在生產(chǎn)加工過(guò)程中，絲網(wǎng)、布料、板材、金屬薄片等材料的切割常用方式有手工切割、半自動(dòng)切割機切割及自動(dòng)化切割機切割。手工切割靈活方便，但手工切割質(zhì)量差、材料浪費大、后續加工工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣，生產(chǎn)效率低。半自動(dòng)切割機中仿形切割機，切割工件的質(zhì)量較好，由于其使用切割模具，不適合于單件、小批量和大工件切割。其它類(lèi)型半自動(dòng)切割機雖然降低了工人勞動(dòng)強度，但其功能簡(jiǎn)單，只適合一些較規則形狀的零件切割。自動(dòng)化切割相對手動(dòng)和半自動(dòng)切割方式來(lái)說(shuō)，可有效地提高板材切割地效率、切割質(zhì)量，減輕操作者地勞動(dòng)強度。在我國的一些中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中使用手工切割和半自動(dòng)切割方式還較為普遍。

皮爾磁運動(dòng)控制系統提供同步多軸、單軸解決方案或安全驅動(dòng)解決方案。借助皮爾磁的解決方案，用戶(hù)可以在一個(gè)項目中創(chuàng )建符合IEC 61131-3標準的從基本PLC功能到運動(dòng)控制和CNC功能的完整用戶(hù)程序，可以快速且簡(jiǎn)單地執行大量復雜任務(wù)。運動(dòng)控制系統PMCprimo MC（獨立式）和運動(dòng)控制卡PMCprimo C（基于驅動(dòng)器）可以實(shí)施高性能應用，例如軌跡插補。系統開(kāi)發(fā)平臺清晰的界面結構可以在線(xiàn)提供更廣泛的選項，簡(jiǎn)化設備調試。

基于皮爾磁運動(dòng)控制系統開(kāi)發(fā)的多軸同步切割機，是一臺新型的多軸同步切割設備，可用用絲網(wǎng)、布料、板材、金屬薄片等材料的切割。該切割機使用皮爾磁的PMCprimo MC作為系統的主控制器，24臺PMCtendo DD5伺服驅動(dòng)器分別驅動(dòng)24臺PMCtendo AC5伺服電機的實(shí)時(shí)運行?？刂破髋c驅動(dòng)器之間使用CANopen總線(xiàn)通訊，通訊周期1ms，使系統具備了良好的實(shí)時(shí)性。系統程序基于Codesys平臺開(kāi)發(fā)，標準的IEC61131-3開(kāi)發(fā)語(yǔ)言使用戶(hù)可以快速的進(jìn)行系統編程。此外，系統還支持基本的G代碼導入功能，方便用戶(hù)對加工工件的圖案的編輯。借助運動(dòng)控制器中強大的插補功能，切割機可以靈活而簡(jiǎn)捷地實(shí)現多種類(lèi)型圖案的切割。

圖1：切割機系統拓撲圖

為了解決傳統單驅結構加工空間小、機床占地大、系統剛性低、加工效率低以及容易導致系統慣量不匹配從而增加不必要的機械成本和電機功率并誘發(fā)系統產(chǎn)生低頻共振問(wèn)題而降低加工精度等問(wèn)題，該設備使用龍門(mén)雙驅結構?；笥覂蓚鹊乃欧姍C經(jīng)過(guò)精準的同步控制，控制整個(gè)橫梁的前進(jìn)后退。根據驅動(dòng)軸的個(gè)數，通常以龍門(mén)雙驅機構或龍門(mén)多驅結構最為常見(jiàn)。以最常見(jiàn)的龍門(mén)雙驅結構為例，由于采用雙邊驅動(dòng)，使加工范圍大幅提高，床身占地面積大幅降低、運動(dòng)部件質(zhì)量大幅降低、機械元件和電機成本大幅降低，運行速度大幅提高。

圖2：切割機機械結構

然而，伴隨而來(lái)的雙邊同步控制問(wèn)題和機械結構剛性問(wèn)題成為設備制造商最大的困擾。許多廠(chǎng)家面對市場(chǎng)對高端設備的需求，紛紛把目光投向龍門(mén)雙驅系統，然而由于對著(zhù)類(lèi)型系統的原理和存在的問(wèn)題不甚了解，對如何保證雙邊驅動(dòng)同步性，提高加工精度和速度等問(wèn)題十分困惑安定猶豫不決。在此，結合此類(lèi)型控制問(wèn)題常用的幾種方法給與簡(jiǎn)單的陳述。一般龍門(mén)系統，如果系統機械對稱(chēng)性良好，機械結構剛性較高，龍門(mén)跨度不大，為了便于控制，通常采用主從方式，即一邊為主，一邊跟隨。這種方式控制十分簡(jiǎn)單，除回零過(guò)程需要做適當的處理外，其他控制非常簡(jiǎn)單易于調試。在用戶(hù)對自己設備的機械剛性好壞不確定的情況下，一般先使用主從方式運行。如果運行速度提不上去，或參數調整非常困難，精度與設計相差很遠，則說(shuō)明系統的剛性較低或對稱(chēng)性不好，主從方式將成為系統性能提高的瓶頸。第二種方法交叉耦合自動(dòng)糾偏就成為必需。這種方法采用交叉耦合的方法，動(dòng)態(tài)跟蹤雙邊的運動(dòng)跟隨誤差，從而動(dòng)態(tài)調整。其參數調節較為復雜，但是可以通過(guò)較為復雜的控制算法實(shí)現對機械剛性不好，對稱(chēng)性不高的龍門(mén)系統實(shí)現控制補償，從而實(shí)現高速高精度。皮爾磁可借助特有的電流補償技術(shù)，實(shí)現驅動(dòng)器層面的同步和交叉耦合。

在雙驅底座之上是切割機設備的橫梁，橫梁上配置了兩套獨立的Y軸，分別驅動(dòng)左右切割工作區的Y軸方向的運動(dòng)，每套Y軸懸掛一個(gè)X軸基座，每個(gè)基座配置8個(gè)旋轉軸，控制切割刀的切割方向。單臺設備共使用24臺伺服電機用來(lái)實(shí)現設備的運動(dòng)控制。該設備配置了16把切割刀，這些切割刀可以在系統的插補控制下，準確地同步工作，切割出或簡(jiǎn)單或復雜的形狀，極大地提高了切割效率。

圖案的切割通過(guò)皮爾磁運動(dòng)控制器中強大的插補功能實(shí)現。插補，即運動(dòng)控制系統依照一定方法確定刀具運動(dòng)軌跡的過(guò)程。也可以說(shuō)，已知曲線(xiàn)上的某些數據，按照某種算法計算已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法，也稱(chēng)為“數據點(diǎn)的密化”；運動(dòng)控制器根據輸入的零件程序的信息（可以是G代碼），將程序段所描述的曲線(xiàn)的起點(diǎn)、終點(diǎn)之間的空間進(jìn)行數據密化，從而形成要求的輪廓軌跡，這種“數據密化”機能就稱(chēng)為“插補”。

一個(gè)零件的輪廓往往是多種多樣的，有直線(xiàn)，有圓弧，也有可能是任意曲線(xiàn)，樣條線(xiàn)等。插補方式有：直線(xiàn)插補，圓弧插補，拋物線(xiàn)插補，樣條線(xiàn)插補等。直線(xiàn)插補是運動(dòng)控制器上常用的一種插補方式，在此方式中，兩點(diǎn)間的插補沿著(zhù)直線(xiàn)的點(diǎn)群來(lái)逼近，沿此直線(xiàn)控制切割刀具的運動(dòng)。圓弧插補是另外一種插補方式，在此方式中，根據兩端點(diǎn)間的插補數字信息，計算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運動(dòng)，加工出圓弧曲線(xiàn)。

在刀具切割運動(dòng)中，由于刀具的切割方向理論上需要與切割軌跡保持實(shí)時(shí)的平行，所以該切割系統在運動(dòng)過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)控制切割刀的刀片朝向。在本切割機中，切割刀的切割方向通過(guò)連接在刀具上的一個(gè)旋轉伺服來(lái)調整。借助皮爾磁運動(dòng)控制器中特有的實(shí)時(shí)任務(wù)（Real-time Task）功能，確保刀具在每一個(gè)程序執行周期的固定時(shí)刻進(jìn)行一次角度調整，實(shí)現刀具的朝向修正。

相對于市面上現有的自動(dòng)化切割設備，基于皮爾磁運動(dòng)控制器開(kāi)發(fā)的這臺多功能切割設備最大的優(yōu)勢在于其高效性、精確性和靈活性。目前，市面常見(jiàn)的切割機最多支持2個(gè)工件同時(shí)切割，而本設備則通過(guò)其特殊的結構設計，實(shí)現了16個(gè)工件的同時(shí)切割，加工效率得到極大的提高。盡管16個(gè)工位同時(shí)工作給工作臺的穩定性帶來(lái)了挑戰，龍門(mén)雙驅結構使得切割機在多工件同時(shí)加工時(shí)的結構穩定性和精確性得到保證。靈活性方面，皮爾磁運動(dòng)控制器對G代碼的支持極大的方便了用戶(hù)切割圖形的規劃和設計。

皮爾磁控制運動(dòng)系統極大的靈活性，使得用戶(hù)可以在很短的時(shí)間內完成復雜的系統開(kāi)發(fā)并方便最終用戶(hù)的使用。在多軸控制、插補應用、高精度實(shí)時(shí)運動(dòng)控制場(chǎng)合，皮爾磁運動(dòng)控制系統是一個(gè)不錯的選擇。