0. 引言

枕式包装机是一种卧式三面封口，自动完成制袋、填充、封口、切断、成品排除等工序的包装设备，主要应用于食品、日用化工、医药等行业自动化生产线的流水包装。随着包装行业的快速发展， 高速、高精度和柔性化是其发展的趋势。但是传统的以电机驱动或者变频控制的枕式包装机在控制精度、运行稳定性、产品适应性、调试维修以及运行噪音等方面存在一些很难克服的弊端［1］。

如今，电子凸轮技术随着伺服控制技术的发展而得到广泛的应用，它是利用构造的电子凸轮曲线来模拟机械凸轮，以达到与机械凸轮系统相同的凸轮轴与主轴之间相对运动的软件系统。它主要有以下的优点［2-3］：（1） 精度高。电子凸轮采用数字控制技术，既不需要很高的机械凸轮制造精度，也不会有机械磨损，凸轮曲线形状一旦确定便不会随时间改变，因而从轴重复实现预期运动的精度高。（2）速度高，稳定性好。电子凸轮由于采用伺服控制，不但没有机械凸轮的惯性，而且控制器运算速度快，故系统响应快，能适合高速运动。（3）操作灵活，更柔性化。电子凸轮只要更改相应的运动参数，即可以实现多种凸轮轨迹的运动控制，快速简单，避免了机械加工的麻烦， 降低了装配和调试的成本。（4）噪音低。电子凸轮没有多余的机械传动，机械振动和摩擦小，噪音更低。因此，目前使用电子凸轮控制的伺服型枕式包装机是行业发展的必然方向。

0. 枕式包装机的控制原理

由送膜、进料、横封以及纵封等机构组成。工作时送膜和进料是同步进行的，由色标检测和接近开关分别对送膜和送料的位置进行检测，薄膜经成型器成型后变为筒膜，并进行纵向热封，同时物料被送进筒膜内，一起向前经过横封横切部位，由回转式的横封滚切刀对筒膜进行横向封切，最后输出包装成品。为了完成整个流程，其控制的重点和难点在于物料输送轴、送膜轴和横封轴，三轴的位置、速度同步以及电子凸轮运动的实现［4-7］。

1. 1. 位置同步

需要保证物料输送轴将被包装物在合适的位置推入筒膜中，否则横封轴压合时会压住产品；而且同时横封轴也必须切割在薄膜的色标点上，这样才能保证包装膜图案的完整性。当调整完毕， 三轴在运行中需要一直保持该位置关系。

1. 2. 速度同步

一方面是要求横封轴旋转一周包装出一个成品，同时物料输送轴送入一个产品，送膜轴也送进一个袋长的薄膜。另一方面是横封轴压合时，送膜和压合需要速度同步，即横封刀切割时的线速度与此时薄膜的线速度要相等，否则会造成薄膜堆积或者拉扯，影响包装质量。

1. 3. 电子凸轮运动

当包装袋长度发生变化时，由于横封刀的周长是一定的。如果横封轴作匀速运动，势必造成它和物料输送轴，送膜轴之间出现相对运动，影响包装质量。因此，横封轴必须以凸轮方式和送膜轴，物料输送轴配合。

1. 横封轴滚切电子凸轮曲线的设计
2. 1. 横封滚切电子凸轮的参数及计算

在枕式包装机中，横封装置由横封伺服控制，它产生的滚切凸轮运动实现包装机最重要两个功能：封合和切断［8］。

当枕式包装机工作时，横封轴旋转一周的过程中，当转到横封过程的角度时，横封轴必须与送膜轴保持线速度同步，我们将进行横封过程的角度称为同步角，同步角的大小根据机械结构和工艺而定，目前使用最多的角度是 60°左右。横封轴转到同步角时，必须与送膜轴保持速度同步，而脱离同步角度后，需要加速还是减速，取决于横封轴固有长度与包装袋长度之间的大小关系。横封轴固有长度 G 的定义如图 3 所示。而且横封的周期时间与物料输送轴送入一个物品的时间必须相同。当停机时，横封刀需要停止在指定的角度上，该角度称为等待位置 hs。

1. 1. 横封轴电子凸轮曲线设计分析

在横封电子凸轮曲线设计中，主要是要确定横封轴和虚拟主轴的位置关系。虚拟主轴是随着伺服控制技术出现而提出的概念，它只是用来接收速度、位置和加速度指令，没有真实的执行机构。在主从轴同步控制的基础上，从轴按一定关系跟随该虚拟主轴运动，从而实现主从轴特定曲线地啮合。下面主要对横封轴和主轴位置关系进行阐述。

在实际运行过程中，枕式包装机为了适应客户对包装不同袋长的需要，我们设计的滚切电子凸轮曲线需要考虑如下 4 种情况。

0. 结语

本文介绍了枕式包装机横封轴的电子凸轮曲线设计方法，并以伺服轴枕式包装机为例说明了其软硬件具体实现。使用本电子凸轮伺服控制算法，解决了传统枕式包装机，机械安装维护麻烦，噪音大，精度低，尺寸规格调整复杂等缺点，并极大地提高了枕式包装机的运行速度和精度，操作更方便，且运行稳定可靠。该方法同样对其他包装机械的电子凸轮控制研究，也有一定的借鉴意义。

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