摘要：本文介紹了LUSTCDE伺服驅動產品的電子凸輪，以及如何使用CDE伺服驅動實現高速度高精度飛剪的應用。

關鍵字：飛剪，伺服驅動器，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

飛剪機是一種能夠橫向剪切運行中的物料的設備，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用。

由于在剪切的過程中可以進行物料的高速傳送，加上測長編碼器提供了精確的長度數據，所以能夠快速精準地剪切物料要求的長度，這大大提高了剪切的效率和質量。除此之外，剪切的同時還可以進行剪切長度、剪切速度、同步區長度、同步區速度的調整。這又增加了剪切原料規格的多樣性。

2系統結構

圖1 飛剪系統結構圖

圖1為飛剪系統結構圖，圖中測長輪驅動物料向前進給，TTL編碼器安裝在測長輪上作為Master把物料長度信息傳輸給CDE驅動器，驅動器作為Slave應用自身的ECAM功能驅動刀輥和Master走凸輪同步。Resolver作為刀輥電機的編碼器把速度和位置信息反饋給驅動器。PLC通過CANOPEN總線實時修改物料長度、同步區長度、同步區速度等信息。

3曲線中電子凸輪（ECAM)曲線段功能說明

Profile2: V-V straight line/R-R

Profile2: V-V straight line/R-R為速度-速度的曲線段，當從軸的距離設置為0時，從軸在本曲線段內將不跟隨主軸運動。

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狀態到速度為V的曲線段，本曲線段開始的速度為0，最終達到的速度為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凸輪曲線規劃

                      圖2 輪切軸示意圖

4.1刀輥區域劃分

如圖2所示：在刀輥的周長上被劃分為同步區域（上面刀輥的6點鐘方向左右各20o）和非同步區域（同步區兩側），設置了同步起始位置、切割位置、同步結束位置、參考點位置（刀輥的12點鐘方向）、加速位置，這些都是根據線速度V和裁減長度L、刀輥周長C等由系統自動計算的結果。

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行接觸時，必須保證刀尖的線速度與紙的線速度一致，才不會因為速度差而造成對裁切品的搓拉錯位造成誤差。也有些應用場合，要求在剪切區刀輥速度大于物料的速度，如在鋼筋慢速進給時。如果物料慢速進給時刀輥的速度與物料同速，刀輥就沒有足夠的慣性力把鋼筋切斷。CDE的ECAM支持高達6階的曲線描繪能力，使得系統曲線光滑平穩，無沖擊，保障了裁切的精度和機械系統的最小沖擊。

4.2裁切工況及ECAM曲線規劃

當L

當L=C時，則系統按照勻速加工，可以理解為電子凸輪曲線的階次為0;

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

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

在CDE作為Slave走ECAM時，驅動器內部設定收到65536個增量信號電機轉一圈，假設刀輥的周長為200mm。假設測長輪的周長和刀輥的周長相同，測量編碼器TTL的線數為2048，我們可以在驅動器中設置編碼器的Ratio為65536/2048，這樣在從軸跟隨主軸時主軸轉一圈從軸也正好轉一圈。

65536/200=327.68inc/mm表示物料傳送1mm有327.68個脈沖增量。

當物料長度大于Critical length時，Slave凸輪曲線會有停止曲線段，Master和Slave的曲線段規劃如表1所示，物料長度大于Critical length時刀輥的速度波形如圖3所示。

表1：物料長度大于Critical length時，Master、Slave凸輪曲線段規劃

Section flow:

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

                                                                                    圖3

當物料長度小于Criticallength時，Slave凸輪曲線沒有停止曲線段，Master和Slave的曲線段規劃如表2所示，物料長度小于Critical length時刀棍的速度波形如圖4所示。

表2：物料長度小于Criticallength時，Master、Slave凸輪曲線段規劃

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的計算

5.1ECAM中各曲線段的計算

Slave對應各曲線段脈沖增量的計算：

Segment1、Segment5分別為兩個凸輪曲線的同步區，在從軸中曲線段長度是由同步區的范圍決定的，可根據同步區的角度計算出同步區的脈沖增量數；Segment0、Segment2、Segment4、Segment6為凸輪曲線的規格化區，這些曲線段在從軸中對應的脈沖增量數用SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5、SL6來表示，計算方法為：

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

SL6=65536-SL1

Master對應各曲線段脈沖增量的計算：

Segment1、Segment5分別為兩個凸輪曲線的同步區，這里我們加一個K(K>=1)系數，當我們需要Slave同步區和Master同步區速度一樣時K=1，當需要使Slave在同步區加快時，K值即為Slave要比Master快的倍數。Segment0、Segment2、Segment4、Segment6為凸輪曲線的規格化區，這些曲線段在主軸中對應的脈沖增量數用ML0、ML1、ML2、ML3、ML4、ML5、ML6來表示，計算方法為：

ML1=ML5=SL1/K

ML0=ML2=ML4=SL0*2/K

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

5.2Critical length的計算及曲線的選擇

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

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

ML3=（L*327.68Round）-2*ML0-ML1

即物料長度乘以327.68后取整再減去另外3段的增量數。

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

ML6=（L*327.68Round）-ML5

6小結

經過現場測試，在瓦楞紙橫切中可以達到120m/min的裁切速度，裁切精度達到+/-0.5mm，速度則根據客戶應用情況而不同，衡量裁切系統速度的指標主要集中在對最小裁切尺寸的裁切速度上，而在這個方面CDE的表現也是非常優秀。通過在CDE里集成CAM功能,省去了獨立的外部運動控制器，不僅降低了硬件成本,還減少了運動控制器和伺服驅動器之間的接線工作,降低了EMC方面出現問題的可能性。通過設定裁切尺寸，系統自動計算運動曲線，從而實現一個刀輥對不同尺寸的裁切，配合生產管理系統實現訂單間的連續無隙切換,最大限度減少廢紙板的產生。

參考文獻：

[1]LUSTCDE凸輪曲線說明.路斯特傳動系統有限公司.2012.02

[2]李俊.LTiCDE3000電子凸輪CAM軟件在裁切方向的應用.2008.07