1 引言
本文介紹一種新的控制系統(tǒng)，它以“伺服驅(qū)動器”為核心，再加上單軸控制器及plc的基本功能，再為不同的應(yīng)用領(lǐng)域加入了實(shí)用的特殊機(jī)能，最終整合成為具有新一代理念的“智能型伺服控制驅(qū)動器”。
“智能型伺服控制驅(qū)動器”的特點(diǎn)是具備了完整的“單軸控制器”功能;同時也還是一個“伺服驅(qū)動器”。由于控制器的部分是以功能導(dǎo)向?yàn)橹?，種類極多，不容易作全面性的介紹;在此僅以眾所熟知的定長裁切上的應(yīng)用系統(tǒng)作為本文介紹的主題。
顧名思義，整合式“智能型伺服定長裁切控制驅(qū)動器”是一個將伺服驅(qū)動器與定長裁切控制器整合為一體的主動式、智能型馬達(dá)驅(qū)動器。
“整合”并不僅僅是單純的把兩種獨(dú)立的產(chǎn)品包裝在同一個機(jī)殼之內(nèi)就算大功告成。整合為一體的好處有表相的、也有深層的意義。
表相的好處:
(1) 兩者可以共享系統(tǒng)的資源，像是外殼、電源、顯示裝置、輸入按鍵或是cpu、內(nèi)存等等。
(2) 因?yàn)閮?nèi)存的共享，資料信息的交換是實(shí)時的、直接的;所以原先介于兩者之間的信號轉(zhuǎn)換及緩沖電路如d/a、a/d、dda、clock bbbbb、clock output、i/o等硬件接口，可以完全的被省略。
更深層的意義在于:
原先是兩個獨(dú)立的個體，控制器僅能透過有限的硬件(例如a/d，d/a，clock，serial port)來傳遞電壓速度命令(vcmd)或位置脈沖命令(pcmd)來指揮驅(qū)動器的運(yùn)作。經(jīng)過整合之后，因?yàn)楸舜斯蚕砹薱pu及內(nèi)存，所以可以交換的資料信息將比以前更多、更完整。例如vcmd、pcmd、tcmd(轉(zhuǎn)矩命令)可以同時傳送，pid參數(shù)可以動態(tài)變更，可以容易執(zhí)行前置目標(biāo)量、實(shí)時前饋演算(real-time feed forward algorithm)等，更可以強(qiáng)化整個控制系統(tǒng)的反應(yīng)性及精準(zhǔn)度。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 傳統(tǒng)nc伺服定位系統(tǒng)的基本架構(gòu)
圖1為“nc伺服定位系統(tǒng)”最原始的基本架構(gòu)圖，主要構(gòu)成的單元有:“nc控制器”、“位置控制器”及“伺服驅(qū)動器”。
圖1 傳統(tǒng)nc伺服定位系統(tǒng)之基本架構(gòu)
三者以nc控制器為主，依時間軸決定馬達(dá)應(yīng)該在何時移動至何特定位置。該命令以pcmd形式指揮位置控制器，由位置控制器檢測當(dāng)時馬達(dá)的位置并經(jīng)過運(yùn)算，從而決定馬達(dá)必須運(yùn)行的轉(zhuǎn)速及方向。該命令則以vcmd形式指揮伺服驅(qū)動器。接到vcmd之后，伺服驅(qū)動器由pg測得馬達(dá)現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速及方向，也立即加以運(yùn)算并送出合適的電壓、電流和頻率直接控制伺服馬達(dá)的運(yùn)動。
2.2 整合的趨勢
近幾年伴隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，功能更強(qiáng)速度更快的cpu、dsp陸續(xù)推出后;采用新組件設(shè)計(jì)的新機(jī)種，乃開始了系統(tǒng)整合的動作。其主要的發(fā)展趨勢可以分成兩個主流方向:
(1) 以“nc控制器”為核心，盡量涵蓋伺服驅(qū)動器的部分功能
有些設(shè)計(jì)由nc控制器的觀點(diǎn)來規(guī)劃新的控制系統(tǒng)(如圖1之短虛線方塊所描繪的范圍)，將原屬于驅(qū)動器內(nèi)cpu的速度運(yùn)算回路也一并納入nc控制器的范圍;再通過光纖sercos(serial real-time communications system )網(wǎng)絡(luò)直接指揮驅(qū)動器。這種方式的發(fā)展方向適合運(yùn)用于多軸且復(fù)雜的運(yùn)動曲線控制系統(tǒng)。
(2) 以“伺服驅(qū)動器”為核心，整合“單軸nc控制器的功能”
有許多場合僅需要單軸nc控制器加伺服驅(qū)動器即可構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)。乃以伺服驅(qū)動器為核心，再加入特殊nc控制器的應(yīng)用功能于一體(如圖1之長虛線方塊所描繪的范圍)，設(shè)計(jì)成智能型控制+驅(qū)動器。
3 整合式智能型伺服控制驅(qū)動器的系統(tǒng)
圖2 整合式nc伺服控制+驅(qū)動器
整合式智能型伺服控制驅(qū)動器的系統(tǒng)如圖2所示。
圖2中，虛線范圍是整合式智能型伺服控制驅(qū)動器，而它的必要硬件組件，則詳列于表1。
基本要求:
(1) cpu的等級需要32位才有足夠的運(yùn)算能力，達(dá)成125us的nc運(yùn)算需求。
(2) 內(nèi)存容量越大越可整合的功能越多。
(3) 與上位機(jī)的通信格式采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且速率最好大于19200bps。
(4) up/down counter最少要兩組。
(5) 依系統(tǒng)需求配置足夠的i/o， 必須包含觸發(fā)中斷型輸入功能。
驅(qū)動器必需具備了以上的基本硬件要求才有能力在順利的控制馬達(dá)之后，進(jìn)一步整合nc控制器的功能，構(gòu)成所謂“智能型伺服控制驅(qū)動器”。在歐洲，有些廠牌甚至又更進(jìn)一步，將soft- plc(iec-1131-3兼容)的功能整合于其最新推出的智能型控制驅(qū)動器之內(nèi)。由于不同的控制驅(qū)動器功能各異，在此僅介紹專用于“定長裁切”的控制驅(qū)動器。
4 定長裁切系統(tǒng)的基本模式
本文敘述的各類型定長伺服控制系統(tǒng)，其實(shí)應(yīng)用范圍并不僅局限于裁切加工;也同時適用于其它需要固定尺寸、位置的加工方式。例如食品封裝、套色印刷、沖床沖孔、管材鋸斷或是瓦愣紙、卡紙裁切和鋼板裁切等等，都可以適用。在此為了方便描述以及容易比較不同系統(tǒng)的差異，則統(tǒng)稱定長裁切系統(tǒng)。
從機(jī)械的角度來看，按照裁切刀座的設(shè)計(jì)方式來定義，定長裁切系統(tǒng)可分為三大類:
l 走停送料、靜態(tài)裁切(feed to length)
l 連續(xù)送料、往復(fù)式同步動態(tài)裁切(cut on the fly)
l 連續(xù)送料、旋轉(zhuǎn)式同步動態(tài)裁切(cut on the fly)
走停送料型的刀座是固定不動的，因此待切材料在裁切加工的那一瞬間，材料必須完全停止，故稱為靜態(tài)裁切。而連續(xù)送料型不論是往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式，在裁切加工的瞬間刀具與材料是同步運(yùn)行的，因此稱為動態(tài)裁切，一般也泛稱“飛剪(cut on the fly)”。
4.1 走停送料、靜態(tài)裁切系統(tǒng)
(1) 機(jī)械基本結(jié)構(gòu)
走停送料、靜態(tài)裁切系統(tǒng)是最普遍的裁切方式之一，因?yàn)橄噍^于其它裁切系統(tǒng)而言，其機(jī)械結(jié)構(gòu)最單純。如圖3所示，馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時，材料靠夾輪引出;當(dāng)引出長度到達(dá)預(yù)設(shè)值時，馬達(dá)停止送料。等材料確實(shí)靜止之后，裁刀動作將材料分切成一片片大小相同的成品。
圖3 走停送料、靜態(tài)裁切的系統(tǒng)架構(gòu)
(2) 兩段速度式走停送料
最簡易的定長控制用計(jì)數(shù)器(length counter)、或近接開關(guān)作回饋單元。觸發(fā)開始后，馬達(dá)以高速運(yùn)行;接近目標(biāo)時，則以低速運(yùn)行直到目標(biāo)到達(dá)，立即煞車停止，完成「兩段速度式」走停送料系統(tǒng)。這種方式需要以低速尋找目標(biāo)，效率較低;煞車后又存在些微滑行(亦稱爬行)，故精確度較差。實(shí)際馬達(dá)運(yùn)行速度曲線如圖4。
圖4 兩段速度走停送料系統(tǒng)之速度曲線
(3) 自動定長式走停送料
比較常用的是“自動定長式”走停送料系統(tǒng)。長度控制由內(nèi)含脈沖產(chǎn)生器的plc(programmable logic controller)指揮伺服驅(qū)動器;或直接采用pds-ap“可規(guī)劃智能型控制驅(qū)動器(programmable drive system-auto bbbbbbbb mode)”直接控制馬達(dá)的運(yùn)行速度曲線，如圖5。觸發(fā)開始后，系統(tǒng)直接以預(yù)設(shè)的加減速率、最高速度、s曲線以及目標(biāo)長度為基本參數(shù)，計(jì)算出最佳化的運(yùn)轉(zhuǎn)速度曲線，直接驅(qū)動伺服馬達(dá)自動運(yùn)轉(zhuǎn)至定位。因?yàn)椴恍枰退倩袇^(qū)，因此速度較快。
圖5 nc定位控制走停送料系統(tǒng)之速度曲線
(4)走停式定長送料系統(tǒng)的基本缺陷
a) 無法裁切連續(xù)進(jìn)料的成品
需要連續(xù)裁切時(如圖3所示)，在送料夾輪的前段，一定存在著loop緩沖區(qū)，一方面增加機(jī)器的體積;另一方面，也無法處理由前段生產(chǎn)線連續(xù)產(chǎn)出的硬質(zhì)材料，例如硬管軟管異形材的押出機(jī)生產(chǎn)線、斜紋紙管生產(chǎn)線、無縫鋼管生產(chǎn)線、…等等，管材是連續(xù)不間斷地生產(chǎn)出來的，根本無法采用停止后靜態(tài)裁切的方式。
b) 容易損傷材料
如塑料袋材料很薄時，快速送料將導(dǎo)致材料拉伸變形;如鏡面鋼板表面很精致時，夾輪的加減速將會對成品造成刮痕。
c) 送料速率的極限
如圖6所示，針對相同的長度，當(dāng)送料速率要提升一倍時，則馬達(dá)需要4倍的扭力。
圖6 馬達(dá)扭力需求與送料速度的關(guān)系
5 連續(xù)送料、往復(fù)式同步動態(tài)裁切
(1) 機(jī)械基本架構(gòu)
在一條連續(xù)性生產(chǎn)線的末端，成品是連續(xù)不斷的生產(chǎn)出來的。如果生產(chǎn)的成品是軟性的材質(zhì)(如電線、塑料薄膜)，則采用卷繞方式將成品連續(xù)卷取收料即可。但是，如果生產(chǎn)的成品是硬性的材質(zhì)(例如pvc硬管押出機(jī))時，就必須將連續(xù)送來的材料，立刻裁切成一段段固定長度的成品。這時，便需要應(yīng)用“往復(fù)式同步動態(tài)裁切”的技術(shù)，或者稱之為“往復(fù)式飛剪(reciprocal fly shear)”。因?yàn)樵诓们械倪^程中(大約0.1~1秒)，如果硬質(zhì)材料與刀具之間有相互的位置變動，將會對刀具造成傷害;同時也勢必影響成品的質(zhì)量。
采用如圖7所示的“往復(fù)式飛剪”機(jī)械結(jié)構(gòu)，便是解決這種問題的最佳方案。本機(jī)械結(jié)構(gòu)的裁切刀具并不是安置于固定點(diǎn)，而是安裝于可以移動的“切臺”上。透過導(dǎo)螺桿，“切臺”的位置由伺服馬達(dá)帶動;因此，在整個裁切的過程中，控制器可以隨時控制切臺的移動速度與位置，讓刀具與材料的相對位置永遠(yuǎn)維持固定。運(yùn)用這種方式才能確保每一個成品的定長精度及切口平整度，同時還能延長刀具的使用壽命。
圖7 往復(fù)式同步動態(tài)裁切的系統(tǒng)架構(gòu)
(2) 往復(fù)式飛剪系統(tǒng)的基本組成單元及其功能
a)往復(fù)式飛剪專用控制驅(qū)動系統(tǒng)(pds-fs) (programmable drive system-fly saw mode):
接受plc及hmi輸入的運(yùn)轉(zhuǎn)命令及長度設(shè)定;
檢測測量輪編碼器傳回的脈波，以獲得進(jìn)料速度及進(jìn)料長度;
控制伺服馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度及同步定位動作;
激活切刀(鋸片)加工裝置。
b) hmi(human machine interface):(人機(jī)接口)
接受設(shè)定資料及顯示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)
c) plc:(可編程程序控制器)
處理基本的接口、互鎖、連動信號
d) servo motor:(無刷伺服馬達(dá)或感應(yīng)伺服馬達(dá))
帶動導(dǎo)螺桿的正逆轉(zhuǎn)動或停止
e) ball-screw:(導(dǎo)螺桿或齒排)
帶動切臺往復(fù)運(yùn)動及停止
f) carriage with cutting mechanism:(鋸臺或切臺)
包含切刀(鋸片)加工裝置之移動基臺
g) measure roll with encoder:(附編碼器的測量輪)
直接緊密的接觸待切材料，靠材料的橫移而帶動編碼器產(chǎn)生脈沖信號
(3) 運(yùn)行速度曲線(如圖8所示)。
(4) 切臺移動速度與加工動作的時序說明
圖8 往復(fù)式同步動態(tài)裁切系統(tǒng)的速度曲線
圖8中，上下起伏的實(shí)線，清楚的表示出整個裁切循環(huán)過程中，切臺運(yùn)行的速度曲線;而平直的虛線則代表穩(wěn)定的進(jìn)料速度。整個循環(huán)分成五個不同的狀態(tài)，分析如下:
a) 待機(jī)狀態(tài)(standby)
在一個循環(huán)開始時，若送料總長度尚未達(dá)到指定裁切長度，即屬于待機(jī)狀態(tài)。pds-fs隨時檢測輸入材料的長度及當(dāng)時送料速度。采取前置量檢測法，若長度到達(dá)前置量，則立刻指揮伺服馬達(dá)激活，進(jìn)入加速狀態(tài)。
b) 加速狀態(tài)(frampup)
送料持續(xù)進(jìn)行，pds-fs在檢測輸入材料的長度及當(dāng)時送料速度的同時，并指揮伺服馬達(dá)依照s曲線加速至與進(jìn)料速度同步;務(wù)求在進(jìn)入同步速度的瞬間，裁刀與材料的動態(tài)相對位置已經(jīng)整定完成。接著便進(jìn)入同步狀態(tài)。
c) 同步狀態(tài)(synczone)
一旦進(jìn)入同步狀態(tài)，pds-fs立刻送出同步信號(sync)給裁刀控制機(jī)構(gòu)，要求執(zhí)行切斷動作。同時，pds-fs 依然持續(xù)偵測進(jìn)料長度及進(jìn)料速度，隨時保持切刀與材料之間的動態(tài)相對位置永遠(yuǎn)不變;如此才能確保裁切斷面的平整。當(dāng)裁切完成之后，切刀自動退出，并發(fā)出裁切完成信號(cut-end)。pds-fs接收到本信號，則不再繼續(xù)維持同步，立刻進(jìn)入減速狀態(tài)。
d) 減速狀態(tài)(frampdown)
pds-fs指揮馬達(dá)依照s曲線減速直到完全停止。同時，仍然持續(xù)偵測并累計(jì)進(jìn)料長度。一旦馬達(dá)完全停止，pds-fs立刻將切臺現(xiàn)在的位置記錄為本次裁切的最遠(yuǎn)行程。接著立刻進(jìn)入回車狀態(tài)。
e) 回車狀態(tài)(returnhome)
回車狀態(tài)其實(shí)可以看成是“nc走停式定長送料”的標(biāo)準(zhǔn)動作程序，茲不贅述?；剀囘^程中，pds-fs仍持續(xù)偵測并累計(jì)進(jìn)料長度?；剀囃瓿芍笙到y(tǒng)自動進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一循環(huán)的開始。
(5) 適用場合
l化妝品或牙膏軟管押出機(jī)后段的離心刀定長裁切機(jī);
l高頻焊管生產(chǎn)線后段的定長鋸切機(jī);
l斜紋螺旋紙管生產(chǎn)線后段的定長裁切機(jī);
lpvc管或異型材擠出機(jī)生產(chǎn)線后段的定長鋸切機(jī);
l鋼板定長橫剪機(jī)。
6 連續(xù)送料、旋轉(zhuǎn)式同步動態(tài)裁切
(1) 機(jī)械基本架構(gòu)
圖9為旋轉(zhuǎn)式同步動態(tài)裁切(飛剪)機(jī)的簡單圖示。注意上下兩組裁切刀輪同時被伺服馬達(dá)帶動，各依箭頭所示方向相對旋轉(zhuǎn)。刀輪的上方的刀刃必須作精密的調(diào)整，當(dāng)上刀輪的刀刃旋轉(zhuǎn)至正下方時，下刀刃恰好轉(zhuǎn)至正上方;如此，才能執(zhí)行正確的裁切。每次裁切刀輪旋轉(zhuǎn)一圈，便自動將材料切斷一次;馬達(dá)只要在相同方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，刀輪便能連續(xù)裁切。因此，裁切效率比「往復(fù)式」為佳。
圖9 旋轉(zhuǎn)式同步動態(tài)裁切的系統(tǒng)架構(gòu)
(2) 旋轉(zhuǎn)式飛剪系統(tǒng)的基本組成單元及其功能
a) 旋轉(zhuǎn)式同步飛剪控制驅(qū)動系統(tǒng):(pds-rc)
(programmable drive system-rotary cut mode)
接受plc及hmi輸入的運(yùn)轉(zhuǎn)命令及長度設(shè)定;
檢測輪編碼器傳回的脈波，得知進(jìn)料速度及進(jìn)料長度;
控制伺服馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度及同步定位動作。
b) hmi(human machine interface):(人機(jī)接口)
接受設(shè)定資料及顯示運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)
c) plc:(過程控制器)
處理基本的接口、互鎖、連動信號。
d) rotary knife:
裁切刀輪，上下鏡射、各帶刀刃的一組回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
e) servo motor:(無刷伺服馬達(dá)或感應(yīng)伺服馬達(dá))
帶動裁切刀輪的主動力。
f) gear assembly:(齒輪組合)
將馬達(dá)動力傳送至上下裁切刀輪。
g) measure roll with encoder:(附編碼器的檢測輪)
直接緊密的接觸待切材料，靠材料的橫移而帶動編碼器產(chǎn)生脈沖信號
(3) 旋轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)之動作說明
圖10、11、12，為旋轉(zhuǎn)式飛剪機(jī)的三種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行曲線。在進(jìn)一步說明之前，必須先熟習(xí)下列重要名詞:
·裁切刀輪(rotary knife):上下鏡射、各帶刀刃的一組回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用來執(zhí)行裁切加工動作。
·裁切點(diǎn)(cut point):當(dāng)裁切刀輪旋轉(zhuǎn)至上下兩組刀刃恰好相切時，定義這一點(diǎn)為裁切點(diǎn)。
·裁切點(diǎn)檢測裝置(cut point sensor)及裁切點(diǎn)信號(cut point signal):裁切點(diǎn)檢測裝置(高速型)安裝于裁切刀輪適當(dāng)之處，用來檢測裁切刀輪是否經(jīng)過裁切點(diǎn)。每次裁切刀輪經(jīng)過裁切點(diǎn)的瞬間，立刻產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，稱為裁切點(diǎn)信號(cut point signal)。
· 裁刀圓周長(circumference of rotary knife):計(jì)算裁切刀輪的圓周長是以刀刃切合點(diǎn)到圓心的距離當(dāng)成半徑，旋轉(zhuǎn)一周所得的圓周長度，屬于機(jī)械特性參數(shù)。(單位:meter)。
· 裁刀速度(linear speed of rotary knife):裁刀的刀刃的等效線速度。(單位:meter/min)。
·裁刀方位角(angle of rotary knife):裁刀的刀刃所對應(yīng)的方位角度，范圍從0°到360°。裁刀方位角在裁切點(diǎn)時，定義為180°。
·進(jìn)料速度(in-feed speed):
·待裁切材料的進(jìn)料線速度，(單位:meter/min)。
·進(jìn)料長度(in-feed length):累計(jì)進(jìn)料的長度，(單位:m)。
·裁切長度(cut length):每次裁切所要的成品長度，(單位:m)。
·同步區(qū)域(synchronous zone):以裁切點(diǎn)為中心(裁刀方位角=180°)，擴(kuò)及其前后一定范圍之內(nèi)稱為同步區(qū)域。在同步區(qū)域內(nèi)裁刀速度與進(jìn)料速度必須保持完全同步。同步區(qū)域的范圍大小在設(shè)計(jì)刀刃形狀時已經(jīng)決定，屬于機(jī)械特性參數(shù)。
·同步角度(synchronous zone expressed in angle)，以角度為單位衡量同步區(qū)域，(單位:°)。
· 同步長度(synchronous zone expressed in length):以等效線性長度衡量同步區(qū)域,(單位:m)。
·切長圓周比(ratio between cut length and circumference):裁切長度與裁刀圓周長之比率。
·超速比(ratio between peak rotary speed and in-feed speed):在同一次裁切循環(huán)當(dāng)中，裁刀速度的最大值與進(jìn)料速度的比率。
·裁切循環(huán)(cut cycle):兩個裁切點(diǎn)之間為一次完整的裁切循環(huán)。
(4) 運(yùn)行速度曲線之說明
在一次完整的裁切循環(huán)的內(nèi)，裁刀速度曲線下方的面積等于裁刀圓周長;進(jìn)料速度曲線下方的面積等于裁切長度。因此
切長圓周比是旋轉(zhuǎn)裁切動作時，重要的參考指針。為了討論方便，一般都先假設(shè)同步區(qū)域不大，可忽略之;于是便根據(jù)切長圓周比的大小，決定運(yùn)行速度曲線的基本型態(tài):
·圖10:切長圓周比大于或等于2
· 圖11:切長圓周比小于2，大于1
· 圖12:切長圓周比小于1
如果切長圓周比恰好等于1則是特例;圖形將介于圖11與圖12之間。此時，裁刀速度與進(jìn)料速度在整個裁切循環(huán)之內(nèi)完全相同;因此刀輪旋轉(zhuǎn)一圈所得到的裁切長度當(dāng)然等于裁刀圓周長。
圖10 旋轉(zhuǎn)式飛剪系統(tǒng)的速度曲線，切長圓周比>2
如果切長圓周比大于或等于2，運(yùn)行速度曲線如圖10所示;整個裁切循環(huán)從第一個裁切點(diǎn)開始到第二個裁切點(diǎn)結(jié)束，重點(diǎn)分段說明如下:
·pds-rc控制系統(tǒng)隨時監(jiān)控進(jìn)料長度與進(jìn)料速度并控制伺服馬達(dá)帶動裁切刀輪，掌握正確的裁刀速度曲線。
· 從第一個裁切點(diǎn)開始(裁刀方位角等于180°)，當(dāng)時仍然在同步區(qū)域內(nèi)，因此裁刀速度必須與進(jìn)料速度維持同步運(yùn)轉(zhuǎn)。
·當(dāng)裁切刀輪離開同步區(qū)域后，裁刀速度曲線經(jīng)過控制系統(tǒng)精確的計(jì)算、控制，在降低到零速的同時，裁刀方位角也必須剛好等于0°。
·當(dāng)進(jìn)料長度累計(jì)到適當(dāng)長度時，裁切刀輪開始朝進(jìn)料速度目標(biāo)加速;而且裁刀速度曲線經(jīng)過控制系統(tǒng)精確的計(jì)算、控制，務(wù)求在裁刀速度上升到與進(jìn)料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區(qū)域。
·進(jìn)入同步區(qū)域之后，裁刀速度必須隨時與進(jìn)料速度維持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，直到第二個裁切點(diǎn)出現(xiàn)，乃完成一次裁切循環(huán)。
· 切長圓周比可以趨近無限大。當(dāng)切長圓周比越大時，圖10唯一的變化僅有零速區(qū)域(zero speed zone)延長而已。
圖11 旋轉(zhuǎn)式飛剪系統(tǒng)的速度曲線，2>切長圓周比>1
如果切長圓周比小于2且大于1，則運(yùn)行速度曲線如圖11所示。基本運(yùn)行速度曲線類似圖10。差異如下:
· 在整個裁切循環(huán)中，當(dāng)裁切刀輪離開同步區(qū)域后，裁刀速度雖然也會下降，但不會降速至零速停止，不存在零速區(qū)域。
· 經(jīng)過pds-rc控制系統(tǒng)精確的計(jì)算、控制，在裁刀速度降低到一定值之后，立刻開始再加速;務(wù)求在裁刀速度上升到與進(jìn)料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區(qū)域;并維持同步直到第二個裁切點(diǎn)出現(xiàn)，即完成一次裁切循環(huán)。
· 切長圓周比越趨近1，則速度下降越少;當(dāng)切長圓周比等于1時，裁刀速度在整個裁切循環(huán)中都維持與進(jìn)料速度完全同步。
如果切長圓周比小于1，則運(yùn)行速度曲線如圖12所示;基本運(yùn)行速度曲線類似圖11。差異如下:
·在整個裁切循環(huán)中，當(dāng)裁切刀輪離開同步區(qū)域后，裁刀速度不降速，反而開始加速。
· 經(jīng)過pds-rc控制系統(tǒng)精確的計(jì)算、控制，在裁刀速度上升到一定值之后，立刻開始減速;務(wù)求在裁刀速度下降到與進(jìn)料速度同步的同時，裁切刀輪也恰好進(jìn)入同步區(qū)域;并維持同步直到第二個裁切點(diǎn)出現(xiàn)，即完成一次裁切循環(huán)。
·切長圓周比越趨近0，則裁刀速度上升越高;超速比也越大。但是超速比如果太大，將造成馬達(dá)劇烈的加減速。
由于裁刀速度的最大值受所選定馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速的限制;因此超速比的限制將導(dǎo)致進(jìn)料速度無法提高，影響機(jī)器的產(chǎn)能。故降低超速比是一般短尺寸裁切機(jī)必須解決的重要課題。如圖13表示，裁刀如果采用多刀的設(shè)計(jì)，相等于降低等效裁刀圓周長，而不需改變裁刀的實(shí)際半徑。故前述的計(jì)算公式可以改為:
圖13 多刀設(shè)計(jì)，有效降低裁刀圓周長可改善超速比
當(dāng)一只切刀變成四只切刀時，等效裁刀圓周長將減少成原來的1/4，切長圓周比也可以增加4倍。至于幾只刀具為最佳值，則由機(jī)械設(shè)計(jì)者評估裁刀半徑的合理化及可能裁切長度的范圍等因素決定之;其最終目的是讓機(jī)臺在運(yùn)轉(zhuǎn)時，切長圓周比越接近1越好。從圖11、圖12可以明顯的看出，切長圓周比越接近1時，馬達(dá)就不需要做劇烈的加減速動作。
(5) 適用場合
臥式包裝機(jī)、立式包裝機(jī)
電線定長裁剪機(jī)
卡紙、瓦楞紙定長裁切機(jī)
7 結(jié)語
隨著我國正式進(jìn)入wto，機(jī)械制造業(yè)的壓力也不小。為了提升競爭力，大家唯有不斷地研發(fā)改進(jìn)產(chǎn)品的性能，才能繼續(xù)開拓市場。在國內(nèi)，前述三種定長裁切機(jī)械之中，走停式控制系統(tǒng)已經(jīng)開始普遍進(jìn)行改造，運(yùn)用自動定長走停式控制系統(tǒng)逐步取代了傳統(tǒng)的兩段速度式控制系統(tǒng)。
因?yàn)轱w剪控制系統(tǒng)的困難度較高，所以往復(fù)式裁切機(jī)至今仍多數(shù)采用油壓系統(tǒng)切臺;旋轉(zhuǎn)式裁切機(jī)也大多采用凸輪耦合切刀。因此，其裁切追蹤的同步性、操控性及裁切精確度都有待進(jìn)一步提升。
智能型定長控制驅(qū)動器的出現(xiàn)，立刻簡化了飛剪控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度也降低了制造成本。原先令業(yè)者裹足不前的障礙消失之后，現(xiàn)在大家都有了與歐美日競爭的基礎(chǔ)。相信不多久，不論往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式裁切機(jī)，都會在國內(nèi)業(yè)者共同努力之下，逐漸演變成高性能的電控式飛剪機(jī)。
參考文獻(xiàn)
[1] 正頻企業(yè)股份有限公司 pds-伺服驅(qū)動使用說明書。
[2] 正頻企業(yè)股份有限公司 pds-fs自動追剪控制驅(qū)動技術(shù)手冊fly shear/fly saw(v9.10~,pds-sp12)。
[3] 正頻企業(yè)股份有限公司 pds-rc自動輪切控制驅(qū)動技術(shù)手冊rotary cut(v9.30~,pds-sp9)。
作者簡介
周慶瑜(1954-) 1976年畢業(yè)于臺灣大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系，1980年畢業(yè)于臺灣大學(xué)電機(jī)工程研究所，現(xiàn)在正頻企業(yè)股份有限公司(臺灣)研究發(fā)展部工作，從事有關(guān)馬達(dá)及控制領(lǐng)域研究。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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