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0. 引言

枕式包裝機是一種臥式三面封口，自動完成制袋、填充、封口、切斷、成品排除等工序的包裝設備，主要應用于食品、日用化工、醫(yī)藥等行業(yè)自動化生產線的流水包裝。隨著包裝行業(yè)的快速發(fā)展， 高速、高精度和柔性化是其發(fā)展的趨勢。但是傳統(tǒng)的以電機驅動或者變頻控制的枕式包裝機在控制精度、運行穩(wěn)定性、產品適應性、調試維修以及運行噪音等方面存在一些很難克服的弊端［1］。

如今，電子凸輪技術隨著伺服控制技術的發(fā)展而得到廣泛的應用，它是利用構造的電子凸輪曲線來模擬機械凸輪，以達到與機械凸輪系統(tǒng)相同的凸輪軸與主軸之間相對運動的軟件系統(tǒng)。它主要有以下的優(yōu)點［2-3］：（1） 精度高。電子凸輪采用數(shù)字控制技術，既不需要很高的機械凸輪制造精度，也不會有機械磨損，凸輪曲線形狀一旦確定便不會隨時間改變，因而從軸重復實現(xiàn)預期運動的精度高。（2）速度高，穩(wěn)定性好。電子凸輪由于采用伺服控制，不但沒有機械凸輪的慣性，而且控制器運算速度快，故系統(tǒng)響應快，能適合高速運動。（3）操作靈活，更柔性化。電子凸輪只要更改相應的運動參數(shù)，即可以實現(xiàn)多種凸輪軌跡的運動控制，快速簡單，避免了機械加工的麻煩， 降低了裝配和調試的成本。（4）噪音低。電子凸輪沒有多余的機械傳動，機械振動和摩擦小，噪音更低。因此，目前使用電子凸輪控制的伺服型枕式包裝機是行業(yè)發(fā)展的必然方向。

0. 枕式包裝機的控制原理

由送膜、進料、橫封以及縱封等機構組成。工作時送膜和進料是同步進行的，由色標檢測和接近開關分別對送膜和送料的位置進行檢測，薄膜經成型器成型后變?yōu)橥材?，并進行縱向熱封，同時物料被送進筒膜內，一起向前經過橫封橫切部位，由回轉式的橫封滾切刀對筒膜進行橫向封切，最后輸出包裝成品。為了完成整個流程，其控制的重點和難點在于物料輸送軸、送膜軸和橫封軸，三軸的位置、速度同步以及電子凸輪運動的實現(xiàn)［4-7］。

1. 1. 位置同步

需要保證物料輸送軸將被包裝物在合適的位置推入筒膜中，否則橫封軸壓合時會壓住產品；而且同時橫封軸也必須切割在薄膜的色標點上，這樣才能保證包裝膜圖案的完整性。當調整完畢， 三軸在運行中需要一直保持該位置關系。

1. 2. 速度同步

一方面是要求橫封軸旋轉一周包裝出一個成品，同時物料輸送軸送入一個產品，送膜軸也送進一個袋長的薄膜。另一方面是橫封軸壓合時，送膜和壓合需要速度同步，即橫封刀切割時的線速度與此時薄膜的線速度要相等，否則會造成薄膜堆積或者拉扯，影響包裝質量。

1. 3. 電子凸輪運動

當包裝袋長度發(fā)生變化時，由于橫封刀的周長是一定的。如果橫封軸作勻速運動，勢必造成它和物料輸送軸，送膜軸之間出現(xiàn)相對運動，影響包裝質量。因此，橫封軸必須以凸輪方式和送膜軸，物料輸送軸配合。

1. 橫封軸滾切電子凸輪曲線的設計
2. 1. 橫封滾切電子凸輪的參數(shù)及計算

在枕式包裝機中，橫封裝置由橫封伺服控制，它產生的滾切凸輪運動實現(xiàn)包裝機最重要兩個功能：封合和切斷［8］。

當枕式包裝機工作時，橫封軸旋轉一周的過程中，當轉到橫封過程的角度時，橫封軸必須與送膜軸保持線速度同步，我們將進行橫封過程的角度稱為同步角，同步角的大小根據(jù)機械結構和工藝而定，目前使用最多的角度是 60°左右。橫封軸轉到同步角時，必須與送膜軸保持速度同步，而脫離同步角度后，需要加速還是減速，取決于橫封軸固有長度與包裝袋長度之間的大小關系。橫封軸固有長度 G 的定義如圖 3 所示。而且橫封的周期時間與物料輸送軸送入一個物品的時間必須相同。當停機時，橫封刀需要停止在指定的角度上，該角度稱為等待位置 hs。

1. 1. 橫封軸電子凸輪曲線設計分析

在橫封電子凸輪曲線設計中，主要是要確定橫封軸和虛擬主軸的位置關系。虛擬主軸是隨著伺服控制技術出現(xiàn)而提出的概念，它只是用來接收速度、位置和加速度指令，沒有真實的執(zhí)行機構。在主從軸同步控制的基礎上，從軸按一定關系跟隨該虛擬主軸運動，從而實現(xiàn)主從軸特定曲線地嚙合。下面主要對橫封軸和主軸位置關系進行闡述。

在實際運行過程中，枕式包裝機為了適應客戶對包裝不同袋長的需要，我們設計的滾切電子凸輪曲線需要考慮如下 4 種情況。

0. 結語

本文介紹了枕式包裝機橫封軸的電子凸輪曲線設計方法，并以伺服軸枕式包裝機為例說明了其軟硬件具體實現(xiàn)。使用本電子凸輪伺服控制算法，解決了傳統(tǒng)枕式包裝機，機械安裝維護麻煩，噪音大，精度低，尺寸規(guī)格調整復雜等缺點，并極大地提高了枕式包裝機的運行速度和精度，操作更方便，且運行穩(wěn)定可靠。該方法同樣對其他包裝機械的電子凸輪控制研究，也有一定的借鑒意義。

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