上海高威科電氣技術有限公司    呂一

 

摘要：本文介紹了包米勒公司的伺服驅動係統，通過針對飛剪應用開發的功能模塊，實現對鋼筋進行高速、高精度的定長剪切。本文描述了包米勒飛剪控製的關鍵技術。

關鍵詞：飛剪 包米勒 鋼筋橫切

feijianyingyongyugangtiejiagongxingye
，shizhizaigangjinsongliaoguochengzhongqudongjianqiedaoyundongshixiangangcaidedingchangjianqie。yinweifeijianyundongzaijianqieguochengzhongbuxutingzhisongliao，bingnengzaijiagongguochengzhongziyouxiugaijianduanchangduhesongliaosudu，suoyidadatigaogangjinjianqiedejiagongxiaolv。

包米勒提供全係列大功率範圍的同步/異步伺服電機以及高性能B maXX 係列伺服驅動器。B maXX係列伺服驅動器由驅動級PLC 控製，該驅動級PLC 通過背板總線與伺服驅動器快速同步存取/訪問數據，並支持IEC 61131-3 多任務實時操作係統。Baumueller 公司專為飛剪、旋切和追剪等應用開發了係列功能塊，方便實現這三類應用。

圖1 包米勒飛剪應用係統機構

圖1 為包米勒飛剪應用的係統構成。其送料單元由送料驅動係統控製
，負責平穩無打滑的送料；剪切單元由剪切伺服係統控製，它根據設定的切斷長度和送料的速度
，驅動剪切刀對鋼筋進行定長剪切。伺服係統控製參數如切斷長度、送料速度等由人機界麵輸入
；材料的速度和位置由編碼器反饋到剪切驅動係統。編碼器信號來源分為被動式和主動式：

􀁺 被動式：由安裝在測量輪上的編碼器反饋材料速度和位置；

優點是測量輪由材料帶動旋轉，檢測值為材料的實際速度和位置
；缺點是信號波動較大。

􀁺 主動式：由送料電機編碼器反饋材料速度和位置
；

優點是信號平穩，波動小；缺點是當材料與送料輪之間打滑時送料電機編碼器反饋信號不能準確反應材料實際速度和位置。

包米勒用於飛剪的主要功能塊如下：

TM_SyncRot_Init：根據控製要求初始化旋切/飛剪功能；

TM_SyncCam_Init：設置同步區的曲線；

TM_MasterEncoder：根據編碼器反饋值計算出材料的速度和位置
；

TM_SyncRot：根據材料的速度和位置生成當前軸的位置設定值和速度設定值；

TM_DriveEncoder：根據轉速設定值控製當前軸的運動。

此外，包米勒在控製剪切刀飛剪運動的基礎上，還能實現一些特殊的工藝要求，如在同步區剪切速度與送料速度之間存在固定的比例；設定加減速切換點；套色標剪切等。

剪切單元采用偏心軸方式傳動，並采用機械同步定位軸，保證上下兩個刀座定向、同速、定(ding)位(wei)
，使(shi)剪(jian)切(qie)刀(dao)固(gu)定(ding)刀(dao)座(zuo)作(zuo)回(hui)轉(zhuan)運(yun)動(dong)。其(qi)中(zhong)剪(jian)切(qie)刀(dao)速(su)度(du)和(he)送(song)料(liao)速(su)度(du)同(tong)步(bu)的(de)區(qu)域(yu)稱(cheng)為(wei)同(tong)步(bu)區(qu)，同(tong)步(bu)區(qu)內(nei)上(shang)下(xia)刀(dao)刃(ren)咬(yao)合(he)的(de)區(qu)域(yu)為(wei)剪(jian)切(qie)區(qu)域(yu)
，同(tong)步(bu)區(qu)之(zhi)外(wai)的(de)運(yun)動(dong)區(qu)域(yu)稱(cheng)之(zhi)為(wei)補(bu)償(chang)區(qu)。

baomilefeijianyingyongzhongjianqiedaoyundongguijifenweitongbuquhebuchangqu，qiyundongfangshiyefenweitongbuyundonghebuchangyundong。tongbuyundongweijianqiedianjizaitongbuquyucailiaosuduheweizhishixiantongbu，qijianshangdaorenhexiadaorenyaohe，wanchengduigangbandejianqieguocheng
；而(er)離(li)開(kai)同(tong)步(bu)區(qu)後(hou)，根(gen)據(ju)切(qie)斷(duan)長(chang)度(du)的(de)不(bu)同(tong)，剪(jian)切(qie)刀(dao)需(xu)要(yao)加(jia)速(su)或(huo)者(zhe)減(jian)速(su)來(lai)補(bu)償(chang)，以(yi)適(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)切(qie)斷(duan)長(chang)度(du)，即(ji)為(wei)補(bu)償(chang)運(yun)動(dong)。根(gen)據(ju)切(qie)斷(duan)長(chang)度(du)的(de)不(bu)同(tong)，有(you)三(san)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)補(bu)償(chang)運(yun)動(dong)方(fang)式(shi)：

1) 長料切斷

剪斷長大於兩倍刀刃周長情況下，在剪切周期中刀刃在剪斷動作完成後減速並停止在設定點，然後加速進入同步區。

2) 中料切斷

剪斷長大於刀刃周長但小於兩倍刀刃周長情況下，剪斷動作完成後減速但不停止在設定點，過設定點加速進入下一次剪切。

3) 短料切斷

剪斷長小於刀刃周長情況下，剪斷動作一旦完成馬上加速到設定點，然後減速進入下一次剪斷。

當dang未wei設she置zhi同tong步bu區qu附fu加jia曲qu線xian時shi
，剪jian切qie刀dao的de默mo認ren運yun動dong方fang式shi為wei旋xuan切qie，剪jian切qie刀dao在zai同tong步bu運yun動dong時shi剪jian切qie刀dao轉zhuan速su和he送song料liao速su度du一yi致zhi，在zai中zhong料liao切qie斷duan時shi的de曲qu線xian實shi測ce如ru下xia：

 

圖2 旋切運動曲線

但dan是shi對dui於yu鋼gang筋jin剪jian切qie，假jia如ru剪jian切qie刀dao在zai同tong步bu運yun動dong時shi剪jian切qie刀dao轉zhuan速su和he送song料liao速su度du一yi致zhi，則ze在zai剪jian切qie時shi剪jian切qie刀dao在zai送song料liao方fang向xiang上shang的de分fen量liang與yu送song料liao速su度du不bu一yi致zhi，將jiang會hui造zao成cheng堵du住zhu鋼gang筋jin或huo者zhe拖tuo拽zhuai鋼gang筋jin的de情qing況kuang

，所suo以yi切qie割ge鋼gang筋jin時shi需xu要yao剪jian切qie刀dao速su度du在zai送song料liao方fang向xiang的de分fen量liang和he送song料liao速su度du在zai同tong步bu區qu一yi致zhi。這zhe時shi需xu要yao在zai同tong步bu區qu附fu加jia一yi段duan曲qu線xian來lai實shi現xian上shang述shu功gong能neng。

同步區運動的數學模型如圖3，其中r= 60mm（ r 為偏心軸半徑）， ϕ sync =80°（0°～80°為同步區）
，ϕ cut = 60°（10°～70°為剪切區域），同步區之外的區域為補償區。這裏同步區大於剪切區域

，是因為需要有一定距離來平滑速度的變化，否則會造成較大的機械衝擊。

 

圖3 同步區運動模型

材料在同步時運動的長度： S_sync=2rsin()=77.135mm       (1.1)

材料在剪切時運動的長度： S_cut=2rsin()=77.135mm         (1.2)

設定材料進入同步區的位置為原點，則：

剪切起始位置： xO_cut= = 8.567mm                 (1.3)

剪切結束位置： x1_cut =S_sync−x0_cut=68.567mm                  (1.4)

可得關係式： a(x)=arcsin()+ (8.567 ≤ x ≤ 68.567)(1.5)

 

其中 α(x)－剪切刀在同步區的角度
；

x －材料在同步區的位置；

r －剪切刀半徑
；

速度關係式： =   (8.567 ≤ x ≤ 68.567)     (1.6)

 

為了讓剪切刀實現平滑的加減速運動，在同步區的0°～10°、70°～80°各附加一段過渡曲線，以使速度平滑過渡

，減小機械衝擊，附加過渡曲線後的同步區剪切刀速度曲線如下：

圖4 同步區運動曲線

添加同步區曲線後，在中料剪切時完整的剪切刀速度曲線實測如圖5 所示，該運動曲線能完全滿足飛剪運動控製需求
，且機械衝擊小，控製精度高。

 

圖5 飛剪運動曲線

jingguoceshiyunxing，jichuangyunxingzhuangtaizhengchangwending，jianqiekoupingzheng，zaibutongdejianqiechangduhegaosusongliaoshidoudadaolelianghaodejingdu，dadatigaolekehudeshengchanxiaoyi。

[1] 包米勒飛剪功能說明書.包米勒公司.2005,9.

[2] 葛延津,高峰,陳棟.飛剪速度基準的研究.東北大學學報(自然科學版),2003,12.

[3] 常新宇,王瑞,趙旭.新型鋼板切割的飛剪技術開發.機電產品開發與創新.2006,5.