1行业介绍

　　两轴数控批花机(twoaxisnumericalcontrolofmachine)，简称数控批花机（如图1-1），主要用于各种各样的手机外壳、铭牌、铜铝制品精密批花加工；该设备对加工产品的批花工艺采用的是三段速度批花，比普通的单段速度批花效果更好，帮助客户很好的实现了批花效果。

图1-1两轴数控批花机

2系统设计方案

　　2.1方案背景

　　两轴数控批花机目前市场上使用的控制系统方案为PLC+HMI或者数控系统；由于数控系统成本很高，然而永宏经济型PLC和HMI的性价比相对于其他品牌产品较高，所以永宏经济型PLC和HMI在两轴数控批花机中的应用前景很好。两轴数控批花机系统方案如表2-1。

　　系统方案控制器操作界面

　　方案1数控系统

　　方案2永宏PLC永宏HMI

　　方案3台达PLC威纶HMI

　　方案4信捷PLC威纶HMI

　　………

表2-1两轴数控批花机系统方案

　　2.2客户需求

　　根据客户要求，两轴数控批花机的整体动作需要达到XZ两轴快速对刀、X轴慢速进刀和XZ两轴快速退刀，依次循环。两轴数控批花机具体功能要求如表2-2。

　　要求1快速对刀，实现XZ轴快速对刀。

　　要求2慢速进刀，实现X轴慢速进刀。

　　要求3快速退刀,实现XZ轴快速退刀。

　　要求4慢速进刀时，需要3段速度控制。

　　要求5对刀、进刀和退刀参数快捷可调。

　　要求6真空吸料，具有异常报警功能。

　　要求7主轴电机，具有异常报警功能。

　　要求8XZ轴，具有软行程极限报警功能。

　　……

表2-2两轴数控批花机具体功能要求

2.3解决方案

　　两轴数控批花机主要用于各种各样的手机外壳、铭牌、铜铝制品精密批花加工。根据动作及工艺要求，该方案主要包括系统硬件设计和系统软件设计；其中系统硬件设计包括硬件（产品）配置、机械结构和电气控制等三部分，系统软件设计包括流程控制、I/O配置和程序设计等三部分；两轴数控批花机设计参数如表2-3；两轴数控批花机实物图如图2-1。

　　设计参数实物效果图

　　控制系统永宏PLC

　　操作界面永宏HMI

　　伺服驱动永宏伺服

　　主轴驱动变频异步电机

　　工作效率2-3sec/pcs

　　工作精度±1um

　　工作气压0.4MPa-0.6MPa

　　工作电源220VAC50Hz360W

　　工作环境温度5-40℃

　　湿度20-90%

表2-3两轴数控批花机设计参数图2-1两轴数控批花机实物效果图

　　基于上述各项技术指标，两轴数控批花机系统方案架构如图2-2；本方案控制系统采用永宏经济型B1系列PLC控制器，主要控制整体设备的动作流程；伺服系统采用永宏A3伺服驱动器及其电机，主要控制XZ两轴的对刀、进刀和退刀；主轴电机采用变频异步电机，主要控制刀盘的高速旋转；上位机采用永宏经济型HU系列HMI操作界面，提供操作画面、参数画面、手动画面和厂家设置画面，用户可根据自身需求进行各项操作和参数设置。

图2-2两轴数控批花机系统方案架构图

3系统硬件设计

　　3.1硬件配置

　　两轴数控批花机的系统硬件由永宏B1-24MT2-D24PLC控制器、永宏HU070L-00HMI触摸屏、永宏A3400W伺服驱动器及其电机和外围输入输出线路（包括按钮和指示灯等）组成。两轴数控批花机系统硬件清单如表3-1；两轴数控批花机系统硬件配置如图3-1。

　　硬件明细表硬件配置图

　　永宏PLC1台

　　永宏触摸屏1台

　　永宏伺服2套

　　主轴电机1套

　　真空吸料阀1套

　　真空吹气阀1套

　　传感器若干

　　电气部件若干

　　机械部件若干

表3-1两轴数控批花机硬件明细表图3-1两轴数控批花机硬件配置图

　　3.2机械结构

　　两轴数控批花机的机械结构主要由三部分组成：XZ两轴（对刀、进刀和退刀），主轴电机（旋转刀盘）和批花平台（放置待加工产品）。两轴数控批花机整体结构解析如图3-2。

图3-2两轴数控批花机整体结构解析图

　　3.3电气控制

　　两轴数控批花机的电气控制采用永宏PLC作为设备核心控制单元，实现对XZ轴伺服、主轴电机和气动元件等执行单元的控制。两轴数控批花机PLC接线原理如图3-3，PLC电气控制柜接线如图3-4。

图3-3两轴数控批花机电气控制原理图

图3-4两轴数控批花机电气控制柜接线图

4系统软件设计

　　4.1工艺流程

　　两轴数控批花机的工艺流程主要包括三部分：XZ轴快速对刀、X轴慢速进刀和XZ轴快速退刀，这三个部分的动作为一个加工周期。两轴数控批花机工艺流程如图4-1。

图4-1两轴数控批花机工艺流程图

　　4.2控制流程

　　两轴数控批花机的控制流程如图4-2。

图4-2两轴数控批花机控制流程图

　　4.3PLCI/O点配置

　　根据两轴数控批花机工艺流程和控制流程要求，进行了永宏PLC程序I/O点配置；永宏PLC输入点配置如表4-1，输出点配置表如表4-2。

　　PLC输入点配置

　　编号批注编号批注

　　X0X轴原点感应X4启动（按钮）

　　X1Z轴原点感应X5停止（按钮）

　　X2复位（按钮）X6X轴伺服报警

　　X3手动/自动（按钮）X7Z轴伺服报警

　　…………

表4-1PLC输入点配置表

　　PLC输出点配置

　　编号批注编号批注

　　Y0X轴脉冲信号Y4主轴电机

　　Y1X轴方向信号Y5Z轴方向信号

　　Y2Z轴脉冲信号Y6吹气

　　Y3Z轴方向信号Y7伺服刹车信号

　　…………

表4-2PLC输出点配置表

　　4.4PLC功能指令应用

　　4.4.1参数设置指令

　　永宏PLC脉冲输出的参数设置有专门的参数设置指令（FUN141），永宏FUN141指令的参数设置方式采用表格的形式进行参数编辑。永宏PLC设置参数如表4-3，永宏PLC设置参数程序如图4-3

　　永宏PLC参数设置

　　名称数值名称数值

　　每圈脉冲数1600ps/r起始结束设定141Hz

　　每圈移动量22160um/r一般加减速150ms

　　最高速度设定200KHz补间加减速200ms

　　…………

表4-4永宏PLC设置参数表

图4-3永宏PLC设置参数程序

4.4.2脉冲输出指令

　　永宏PLC脉冲输出控制有专门的命令设置指令（FUN140），永宏FUN140指令的命令设置方式同样是采用表格的形式进行命令编辑；使用永宏脉冲输出指令可以很好的实现对XZ轴的单轴高速定位控制。永宏PLC脉冲输出控制程序如图4-4，永宏PLC脉冲输出控制设置表格如图4-5。

图4-4脉冲输出控制程序图4-5脉冲输出控制表格

　　同时还可以采用该指令中的衍生指令多段速指令（DRVC）,来进行X轴的3段速度进刀控制；只需要在伺服命令表格上进行简单的编辑之后，便可以实现3段速度控制；采用3段速度控制来取代传统的单段速度控制，从而提高了产品的整体质量。永宏PLC3段速度脉冲输出控制程序如图4-6，永宏PLC3段速度脉冲输出控制设置表格如图4-7。

图4-63段速度控制程序图4-73段速度控制表格

　　4.5HMI画面设计

　　4.5.1功能选择画面

　　两轴数控批花机的功能选择画面主要用于操作画面、参数画面、手动画面和厂家设置画面的自由切换。两轴数控批花机的功能选择面如图4-8。

图4-8自动控制画面

　　4.5.2自动操作画面

　　两轴数控批花机的自动控制画面主要用于显示生产产量、XZ两轴当前坐标和当前运行状态等相关信息；同时还可以切换到功能选择画面。两轴数控批花机的自动操作画面如图4-9。

图4-9自动操作画面

　　4.5.3手动调试画面

　　两轴数控批花机的手动调试画面主要用于XZ两轴坐标的调试。两轴数控批花机的XZ轴手动调试画面如图4-10。

图4-10XZ轴手动调试画面

　　4.5.4参数设置画面

　　两轴数控批花机的参数设置画面主要用于XZ两轴轴坐标的设置和主轴电机的参数设置。两轴数控批花机参数设置画面如图4-11。

图4-11参数设置画面

　　4.5.5厂家设置画面

　　两轴数控批花机的厂家设置画面主要用于设置XZ轴的相关系统参数。两轴数控批花机厂家设置画面如图4-12。

图4-12厂家设置画面

5 结论（实施结果）

　　通过现场调试，两轴数控批花机的平均加工时间可以达到2-3sec/pcs；批花控制精度可以达到±1um；从而高性价比的永宏PLC在两轴数控批花机上得到了很好的应用。