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在生產(chǎn)加工過程中，絲網(wǎng)、布料、板材、金屬薄片等材料的切割常用方式有手工切割、半自動切割機(jī)切割及自動化切割機(jī)切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、材料浪費(fèi)大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動切割機(jī)中仿形切割機(jī)，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類型半自動切割機(jī)雖然降低了工人勞動強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一些較規(guī)則形狀的零件切割。自動化切割相對手動和半自動切割方式來說，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動強(qiáng)度。在我國的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動切割方式還較為普遍。

皮爾磁運(yùn)動控制系統(tǒng)提供同步多軸、單軸解決方案或安全驅(qū)動解決方案。借助皮爾磁的解決方案，用戶可以在一個項(xiàng)目中創(chuàng)建符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的從基本PLC功能到運(yùn)動控制和CNC功能的完整用戶程序，可以快速且簡單地執(zhí)行大量復(fù)雜任務(wù)。運(yùn)動控制系統(tǒng)PMCprimo MC（獨(dú)立式）和運(yùn)動控制卡PMCprimo C（基于驅(qū)動器）可以實(shí)施高性能應(yīng)用，例如軌跡插補(bǔ)。系統(tǒng)開發(fā)平臺清晰的界面結(jié)構(gòu)可以在線提供更廣泛的選項(xiàng)，簡化設(shè)備調(diào)試。

基于皮爾磁運(yùn)動控制系統(tǒng)開發(fā)的多軸同步切割機(jī)，是一臺新型的多軸同步切割設(shè)備，可用用絲網(wǎng)、布料、板材、金屬薄片等材料的切割。該切割機(jī)使用皮爾磁的PMCprimo MC作為系統(tǒng)的主控制器，24臺PMCtendo DD5伺服驅(qū)動器分別驅(qū)動24臺PMCtendo AC5伺服電機(jī)的實(shí)時運(yùn)行。控制器與驅(qū)動器之間使用CANopen總線通訊，通訊周期1ms，使系統(tǒng)具備了良好的實(shí)時性。系統(tǒng)程序基于Codesys平臺開發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)的IEC61131-3開發(fā)語言使用戶可以快速的進(jìn)行系統(tǒng)編程。此外，系統(tǒng)還支持基本的G代碼導(dǎo)入功能，方便用戶對加工工件的圖案的編輯。借助運(yùn)動控制器中強(qiáng)大的插補(bǔ)功能，切割機(jī)可以靈活而簡捷地實(shí)現(xiàn)多種類型圖案的切割。

圖1：切割機(jī)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

為了解決傳統(tǒng)單驅(qū)結(jié)構(gòu)加工空間小、機(jī)床占地大、系統(tǒng)剛性低、加工效率低以及容易導(dǎo)致系統(tǒng)慣量不匹配從而增加不必要的機(jī)械成本和電機(jī)功率并誘發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生低頻共振問題而降低加工精度等問題，該設(shè)備使用龍門雙驅(qū)結(jié)構(gòu)。基座左右兩側(cè)的伺服電機(jī)經(jīng)過精準(zhǔn)的同步控制，控制整個橫梁的前進(jìn)后退。根據(jù)驅(qū)動軸的個數(shù)，通常以龍門雙驅(qū)機(jī)構(gòu)或龍門多驅(qū)結(jié)構(gòu)最為常見。以最常見的龍門雙驅(qū)結(jié)構(gòu)為例，由于采用雙邊驅(qū)動，使加工范圍大幅提高，床身占地面積大幅降低、運(yùn)動部件質(zhì)量大幅降低、機(jī)械元件和電機(jī)成本大幅降低，運(yùn)行速度大幅提高。

圖2：切割機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)

然而，伴隨而來的雙邊同步控制問題和機(jī)械結(jié)構(gòu)剛性問題成為設(shè)備制造商最大的困擾。許多廠家面對市場對高端設(shè)備的需求，紛紛把目光投向龍門雙驅(qū)系統(tǒng)，然而由于對著類型系統(tǒng)的原理和存在的問題不甚了解，對如何保證雙邊驅(qū)動同步性，提高加工精度和速度等問題十分困惑安定猶豫不決。在此，結(jié)合此類型控制問題常用的幾種方法給與簡單的陳述。一般龍門系統(tǒng)，如果系統(tǒng)機(jī)械對稱性良好，機(jī)械結(jié)構(gòu)剛性較高，龍門跨度不大，為了便于控制，通常采用主從方式，即一邊為主，一邊跟隨。這種方式控制十分簡單，除回零過程需要做適當(dāng)?shù)奶幚硗猓渌刂品浅：唵我子谡{(diào)試。在用戶對自己設(shè)備的機(jī)械剛性好壞不確定的情況下，一般先使用主從方式運(yùn)行。如果運(yùn)行速度提不上去，或參數(shù)調(diào)整非常困難，精度與設(shè)計(jì)相差很遠(yuǎn)，則說明系統(tǒng)的剛性較低或?qū)ΨQ性不好，主從方式將成為系統(tǒng)性能提高的瓶頸。第二種方法交叉耦合自動糾偏就成為必需。這種方法采用交叉耦合的方法，動態(tài)跟蹤雙邊的運(yùn)動跟隨誤差，從而動態(tài)調(diào)整。其參數(shù)調(diào)節(jié)較為復(fù)雜，但是可以通過較為復(fù)雜的控制算法實(shí)現(xiàn)對機(jī)械剛性不好，對稱性不高的龍門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)高速高精度。皮爾磁可借助特有的電流補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器層面的同步和交叉耦合。

在雙驅(qū)底座之上是切割機(jī)設(shè)備的橫梁，橫梁上配置了兩套獨(dú)立的Y軸，分別驅(qū)動左右切割工作區(qū)的Y軸方向的運(yùn)動，每套Y軸懸掛一個X軸基座，每個基座配置8個旋轉(zhuǎn)軸，控制切割刀的切割方向。單臺設(shè)備共使用24臺伺服電機(jī)用來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)動控制。該設(shè)備配置了16把切割刀，這些切割刀可以在系統(tǒng)的插補(bǔ)控制下，準(zhǔn)確地同步工作，切割出或簡單或復(fù)雜的形狀，極大地提高了切割效率。

圖案的切割通過皮爾磁運(yùn)動控制器中強(qiáng)大的插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)。插補(bǔ)，即運(yùn)動控制系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運(yùn)動軌跡的過程。也可以說，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計(jì)算已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法，也稱為“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”；運(yùn)動控制器根據(jù)輸入的零件程序的信息（可以是G代碼），將程序段所描述的曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)之間的空間進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，從而形成要求的輪廓軌跡，這種“數(shù)據(jù)密化”機(jī)能就稱為“插補(bǔ)”。

一個零件的輪廓往往是多種多樣的，有直線，有圓弧，也有可能是任意曲線，樣條線等。插補(bǔ)方式有：直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，拋物線插補(bǔ)，樣條線插補(bǔ)等。直線插補(bǔ)是運(yùn)動控制器上常用的一種插補(bǔ)方式，在此方式中，兩點(diǎn)間的插補(bǔ)沿著直線的點(diǎn)群來逼近，沿此直線控制切割刀具的運(yùn)動。圓弧插補(bǔ)是另外一種插補(bǔ)方式，在此方式中，根據(jù)兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動，加工出圓弧曲線。

在刀具切割運(yùn)動中，由于刀具的切割方向理論上需要與切割軌跡保持實(shí)時的平行，所以該切割系統(tǒng)在運(yùn)動過程中，需要實(shí)時控制切割刀的刀片朝向。在本切割機(jī)中，切割刀的切割方向通過連接在刀具上的一個旋轉(zhuǎn)伺服來調(diào)整。借助皮爾磁運(yùn)動控制器中特有的實(shí)時任務(wù)（Real-time Task）功能，確保刀具在每一個程序執(zhí)行周期的固定時刻進(jìn)行一次角度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)刀具的朝向修正。

相對于市面上現(xiàn)有的自動化切割設(shè)備，基于皮爾磁運(yùn)動控制器開發(fā)的這臺多功能切割設(shè)備最大的優(yōu)勢在于其高效性、精確性和靈活性。目前，市面常見的切割機(jī)最多支持2個工件同時切割，而本設(shè)備則通過其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了16個工件的同時切割，加工效率得到極大的提高。盡管16個工位同時工作給工作臺的穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)，龍門雙驅(qū)結(jié)構(gòu)使得切割機(jī)在多工件同時加工時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和精確性得到保證。靈活性方面，皮爾磁運(yùn)動控制器對G代碼的支持極大的方便了用戶切割圖形的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

皮爾磁控制運(yùn)動系統(tǒng)極大的靈活性，使得用戶可以在很短的時間內(nèi)完成復(fù)雜的系統(tǒng)開發(fā)并方便最終用戶的使用。在多軸控制、插補(bǔ)應(yīng)用、高精度實(shí)時運(yùn)動控制場合，皮爾磁運(yùn)動控制系統(tǒng)是一個不錯的選擇。