CN203679415U - 飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统，所述的控制装置包括：主板，设有通讯总线；输入终端；数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号；控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并对所述电信号进行处理，得到驱动控制命令，输出所述驱动控制命令；飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述控制命令，并按照所述驱动控制命令驱动所述飞刀切断机。本实用新型的飞刀切断机控制装置大大缩小了体积，提高了数据传输速度、抗干扰能力及主动安全性。

Description

飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统

技术领域

本实用新型涉及一种飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统，特别是涉及一种安全可靠的飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统。

背景技术

金属及金属合金材质扁平管材通常采用飞刀切断机进行切割。飞刀切断机通常包括驱动电机及切割刀，驱动电机带动所述切割刀转动，对扁平管材进行切割。

目前，飞刀切断机通过一控制装置来控制其对管材进行切割。现有飞刀切断机控制装置包括一运动控制器和一飞刀电机驱动器，所述运动控制器与所述飞刀电机驱动器通过线缆连接进行数据传输。切割时，所述运动控制装置获取飞刀位置编码器信号和测量轮编码器信号，按照预设程序及切割时启动驱动电机，不切割时停止驱动电机的原则对接受到的信号进行运算，得出速度输出曲线，并将该速度输出曲线通过D/A转换成模拟量信号发送至所述飞刀电机驱动器上，由所述飞刀电机驱动器实现对飞刀驱动电机的速度控制，来进行切割。

由于控制装置依赖模拟信号传递信息，切割精度往往受制于数模转换或模数转换精度，同时实时性和抗干扰能力也较差；电机转速差距较大，易对电机造成损坏，且影响切割精度。

实用新型内容

一方面，本实用新型提供了一种飞刀切断机的控制装置，所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，所述的控制装置包括：主板，设有通讯总线；输入终端，用于输入数据；数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号；控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到驱动控制命令，输出所述驱动控制命令；飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述控制命令，并按照所述驱动控制命令驱动所述飞刀切断机。

较佳的，所述的输入终端，包括：测量轮编码器，用于测量所述扁平管材的线速度和长度；位置编码器，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置；人工输入装置，用于输入预设参数。

进一步的，所述的输入终端，还包括：倾角传感器，用于测量所述飞刀切断机的飞刀回转平面倾角。

本实用新型提供的另一种飞刀切断机的控制装置，所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其包括：驱动电机，设有驱动轴，所述驱动轴上设有齿轮；飞刀，包括长条状刀臂和固定在所述刀臂一端的刀片，所述刀臂的中心穿设在所述驱动轴上，随所述驱动轴转动；曲轮，位于所述驱动轴的一侧，通过所述齿轮与所述驱动轴连接，随所述驱动轴转动，所述曲轮的分度圆半径为所述齿轮的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；连杆，其一端与所述曲轮转动连接，且连接点不与所述曲轮的圆心重合，另一端向远离所述转动轴的一侧延伸；管材模套，其与所述曲轮相对设置且具有间距，其设有限位通槽，所述扁平管材穿设在所述限位通槽内，与所述限位通槽间隙配合；第一电磁铁，与所述连杆远离所述曲轮的一端连接；以及第二电磁铁，位于所述管材模套远离所述第一电磁铁的一侧，与所述第一电磁铁相对设置，用于固定所述管材模套，并使其远离所述飞刀的回转轨迹；所述管材模套，由能够被电磁铁吸附的材质制成，通过所述第一磁铁与所述连杆连接，使穿设在所述管材模套上的扁平管材位于所述刀片的切割区域内，所述的控制装置包括：主板，设有通讯总线；输入终端；数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号；控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令；飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；以及电磁铁驱动模块，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动所述第一电磁铁或所述第二电磁铁；所述的输入终端包括：测量轮编码器，与所述扁平管材连接，用于测量所述扁平管材的线速度和长度；位置编码器，与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置；人工输入装置，用于输入预设参数。

另一方面，本实用新型提供了一种飞刀切断系统，其包括飞刀切断机及飞刀切断机控制装置：所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其包括：驱动电机，设有驱动轴，所述驱动轴上设有齿轮；飞刀，包括长条状刀臂和固定在所述刀臂一端的刀片，所述刀臂的中心穿设在所述驱动轴上，随所述驱动轴转动；曲轮，位于所述驱动轴的一侧，通过所述齿轮与所述驱动轴连接，随所述驱动轴转动，所述曲轮的分度圆半径为所述齿轮的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；连杆，其一端与所述曲轮转动连接，且连接点不与所述曲轮的圆心重合，另一端向远离所述驱动轴的一侧延伸；管材模套，其与所述曲轮相对设置且具有间距，其设有限位通槽，所述扁平管材穿设在所述限位通槽内，与所述限位通槽间隙配合；第一电磁铁，与所述连杆远离所述曲轮的一端连接；以及第二电磁铁，位于所述管材模套远离所述第一电磁铁的一侧，与所述第一电磁铁相对设置，用于固定所述管材模套，并使其远离所述飞刀的回转轨迹；所述管材模套，由能够被电磁铁吸附的材质制成，通过所述第一磁铁与所述连杆连接，使穿设在所述管材模套上的扁平管材位于所述刀片的切割区域内；所述的飞刀切断机控制装置包括：主板，设有通讯总线；输入终端；数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号；控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令；飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；以及电磁铁驱动模块，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动所述第一电磁铁或所述第二电磁铁；所述的输入终端包括：测量轮编码器，与所述扁平管材连接，用于测量所述扁平管材的线速度和长度；位置编码器，与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置；以及人工输入装置，用于输入预设参数。

借由上述技术方案，本实用新型飞刀切断机控制装置及飞刀切断机系统至少具有下列优点：

本实用新型实施例提供的飞刀切断机的控制装置，通过将数据采集及处理模块、控制模块及飞刀电机驱动模块集成在主板上，使其通过主板的通讯总线进行数据传输，大大缩小了控制装置的体积，提高了控制装置的数据传输速度及抗干扰能力，使其主动安全性大大提高，同时，系统独立工作，在生产线前端工艺不作任何改动的情况下能够快速的对生产线进行升级改造。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的飞刀切断机及其控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的飞刀切断机的局部结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的飞刀切断机的控制原理示意图；

图4是本实用新型实施例提供的飞刀切断机的另一局部结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的飞刀切断机的控制方法及其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

本实用新型实施例提出的一种飞刀切断机的控制方法，如图1所示，该方法控制的飞刀切断机20用于切割扁平管材，其包括驱动电机1、飞刀2、曲轮3、连杆4及管材模套5。驱动电机1设有驱动轴11，驱动轴11上设有齿轮12，用于驱动飞刀2及曲轮3；飞刀2包括刀臂21和刀片22，刀臂21为长条状结构，刀片22安装在刀臂21的一端面上，其刀锋朝向其运动方向，刀臂21的中心穿设在驱动轴11上，随驱动轴11转动；曲轮3位于驱动轴11的一侧，通过与齿轮12咬合与驱动轴11连接，且随驱动轴11转动，如图2所示，曲轮3的分度圆半径为齿轮12的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；连杆4其一端与曲轮3通过转动轴转动连接，且连接点不与曲轮3的圆心重合，另一端向远离驱动轴11的一侧延伸；管材模套5与曲轮3相对设置且与曲轮3之间具有间距，管材模套5设有限位通槽51，扁平管材10穿设在限位通槽51内，并与限位通槽51为间隙配合，从而能顺利通过限位通槽51，当飞刀2切割扁平管材10时管材模套5通过粘接或螺纹连接等方式与连杆4远离曲轮3的一端连接，当飞刀2不切割扁平管材10时，管材模套5脱离连杆4并远离连杆4，以使穿设在其限位通槽51内的扁平管材10脱离飞刀旋转区域。

所述的飞刀切断机的控制方法包括:

当刀片22切割扁平管材10时，控制刀片22以第一转速n₁转动；

所述的第一转速 $n_1=\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}*\frac{V}{\tan \mathrm{\θ}*H};$

其中：参见图3，H为扁平管材10的高度，V为扁平管材10的线速度，θ为刀片22回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角，R为刀片22的转动半径，S为刀片22切断过程中刀臂21运行的圆周所对应的同步角α对应的圆上两点间距离；

以飞刀从下向上，切断以速度V向右运动的扁平管材10为例，参见图3，从刀片22的刀锋接触扁平管材10的下侧开始，至刀片22刚切穿扁平管材结束：

扁平管材10的同步位移：L₁＝tanθ*H；

圆周同步弧间距：

$S=\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}};$

圆周同步角：

$\mathrm{\α}=2*\arcsin \left(\frac{s}{2R}\right)=2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right);$

α为从开始切割至切断扁平管材飞刀走过的圆周角，可以根据α及飞刀与管材的相对位置来确定飞刀是否处于切割扁平管材的位置；

刀片22的同步切断速度：

$n_1=\frac{\mathrm{\α}}{360}*\frac{V}{L_1}=\frac{\mathrm{\α}}{360}*\frac{V}{\tan \mathrm{\θ}*H}$

因此，当刀片22切割扁平管材10时，控制刀片22以第一转速n₁转动时，能够保证刀片22在从其刀锋接触扁平管材10的下侧开始，至刀片22刚切穿扁平管材结束的时间内，同时切断扁平管材，保证了切割面的垂直度；

上述操作可以通过人工控制，优选通过控制装置自动控制，当使用控制装置自动控制时，通过使用测量轮编码器，测量扁平管材10的线速度V和长度，使用位置编码器测量飞刀2的速度及位置，通过人工输入装置，输入扁平管材10的高度H，刀片22的回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角θ，刀片22的转动半径R等预设参数，即可在刀片22到达切割点时控制其转动速度为n₁；

当在两次切割的间隙时，控制刀片22以第二转速n₂转动；

所述的第二转速 $n_2=[K-\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}]*\frac{V}{L-\tan \mathrm{\θ}*H};$

其中：K为n的倍数，且为最接近K1的n的倍数，

H为扁平管材10的高度，V为扁平管材10的线速度，θ为刀片22回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角，其度数一般为2-5度之间，L为要切割下的扁平管材10的长度，R为刀片22的转动半径；

飞刀2在两次切割的间隙的理论运行圈数

然后取最接近K₁的n的倍数作为飞刀2在两次切割的间隙的运行圈数；

在该圈数中，飞刀20在侯切时的平均速度为：

$n_2=(K-\frac{\mathrm{\α}}{360})*\frac{V}{L-\tan \mathrm{\θ}*H}$

上述操作可以通过人工控制，优选通过控制装置自动控制，当使用控制装置自动控制时，通过使用测量轮编码器，测量扁平管材10的线速度V和长度，使用位置编码器测量飞刀2的速度及位置，通过人工输入装置，输入扁平管材10的高度H，刀片22的回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角θ，刀片22的转动半径R等预设参数，即可控制刀片22在两次切割的间隙时转动速度为n₂；

扁平管材10以速度V移动时，飞刀2每切割长度为L的一段扁平管材为一个切割周期。由于曲轮3的分度圆半径为齿轮12的分度圆半径的n倍，因此，驱动轴11转动n周，即飞刀2转动n周曲轮3转动1周，通过使飞刀2在一个切割周期内旋转n的倍数圈，保证曲轮3在一个切割周期内能够旋转整数圈，从而保证与曲轮3偏心连接的连杆4在一个切割周期内能往复运动一周，以便于管材模套5在每个切割周期内都能处于最适合的位置。

本实用新型实施例提供的飞刀切断机的控制方法通过控制飞刀以同步切断速度切割，保证了扁平管材切割面的垂直度，同时，通过使飞刀在候切时保持与同步切割速度相近的速度匀速转动，缩小了驱动电机加减速能力需求，最大限度的减小了速度变化对驱动电机的冲击，既保证了切断定尺精度及切口垂直度又避免电机加减速过快引起的电机损坏甚至更为严重的安全隐患。

实施例2

参见图1，本实用新型实施例提供了一种飞刀切断机的控制方法，该方法控制的飞刀切断机20与实施例1的飞刀切断机相比，还包括第一电磁铁6及第二电磁铁7，并且管材模套5由能够被电磁铁吸附的材质制成。第一电磁铁6与连杆4远离曲轮3的一端连接；第二电磁铁7位于管材模套5远离所述第一电磁铁6的一侧，与第一电磁铁6相对设置，用于吸附并锁定管材模套5，并使其远离飞刀2；管材模套5通过所述第一磁铁6与连杆4连接，使穿设在管材模套5上的扁平管材10位于刀片22的切割区域内。

所述的飞刀切断机的控制方法包括:

当刀片22切割所述扁平管材时，控制刀片22以第一转速n₁转动，并且控制第一电磁铁6固定管材模套5；

当在两次切割的间隙时，控制刀片22以第二转速n₂转动，并且控制第二电磁铁7固定管材模套5；

所述的第一转速 $n_1=\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}*\frac{V}{\tan \mathrm{\θ}*H};$

所述的第二转速 $n_2=[K-\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}]*\frac{V}{L-\tan \mathrm{\θ}*H};$

其中：K为n的倍数，且为最接近K1的n的倍数，

H为所述扁平管材的高度，V为所述扁平管材的线速度，θ为刀片22回转平面与所述扁平管材的竖直方向垂线的夹角，L为要切割下的所述扁平管材的长度，R为刀片22的转动半径。

上述操作可以通过人工控制，优选通过控制装置自动控制，当使用控制装置自动控制时，通过使用测量轮编码器，测量扁平管材10的线速度V和长度，使用位置编码器测量飞刀2的速度及位置，通过人工输入装置，输入扁平管材10的高度H，刀片22的回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角θ，刀片22的转动半径R等预设参数，即可在刀片22到达切割点时控制其转动速度为n₁，同时驱动第一电磁铁6工作以吸附并锁定管材模套5；也可控制刀片22在两次切割的间隙时转动速度为n₂，同时驱动第二电磁铁7以吸附并锁定管材模套5。

本实施例提供的飞刀切断机的控制方法，通过使用电磁铁锁定管材模套，通过切换第一电磁铁及第二电磁铁来实现所述管材模套的移动，方便了管材模套的锁定及移动，并使其能够进行自动控制，提高了切割效率及切断定尺精度及切口垂直度。

较佳的，所述的控制所述第一电磁铁固定所述管材模套，具体包括：

参见图4，当连杆4旋转到即将进行切割的一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，连杆4转过的角度为2π-β₁时，驱动第一电磁铁6，使第一电磁铁6吸附并锁定管材模套5；

${\mathrm{\β}}_1=\arccos \left[\frac{{R_s}^2+{(R_s+L_s-L_c)}^2-{L_s}^2}{{2R}_s(R_s+L_s-L_c)}\right]$

其中：R_s为所述曲轮的半径，L_s为所述连杆的长度，L_c为所述第一电磁铁与所述第二电磁铁的有效动作力的最大气隙。

从第一电磁铁6距管材模套5的距离到达第一电磁铁6的有效动作力的最大气隙时，开始驱动第一电磁铁6，其能够产生对管材模套5的有效动作力，能够吸附管材模套5，从而锁定管材模套5。

较佳的，所述的控制所述第二电磁铁固定所述管材模套，包括：

当连杆4旋转到切割完后的第一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，连杆4旋转过的角度为π时，控制第一电磁铁6失电；

当连杆4旋转到切割完后的第一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，所述连杆旋转过的角度为2π-β₁时，驱动第二电磁铁7，使第二电磁铁7吸附并锁定管材模套5；

其中：R_s为所述曲轮的半径，L_s为所述连杆的长度，L_c为所述第一电磁铁与所述第二电磁铁的有效动作力的最大气隙。

从第一电磁铁6与管材模套5之间的距离最远处给第一电磁铁6失电，能够使第一电磁铁6快速失去对管材模套5的吸附力，有利于快速有效的进行第一电磁铁6与第二电磁铁7的切换；从第二电磁铁7距管材模套5的距离到达第二电磁铁7的有效动作力的最大气隙时，开始驱动第二电磁铁7，其能够产生对管材模套5的有效动作力，能够吸附管材模套5，从而锁定管材模套5。

较佳的，所述的控制方法在实行之前还包括：测量所述刀片的回转平面与所述扁平管材的竖直方向垂线的夹角θ值。

该步骤可以通过使用倾角传感器实现，倾角传感器优选安装在飞到切断机的整机基座上，所述基座所在平面的垂直法线与所述扁平管材的竖直方向垂线的夹角即为θ。

通过在切割前确定夹角θ值，有利于保证飞刀、第一电磁铁及第二电磁铁的配合精度，及第一电磁铁和第二电磁铁的顺利切换，从而进一步提高了切割精度。

实施例3

参见图5，本实用新型实施例提供了一种飞刀切断机的控制装置，所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，所述的控制装置包括主板301、输入终端、数据采集及处理模块302、控制模块303及飞刀电机驱动模块304。主板301设有通讯总线；输入终端，可以为编码器、传感器、人工输入装置等，用于输入数据；数据采集及处理模块302设在主板301上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号，本实施例中，数据采集及处理模块302位于扩展编码器接口板上，通过在主板301上设置第一安装插槽，将所述扩展编码器接口板插入所述第一安装插槽来实现将数据采集及处理模块302设在主板301上；控制模块303，设在主板301上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块302进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到驱动控制命令，输出所述驱动控制命令，本实施例中，控制模块303位于高级运动位置控制板上，通过在主板301上设置第二安装插槽，将所述高级运动位置控制板插入所述第二安装插槽来实现将控制模块303设在主板301上；飞刀电机驱动模块304设在主板301上，通过所述通讯总线与控制模块303进行数据传输，用于接收所述控制命令，并按照所述驱动控制命令驱动所述飞刀切断机的驱动电机。

本实用新型实施例提供的飞刀切断机的控制装置，通过将数据采集及处理模块、控制模块及飞刀电机驱动模块集成在主板上，使其通过主板的通讯总线进行数据传输，大大缩小了控制装置的体积，提高了控制装置的数据传输速度及抗干扰能力，使其主动安全性大大提高，同时，系统独立工作，在生产线前端工艺不作任何改动的情况下能够快速的对生产线进行升级改造。

较佳的，所述的输入终端，包括：测量轮编码器，其包括测量轮和安装在测量轮上的编码器，所述测量轮可压接在扁平管材上，用于测量所述扁平管材的线速度和长度；位置编码器，可安装在飞刀切断机的驱动轴上，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置；以及人工输入装置，如HMI输入设备，用于输入控制装置所需的预设参数。

所述的输入终端，还包括：倾角传感器，用于测量所述飞刀切断机的飞刀回转平面倾角，以便进一步提高了切断定尺精度及切口垂直度。

实施例4

参见图1，本实用新型实施例提供了一种飞刀切断机的控制装置，所该方法控制的飞刀切断机20用于切割扁平管材，其包括驱动电机1、飞刀2、曲轮3、连杆4及管材模套5。驱动电机1设有驱动轴11，驱动轴11上设有齿轮12，用于驱动飞刀2及曲轮3；飞刀2包括刀臂21和刀片22，刀臂21为长条状结构，刀片22安装在刀臂21的一端面上，其刀锋朝向其运动方向，刀臂21的中心穿设在驱动轴11上，随驱动轴11转动；曲轮3位于驱动轴11的一侧，通过齿轮12与驱动轴11连接，且随驱动轴11转动，如图2所示，曲轮3的分度圆半径为齿轮12的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；连杆4其一端与曲轮3通过转动轴转动连接，且连接点不与曲轮3的圆心重合，另一端向远离驱动轴11的一侧延伸；管材模套5与曲轮3相对设置且与曲轮3之间具有间距，管材模套5设有限位通槽51，扁平管材10穿设在限位通槽51内，并与限位通槽51为间隙配合，从而能顺利通过限位通槽51，当飞刀2切割扁平管材10时管材模套5通过粘接或螺纹连接等方式与连杆4远离曲轮3的一端连接，当飞刀2不切割扁平管材10时，管材模套5脱离连杆4并远离连杆4，以使穿设在其限位通槽51内的扁平管材10脱离飞刀旋转区域。

所述的控制装置包括主板301、输入终端、数据采集及处理模块302、控制模块303及飞刀电机驱动模块304及电磁铁驱动模块305。主板301设有通讯总线；输入终端，用于输入数据，其包括测量轮编码器8、位置编码器9及人工输入装置306，所述的测量轮编码器8其包括测量轮和编码器，所述测量轮压接在所述扁平管材上，所述编码器位于所述测量轮上，，用于测量所述扁平管材的线速度和长度，所述的位置编码器9与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置，所述的人工输入装置，用于输入预设参数；数据采集及处理模块302设在主板301上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号，本实施例中，数据采集及处理模块302位于扩展编码器接口板上，通过在主板301上设置第一安装插槽，将所述扩展编码器接口板插入所述第一安装插槽来实现将数据采集及处理模块302设在主板301上；控制模块303，设在主板301上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块302进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，本实施例中，控制模块303位于高级运动位置控制板上，通过在主板301上设置第二安装插槽，将所述高级运动位置控制板插入所述第二安装插槽来实现将控制模块303设在主板301上；飞刀电机驱动模块304设在主板301上，通过所述通讯总线与控制模块303进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机的驱动电机；电磁铁驱动模块305，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动第一电磁铁6或第二电磁铁7，本实施例中，电磁铁驱动模块305包括第一电磁铁控制电路305a和第二电磁铁控制电路305b，通过驱动第一电磁铁控制电路305a或第二电磁铁控制电路305b来实现对第一电磁铁6或第二电磁铁7的驱动。

本实用新型实施例提供的飞刀切断机的控制装置，通过将数据采集及处理模块、控制模块及飞刀电机驱动模块集成在主板上，使其通过主板的通讯总线进行数据传输，大大缩小了控制装置的体积，提高了控制装置的数据传输速度及抗干扰能力，使其主动安全性大大提高，同时，系统独立工作，在生产线前端工艺不作任何改动的情况下能够快速的对生产线进行升级改造；通过电磁铁驱动模块切换第一电磁铁及第二电磁铁，方便了所述管材模套的锁定及移动，提高了切割效率、切断定尺精度及切口垂直度。

具体的，本实施例中，通过测量轮编码器8获取扁平管材10的线速度V及长度，通过位置编码器9测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置，通过HMI输入设备输入扁平管材10的高度H，扁平管材10的线速度V，刀片22的回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角θ，θ度数一般为2-5度之间，要切割下的扁平管材10的长度L，所述刀片的转动半径R等预设参数。

数据采集及处理模块302通过采集所述输入终端输入的数据，将其转换成电信号；控制模块303接收所述电信号，并按照以下预设程序对所述数据进行处理：

第一转速 $n_1=\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}*\frac{V}{\tan \mathrm{\θ}*H};$

第二转速 $n_2=[K-\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}]*\frac{V}{L-\tan \mathrm{\θ}*H};$

其中：K为n的倍数，且为最接近K₁的n的倍数，

当采集到飞刀处于切割扁平管材的位置时，控制模块303得出控制电机转速为n₁的第一驱动控制命令及控制第一电磁铁6固定管材模套5的第二驱动控制命令，并向飞刀电机驱动模块304输出该第一控制命令，向电磁铁驱动模块305的第一电磁铁控制电路305a输出该第二驱动控制命令；

当采集到飞刀离开切割扁平管材的位置时，控制模块303得出控制电机转速为n₂的第一驱动控制命令及控制第二电磁铁6固定管材模套5的第二驱动控制命令，并向飞刀电机驱动模块304输出该第一控制命令，向电磁铁驱动模块305的第二电磁铁控制电路305b输出该第二驱动控制命令；

飞刀电机驱动模块304用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；电磁铁驱动模块305，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动第一电磁铁6或第二电磁铁7。

本实施例的提供的飞刀切断机的控制装置通过控制飞刀以同步切断速度切割，保证了扁平管材切割面的垂直度，同时，通过使飞刀在候切时保持与同步切割速度相近的速度匀速转动，缩小了驱动电机加减速能力需求，最大限度的减小了速度变化对驱动电机的冲击，既保证了切断定尺精度及切口垂直度又避免电机加减速过快引起的电机损坏甚至更为严重的安全隐患；通过使用电磁铁锁定管材模套，通过切换第一电磁铁及第二电磁铁来实现所述管材模套的移动，方便了管材模套的锁定及移动，并使其能够进行自动控制，提高了切割效率及切断定尺精度及切口垂直度。

当连杆4旋转到即将进行切割的一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，连杆4转过的角度为2π-β₁时，驱动第一电磁铁6，使第一电磁铁6吸附并锁定管材模套5；

${\mathrm{\β}}_1=\arccos \left[\frac{{R_s}^2+{(R_s+L_s-L_c)}^2-{L_s}^2}{{2R}_s(R_s+L_s-L_c)}\right]$

其中：R_s为所述曲轮的半径，L_s为所述连杆的长度，L_c为所述第一电磁铁与所述第二电磁铁的有效动作力的最大气隙。

从第一电磁铁6距管材模套5的距离到达第一电磁铁6的有效动作力的最大气隙时，开始驱动第一电磁铁6，其能够产生对管材模套5的有效动作力，能够吸附管材模套5，从而锁定管材模套5。

较佳的，所述的控制所述第二电磁铁固定所述管材模套，包括：

当连杆4旋转到切割完后的第一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，连杆4旋转过的角度为π时，控制第一电磁铁6失电；

当连杆4旋转到切割完后的第一圈，以连杆4远离驱动轴11且处于水平位置时为起始位置，所述连杆旋转过的角度为2π-β₁时，驱动第二电磁铁7，使第二电磁铁7吸附并锁定管材模套5；

其中：R_s为所述曲轮的半径，L_s为所述连杆的长度，L_c为所述第一电磁铁与所述第二电磁铁的有效动作力的最大气隙。

从第一电磁铁6与管材模套5之间的距离最远处给第一电磁铁6失电，能够使第一电磁铁6快速失去对管材模套5的吸附力，有利于快速有效的进行第一电磁铁6与第二电磁铁7的切换，使第一电磁铁6与第二电磁铁7有效配合工作；从第二电磁铁7距管材模套5的距离到达第二电磁铁7的有效动作力的最大气隙时，开始驱动第二电磁铁7，其能够产生对管材模套5的有效动作力，能够吸附管材模套5，从而锁定管材模套5。

较佳的，所述的控制方法在实行之前还包括：测量所述刀片回转平面与所述扁平管材的竖直方向垂线的夹角θ值。

该步骤可以通过使用倾角传感器实现，倾角传感器优选安装在飞到切断机的整机基座上，所述基座所在平面的垂直法线与所述扁平管材的竖直方向垂线的夹角即为θ。

该步骤可以通过使用倾角传感器实现，倾角传感器优选安装在飞到切断机的整机基座上。

通过在切割前确定夹角θ值，有利于保证飞刀、第一电磁铁及第二电磁铁的配合精度，及第一电磁铁和第二电磁铁的顺利切换，从而进一步提高了切割精度。

实施例5

参见图1，本实用新型实施例提供了一种飞刀切断机系统，其包括飞刀切断机及飞刀切断机控制装置：所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其包括驱动电机1、飞刀2、曲轮3、连杆4及管材模套5。驱动电机1设有驱动轴11，驱动轴11上设有齿轮12，用于驱动飞刀2及曲轮3；飞刀2包括刀臂21和刀片22，刀臂21为长条状结构，刀片22安装在刀臂21的一端面上，其刀锋朝向其运动方向，刀臂21的中心穿设在驱动轴11上，随驱动轴11转动；曲轮3位于驱动轴11的一侧，通过齿轮12与驱动轴11连接，且随驱动轴11转动，曲轮3的分度圆半径为齿轮12的分度圆半径的2倍；连杆4其一端与曲轮3通过转动轴转动连接，且连接点不与曲轮3的圆心重合，另一端向远离驱动轴11的一侧延伸；管材模套5与曲轮3相对设置且与曲轮3之间具有间距，管材模套5设有限位通槽51，扁平管材10穿设在限位通槽51内，并与限位通槽51为间隙配合，从而能顺利通过限位通槽51，当飞刀2切割扁平管材10时管材模套5通过粘接或螺纹连接等方式与连杆4远离曲轮3的一端连接，当飞刀2不切割扁平管材10时，管材模套5脱离连杆4并远离连杆4，以使穿设在其限位通槽51内的扁平管材10脱离飞刀旋转区域。

所述的控制装置包括主板301、输入终端、数据采集及处理模块302、控制模块303及飞刀电机驱动模块304及电磁铁驱动模块305。主板301设有通讯总线；输入终端，用于输入数据，其包括测量轮编码器8、位置编码器9及人工输入装置306，所述的测量轮编码器8其包括测量轮和编码器，所述测量轮压接在所述扁平管材上，所述编码器位于所述测量轮上，用于测量所述扁平管材的线速度和长度，所述的位置编码器9与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置，所述的人工输入装置，用于输入预设参数；数据采集及处理模块302设在主板301上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号，本实施例中，数据采集及处理模块302位于扩展编码器接口板上，通过在主板301上设置第一安装插槽，将所述扩展编码器接口板插入所述第一安装插槽来实现将数据采集及处理模块302设在主板301上；控制模块303，设在主板301上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块302进行数据传输，接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，本实施例中，控制模块303位于高级运动位置控制板上，通过在主板301上设置第二安装插槽，将所述高级运动位置控制板插入所述第二安装插槽来实现将控制模块303设在主板301上；飞刀电机驱动模块304设在主板301上，通过所述通讯总线与控制模块303进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机的驱动电机；电磁铁驱动模块305，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动第一电磁铁6或第二电磁铁7，本实施例中，电磁铁驱动模块305包括第一电磁铁控制电路305a和第二电磁铁控制电路305b，通过驱动第一电磁铁控制电路305a或第二电磁铁控制电路305b来实现对第一电磁铁6或第二电磁铁7的驱动。

具体的，本实施例中，通过测量轮编码器8获取扁平管材10的线速度V及长度，通过位置编码器9测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置，通过HMI输入设备输入扁平管材10的高度H，扁平管材10的线速度V，刀片22回转平面与扁平管材10的竖直方向垂线的夹角θ，θ度数一般为2-5度之间，要切割下的扁平管材10的长度L，所述刀片的转动半径R等预设参数。

数据采集及处理模块302通过采集所述输入终端输入的数据，按照以下预设程序对所述数据进行处理：

第一转速 $n_1=\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}*\frac{V}{\tan \mathrm{\θ}*H};$

第二转速 $n_2=[K-\frac{2*\arcsin \left(\frac{\frac{H}{\cos \mathrm{\θ}}}{2R}\right)}{360}]*\frac{V}{L-\tan \mathrm{\θ}*H};$

其中：K为最接近K1的偶数，

当采集到飞刀处于切割扁平管材的位置时，数据采集及处理模块302得出控制电机转速为n₁的第一驱动控制命令及控制第一电磁铁6固定管材模套5的第二驱动控制命令，并向飞刀电机驱动模块304输出该第一控制命令，向电磁铁驱动模块305的第一电磁铁控制电路305a输出该第二驱动控制命令；

当采集到飞刀离开切割扁平管材的位置时，数据采集及处理模块302得出控制电机转速为n₂的第一驱动控制命令及控制第二电磁铁6固定管材模套5的第二驱动控制命令，并向飞刀电机驱动模块304输出该第一控制命令，向电磁铁驱动模块305的第二电磁铁控制电路305b输出该第二驱动控制命令；

飞刀电机驱动模块304用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；电磁铁驱动模块305，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动第一电磁铁6或第二电磁铁7。

本实施例的提供的飞刀切断机的控制装置通过控制飞刀以同步切断速度切割，保证了扁平管材切割面的垂直度，同时，通过使飞刀在候切时保持与同步切割速度相近的速度匀速转动，缩小了驱动电机加减速能力需求，最大限度的减小了速度变化对驱动电机的冲击，既保证了切断定尺精度及切口垂直度又避免电机加减速过快引起的电机损坏甚至更为严重的安全隐患；通过使用电磁铁锁定管材模套，通过切换第一电磁铁及第二电磁铁来实现所述管材模套的移动，方便了管材模套的锁定及移动，并使其能够进行自动控制，提高了切割效率及切断定尺精度及切口垂直度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种飞刀切断机的控制装置，所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其特征在于，所述的控制装置包括： 

主板，设有通讯总线； 

输入终端，用于输入数据； 

数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号； 

控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到驱动控制命令，输出所述驱动控制命令； 

飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述控制命令，并按照所述驱动控制命令驱动所述飞刀切断机。 

2.根据权利要求1所述的飞刀切断机的控制装置，其特征在于，所述的输入终端，包括： 

测量轮编码器，用于测量所述扁平管材的线速度和长度； 

位置编码器，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置； 

人工输入装置，用于输入预设参数。 

3.根据权利要求2所述的飞刀切断机的控制装置，其特征在于，所述的输入终端，还包括： 

倾角传感器，用于测量所述飞刀切断机的飞刀回转平面倾角。 

4.一种飞刀切断机的控制装置，所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其包括：驱动电机，设有驱动轴，所述驱动轴上设有齿轮；飞刀，包括长条状刀臂和固定在所述刀臂一端的刀片，所述刀臂的中心穿设在所述驱动轴上，随所述驱动轴转动；曲轮，位于所述驱动轴的一侧，通过所述齿轮与所述驱动轴连接，随所述驱动轴转动，所述曲轮的分度圆半径为所述齿轮的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；连杆，其一端与所述曲轮转动连接，且连接点不与所述曲轮的圆心重合，另一端向远离所述转动轴的一侧延伸；管材模套，其与所述曲轮相对设置且具有间距，其设有限位通槽，所述扁平管材穿设在所述限位通槽内，与所述限位通槽间隙配合；第一电磁铁，与所述连杆远离所述曲轮的一端连接；以及第二电磁铁，位于所述管材模套远离所述第一电磁铁的一侧，与所述第一电磁铁相对设置，用于固定所述管材模套，并使其远离所述飞刀的回转轨迹；所述管材模套，由能够被电磁铁吸附的材质制成，通过所述第一电磁铁与所述连杆连接，使穿设在所述管材模套上的扁平管材位于所述刀片的切割区域内，其特征在于，所述的控制装置包括： 

主板，设有通讯总线； 

输入终端； 

数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号； 

控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令； 

飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；以及 

电磁铁驱动模块，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动所述第一电磁铁或所述第二电磁铁； 

所述的输入终端包括： 

测量轮编码器，与所述扁平管材连接，用于测量所述扁平管材的线速度和长度； 

位置编码器，与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置； 

人工输入装置，用于输入预设参数。 

5.一种飞刀切断系统，其特征在于，其包括飞刀切断机及飞刀切断机控制装置： 

所述的飞刀切断机用于切断扁平管材，其包括： 

驱动电机，设有驱动轴，所述驱动轴上设有齿轮； 

飞刀，包括长条状刀臂和固定在所述刀臂一端的刀片，所述刀臂的中心穿设在所述驱动轴上，随所述驱动轴转动； 

曲轮，位于所述驱动轴的一侧，通过所述齿轮与所述驱动轴连接，随所述驱动轴转动，所述曲轮的分度圆半径为所述齿轮的分度圆半径的n倍，n为非零的偶数；

连杆，其一端与所述曲轮转动连接，且连接点不与所述曲轮的圆心重合，另一端向远离所述驱动轴的一侧延伸； 

管材模套，其与所述曲轮相对设置且具有间距，其设有限位通槽，所述扁平管材穿设在所述限位通槽内，与所述限位通槽间隙配合； 

第一电磁铁，与所述连杆远离所述曲轮的一端连接；以及 

第二电磁铁，位于所述管材模套远离所述第一电磁铁的一侧，与所述第一电磁铁相对设置，用于固定所述管材模套，并使其远离所述飞刀的回转轨迹； 

所述管材模套，由能够被电磁铁吸附的材质制成，通过所述第一电磁铁与所述连杆连接，使穿设在所述管材模套上的扁平管材位于所述刀片的切割区域内； 

所述的飞刀切断机控制装置包括： 

主板，设有通讯总线； 

输入终端； 

数据采集及处理模块，设在所述主板上，用于采集所述输入终端输入的数据，并将所述数据转换成电信号； 

控制模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述数据采集及处理模块进行数据传输，用于接收所述电信号，并通过预设程序对所述电信号进行处理，得到第一驱动控制命令和第二驱动控制命令，并输出所述第一驱动控制命令和第二驱动控制命令； 

飞刀电机驱动模块，设在所述主板上，通过所述通讯总线与所述控制模块进行数据传输，用于接收所述第一驱动控制命令，并按照所述第一驱动控制命令驱动所述飞刀切断机；以及 

电磁铁驱动模块，用于接收所述第二驱动控制命令，并按照所述第二驱动控制命令驱动所述第一电磁铁或所述第二电磁铁； 

所述的输入终端包括： 

测量轮编码器，与所述扁平管材连接，用于测量所述扁平管材的线速度和长度； 

位置编码器，与所述驱动轴连接，用于测量所述飞刀切断机的飞刀的速度与位置；以及 

人工输入装置，用于输入预设参数。 

Images