1行業介紹

　　兩軸數控批花機(twoaxisnumericalcontrolofmachine)，簡稱數控批花機（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了批花效果。

圖1-1兩軸數控批花機

2系統設計方案

　　2.1方案背景

　　兩軸數控批花機目前市場上使用的控制系統方案為PLC+HMI或者數控系統；由于數控系統成本很高，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在兩軸數控批花機中的應用前景很好。兩軸數控批花機系統方案如表2-1。

　　系統方案控制器操作界面

　　方案1數控系統

　　方案2永宏PLC永宏HMI

　　方案3臺達PLC威綸HMI

　　方案4信捷PLC威綸HMI

　　………

表2-1兩軸數控批花機系統方案

　　2.2客戶需求

　　根據客戶要求，兩軸數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。兩軸數控批花機具體功能要求如表2-2。

　　要求1快速對刀，實現XZ軸快速對刀。

　　要求2慢速進刀，實現X軸慢速進刀。

　　要求3快速退刀,實現XZ軸快速退刀。

　　要求4慢速進刀時，需要3段速度控制。

　　要求5對刀、進刀和退刀參數快捷可調。

　　要求6真空吸料，具有異常報警功能。

　　要求7主軸電機，具有異常報警功能。

　　要求8XZ軸，具有軟行程極限報警功能。

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表2-2兩軸數控批花機具體功能要求

2.3解決方案

　　兩軸數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。根據動作及工藝要求，該方案主要包括系統硬件設計和系統軟件設計；其中系統硬件設計包括硬件（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；兩軸數控批花機設計參數如表2-3；兩軸數控批花機實物圖如圖2-1。

　　設計參數實物效果圖

　　控制系統永宏PLC

　　操作界面永宏HMI

　　伺服驅動永宏伺服

　　主軸驅動變頻異步電機

　　工作效率2-3sec/pcs

　　工作精度±1um

　　工作氣壓0.4MPa-0.6MPa

　　工作電源220VAC50Hz360W

　　工作環境溫度5-40℃

　　濕度20-90%

表2-3兩軸數控批花機設計參數圖2-1兩軸數控批花機實物效果圖

　　基于上述各項技術指標，兩軸數控批花機系統方案架構如圖2-2；本方案控制系統采用永宏經濟型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、參數畫面、手動畫面和廠家設置畫面，用戶可根據自身需求進行各項操作和參數設置。

圖2-2兩軸數控批花機系統方案架構圖

3系統硬件設計

　　3.1硬件配置

　　兩軸數控批花機的系統硬件由永宏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。兩軸數控批花機系統硬件清單如表3-1；兩軸數控批花機系統硬件配置如圖3-1。

　　硬件明細表硬件配置圖

　　永宏PLC1臺

　　永宏觸摸屏1臺

　　永宏伺服2套

　　主軸電機1套

　　真空吸料閥1套

　　真空吹氣閥1套

　　傳感器若干

　　電氣部件若干

　　機械部件若干

表3-1兩軸數控批花機硬件明細表圖3-1兩軸數控批花機硬件配置圖

　　3.2機械結構

　　兩軸數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）。兩軸數控批花機整體結構解析如圖3-2。

圖3-2兩軸數控批花機整體結構解析圖

　　3.3電氣控制

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

圖3-3兩軸數控批花機電氣控制原理圖

圖3-4兩軸數控批花機電氣控制柜接線圖

4系統軟件設計

　　4.1工藝流程

　　兩軸數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。兩軸數控批花機工藝流程如圖4-1。

圖4-1兩軸數控批花機工藝流程圖

　　4.2控制流程

　　兩軸數控批花機的控制流程如圖4-2。

圖4-2兩軸數控批花機控制流程圖

　　4.3PLCI/O點配置

　　根據兩軸數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。

　　PLC輸入點配置

　　編號批注編號批注

　　X0X軸原點感應X4啟動（按鈕）

　　X1Z軸原點感應X5停止（按鈕）

　　X2復位（按鈕）X6X軸伺服報警

　　X3手動/自動（按鈕）X7Z軸伺服報警

　　…………

表4-1PLC輸入點配置表

　　PLC輸出點配置

　　編號批注編號批注

　　Y0X軸脈沖信號Y4主軸電機

　　Y1X軸方向信號Y5Z軸方向信號

　　Y2Z軸脈沖信號Y6吹氣

　　Y3Z軸方向信號Y7伺服剎車信號

　　…………

表4-2PLC輸出點配置表

　　4.4PLC功能指令應用

　　4.4.1參數設置指令

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

　　永宏PLC參數設置

　　名稱數值名稱數值

　　每圈脈沖數1600ps/r起始結束設定141Hz

　　每圈移動量22160um/r一般加減速150ms

　　最高速度設定200KHz補間加減速200ms

　　…………

表4-4永宏PLC設置參數表

圖4-3永宏PLC設置參數程序

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

　　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3段速度控制；采用3段速度控制來取代傳統的單段速度控制，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4-63段速度控制程序圖4-73段速度控制表格

　　4.5HMI畫面設計

　　4.5.1功能選擇畫面

　　兩軸數控批花機的功能選擇畫面主要用于操作畫面、參數畫面、手動畫面和廠家設置畫面的自由切換。兩軸數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等相關信息；同時還可以切換到功能選擇畫面。兩軸數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。兩軸數控批花機的XZ軸手動調試畫面如圖4-10。

圖4-10XZ軸手動調試畫面

　　4.5.4參數設置畫面

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

圖4-11參數設置畫面

　　4.5.5廠家設置畫面

　　兩軸數控批花機的廠家設置畫面主要用于設置XZ軸的相關系統參數。兩軸數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）

　　通過現場調試，兩軸數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在兩軸數控批花機上得到了很好的應用。