械完成聯(lián)動，在此定義的主動軸是根據(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軸。在此對凸輪軸送紙板的要求非常高的，要求送給主動軸的紙板位置及速度要與主動軸完全同步，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，具體實物圖如圖1所示。
紙板放在送模軸的載物臺上，根據(jù)模切的軸的位置來決定送模的時間及位置，由于主動軸和模切軸之間是機械聯(lián)動的，完全可以保證主動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。
2 控制實現(xiàn)
模切機是典型的追切領(lǐng)域的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類從動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現(xiàn)，通過主軸編碼器作為命令來源控制從軸A2伺服，主動軸上裝有I點信號，作為初始位置調(diào)整，并且啟動從動軸的電子凸輪，確保模切位置的準(zhǔn)確性，通過A2伺服內(nèi)建的回原點功能來完成從動軸的初始位置的調(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。
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點凸輪軸電子凸輪嚙合啟動，為了保證在要求的范圍內(nèi)能把紙板送到主動軸，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（主動軸的速度），進(jìn)而做到和主動軸同步把紙板送進(jìn)主動軸。主動軸在弧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)主動軸離開D點的時候，根據(jù)電子凸輪脫離時機（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，凸輪馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一周時，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。
主動軸為大滾筒，滾筒直徑為145.71mm，主動軸旋轉(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。主動編碼器為2500線AB差動輸入，則主動軸每旋轉(zhuǎn)一周給出10000個脈波（四倍頻后）：主動軸每1mm所需要的脈沖數(shù)：10000/145.71(主動軸直徑) ×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)留足夠的加減速時間則主軸導(dǎo)程為300×（1+0.2）=360mm，則主軸為：21.84543899619600×360=7864.35803863056個主軸脈沖。
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電子凸輪，電子凸輪啟動后自動做周期性運動。如圖6所示，通過PC軟件來設(shè)置電子凸輪的啟動，選擇命令來源為PulseCmd，嚙合時機為DI-CAMON，脫離時機為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)電子凸輪啟動后，從動軸接PR05做從動軸初始位置調(diào)整。
圖6 通過PC軟件設(shè)置電子凸輪的啟動
通過PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線，可以看出從動軸與主動軸的追隨特性非常好，即速度命令曲線與馬達(dá)即時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)的機械凸輪，實現(xiàn)機械簡單化、控制方便化，而目前大多數(shù)模切機都是使用復(fù)雜而笨重的機械齒輪做同步控制，機械成本高，在此臺達(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，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。
