台达A2伺服在纸板模切机应用
台达A2伺服在纸板模切机应用
摘要：
模切机顾名思义是利用钢刀、五金模具、钢线（或是钢板雕刻成的模版），通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定的形状的设备。本文阐述了台达集高阶伺服特性与简单运动控制为一体的智能性A2伺服在模切设备上如何实现控制、凸轮曲线的构建及相关参数的设定。
关键字：台达A2伺服 参数设定 速度建表 凸轮曲线构建
前言
模切设备主要用于一些非金属材料如包装纸板、不干胶等等的模切（全断、半断）、压痕和烫金作业、贴合、自动排废，是印后包装加工成型的重要设备。模切设备有可以分成好几种，根据不同实现工艺又可以分成模切机、压痕机、烫金机、粘合机、排废机等等，其工艺特性分别是：将整个印品压切成单个图形产品称作模切；利用钢线在印品上压出痕迹或者留下弯折的槽痕称作压痕；利用阴阳两块模板，通过给模具加热到一定温度，在印品表面烫印出具有立体效果的图案或字体称为烫金；用一种基材复在另一种基材上称为贴合；排除除正品以外其余的部分称为排废。而本文主要论述了模切设备中的模切机，模切机要求送模轴与模切轴追随性好，不存在相位路后等问题，要求同步性高，为了保证两轴之间没有相位路后，传统的模切设备都以机械为主，部分则是采用高端的运动控制器。而台达A2伺服在同步追随领域有着卓越的表现，客户认可度高，追随特性好，这也是能够达成模切控制的关键所在。
系统要求
主动轴为大滚通，一对大滚筒有机械结构完成联动，对凸轮轴（送模轴）送进来的纸板进行传递给装有印模刀具的滚轮在此叫印模滚轮（模切轴），模切轴与主动轴也是有机械完成联动，在此定义的主动轴是根据主轴编码的反馈来决定，即主轴编码器安装的位置决定的，如果安装在模切轴即模切轴为主动轴。在此对凸轮轴送纸板的要求非常高的，要求送给主动轴的纸板位置及速度要与主动轴完全同步，保证经过印模出来的纸板位置误差在1mm之内，在此对凸轮曲线的规划及马达相关参数的设置非常重要，具体实物图见下。
纸板放在送模轴的载物台上，根据模切的轴的位置来决定送模的时间及位置，由于主动轴和模切轴之间是机械联动的，完全可以保证主动轴与模切轴为固定的转速比例关系。通过送模轴后纸板先进入主动轴后再传递到模切轴，在经过压模刀后，纸板成型，产品效果见下图。
控制实现
模切机是典型的追切领域的应用，要求在同步区类从动轴的线速度一定要等于主轴轴的线速度，这样才能够把纸板非常的平顺的送给主动轴。此可以利用A2伺服内建的电子凸轮功能完成此工艺的实现，通过主轴编码器作为命令来源控制从轴A2伺服，主动轴上装有I点信号，做为初始位置调整，并且启动从动轴的电子凸轮，确保模切位置的准确性，通过A2伺服内建的回原点功能来完成从动轴的初始位置的调整，通过触摸屏来简单对A2伺服的参数设置及PLC完成简单的辅助逻辑控制，控制结构图见下。
系统控制模拟图见下，光电在A处上升沿触发，启动电子凸轮，根据电子凸轮啮合前命令长度的设置（P5-87）做模切轴位置偏移量（由于不同的印模刀具可能按装在滚筒的位置会不一样，此偏移量可以通过触摸来修改）设置偏移量为弧AB,达到B点凸轮轴电子凸轮啮合启动，为了保证在要求的范围内能够把纸板送到主动轴，则把纸板前进的距离分割为L=L1+L2,在弧BC段加速凸轮轴使得凸轮轴的速度从V0(V0=0)达到V(主动轴的速度)进而做到和主动轴同步把纸板送进主动轴。主动在弧BC段控制凸轮轴加速，凸轮轴送纸板加速前进量为L2;在弧CD段控制控制凸轮等速区，凸轮轴送纸板等速前进量为L1。当主动轴离开D点的时候，根据电子凸轮脱离时机（P5-89）的设定，完成电子凸轮脱离，凸轮轴停止送料，并且通过P5-92进行周期性前置。
凸轮轴为同步带传动，凸轮马达旋转一周时，根据角速度及线速度的关系，纸板前进的距离为：
102（凸轮轴滚轮直径）*π*22/25(减速比)=281.99mm （1）
主动轴为大滚筒，滚筒直径为145.71mm，主动轴旋转一周前进的距离为：
145.71（主轴直径）*π=457.762536mm （2）
通过P1-44 及P1-45的分别设置为1280000，28199则凸轮旋转一周为28199PUU，凸轮轴每前进1mm为100PUU。主动编码器为2500线AB差动输入，则主动轴每旋转一周给出10000个脉波（四倍频后）：
主动轴每1mm所需要的脉冲数：
10000/145.71(主动轴直径)*π=21.84543899619600
假定L最长长度为300mm，则凸轮轴的导程为：300*100=30000PUU.
需要预留足够的加减速时间则主轴导程为300*（1+0.2）=360MM,则主轴为：
21.84543899619600*360=7864.35803863056个主轴脉冲
根据A2PC软件提供的速度建表功能，设置主轴导成即P5-84为7864，从轴的导导程为30000PUU,规划好加速区、等速区、减速区及停止区的比例，可以得到以下凸轮曲线。
曲线建立完毕后，通过P5-88选择不同方式来启动电子凸轮，电子凸轮启动后自动做周期性运动。通过PC软件来设置电子凸轮的启动，选择命令来源为Pulse Cmd，啮合时机为DI-CAMON,脱离时机为MASTER轴超出设定的位移ECRD(增量)P5-89:7864及脱离回到前置状态，前置量为P5-92:12136(模切轴转一圈编码器转两圈即20000-7864=12136为前置等待的值)。当电子凸轮凸轮后，从动轴接PR05做从动轴初始位置调整。
通过PC软件监控马达的速度线，可以看出从动轴与主动轴的追随特性非常的好，即速度命令曲线与马达即时速度曲线处于完全重叠的状态，见下图。
总结
电子凸轮最主要的应用目的是取代传统的机械凸轮，实现机械简单化、控制方便化，而目前大多数模切机都是使用复杂而笨重的机械齿轮做同步控制，机械成本高，在此台达智能性的A2伺服凭借其高速的处理速度，在做主从同步追随完全可以做到无轴传动，主从之间没有相位的落后，给客户提供一个智能化的解决方案，深受客户的好评。
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