摘要：本文介紹了LUSTCDE伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的電子凸輪，以及如何使用CDE伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高速度高精度飛剪的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：飛剪，伺服驅(qū)動(dòng)器，電子凸輪

Abstract：The article mainly introduces the LUST CDE Servo's ECAM, and how to realize flying cut with high speed and high precision Using CDE servo.

Key word：flying cut ,servo ,ecam

1引言

飛剪機(jī)是一種能夠橫向剪切運(yùn)行中的物料的設(shè)備，在瓦楞紙板、鋼板、鋁板、鋼管、PVC管、刨花板、各類棒材的剪切中有著廣泛的應(yīng)用。

由于在剪切的過(guò)程中可以進(jìn)行物料的高速傳送，加上測(cè)長(zhǎng)編碼器提供了精確的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，所以能夠快速精準(zhǔn)地剪切物料要求的長(zhǎng)度，這大大提高了剪切的效率和質(zhì)量。除此之外，剪切的同時(shí)還可以進(jìn)行剪切長(zhǎng)度、剪切速度、同步區(qū)長(zhǎng)度、同步區(qū)速度的調(diào)整。這又增加了剪切原料規(guī)格的多樣性。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 飛剪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1為飛剪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中測(cè)長(zhǎng)輪驅(qū)動(dòng)物料向前進(jìn)給，TTL編碼器安裝在測(cè)長(zhǎng)輪上作為Master把物料長(zhǎng)度信息傳輸給CDE驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器作為Slave應(yīng)用自身的ECAM功能驅(qū)動(dòng)刀輥和Master走凸輪同步。Resolver作為刀輥電機(jī)的編碼器把速度和位置信息反饋給驅(qū)動(dòng)器。PLC通過(guò)CANOPEN總線實(shí)時(shí)修改物料長(zhǎng)度、同步區(qū)長(zhǎng)度、同步區(qū)速度等信息。

3曲線中電子凸輪（ECAM)曲線段功能說(shuō)明

Profile2: V-V straight line/R-R

Profile2: V-V straight line/R-R為速度-速度的曲線段，當(dāng)從軸的距離設(shè)置為0時(shí)，從軸在本曲線段內(nèi)將不跟隨主軸運(yùn)動(dòng)。

Profile3:V-R Polynomial 5th Order

Profile3: V-R Polynomial 5th Order為從速度V到速度為0的曲線段，本曲線段開(kāi)始的速度為Profile2:V-V straight line/R-R的速度V，停止的速度為0。

Profile4: R-VPolynomial 5th Order

Profile4: R-VPolynomial 5th Order為從速度為0狀態(tài)到速度為V的曲線段，本曲線段開(kāi)始的速度為0，最終達(dá)到的速度為Profile2:V-V straight line/R-R的速度V。

Profile6:M–MPolynomial5thOrder

Profile6:M–MPolynomial5thOrder為movement-movement的5次樣條曲線

4凸輪曲線規(guī)劃

                      圖2 輪切軸示意圖

4.1刀輥區(qū)域劃分

如圖2所示：在刀輥的周長(zhǎng)上被劃分為同步區(qū)域（上面刀輥的6點(diǎn)鐘方向左右各20o）和非同步區(qū)域（同步區(qū)兩側(cè)），設(shè)置了同步起始位置、切割位置、同步結(jié)束位置、參考點(diǎn)位置（刀輥的12點(diǎn)鐘方向）、加速位置，這些都是根據(jù)線速度V和裁減長(zhǎng)度L、刀輥周長(zhǎng)C等由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果。

速度同步：通常為了保證裁切的精度，在刀尖與裁切的紙張進(jìn)行接觸時(shí)，必須保證刀尖的線速度與紙的線速度一致，才不會(huì)因?yàn)樗俣炔疃斐蓪?duì)裁切品的搓拉錯(cuò)位造成誤差。也有些應(yīng)用場(chǎng)合，要求在剪切區(qū)刀輥速度大于物料的速度，如在鋼筋慢速進(jìn)給時(shí)。如果物料慢速進(jìn)給時(shí)刀輥的速度與物料同速，刀輥就沒(méi)有足夠的慣性力把鋼筋切斷。CDE的ECAM支持高達(dá)6階的曲線描繪能力，使得系統(tǒng)曲線光滑平穩(wěn)，無(wú)沖擊，保障了裁切的精度和機(jī)械系統(tǒng)的最小沖擊。

4.2裁切工況及ECAM曲線規(guī)劃

當(dāng)L

當(dāng)L=C時(shí)，則系統(tǒng)按照勻速加工，可以理解為電子凸輪曲線的階次為0;

當(dāng)Critical length>L>C時(shí)，則在裁切完成后，刀輥先減速再加速運(yùn)行到第二次裁切;

當(dāng)L>Critical length時(shí)，則在裁切完成后，刀輥減速運(yùn)行直到停在參考原點(diǎn),等待第二次裁切;

在CDE作為Slave走ECAM時(shí)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定收到65536個(gè)增量信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，假設(shè)刀輥的周長(zhǎng)為200mm。假設(shè)測(cè)長(zhǎng)輪的周長(zhǎng)和刀輥的周長(zhǎng)相同，測(cè)量編碼器TTL的線數(shù)為2048，我們可以在驅(qū)動(dòng)器中設(shè)置編碼器的Ratio為65536/2048，這樣在從軸跟隨主軸時(shí)主軸轉(zhuǎn)一圈從軸也正好轉(zhuǎn)一圈。

65536/200=327.68inc/mm表示物料傳送1mm有327.68個(gè)脈沖增量。

當(dāng)物料長(zhǎng)度大于Critical length時(shí)，Slave凸輪曲線會(huì)有停止曲線段，Master和Slave的曲線段規(guī)劃如表1所示，物料長(zhǎng)度大于Critical length時(shí)刀輥的速度波形如圖3所示。

表1：物料長(zhǎng)度大于Critical length時(shí)，Master、Slave凸輪曲線段規(guī)劃

Section flow:

0(starting) -> 1(cutting) -> 2 (stopping) -> 3(standstill) -> 0 -> 1-> 2 -> 3 ->……

                                                                                    圖3

當(dāng)物料長(zhǎng)度小于Criticallength時(shí)，Slave凸輪曲線沒(méi)有停止曲線段，Master和Slave的曲線段規(guī)劃如表2所示，物料長(zhǎng)度小于Critical length時(shí)刀棍的速度波形如圖4所示。

表2：物料長(zhǎng)度小于Criticallength時(shí)，Master、Slave凸輪曲線段規(guī)劃

Section flow:

4(starting) -> 5(cutting) -> 6 (coupling) -> 5(cutting) -> 6 -> 5-> 6 -> 5 ->……

                                                                                        圖4

5各曲線段脈沖增量數(shù)的計(jì)算

5.1ECAM中各曲線段的計(jì)算

Slave對(duì)應(yīng)各曲線段脈沖增量的計(jì)算：

Segment1、Segment5分別為兩個(gè)凸輪曲線的同步區(qū)，在從軸中曲線段長(zhǎng)度是由同步區(qū)的范圍決定的，可根據(jù)同步區(qū)的角度計(jì)算出同步區(qū)的脈沖增量數(shù)；Segment0、Segment2、Segment4、Segment6為凸輪曲線的規(guī)格化區(qū)，這些曲線段在從軸中對(duì)應(yīng)的脈沖增量數(shù)用SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5、SL6來(lái)表示，計(jì)算方法為：

SL0=SL2=SL4=(65536-SL0)/2

SL6=65536-SL1

Master對(duì)應(yīng)各曲線段脈沖增量的計(jì)算：

Segment1、Segment5分別為兩個(gè)凸輪曲線的同步區(qū)，這里我們加一個(gè)K(K>=1)系數(shù)，當(dāng)我們需要Slave同步區(qū)和Master同步區(qū)速度一樣時(shí)K=1，當(dāng)需要使Slave在同步區(qū)加快時(shí)，K值即為Slave要比Master快的倍數(shù)。Segment0、Segment2、Segment4、Segment6為凸輪曲線的規(guī)格化區(qū)，這些曲線段在主軸中對(duì)應(yīng)的脈沖增量數(shù)用ML0、ML1、ML2、ML3、ML4、ML5、ML6來(lái)表示，計(jì)算方法為：

ML1=ML5=SL1/K

ML0=ML2=ML4=SL0*2/K

ML3、ML6的計(jì)算要根據(jù)Critical length的大小，確定了要選擇的曲線后再做計(jì)算。

5.2Critical length的計(jì)算及曲線的選擇

Critical length=(ML0+ML1)*15/7-ML1*8/7]/327.68

判斷物料長(zhǎng)度，如果物料長(zhǎng)度大于臨界值就選擇曲線0(starting)->1(cutting)->2(stopping)->3(standstill)->0->1->2->3->……，并計(jì)算ML3：

ML3=（L*327.68Round）-2*ML0-ML1

即物料長(zhǎng)度乘以327.68后取整再減去另外3段的增量數(shù)。

如果物料長(zhǎng)度小于臨界值就選擇曲線4(starting)->5(cutting)->6(coupling)->5(cutting)->6->5->6->5->……，并計(jì)算ML6：

ML6=（L*327.68Round）-ML5

6小結(jié)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在瓦楞紙橫切中可以達(dá)到120m/min的裁切速度，裁切精度達(dá)到+/-0.5mm，速度則根據(jù)客戶應(yīng)用情況而不同，衡量裁切系統(tǒng)速度的指標(biāo)主要集中在對(duì)最小裁切尺寸的裁切速度上，而在這個(gè)方面CDE的表現(xiàn)也是非常優(yōu)秀。通過(guò)在CDE里集成CAM功能,省去了獨(dú)立的外部運(yùn)動(dòng)控制器，不僅降低了硬件成本,還減少了運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間的接線工作,降低了EMC方面出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。通過(guò)設(shè)定裁切尺寸，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算運(yùn)動(dòng)曲線，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)刀輥對(duì)不同尺寸的裁切，配合生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)訂單間的連續(xù)無(wú)隙切換,最大限度減少?gòu)U紙板的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]LUSTCDE凸輪曲線說(shuō)明.路斯特傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.2012.02

[2]李俊.LTiCDE3000電子凸輪CAM軟件在裁切方向的應(yīng)用.2008.07