追剪裁切裝置及獲取運行曲線的系統、方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及管材裁切設備，更具體地說，涉及一種追剪裁切裝置及獲取運行曲線 的系統、方法。
【背景技術】
[0002] 各種材料的定長裁切在工業生產中占據著是否重要的位置，隨著技術的進步，定 長裁切設備逐漸從傳統的停剪，逐步發展到飛剪、追剪。相對于停剪，在精度要求不是很嚴 格的場合，飛剪、追剪極大提高了剪切效率。追剪在管材、型材的裁切中十分常見，其既可避 免材料的變形，相對飛剪又可以減小電機功率，降低成本。
[0003] 如圖1所示，是現有追剪裁切系統的示意圖，送料輪12驅動材料進料，伺服電機13 在伺服控制器11控制下驅動絲桿17轉動，使驅動切臺15沿絲桿17做往復運動。在同步 區（即圖2中的t2-t3時刻之間），切臺15的平移速度與材料進料速度達到同步（根據編 碼器14的反饋信號確認是否同步），裁切機構16完成剪切動作，然后伺服電機13在伺服控 制器11控制下驅動絲桿17轉動，使驅動切臺15返回原點，再次追蹤同步，往復動作。上述 裁切機構16可以是氣動或液壓剪切，也可以是鋸切等。
[0004] 上述系統中，伺服電機13控制切臺往復運行的速度曲線如圖2所示，其中橫坐標 是時間，縱坐標是切臺15的速度。由該圖可知，在每一次裁切中，伺服電機13的旋轉方向 需變換兩次。
[0005] 然而，上述系統中存在伺服電機13頻繁換向發熱、換向返回速度過高等問題，不 僅對伺服電機13和機械的沖擊較大，更限制了加工效率。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題在于，針對上述追剪裁切裝置中伺服電機因頻繁換向而 導致發熱大、機械沖擊大、加工效率低等問題，提供一種追剪裁切裝置及獲取運行曲線的系 統、方法。
[0007] 本發明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種追剪裁切裝置，包括送料機構、 具有裁切機構的切臺、伺服驅動器及伺服電機，所述裝置還包括曲柄、連桿和移動限位機 構，且所述切臺裝設到移動限位機構；所述伺服電機在伺服驅動器控制下轉動，并經由曲 柄、連桿驅動所述切臺在移動限位機構內沿送料機構的送料方向做往復移動；所述伺服驅 動器，用于根據運行曲線控制伺服電機轉動并控制裁切機構進行裁切；所述運行曲線包含 所述送料機構的主軸各個位置處伺服電機的轉速且該運行曲線中的伺服電機的轉速始終 不小于零。
[0008] 在本發明所述的追剪裁切裝置中，所述曲柄在伺服電機驅動下以第一端為圓心轉 動，且該曲柄的第一端直接或通過齒輪組裝配到伺服電機轉軸上；所述連桿的第一端通過 軸承裝配到曲柄的第二端、第二端通過軸承裝配到切臺。
[0009] 本發明還提供一種獲取上述的追剪裁切裝置中伺服電機的運行曲線的系統，包括 第一映射單元、第二映射單元及曲線創建單元，其中：所述第一映射單元，用于建立切臺位 置與曲柄位置間的映射關系；所述第二映射單元，用于建立送料機構的主軸位置與切臺位 置間的映射關系；所述曲線創建單元，用于根據主軸位置與切臺位置間的映射關系及切臺 位置與曲柄位置間的映射關系生成伺服電機運行曲線，所述伺服電機運行曲線包含在主軸 各個位置處伺服電機的轉速。
[0010] 在本發明所述的獲取運行曲線的系統中，所述第一映射單元根據計算式 X = -Rco^a + ^Lr -{Rsma-E)2建立切臺位置與曲柄位置間的映射關系，其中X為切臺 位置，R為曲柄的長度，L為連桿長度，E為曲柄旋轉中心距離切臺所在平面的距離，α為曲 柄位置。
[0011] 在本發明所述的獲取運行曲線的系統中，所述曲線創建單元包括切臺位置換算子 單元、主軸位置換算子單元、曲柄曲線創建子單元以及從軸曲線創建子單元，其中：所述切 臺位置換算子單元，用于根據切臺位置與曲柄位置間的映射關系，將曲柄運行路徑上的多 個位置α1、α2、"·、 αη分別轉換為切臺的多個位置X1、X2、-'Xn,所述η為大于或等于 360的整數；所述主軸位置換算子單元，用于根據主軸位置與切臺位置間的映射關系，獲得 切臺在多個位置X1、X2、-'Xn時主軸對應的位置A1、A2、-'An;所述曲柄曲線創建子單 元，用于根據主軸在位置六1、八2、"^11處時曲柄對應的速度€11、（12-€11、（13-€12、···、 a η-α (η-1)，使用插值算法生成曲柄運行曲線，所述曲柄運行曲線包括主軸在各個位置時 曲柄的轉速；所述從軸曲線創建子單元，用于根據曲柄運行曲線生成伺服電機運行曲線。
[0012] 在本發明所述的獲取運行曲線的系統中，所述伺服電機經由齒輪組驅動曲柄轉 動，所述從軸曲線創建子單元根據齒輪組的齒輪比將曲柄運行曲線轉換為伺服電機運行曲 線。
[0013] 本發明還提供一種獲取上述的追剪裁切裝置中伺服電機的運行曲線的方法，包括 以下步驟：
[0014] (a)建立切臺位置與曲柄位置間的映射關系；
[0015] (b)建立送料機構的主軸位置與切臺位置間的映射關系；
[0016] (C)根據主軸位置與切臺位置間的映射關系及切臺位置與曲柄位置間的映射關系 生成伺服電機運行曲線，所述伺服電機運行曲線包含在主軸各個位置處伺服電機的轉速。
[0017] 在本發明所述的獲取運行曲線的方法中，所述步驟（a)中，所述切臺位置與曲柄 位置間的映射關系為義=cos a + ^Lr -{R^na-E)2，其中X為切臺位置，R為曲柄的長 度，L為連桿長度，E為曲柄旋轉中心距離切臺所在平面的距離，α為曲柄位置。
[0018] 在本發明所述的獲取運行曲線的方法中，所述步驟（c)包括：
[0019] (cl)根據切臺位置與曲柄位置間的映射關系，將曲柄運行路徑上的多個位置 α1、α2、"·、αη分別轉換為切臺的多個位置Χ1、Χ2、"·、Χη，所述η為大于或等于360的 整數；
[0020] (C2)根據主軸位置與切臺位置間的映射關系，獲得切臺在多個位置Χ1、Χ2、"·、Χη 時主軸對應的位置A1、A2、"'An;
[0021] (c3)根據主軸在位置AU A2、…、An處時曲柄對應的速度α 1、α 2-α 1、 α3_α 2、…、α η-α (η-1)，使用插值算法生成曲柄運行曲線，所述曲柄運行曲線包括主軸 在各個位置時曲柄的轉速；
[0022] (c4)根據曲柄運行曲線生成伺服電機運行曲線。
[0023] 在本發明所述的獲取運行曲線的方法中，所述伺服電機經由齒輪組驅動曲柄轉 動，所述步驟（c4)包括：根據齒輪組的齒輪比將曲柄運行曲線轉換為伺服電機運行曲線。
[0024] 本發明的追剪裁切裝置及獲取運行曲線的系統、方法，通過曲柄和連桿傳動，使得 伺服電機單向轉動即可實現切臺的往復移動，可避免因伺服電機頻繁換向而導致的發熱及 機械振動，并可極大提高加工效率。
【附圖說明】
[0025] 圖1是現有追剪裁切裝置的不意圖。
[0026] 圖2是圖1中切臺的運行曲線示意圖
[0027] 圖3是本發明追剪裁切裝置實施例的示意圖。
[0028] 圖4是本發明獲取運行曲線的系統實施例的示意圖。
[0029] 圖5是圖4中曲線創建單元的示意圖。
[0030] 圖6是本發明獲取運行曲線的方法實施例的流程示意圖。
[0031] 圖7是曲柄位置與切臺位置映射關系曲線圖。
[0032] 圖8是主軸位置與切臺位置映射關系曲線圖。
[0033] 圖9是伺服電機運行曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0035] 如圖3所示，是本發明追剪裁切裝置實施例的結構示意圖，該追剪裁切裝置可實 現管材、板材等的裁切。本實施例中的追剪裁切裝置包括送料機構、具有裁切機構的切臺 31、伺服驅動器、伺服電機、曲柄32、連桿33和移動限位機構34。上述送料機構用于實現待 裁切材料（例如管材、板材等）的運送，其包括由主軸（主軸伺服電機）驅動的送料輪。移 動限位機構34可以是滑竿或滑槽，且該滑竿或滑槽平行于送料機構的送料方向。
[0036] 切臺31包括與滑竿或滑槽匹配的滑塊，且該滑塊裝設到移動限位機構34,從而使 得切臺31在移動限位機構的限位下做直線方向的往復移動。伺服電機在伺服驅動器控制 下轉動，并經由曲柄32、連桿33驅動切臺31在移動限位機構34內沿送料機構的送料方向 做往復移動。伺服驅動器用于根據運行曲線控制伺服電機轉動，并控制切臺31上的裁切機 構對送料機構上的待裁切材料進行裁切（在切臺31與待裁切材料同速移動時）。
[0037] 上述運行曲線在系統啟動前存儲到伺服電機，并包含送料機構的主軸各個位置處 伺服電機的轉速，且該運行曲線中的伺服電機的轉速始終不小于零。
[0038] 上述追剪裁切裝置通過曲柄和連桿傳動，使得伺服電機無需換向即可實現切臺的 往復移動，從而避免因伺服電機頻繁換向而導致的發熱及機械振動，并可極大提高加工效 率。
[0039] 如圖4所示，上述曲柄32在伺服電機驅動下以第一端為圓心轉動，且該曲柄32的 第一端直接或通過齒輪組由伺服電機轉軸驅動。連桿33的第一端通過軸承裝配到曲柄32 的第二端、第二端通過軸承裝配到切臺31。
[0040] 如圖5所示，是本發明獲取上述的追剪裁切裝置中伺服電機的運行曲線的系統， 該運行曲線可實現追剪裁切裝置中用于驅動切臺的伺服電機的控制。該運行曲線包括第一 映射單元41、第二映射單元42及曲線創建單元43。
[0041] 第一映射單元41用于建立切臺位置與曲柄位置間的映射關系。具體地，結合圖3， 利用三角函數求解，第一映射單元41可根據以下計算式建立切臺位置與曲柄位置間的映 射關系：
[0042] X ^-Rcosa