摘要：本文主要介紹了利用臺達高性能A2伺服電子凸輪(CAM)功能，實現(xiàn)全自動餃子機面皮快速壓合，使得壓合時間更充分，餃子成型更美觀的同時，大大提高了生產效率和產品質量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益和社會效益，提高客戶產品的市場競爭力。

關鍵詞：伺服驅動器;電子凸輪;無軸傳動編碼器

1引言

餃子機采用模擬手工餃子的壓片包合的成型特點，雙控雙向定量供料原理，生產時不需要另制餃子皮，只需要將面團與餡料放入進料口，開機即可自動生產出餃子，其中壓合的過程及其重要，壓合的過程又必須與主軸同步，根據(jù)主軸的速度來確定壓合時間，壓合時間直接影響壓合度，壓合度影響餃子的質量，傳統(tǒng)餃子機一般采用機械傳動或者氣動傳動與主軸同步。機械凸輪機構的優(yōu)點：只需設計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便；凸輪機構的缺點：凸輪與從動件間為點或線接觸，易磨損；因食品機械的特殊性，機器每天都要清洗，機器壓合部分極易藏垢納污，屬于必須徹底清洗部分，但機械傳動部分清洗困難，復雜，傳動部分在維修時也非常麻煩，客戶在使用過程中非常不便。而使用氣動壓合雖然避免上述問題，但存在著同步不準確，在低速時響應，壓合都很好，但在高速時響應就不夠了，壓合的餃子廢品率極高。如果采用電子凸輪，能達到機械凸輪的效果，還能避免機械凸輪的劣勢，極大的提升機器的綜合性能。

2全自動餃子機機構和原理

2.1全自動餃子機共包含以下部分機構，分述如下:

(1)機架

機架由角鋼框架及不銹鋼臺面組成，并設置水平調節(jié)裝置便于調整水平位置，當設置移動到位后可由此裝置調整水平位置。

(2)主轉盤

餃子機的主要部件，所有其他分部動作都以此為基準通過一定的比例來動作，上面裝有餃子承載機構，推出裝置，由臺達EL系列變頻器驅動，是電子凸輪運動中的主軸。

(3)壓合裝置

主要由臺達A2系列1kW伺服電機，傳動機構組成，是電子凸輪運動中的從軸，如圖1所示。

圖1壓合裝置圖

(4)電氣控制

包含電氣控制箱，觸摸屏操作盒。采用臺達ES2做為控制核心，觸摸屏作為人機交換，伺服電機作為執(zhí)行機構，實現(xiàn)餃子機的快速生產，如圖2所示。

圖2電氣控制圖

2.2設備工藝流程

啟動機器壓合裝置回原點→選擇生產模式→設定參數(shù)→跟隨啟動→循環(huán)生產。

2.3電氣系統(tǒng)配置

電氣系統(tǒng)控制主要包括壓合裝置，主軸速度動作控制部分，具體配置如附表所示。

根據(jù)客戶提供使用要求，主軸最快速度20轉/分，主軸每旋轉一轉，壓合裝置壓合6次，壓合速度為20×6=120次/分，每次壓合時間為60/120=0.5s。

壓合距離為50mm，一次完整的壓合包括壓緊→松開。中途停留最少100ms，壓合完成后停留170ms留給伺服的運動時間為500ms-100ms-170ms=230ms。

絲杠螺紋為10mm，來回100mm在230ms內完成，計算出伺服的速度為100mm/10mm/0.23s×60=2608轉/分，選擇臺達A2低慣量750W伺服電機。

PLC控制普通I/O點并通過RS485與變頻器通訊控制變頻器頻率，選用臺達DVP-40ES200T，主軸方面主要控制轉速，選用臺達高性價比EL系列變頻器。

壓合裝置要求定位準確無誤，上面裝有原點開關和限位開關，以保證機械的安全性。采用上電回原點，并且偏移一段位置，再把原點開關作為負限位來使用。

附表電氣系統(tǒng)配置

3電子凸輪功能應用介紹

3.1電子凸輪的應用方案

本方案在于A2伺服電子凸輪功能的應用，在壓合一次餃子的過程中被劃分為同步區(qū)域和異步區(qū)域，包括同步起始點，加速位置，同步位置，減速位置，基準參考點，這些都是根據(jù)主軸的位置和壓合長度，絲桿螺距等計算出來的結果，在A2伺服內設置好CAM曲線，測量的高速編碼器信號直接接入伺服的高速脈沖輸入口，不做任何運算，直接按A2伺服驅動器內設置好的數(shù)據(jù)軌跡走，因此響應的速度非?？?，保證了在同步周期內有足夠的壓合時間。

3.2電子凸輪的實現(xiàn)方式

(1)獲取主軸的位置

獲取主軸位置有幾種方法：一是采用虛擬軸，計算簡單準確；二是從主軸編碼器獲??；三是從變頻器脈沖獲取，將信號進行處理；這個系統(tǒng)采用的是第二種方案。由編碼器脈沖獲取主軸的位置。

(2)實現(xiàn)主從軸的嚙合

實際上是定義主從軸之間的關系(稱之為camtable)。Camtable有兩種方法表述：一是采用X，Y的點對點的關系，二是采用2者的函數(shù)關系，camtable的獲取也有多種途徑：根據(jù)實際工作中測量的點與點之間的對應關系，根據(jù)主從軸的標準函數(shù)關系。camtable可以定義多個cam曲線，關系確定和實現(xiàn)后，根據(jù)主軸的位置，就能得到從軸的位置，在A2伺服驅動器內，CAM曲線既可通過手動編程時生成也可以通過程序自動生成，本程序通過手動生成。

3.3臺達A2伺服驅動器電子凸輪功能介紹

臺達A2-M伺服驅動器除了實現(xiàn)全閉環(huán)，CANOPEN功能外，內嵌了電子凸輪功能，使其可以應用在多種運動控制場合，如圖3、圖4所示。

A2伺服驅動器的PT模式是根據(jù)外界輸入的脈沖數(shù)(Master)，作為位置命令(Slave)的參考值，兩者之間僅是線性關系(比例即為電子齒輪比)。然而電子凸輪的概念是將兩者之間的關系重新定義，不再是單純的線性關系，而是周期性的曲線關系，如同凸輪的輪廓外形一般。

傳統(tǒng)機械中，使用凸輪可以讓主動軸單純的等速運動，轉變成從動軸的變速度運動/往復運動/間歇運動…等等，應用場合非常廣泛！

圖3臺達A2伺服驅動器

圖4臺達A2伺服電子凸輪實現(xiàn)示意圖

3.4A2伺服電子凸輪的實現(xiàn)

圖5壓合裝置運動軌跡設置的位置

圖6壓合裝置運動軌跡設置的速度

圖7壓合裝置運動軌跡設置的加速度

圖5、圖6、圖7是以餃子壓合裝置運動軌跡設置的位置，速度和加速度圖，通過壓合裝置和主軸的運動軌跡，手動建表而成。通過上述圖形，我們可以很直觀的來規(guī)劃電子凸輪的曲線，并且可以預判凸輪的運動軌跡，避免電子凸輪設置不合理，對機械裝置和伺服造成劇烈的震動。

在命令來源選項中，選擇pulseCmd脈沖命令嚙合時機選為：立即脫離時機選為master軸超出設定位移量則脫離，并且脫離后關閉凸輪功能電子凸輪啟動方式為通過外部I/O觸發(fā)。

圖8電子凸輪曲線下的運行圖

圖8為設備運行中，通過臺達ASD-SOFT軟件示波器抓取伺服在電子凸輪曲線下的運行圖，(圖中的脈沖間隔？前后沿陡直，幅值平滑?？烧f明)以看到伺服動作軌跡完全能滿足客戶的要求，且與使用氣動壓合雖然避免上述問題，但存在著同步不準確，在低速時響應，壓合都很好，但在高速時響應就不夠了，壓合的餃子廢品率極高。如果采用電子凸輪，能達到機械凸輪的效果，還能避免機械凸輪的劣勢，極大的提升機器的綜合性能。

4結論

以上方案通過實際使用效果驗證，已在客戶處大量使用，此種方案的優(yōu)勢在于：在軟件方面，不需要在客戶以前的PLC程序上做大的改動，只需添加幾步程序即可，不會破壞客戶原有的架構，使用起來方便簡單。硬件方面：只需增加幾個接近開關和編碼器就能正常使用，并且編碼器信號直接進入伺服，不需要在PLC程序上做出運算。雖然更換了伺服上去，但減少了大量的機械結構，成本并沒有提高，還提高了生產機器的生產效率，提升了機器的自動化程度，市場前景廣闊。

此外，電子凸輪還有各種功能，能在應用在各種較高要求的運動控制中，例如：包裝行業(yè)的飛剪，機床行業(yè)的飛鋸，印刷行業(yè)的套印，紡織行業(yè)的排線繞線等。