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、貼合、自動排廢，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，傳統的模切設備都以機械為主，部分則是采用高端的運動控制器。而臺達A2伺服在同步追隨領域有著卓越的表現，客戶認可度高，追隨特性好，這也是能夠達成模切控制的關鍵所在。
1 系統要求
主動軸為大滾筒，一對大滾筒有機械結構完成聯動，對凸輪軸（送模軸）送進來的紙板進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動，在此定義的主動軸是根據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，保證經過印模出來的紙板位置誤差在1mm之內，在此對凸輪曲線的規劃及馬達相關參數的設置非常重要，具體實物圖如圖1所示。
圖1 具體實物圖
紙板放在送模軸的載物臺上，根據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動的，完全可以保證主動軸與模切軸為固定的轉速比例關系。通過送模軸后紙板先進入主動軸后再傳遞到模切軸，在經過壓模刀后，紙板成型，產品效果如圖2所示。
圖2 產品效果圖
2 控制實現
模切機是典型的追切領域的應用，要求在同步區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伺服內建的電子凸輪功能完成此工藝的實現，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，作為初始位置調整，并且啟動從動軸的電子凸輪，確保模切位置的準確性，通過A2伺服內建的回原點功能來完成從動軸的初始位置的調整，通過觸摸屏來簡單對A2伺服的參數設置及PLC完成簡單的輔助邏輯控制，控制結構圖如圖3所示。
圖3 控制結構圖
系統控制模擬圖如圖4所示，光電在A處上升沿觸發，啟動電子凸輪，根據電子凸輪嚙合前命令長度的設置（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不一樣，此偏移量可以通過觸摸來修改），設置偏移量為弧AB，達到B點凸輪軸電子凸輪嚙合啟動，為了保證在要求的范圍內能把紙板送到主動軸，則把紙板前進的距離分割為L=L1+L2，在弧BC段加速凸輪軸使得凸輪軸的速度從V0（V0=0）達到V（主動軸的速度），進而做到和主動軸同步把紙板送進主動軸。主動軸在弧BC段控制凸輪軸加速，凸輪軸送紙板加速前進量為L2；在弧CD段控制控制凸輪等速區，凸輪軸送紙板等速前進量為L1。當主動軸離開D點的時候，根據電子凸輪脫離時機（P5-89）的設定，完成電子凸輪脫離，凸輪軸停止送料，并且通過P5-92進行周期性前置。
圖4 系統控制模擬圖
凸輪軸為同步帶傳動，凸輪馬達旋轉一周時，根據角速度及線速度的關系，紙板前進的距離為：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，主動軸旋轉一周前進的距離為：145.71（主軸直徑）×π=457.762536mm 。
通過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1mm為100PUU。主動編碼器為2500線AB差動輸入，則主動軸每旋轉一周給出10000個脈波（四倍頻后）：主動軸每1mm所需要的脈沖數：10000/145.71(主動軸直徑) ×π=21.84543899619600。
假定L最長長度為300mm，則凸輪軸的導程為：300×100=30000PUU，需要預留足夠的加減速時間則主軸導程為300×（1+0.2）=360mm，則主軸為：21.84543899619600×360=7864.35803863056個主軸脈沖。
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。
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軸超出設定的位移ECRD（增量）P5-89:7864及脫離回到前置狀態，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)。當電子凸輪啟動后，從動軸接PR05做從動軸初始位置調整。
圖6 通過PC軟件設置電子凸輪的啟動
通過PC軟件監控馬達的速度線，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即時速度曲線處于完全重疊的狀態，如圖7所示。
圖7 PC軟件監控馬達的速度線
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，實現機械簡單化、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。