圆弧旋转式同步飞剪

圆弧旋转式同步飞剪专用控制驱动系统（RotaryCut）为何需要同步飞剪系统？在企业已经全球化的同时，各行各业的竞争也越来越激烈。时至今日，各种产业机械的效能评比标准也逐渐地大幅提高。客户在评估一台产业加工机械的效能时，不但要检验产出成品的精准度是否合格;同时更要计算每台机械每分钟的生产效率是否比竞争者更快更高。如果机械制造厂设计生产出的机台，其效能不被客户接受，则不是机台卖不出去，或是只好降价求售无法获取合理利润。因此有许多行业的生产机械在这种严酷的评估标准检验之下，都必须重新探讨机械动作设计的合理化。旋转式飞剪机械基本架构图9为旋转式同步动态裁切（飞剪）机的简单图标。注意上下两组裁切刀轮同时被伺服马达带动，各依箭头所示方向相对旋转。刀轮之上的刀刃必须作精密的调整，当上刀轮之刀刃旋转至正下方时，下刀刃恰好转至正上方；如此，才能执行正确的裁切。每次裁切刀轮旋转一圈，便自动将材料切断一次；马达只要在相同方向连续运转，刀轮便能连续裁切。因此，裁切效率比「往复式」为佳，自不待言。图9:旋转式飞剪机械基本架构旋转式飞剪系统之基本组成要素及其功能功能组成要素功能旋转式同步飞剪控制驱动系统：（PDS-RC）1接受PLC及HMI输入的运转命令及长度设定2侦测量测轮编码器传回之脉冲，得知进料速度及进料长度。3控制伺服马达之运转速度及同步定位动作接受设定资料及显示运转状态HMI(HumanMachineInterface)：人机接口接受设定资料及显示运转状态PLC：过程控制器PLC：过程控制器处理基本之接口、互锁、连动信号RotaryKnife:裁切刀轮裁切刀轮为上下镜射、各带刀刃的一组回转机构ServoMotor：无刷伺服马达或感应伺服马达带动裁切刀轮之主动力GearAssembly：齿轮组合将马达动力传送至上下裁切刀轮MeasureRollwithEncoder：附编码器的量测轮直接紧密的接触待切材料，靠材料之横移而带动编码器产生脉冲信号旋转式飞剪机之动作说明图10,11,12为旋转式飞剪机的三种标准运行曲线。在进一步说明之前，必须先熟习下列重要名词:「裁切刀轮(RotaryKnife)」上下镜射、各带刀刃的一组回转机构，用来执行裁切加工动作。「裁切点(CutPoint)」当裁切刀轮旋转至上下两组刀刃恰好相切时，定义这一点为「裁切点」。「裁切点侦测装置(CutPointSensor)J及「裁切点信号(CutPointSignal)」裁切点侦测装置(高速型)安装于裁切刀轮适当之处，用来侦测裁切刀轮是否经过裁切点。每次裁切刀轮经过裁切点的瞬间，立刻产生一个触发信号，称之为「裁切点信号(CutPointSignal)Jo「裁 刀 圆 周长(CircumferenceofRotaryKnife)J计算裁切刀轮的圆周长是以「刀刃切合点到圆心之距离当成半径」，旋转一周所得的圆周长度，属于机械特性参数。(单位：Meter)「裁 刀 速度(LinearSpeedofRotaryKnife)J裁刀之刀刃的等效线速度。(单位：Meter/Min)「裁刀方位角(AngleofRotaryKnife)J裁刀之刀刃所对应的方位角度，范围从0度到360度。裁刀方位角在裁切点时，定义为180度。「进料速度(In-FeedSpeed)」待裁切材料的进料线速度。(单位：Meter/Min)「进料长度(In-FeedLength)」累计进料之长度。(单位：Meter)「裁切长度(CutLength)」每次裁切所要的成品长度。(单位：Meter)「同步区域(SynchronousZone)」以「裁切点」为中心(裁刀方位角=180度)，扩及其前后一定范围之内称为同步区域。在同步区域内「裁刀速度」与「进料速度」必须保持完全同步。同步区域的范围大小在设计刀刃形状时已经决定，属于机械特性参数。「同 步 角度(SynchronousZoneexpressedinAngle)」以角度为单位衡量同步区域。(单位：度)「同 步 长度(SynchronousZoneexpressedinLength)」以等效线性长度衡量同步区域。(单位：Meter)「切 长 圆 周比(RatiobetweenCutLengthandCircumference)J「裁切长度」与「裁刀圆周长」之比率。「 超 速比(RatiobetweenPeakRotarySpeedandIn-feedSpeed)」在同一次裁切循环当中，「裁刀速度」之最大值与「进料速度」的比率。「裁切循环(CutCycle)」两个裁切点之间为一次完整的裁切循环。运行速度曲线之说明在一次完整的「裁切循环」之内，「裁刀速度」曲线下方的面积等于「裁刀圆周长」；「进料速度」曲线下方的面积等于「裁切长度」。因此「切长圆周比」是旋转裁切动作时，重要的参考指针。为了讨论方便，一般都先假设「同步区域」不大，可忽略之；于是便根据「切长圆周比」的大小，决定运行速度曲线的基本型态：

图10：「切长圆周比」大于2图11：「切长圆周比」小于2,大于1图12：「切长圆周比」小于1如果「切长圆周比」恰好等于1则是特例；图形将介于图11与图12之间。此时，裁刀速度与进料速度在整个裁切循环之内完全相同;因此刀轮旋转一圈所得到的裁切长度当然等「裁切点」开始到第二个「裁切点」结束，重点分段说明如下：PDS-RC控制系统随时监控「进料长度」与「进料速度」并控制伺服马达带动「裁切刀轮」，掌握正确的「裁刀速度」曲线。从第一个「裁切点」开始(「裁刀方位角」等于180度)，当时仍然在「同步区域」内，因此裁刀速度必须与进料速度维持同步运转。当「裁切刀轮」离开同步区域后，裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，在降低到零速的同时，「裁刀方位角」也必须刚好等于0度。当「进料长度」累计到适当长度时，「裁切刀轮」开始朝「进料速度」目标加速；而且裁刀速度曲线经过控制系统精确的计算、控制，务求在「裁刀速度」上升到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」。6.进入同步区域之后，裁刀速度必须随时与进料速度维持同步运转，直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。「切长圆周比」可以趋近无限大。当「切长圆周比」越大时，图10唯一的变化仅有「零速区域(ZeroSpeedZone)」延长而已。

线类似图10。差异如下：在整个「裁切循环」中，当「裁切刀轮」离开同步区域后，「裁刀速度」虽然也会下降，但不会降速至零速停止，不存在「零速区域」。经过PDS-RC控制系统精确的计算、控制，在「裁刀速度」降低到一定值之后，立刻开始再加速；务求在「裁刀速度」上升到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」；并维持同步直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。切长圆周比」越趋近1，则速度下降越少；当「切长圆周比」等于1时，「裁刀速度」11。差异如下：在整个「裁切循环」中，当「裁切刀轮」离开同步区域后，「裁刀速度」不降速，反而开始加速。经过PDS-RC控制系统精确的计算、控制，在「裁刀速度」上升到一定值之后，立刻开始减速；务求在「裁刀速度」下降到与「进料速度」同步的同时，「裁切刀轮」也恰好进入「同步区域」；并维持同步直到第二个「裁切点」出现，乃完成一次「裁切循环」。3.「切长圆周比」越趋近0，则「裁刀速度」上升越高；「超速比」也越大。但是「超由于「裁刀速度」之最大值受限于选定马达的最高转速；因此「超速比」的限制将导致「进料速度」无法提高，影响机器的产能。故降低「超速比」是一般「短尺寸裁切机」必须解决的重要课题。如图13表示，裁刀如果采用「多刀」的设计，相等于降低「等效裁刀圆周长」，而不需改变裁刀之实际半径。故前述的计算公式可以改为：当一只切刀变成四只切刀时，「等效裁刀圆周长」将减少成原来的1/4，「切长圆周比」也可以增加4倍。至于几只刀具为最佳值，则由机械设计者评估「裁刀半径的合理化」及「可能裁切长度的范围」等因素决定之；其最终目的是让机台在运转时，「切长圆周比」越接近1越好。从图11、图12可以明显的看出，「切长圆周比」越接近1时，马达就不需要做剧烈的加减速动作。PDS-RC旋转式同步飞剪专用控制系统之特点*运动控制器与伺服驱动器(MotionControl+ServoDrive)结合一体*无刷伺服(Brushless)及感应伺服(Induction)皆适用*内含32Bit高性能CPU，125us动态高速计算回路*长度以八位数(0~99,999,999)设定可精确至um单位*可接受400Kpps高速测长脉冲信号(A/Bphase，CW/CCW，CK/DIR皆可)*自动追踪主线速度并计算前置量S曲线加速*S曲线加速时，内含扭力补偿，可快速同步并减少裁切误差*可追认印刷点(PrintMark)自动修正裁切长度*提供Mark-Window，增强Mark辨识能力*可设定五组任意角度之辅助电子凸轮输出(反应速度2ms)*两组长度设定可运转中设定或切换*具备仿真线速输入功能方便试车*内含人性化的自动长度转换机能*内含Modbusrs/RS485可以直接用人机接口设定或由PC，PLC通信设定*主动的运算各项运转资料，有利于系统运转中监控*可附加高速ProfibusOption适用场合卧式包装机、立式包装机电线定长裁剪机卡纸、瓦楞纸定长裁切机附：A进料速度是基准，进料速度与伺服电机的脉冲速度之间不全是时间关系，比如伺服在切完一刀后，会以最快的速度返回到下一刀的位置，返回越快，就给下一刀调整精度留的时间就越长，精度就会越高。------但返回太快，机械冲击就大，机械损耗就大，所以就在这二者之间找一个平衡点，兼顾一下，基本是这样。B横切是电子凸轮最基本最常用的应用形式，任何标榜自己的控制器可以做电子凸轮的，一定要实现这个功能。所以欧美一般中档以上有运动控制的PLC，都可以轻松实现。当然，不同的品牌，实现的方