CN104597839A - 追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法，所述追剪裁切装置包括送料机构、具有裁切机构的切台、伺服驱动器、伺服电机、曲柄、连杆和移动限位机构，且所述切台装设到移动限位机构；所述伺服电机在伺服驱动器控制下转动，并经由曲柄、连杆驱动所述切台在移动限位机构内沿送料机构的送料方向做往复移动；所述伺服驱动器，用于根据运行曲线控制伺服电机转动并控制裁切机构进行裁切；所述运行曲线包含所述送料机构的主轴各个位置处伺服电机的转速且该运行曲线中的伺服电机的转速始终不小于零。本发明通过曲柄和连杆传动，使得伺服电机单向转动即可实现切台的往复移动，可极大提高加工效率。

Description

追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法

技术领域

本发明涉及管材裁切设备，更具体地说，涉及一种追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法。

背景技术

各种材料的定长裁切在工业生产中占据着是否重要的位置，随着技术的进步，定长裁切设备逐渐从传统的停剪，逐步发展到飞剪、追剪。相对于停剪，在精度要求不是很严格的场合，飞剪、追剪极大提高了剪切效率。追剪在管材、型材的裁切中十分常见，其既可避免材料的变形，相对飞剪又可以减小电机功率，降低成本。

如图1所示，是现有追剪裁切系统的示意图，送料轮12驱动材料进料，伺服电机13在伺服控制器11控制下驱动丝杆17转动，使驱动切台15沿丝杆17做往复运动。在同步区(即图2中的t2-t3时刻之间)，切台15的平移速度与材料进料速度达到同步(根据编码器14的反馈信号确认是否同步)，裁切机构16完成剪切动作，然后伺服电机13在伺服控制器11控制下驱动丝杆17转动，使驱动切台15返回原点，再次追踪同步，往复动作。上述裁切机构16可以是气动或液压剪切，也可以是锯切等。

上述系统中，伺服电机13控制切台往复运行的速度曲线如图2所示，其中横坐标是时间，纵坐标是切台15的速度。由该图可知，在每一次裁切中，伺服电机13的旋转方向需变换两次。

然而，上述系统中存在伺服电机13频繁换向发热、换向返回速度过高等问题，不仅对伺服电机13和机械的冲击较大，更限制了加工效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述追剪裁切装置中伺服电机因频繁换向而导致发热大、机械冲击大、加工效率低等问题，提供一种追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种追剪裁切装置，包括送料机构、具有裁切机构的切台、伺服驱动器及伺服电机，所述装置还包括曲柄、连杆和移动限位机构，且所述切台装设到移动限位机构；所述伺服电机在伺服驱动器控制下转动，并经由曲柄、连杆驱动所述切台在移动限位机构内沿送料机构的送料方向做往复移动；所述伺服驱动器，用于根据运行曲线控制伺服电机转动并控制裁切机构进行裁切；所述运行曲线包含所述送料机构的主轴各个位置处伺服电机的转速且该运行曲线中的伺服电机的转速始终不小于零。

在本发明所述的追剪裁切装置中，所述曲柄在伺服电机驱动下以第一端为圆心转动，且该曲柄的第一端直接或通过齿轮组装配到伺服电机转轴上；所述连杆的第一端通过轴承装配到曲柄的第二端、第二端通过轴承装配到切台。

本发明还提供一种获取上述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的系统，包括第一映射单元、第二映射单元及曲线创建单元，其中：所述第一映射单元，用于建立切台位置与曲柄位置间的映射关系；所述第二映射单元，用于建立送料机构的主轴位置与切台位置间的映射关系；所述曲线创建单元，用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，所述伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

在本发明所述的获取运行曲线的系统中，所述第一映射单元根据计算式建立切台位置与曲柄位置间的映射关系，其中X为切台位置，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置。

在本发明所述的获取运行曲线的系统中，所述曲线创建单元包括切台位置换算子单元、主轴位置换算子单元、曲柄曲线创建子单元以及从轴曲线创建子单元，其中：所述切台位置换算子单元，用于根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，所述n为大于或等于360的整数；所述主轴位置换算子单元，用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An；所述曲柄曲线创建子单元，用于根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，所述曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速；所述从轴曲线创建子单元，用于根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线。

在本发明所述的获取运行曲线的系统中，所述伺服电机经由齿轮组驱动曲柄转动，所述从轴曲线创建子单元根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线。

本发明还提供一种获取上述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的方法，包括以下步骤：

(a)建立切台位置与曲柄位置间的映射关系；

(b)建立送料机构的主轴位置与切台位置间的映射关系；

(c)根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，所述伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

在本发明所述的获取运行曲线的方法中，所述步骤(a)中，所述切台位置与曲柄位置间的映射关系为其中X为切台位置，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置。

在本发明所述的获取运行曲线的方法中，所述步骤(c)包括：

(c1)根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，所述n为大于或等于360的整数；

(c2)根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An；

(c3)根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，所述曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速；

(c4)根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线。

在本发明所述的获取运行曲线的方法中，所述伺服电机经由齿轮组驱动曲柄转动，所述步骤(c4)包括：根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线。

本发明的追剪裁切装置及获取运行曲线的系统、方法，通过曲柄和连杆传动，使得伺服电机单向转动即可实现切台的往复移动，可避免因伺服电机频繁换向而导致的发热及机械振动，并可极大提高加工效率。

附图说明

图1是现有追剪裁切装置的示意图。

图2是图1中切台的运行曲线示意图

图3是本发明追剪裁切装置实施例的示意图。

图4是本发明获取运行曲线的系统实施例的示意图。

图5是图4中曲线创建单元的示意图。

图6是本发明获取运行曲线的方法实施例的流程示意图。

图7是曲柄位置与切台位置映射关系曲线图。

图8是主轴位置与切台位置映射关系曲线图。

图9是伺服电机运行曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示，是本发明追剪裁切装置实施例的结构示意图，该追剪裁切装置可实现管材、板材等的裁切。本实施例中的追剪裁切装置包括送料机构、具有裁切机构的切台31、伺服驱动器、伺服电机、曲柄32、连杆33和移动限位机构34。上述送料机构用于实现待裁切材料(例如管材、板材等)的运送，其包括由主轴(主轴伺服电机)驱动的送料轮。移动限位机构34可以是滑竿或滑槽，且该滑竿或滑槽平行于送料机构的送料方向。

切台31包括与滑竿或滑槽匹配的滑块，且该滑块装设到移动限位机构34，从而使得切台31在移动限位机构的限位下做直线方向的往复移动。伺服电机在伺服驱动器控制下转动，并经由曲柄32、连杆33驱动切台31在移动限位机构34内沿送料机构的送料方向做往复移动。伺服驱动器用于根据运行曲线控制伺服电机转动，并控制切台31上的裁切机构对送料机构上的待裁切材料进行裁切(在切台31与待裁切材料同速移动时)。

上述运行曲线在系统启动前存储到伺服电机，并包含送料机构的主轴各个位置处伺服电机的转速，且该运行曲线中的伺服电机的转速始终不小于零。

上述追剪裁切装置通过曲柄和连杆传动，使得伺服电机无需换向即可实现切台的往复移动，从而避免因伺服电机频繁换向而导致的发热及机械振动，并可极大提高加工效率。

如图4所示，上述曲柄32在伺服电机驱动下以第一端为圆心转动，且该曲柄32的第一端直接或通过齿轮组由伺服电机转轴驱动。连杆33的第一端通过轴承装配到曲柄32的第二端、第二端通过轴承装配到切台31。

如图5所示，是本发明获取上述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的系统，该运行曲线可实现追剪裁切装置中用于驱动切台的伺服电机的控制。该运行曲线包括第一映射单元41、第二映射单元42及曲线创建单元43。

第一映射单元41用于建立切台位置与曲柄位置间的映射关系。具体地，结合图3，利用三角函数求解，第一映射单元41可根据以下计算式建立切台位置与曲柄位置间的映射关系：

$X=-R\cos \mathrm{\α}+\sqrt{L^2-{(R\sin \mathrm{\α}-E)}^2}$

其中X为切台位置(即切台距离起始点的距离)，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置(即曲柄所在位置与起始位置间的夹角)。上述切台位置与曲柄位置间的映射关系如图7所示，图中的横坐标为曲柄位置(单位为0.1°)，纵坐标为切台位置(单位为mm)。

第二映射单元42用于建立追剪裁切装置的送料机构的主轴位置与切台位置间的映射关系。上述主轴位置与切台位置间的映射关系可根据图1中所示的追剪裁切装置中的切台运行曲线推导得出，例如将时间轴坐标转换为主轴位置坐标。上述追剪裁切装置的主轴位置与切台位置间的映射关系如图8所示，图中的横坐标为主轴位置(单位为°)，纵坐标为切台位置(单位为m)。

曲线创建单元43用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，该伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

如图5所示，上述曲线创建单元43包括切台位置换算子单元431、主轴位置换算子单元432、曲柄曲线创建子单元433以及从轴曲线创建子单元434，其中：切台位置换算子单元431用于根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，其中n为大于或等于360的整数。主轴位置换算子单元432用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An。曲柄曲线创建子单元433用于根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，该曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速。从轴曲线创建子单元434用于根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线，如图9所示，其中横坐标为主轴位置(单位为°)，纵坐标为伺服电机转速(单位为转/分)。

在上述的获取运行曲线的系统中，伺服电机可经由齿轮组驱动曲柄转动，此时从轴曲线创建子单元434根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线即可。

如图6所示，是本发明获取上述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的方法实施例的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤S61：建立切台位置与曲柄位置间的映射关系。具体地，上述切台位置与曲柄位置间的映射关系为其中X为切台位置，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置。

步骤S62：建立追剪裁切装置的主轴位置与切台位置间的映射关系。

步骤S63：根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，所述伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

该步骤具体可包括：根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，所述n为大于或等于360的整数；根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An；根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，所述曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速；根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线，在伺服电机经由齿轮组驱动曲柄转动时，该步骤中可直接根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种追剪裁切装置，包括送料机构、具有裁切机构的切台、伺服驱动器及伺服电机，其特征在于：所述装置还包括曲柄、连杆和移动限位机构，且所述切台装设到移动限位机构；所述伺服电机在伺服驱动器控制下转动，并经由曲柄、连杆驱动所述切台在移动限位机构内沿送料机构的送料方向做往复移动；所述伺服驱动器，用于根据运行曲线控制伺服电机转动并控制裁切机构进行裁切；所述运行曲线包含所述送料机构的主轴各个位置处伺服电机的转速且该运行曲线中的伺服电机的转速始终不小于零。

2.根据权利要求1所述的追剪裁切装置，其特征在于：所述曲柄在伺服电机驱动下以第一端为圆心转动，且该曲柄的第一端直接或通过齿轮组装配到伺服电机转轴上；所述连杆的第一端通过轴承装配到曲柄的第二端、第二端通过轴承装配到切台。

3.一种获取如权利要求1所述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的系统，其特征在于，包括第一映射单元、第二映射单元及曲线创建单元，其中：所述第一映射单元，用于建立切台位置与曲柄位置间的映射关系；所述第二映射单元，用于建立送料机构的主轴位置与切台位置间的映射关系；所述曲线创建单元，用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，所述伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

4.根据权利要求3中所述的获取运行曲线的系统，其特征在于，所述第一映射单元根据计算式建立切台位置与曲柄位置间的映射关系，其中X为切台位置，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置。

5.根据权利要求3中所述的获取运行曲线的系统，其特征在于，所述曲线创建单元包括切台位置换算子单元、主轴位置换算子单元、曲柄曲线创建子单元以及从轴曲线创建子单元，其中：所述切台位置换算子单元，用于根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，所述n为大于或等于360的整数；所述主轴位置换算子单元，用于根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An；所述曲柄曲线创建子单元，用于根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，所述曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速；所述从轴曲线创建子单元，用于根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线。

6.根据权利要求5中所述的获取运行曲线的系统，其特征在于，所述伺服电机经由齿轮组驱动曲柄转动，所述从轴曲线创建子单元根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线。

7.一种获取如权利要求1所述的追剪裁切装置中伺服电机的运行曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)建立切台位置与曲柄位置间的映射关系；

(b)建立送料机构的主轴位置与切台位置间的映射关系；

(c)根据主轴位置与切台位置间的映射关系及切台位置与曲柄位置间的映射关系生成伺服电机运行曲线，所述伺服电机运行曲线包含在主轴各个位置处伺服电机的转速。

8.根据权利要求7所述的获取运行曲线的方法，其特征在于：所述步骤(a)中，所述切台位置与曲柄位置间的映射关系为其中X为切台位置，R为曲柄的长度，L为连杆长度，E为曲柄旋转中心距离切台所在平面的距离，α为曲柄位置。

9.根据权利要求7所述的获取运行曲线的方法，其特征在于：所述步骤(c)包括：

(c1)根据切台位置与曲柄位置间的映射关系，将曲柄运行路径上的多个位置α1、α2、…、αn分别转换为切台的多个位置X1、X2、…、Xn，所述n为大于或等于360的整数；

(c2)根据主轴位置与切台位置间的映射关系，获得切台在多个位置X1、X2、…、Xn时主轴对应的位置A1、A2、…、An；

(c3)根据主轴在位置A1、A2、…、An处时曲柄对应的速度α1、α2-α1、α3-α2、…、αn-α(n-1)，使用插值算法生成曲柄运行曲线，所述曲柄运行曲线包括主轴在各个位置时曲柄的转速；

(c4)根据曲柄运行曲线生成伺服电机运行曲线。

10.根据权利要求9所述的获取运行曲线的方法，其特征在于：所述伺服电机经由齿轮组驱动曲柄转动，所述步骤(c4)包括：根据齿轮组的齿轮比将曲柄运行曲线转换为伺服电机运行曲线。