1行業(yè)介紹

兩軸數(shù)控批花機(twoaxisnumericalcontrolofmachine)，簡稱數(shù)控批花機（如圖1-1），主要用于各種各樣的手機外殼、銘牌、銅鋁制品精密批花加工；該設備對加工產品的批花工藝采用的是三段速度批花，比普通的單段速度批花效果更好，幫助客戶很好的實現(xiàn)了批花效果。

圖1-1 兩軸數(shù)控批花機

2系統(tǒng)設計方案

2.1方案背景

兩軸數(shù)控批花機目前市場上使用的控制系統(tǒng)方案為PLC+HMI或者數(shù)控系統(tǒng)；由于數(shù)控系統(tǒng)成本很高，然而永宏經濟型PLC和HMI的性價比相對于其他品牌產品較高，所以永宏經濟型PLC和HMI在兩軸數(shù)控批花機中的應用前景很好。兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)方案如表2-1。

  表2-1 兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)方案

2.2客戶需求

根據(jù)客戶要求，兩軸數(shù)控批花機的整體動作需要達到XZ兩軸快速對刀、X軸慢速進刀和XZ兩軸快速退刀，依次循環(huán)。兩軸數(shù)控批花機具體功能要求如表2-2。

表2-2 兩軸數(shù)控批花機具體功能要求

2.3解決方案

兩軸數(shù)控批花機主要用于各種各樣的手機外殼、銘牌、銅鋁制品精密批花加工。根據(jù)動作及工藝要求，該方案主要包括系統(tǒng)硬件設計和系統(tǒng)軟件設計；其中系統(tǒng)硬件設計包括硬件（產品）配置、機械結構和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設計包括流程控制、I/O配置和程序設計等三部分；兩軸數(shù)控批花機設計參數(shù)如表2-3；兩軸數(shù)控批花機實物圖如圖2-1。

表2-3 兩軸數(shù)控批花機設計參數(shù)     圖2-1 兩軸數(shù)控批花機實物效果圖

基于上述各項技術指標，兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)方案架構如圖2-2；本方案控制系統(tǒng)采用永宏經濟型B1系列PLC控制器，主要控制整體設備的動作流程；伺服系統(tǒng)采用永宏A3伺服驅動器及其電機，主要控制XZ兩軸的對刀、進刀和退刀；主軸電機采用變頻異步電機，主要控制刀盤的高速旋轉；上位機采用永宏經濟型HU系列HMI操作界面，提供操作畫面、參數(shù)畫面、手動畫面和廠家設置畫面，用戶可根據(jù)自身需求進行各項操作和參數(shù)設置。

圖2-2 兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)方案架構圖

3系統(tǒng)硬件設計

3.1硬件配置

兩軸數(shù)控批花機的系統(tǒng)硬件由永宏B1-24MT2-D24PLC控制器、永宏HU070L-00HMI觸摸屏、永宏A3400W伺服驅動器及其電機和外圍輸入輸出線路（包括按鈕和指示燈等）組成。兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)硬件清單如表3-1；兩軸數(shù)控批花機系統(tǒng)硬件配置如圖3-1

表3-1 兩軸數(shù)控批花機硬件明細表        圖3-1 兩軸數(shù)控批花機硬件配置圖

3.2 機械結構

兩軸數(shù)控批花機的機械結構主要由三部分組成：XZ兩軸（對刀、進刀和退刀），主軸電機（旋轉刀盤）和批花平臺（放置待加工產品）。兩軸數(shù)控批花機整體結構解析如圖3-2。

圖3-2 兩軸數(shù)控批花機整體結構解析圖 

3.3電氣控制

兩軸數(shù)控批花機的電氣控制采用永宏PLC作為設備核心控制單元，實現(xiàn)對XZ軸伺服、主軸電機和氣動元件等執(zhí)行單元的控制。兩軸數(shù)控批花機PLC接線原理如圖3-3，PLC電氣控制柜接線如圖3-4。

圖3-3 兩軸數(shù)控批花機電氣控制原理圖   

  圖3-4 兩軸數(shù)控批花機電氣控制柜接線圖  

4系統(tǒng)軟件設計

4.1工藝流程

兩軸數(shù)控批花機的工藝流程主要包括三部分：XZ軸快速對刀、X軸慢速進刀和XZ軸快速退刀，這三個部分的動作為一個加工周期。兩軸數(shù)控批花機工藝流程如圖4-1。

 圖4-1 兩軸數(shù)控批花機工藝流程圖

4.2控制流程

兩軸數(shù)控批花機的控制流程如圖4-2。

圖4-2 兩軸數(shù)控批花機控制流程圖  

4.3PLCI/O點配置

根據(jù)兩軸數(shù)控批花機工藝流程和控制流程要求，進行了永宏PLC程序I/O點配置；永宏PLC輸入點配置如表4-1，輸出點配置表如表4-2。

表4-1 PLC輸入點配置表

表4-2 PLC輸出點配置表

4.4PLC功能指令應用

4.4.1參數(shù)設置指令

永宏PLC脈沖輸出的參數(shù)設置有專門的參數(shù)設置指令（FUN141），永宏FUN141指令的參數(shù)設置方式采用表格的形式進行參數(shù)編輯。永宏PLC設置參數(shù)如表4-3，永宏PLC設置參數(shù)程序如圖4-3

表4-4 永宏PLC設置參數(shù)表

圖4-3 永宏PLC設置參數(shù)程序

4.4.2脈沖輸出指令

永宏PLC脈沖輸出控制有專門的命令設置指令（FUN140），永宏FUN140指令的命令設置方式同樣是采用表格的形式進行命令編輯；使用永宏脈沖輸出指令可以很好的實現(xiàn)對XZ軸的單軸高速定位控制。永宏PLC脈沖輸出控制程序如圖4-4，永宏PLC脈沖輸出控制設置表格如圖4-5。

圖4-4 脈沖輸出控制程序           圖4-5  脈沖輸出控制表格

4.4.2脈沖輸出指令

永宏PLC脈沖輸出控制有專門的命令設置指令（FUN140），永宏FUN140指令的命令設置方式同樣是采用表格的形式進行命令編輯；使用永宏脈沖輸出指令可以很好的實現(xiàn)對XZ軸的單軸高速定位控制。永宏PLC脈沖輸出控制程序如圖4-4，永宏PLC脈沖輸出控制設置表格如圖4-5。

同時還可以采用該指令中的衍生指令多段速指令（DRVC）,來進行X軸的3段速度進刀控制；只需要在伺服命令表格上進行簡單的編輯之后，便可以實現(xiàn)3段速度控制；采用3段速度控制來取代傳統(tǒng)的單段速度控制，從而提高了產品的整體質量。永宏PLC3段速度脈沖輸出控制程序如圖4-6，永宏PLC3段速度脈沖輸出控制設置表格如圖4-7。

圖4-6 3段速度控制程序                 圖4-7  3段速度控制表格

4.5HMI畫面設計

4.5.1功能選擇畫面

兩軸數(shù)控批花機的功能選擇畫面主要用于操作畫面、參數(shù)畫面、手動畫面和廠家設置畫面的自由切換。兩軸數(shù)控批花機的功能選擇面如圖4-8。

圖4-8  自動控制畫面

4.5.2自動操作畫面

兩軸數(shù)控批花機的自動控制畫面主要用于顯示生產產量、XZ兩軸當前坐標和當前運行狀態(tài)等相關信息；同時還可以切換到功能選擇畫面。兩軸數(shù)控批花機的自動操作畫面如圖4-9。

圖4-9  自動操作畫面

4.5.3 手動調試畫面

兩軸數(shù)控批花機的手動調試畫面主要用于XZ兩軸坐標的調試。兩軸數(shù)控批花機的XZ軸手動調試畫面如圖4-10。

 圖4-10 XZ軸手動調試畫面 

4.5.4參數(shù)設置畫面

兩軸數(shù)控批花機的參數(shù)設置畫面主要用于XZ兩軸軸坐標的設置和主軸電機的參數(shù)設置。兩軸數(shù)控批花機參數(shù)設置畫面如圖4-11。

圖4-11  參數(shù)設置畫面  

4.5.5 廠家設置畫面

兩軸數(shù)控批花機的廠家設置畫面主要用于設置XZ軸的相關系統(tǒng)參數(shù)。兩軸數(shù)控批花機廠家設置畫面如圖4-12。

    圖4-12  廠家設置畫面

5結論（實施結果）

通過現(xiàn)場調試，兩軸數(shù)控批花機的平均加工時間可以達到2-3sec/pcs；批花控制精度可以達到±1um；從而高性價比的永宏PLC在兩軸數(shù)控批花機上得到了很好的應用。