1 引言

　　一般普通沖壓成型機如：沖床，主要是通過馬達帶動飛輪，傳動至偏心曲軸，從而帶動沖壓模上下運動，完成工件沖壓過程。這種傳統的沖壓方式，上模隨模頭上下運動，下模固定，一套模具只能生產單一產品，噪音大，調模時間長，生產效率低；本章介紹精密沖壓成型機上模、母模、浮動、送料全部采用伺服驅動，整套模具都是活動的，通過各個活動模的位置關系同一套模具就可以生產不同規格的產品，設備調試時間短，生產工藝更加靈活，可以滿足客戶高精度、高效率沖壓精密工件的復雜要求。

　　臺達DVP-20PM00D是一款專用運動控制型PLC，其高速的運算處理能力和靈活的電子凸輪功能，可以很好地實現各活動模運動軌跡控制、邏輯動作控制、直線/圓弧插補控制等，解決了傳統沖壓成型機噪音大、產品單一、調機時間長、精度低等問題。

　　本文基于臺達20PM型號PLC產品配合臺達高性能ASD-A+伺服驅動器來實現精密沖壓成型機的控制，為業界起到重要的借鑒作用。

2 系統電氣配置

系統電氣配置表如表1所示。

3  系統控制架構

系統控制架構如圖1所示。

4  系統功能實現

4.1  電子凸輪的實現方式

（1）X/Y/Z軸系統參數初始化

 a)工作模式設定:單位、倍率、脈沖形式、原點回歸方式、坐標系，參數設置如表2所示。
X軸：D1816；Y軸：D1896；Z軸：D1976。

b)參數設定：馬達運轉一圈脈沖數/移動距離、最高速度、激活速度、原點回歸速度、原點復位速度、單段速定位速度；

X軸：D1818～D1832；Y軸：D1898～D1912；Z軸：D1976～D1992.

（2）凸輪工作模式設定

X軸：D1847；Y軸：D1927；Z軸：D2007. 工作模式設置如表3所示。

　　D1847/D1927/D2007的bit11=1,就開啟該軸為電子凸輪的從軸。同時也可以通過此功能設定Y/Z從軸是否參與電子凸輪運動。

（3）主軸來源

　　獲取主軸位置有多種方法：一是采用虛擬軸，計算簡單準確；二是從主軸編碼器或伺服脈沖獲取，將主軸編碼器信號進行處理；三是從測量編碼器獲取。獲得編碼器信號之后，將其換算成主軸位置；本案采用的虛擬主軸方式，通過20PM特有功能，無需配線即可方便實現多個電子凸輪從軸共享一個虛擬主軸。

　　本案采用虛擬主軸方式。虛軸訊號可以啟動M1909讓第一臺20PM的Y軸作為虛擬主軸，第一臺及后續20PM的X軸執行電子凸輪從軸，M1910可以控制從軸是否追隨虛擬主軸。M1909和M1910的相關連線圖如圖2所示。

　　多個20PM共享一個虛擬主軸處理方式，而且無需擔心虛擬主軸經多個20PM后通訊延遲和信號衰減。

1#20PM   M1909=1,M1910=0；
2#20PM   M1909=0,M1910=1；
3#20PM   M1909=0,M1910=1。

（4）電子凸輪嚙合

　　實際上是獲取主從軸之間的關系（稱之為cam table）。cam table有兩種方法表述：一是采用X、Y的點對點關系；二是采用兩者的函數關系。X-Y軸運轉命令設置如表4所示。

　　X軸運行命令D1846=H2000,電子凸輪嚙合模式激活。如果Y軸也為從軸D1927不需要單獨設定。

4.2  電子凸輪曲線生成

a)CAM Chart建立

　　CAM 曲線上主要分為4個部份分別為主從軸相對位置、主從軸相對速度、主從軸相對加速度、及最下方的數據設定。

　　前三部份用來顯示使用者所設定的CAM Data，其中橫軸的部份皆為主軸的位置，縱軸分別為從軸的位置，從軸跟主軸的速度比，從軸跟主軸的加速度比。在數據的輸入上 CAM Data 有兩種方法表述：

　　一是采用主從軸的函數關系；二是采用兩者的點對點關系。

　　此處采用第二種方式，配合臺達觸摸屏強大的配方功能實現主軸角度、從軸位置的靈活輸入、保存；上位機參數設置圖如圖3所示。

圖3   上位機參數設置圖

　　b)CAM data動態修改

　　DVP-PM透過 DTO/DFROM 二個指令動態修改 CAM Data ，使用者可以在程序中依照不同的條件動態修改 CAM Data 形成不同的凸輪曲線。CAM Data 是浮點數型態，所以使用動態寫入的數據要先使用 DFLT 指令轉成二進制浮點數。

4.3  電子凸輪曲線偏移

　　CAM表生成后，主軸從軸位置關系就確定下來。根據工藝要求該電子凸輪起始點并非0點，需偏移到指定角度280度位置開始運行，此時各個從軸位置相距最遠；因此必須通過電子凸輪偏移功能，透過CAM Chart查詢到偏移角度所對應各個從軸的位置量，并單段速定位，以確保凸輪嚙合時候各個從軸位于偏移位置點。相關梯形圖如圖4所示。

　　a) 電子凸輪曲線偏移功能
　　電子凸輪主軸偏移量：D1863..D1862；起始角度偏移標志：M1752。

　　b) 當前位置寫入使能
如表5所示：

　　 c) 從軸位置同步更新

　　X軸：M1750；Y軸：M1830；Z軸：M1990

4.4  周期電子凸輪停止

　　周期式電子凸輪周期結束標志位M1813,通過該標志位可以計算電子凸輪周期只執行的次數。其停止方式可以分成兩種：

　　電子凸輪主軸周期停止位置：D1819..D1818；電子凸輪周期停止標志：M1841

　　1） 暫停：直接停止主軸，但保持嚙合狀態；主軸再運行時，各從軸從停止點繼續按CAM曲線方式運行。如圖5所示:

　　2） 周期停止：可以根據要求指定主軸停止角度，當檢測到周期停止信號時，主軸幷不立即停止，而是繼續運行到所設定主軸角度位置，同時各從軸也根據CAM曲線停止在該角度對應位置，電子凸輪仍然保持嚙合。主軸再運行時，各從軸從停止點繼續按CAM曲線方式運行。如圖6所示：

4.5  電子凸輪曲線平滑