0. 引言

枕式包裝機是一種臥式三麵封口，自動完成製袋、填充、封口、切斷、成品排除等工序的包裝設備，主要應用於食品、日用化工、醫藥等行業自動化生產線的流水包裝。隨著包裝行業的快速發展， 高速、高精度和柔性化是其發展的趨勢。但是傳統的以電機驅動或者變頻控製的枕式包裝機在控製精度、運行穩定性、產品適應性、調試維修以及運行噪音等方麵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製技術的發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，以達到與機械凸輪係統相同的凸輪軸與主軸之間相對運動的軟件係統。它主要有以下的優點［2-3］：（1） 精度高。電子凸輪采用數字控製技術，既不需要很高的機械凸輪製造精度，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，因而從軸重複實現預期運動的精度高。（2）速度高，穩定性好。電子凸輪由於采用伺服控製，不但沒有機械凸輪的慣性，而且控製器運算速度快，故係統響應快，能適合高速運動。（3）操作靈活，更柔性化。電子凸輪隻要更改相應的運動參數，即可以實現多種凸輪軌跡的運動控製，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。電子凸輪沒有多餘的機械傳動，機械振動和摩擦小，噪音更低。因此，目前使用電子凸輪控製的伺服型枕式包裝機是行業發展的必然方向。

0. 枕式包裝機的控製原理

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，薄膜經成型器成型後變為筒膜，並進行縱向熱封，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，最後輸出包裝成品。為了完成整個流程，其控製的重點和難點在於物料輸送軸、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［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係。

1. 2. 速度同步

一方麵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。另一方麵是橫封軸壓合時，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

當包裝袋長度發生變化時，由於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及計算

在枕式包裝機中，橫封裝置由橫封伺服控製，它產生的滾切凸輪運動實現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，而脫離同步角度後，需要加速還是減速，取決於橫封軸固有長度與包裝袋長度之間的大小關係。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係。虛擬主軸是隨著伺服控製技術出現而提出的概念，它隻是用來接收速度、位置和加速度指令，沒有真實的執行機構。在主從軸同步控製的基礎上，從軸按一定關係跟隨該虛擬主軸運動，從而實現主從軸特定曲線地齧合。下麵主要對橫封軸和主軸位置關係進行闡述。

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，並以伺服軸枕式包裝機為例說明了其軟硬件具體實現。使用本電子凸輪伺服控製算法，解決了傳統枕式包裝機，機械安裝維護麻煩，噪音大，精度低，尺寸規格調整複雜等缺點，並極大地提高了枕式包裝機的運行速度和精度，操作更方便，且運行穩定可靠。該方法同樣對其他包裝機械的電子凸輪控製研究，也有一定的借鑒意義。

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