台达20PM运动控制器在数控裁板机中的应用

基本介绍

木材由原木经过去皮机、旋切机、裁板机即可按要求加工成为一定长宽和厚度尺寸的木板，作为生产木工板、装饰板、胶合板等的原材料，我们日常生活所用装饰的木材都是以裁断后的木板加工而成的。

旋切机为裁板机前道工序，目前其生产效率较高，在自动裁板机应用之前，大多采用人工半自动裁板机，即人为通过靠板测定裁切距离，利用脚踏开关控制切刀裁断，切断精度低，效率低下，通常一台旋切机要配置三台裁板机才能保证连续生产，且耗费大量人工，随着企业对提高生产效率和控制精度、降低人力成本的需要，对于自动裁板机的需求越来越急迫。

本案例主要介绍采用全系列台达机电产品如何实现数控裁板机设备的自动化控制。

设备介绍

（1） 机架
机架由角钢框架构成，设置有地脚螺钉作为固定用，减轻设备机台震动影响。
（2） 传动机构
包括一台4kW传送电机和一台2.2kW裁切电机以及相关减速机和齿轮链轮机构，是设备动力传动系统。传送电机由台达VFD037E43A变频器驱动，经过1∶19的链轮减速带动送料机构和出料机构运动，完成进料和出料动作。裁切电机由台达VFD037VE43A-2变频器驱动，经1∶17减速机传动到裁切轴完成裁切动作。
（3） 送料机构
由皮带辊及传送皮带组成，将旋切机旋切成型的木板输送到裁切机构，要求采用平接皮带保证传送平稳，避免待切料跳动影响编码器计长。
（4） 裁切机构
裁切机构是整个设备关键部分，它由上刀辊和下胶辊构成，刀辊长约2米，直径280毫米，有单刀和双刀两种方式可选，可裁切最大宽度为1.8米的木板，当刀辊和胶辊相对旋转运动时即完成裁切动作。一般来说刀辊有较大的惯量，剪切时会对设备机台造成冲击，对驱动器的功率需求也较大，特别是电机直驱方式需要的电机功率就更大了，在此采用小功率电机加减速机方式驱动，降低了设备的成本。
（5） 出料机构
出料机构也是由皮带辊及传送皮带组成，长度约4米，将裁切后木板送出并堆码。
（6） 光电检测系统
设备共有三个木板检测光电开关和一个原点光电开关，主要用于检测有无待切料和待切料有无缺陷，以及切刀原点位置检测。
（7） 计长编码器机构
设备配置两个编码器，其中一个安装于进料部分，作为待切料计长，也是切刀运动的主轴位置回馈信号，切刀轴根据计长编码器反馈的脉冲信号作裁切动作，保证裁切长度的精度要求，由此可见此编码器的精度关系到设备的整体精度，可选用较高分辨率编码器，同时在机械安装时要求稳定可靠，一般采用较大重量或有张力的金属滚轮压在待切木板上，保证之间的接触及摩擦和无相对运动，编码器轴安装于金属滚轮，不直接与待切物料接触受力；另一个编码器安装于切刀辊电机轴，作为切刀自闭环反馈信号。
（8） 电气控制系统
电气控制采用台达整体方案，主要由台达机电产品构成，包含主控制器、变频器、文本显示器、编码器、PG卡等，其中主控制器20PM为控制核心，完成设备控制功能。

设备示意图见图1、图2

应用规划及效果

综合分析工艺需求，数控裁板机达到了以下的要求：
1、 设备运行过程中可随时调整预先设定好的裁切长度，包括快切长度、设定长度、尾板长度三种长度的切换，以达到节省原料的目的。
2、 满足±1mm精度控制的要求。
3、 切刀裁切时保证其线速度与木板送料线速度相同，避免了速度差造成挡板或拉板，这样切断口比较整齐，冲击比较小。
4、 通过光电检测木板缺陷并作相应处理。
5、 切刀运动需要加减速平滑，尽量减少对变频器和电机的超频使用以及对设备机械结构的冲击。

通过对设备控制要求的分析，这是比较典型的飞剪裁切功能应用，而台达20PM已内置飞剪功能，可采用以DVP-20PM为控制核心的台达整体解决方案完成对切刀控制，实现设备控制要求，传动控制示意图如图3

推荐系统配置见图5