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关键词：伺服运动 电子凸轮 切割运动摘要:摘要:以巧克力包装机为研究对象,通过搭建伺服控制实验平台,进行电子凸轮设计,实现包装纸的切割运动。设计采用软PLC技术、速度前馈策略和串联?D控制系统对伺服电机进行精确的速度与位移控制。通过分析实验数据可知,电子凸轮技术能够提升凸轮的反应速度并且得到更高的位移精度,验证了使用电子凸轮技术能够很好地替代原有机械凸轮。

引言

传统凸轮机构主要用于旋转运动与非旋转运动之间的转换,其转换后的非旋转运动包括直线往复运动、摆动等多种形式。正是凸轮机构的这种灵活性为各类机械执行件的设计提供了很好的解决方案。目前在包括巧克力包装机在内的多种机械装置中,凸轮机构已广泛应用。^（1-2）但由于凸轮自身具有的高点副﹑线接触的机构特征,其在使用中存在磨损很快﹑维护困难的问题,并且此类机构加工复杂,不适合柔性化生产。^（3）因此对于巧克力包装机这种要求高效率﹑高自动化生产设备而言,机械凸轮的使用受到越来越大的困扰。电子凸轮(Electronic CAM）,是使用伺服控制器来控制伺服电机达到模拟机械凸轮的功能。相对于传统机械凸轮，电子凸轮的优势体现在高柔性与高精度。^（4-5）仅需修改电子凸轮的轮廓曲线,即可实现多种凸轮轨迹运动的控制,快速简单,避免了机械加工的麻烦;电子凸轮技术减少了凸轮机构的制造、装配误差和磨损﹐能够大幅提高运行精度。

目前电子凸轮技术在包装切纸机、封焊机和船舶制造等领域已经得到应用，并取得了良好的运行效果。^（6）但大都在低速运动运动应用领域。通过采用电子凸轮技术对巧克力包装机械高速凸轮进行升级改造﹐使用德国BECKHOFF的IPC作为上位控制器，利用其高速高效的数据处理能力进行运动轨迹规划、程序编译和插补运算。下位运动控制器也是德国BECKHOFF推出的基于DSP全数字处理器的双通道驱动器,它具有系统响应快、定位精度高的特点。同时此方案对此类包装机械的柔性化设计，提高其科技水平和国际竞争力,具有重要意义。^（14）

国内外研究现状

国内外对于制袋-充填-封口包装工艺的研究已很成熟，近些来主要集中在技术工艺和包装形式上的创新，以及针对特定包装对象和包装形式提出针对性的工艺流程与装置研究;同时针对袋包装机工作原理及模块化设计的研究也较为热门，通过模块化设计可大大提高包装机械的设计效率;针对包装机局部机构的设计和优化也是近些年来研究的热点，包括制袋、输袋、开袋等机构装置，这些为本课题的研究提供了参考。

意大利GD公司从80年代起先后推出了硬盒的GD X2 (400包/分钟)、GD X2000(600包/分钟)、GD X3000(700包/分钟)机组和软盒的GD X1(400包/分钟)、GD X500(500包/分钟)、GD X6S (600包/分钟）机组,这些产品均采用单通道横包间隙运动包装方式。2003年起GD公司推出了H1000硬盒包装机组和 S1000 软盒包装机组，采用了基于以硬盒为中心、活动模盒交接技术的单通道轮式连续运动包装方式，体现了先进的设计理念，其额定速度为1000包/分钟。

此外，德国FOCKE公司生产的F8超高速包装机组（1000包/分钟）沿用了以往的直包包装工艺流程，通过机构创新与优化，产品的动力学性能得到了较大改善，采用通道包装方式实现了包装速度的提高。FOCKE公司在FOCKE 700S的技术基础上进行改进，开发了FOCKE F5(500包/分钟)、FOCKEF8(1000包/分钟)与FOCKEFX(700包/分钟）产品系列，在降低噪音、提高包装质量等方面均有一定的技术提升。

综合比较国外各款超高速包装机，可以看出其的技术发展趋势主要有以下几个方面:

(1）高速