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在前两章节中，我们分别介绍了Gear同步和CAM同步应用，介绍了两种同步方式的特点及实现方式，以及对应的解决方案、编程和调试的关键点，本章我们结合飞锯应用场景，详细介绍飞锯工艺应用，并介绍通过Gear同步和Cam同步两种实现飞锯的方式以及对比。

飞锯工艺描述：

标准的“飞锯”是用来把移动的原材料切成定长的分段，其核心功能是对原材料进行切割，穿孔，浮雕，密封，锯，钻，油漆…等。

在工业生产中，各种材料的定长裁切或者加工应用非常广泛，剪切或加工的材料也多种多样，有板材及棒线材等，以金属板材定长剪切为例，原来采用的停剪裁切由于频繁启停，无法避免加减速过程中对材料表面造成的划痕，也无法满足某些材料的连续生产的需求，随着运动控制系统的成熟及普及，飞锯（追剪）同步剪切的出现极大地提高了工作效率，相对于传统的停剪模式也极大地提高了剪切精度和加工品质并减少了空间占用，在冶金行业、金属成型行业、包装行业、玻璃行业、木材加工、食品饮料行业、化工行业等得到广泛应用。

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图1 飞锯系统组成

飞锯（Flying Saw）系统主要由送料驱动（Web drive）或者测量系统、飞锯驱动系统、传感器、锯四部分组成，如图1所示，送料驱动主要用于原材料的输送及位置检测，如果原材料由前段工艺输送，可以通过测量系统（编码器或者激光测量装置）进行位置检测；飞锯驱动主要用于驱动剪床与送料驱动位置同步，同步后锯床开始启动对原材料进行加工（切断或者打孔等），加工完成后返回初始位置；传感器主要用于色标检测及剪切位置调整，切割位置通过传感器检测或者在经过一次切长后调整，同时同步位置也被确定，飞锯的锯片在切割位置开始与材料同步，然后切割开始，切割完成后，飞锯的锯片返回初始位置，等待下次切割。

简化模型如图2所示：

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图2 飞锯系统简化模型

飞锯的控制目标：

1）加工材料的形式是一个连续的生产过程，原材料长度接近于“无限长”，原材料以恒定的速度匀速运行。

2）原材料在剪切过程中不能停止。

3）用印痕或标记等色标检测确定切口在材料上的位置或者指定的长度剪切。

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图3 飞锯应用的流程及相关物理参数

飞锯应用的工艺流程及相关物理参数如图3所示，相关物理参数说明如下：

Distance to Sensor：飞锯的原点与用于检测材料和色标的传感器之间的距离

Starting position：相对于飞锯原点而言的切割单元起始点

Synchronous position：同步区间的起始点，在该位置切割单元达到指定材料位置和速度。

Synchronous range end：同步区间的终点。如果在该位置切割还未结束则切割被中断。

Reversal point：飞锯行程的终点（如软限位开关）。

飞锯原理：

飞锯应用的运行曲线，如图4所示的一个周期速度-时间关系，飞锯应用是直线往复运行，在直线运动过程中，飞锯驱动与原材料达到相同的线速度即同步时进行切割或者加工，加工完成后返回起始位置等待下次开始，即在一周期内完成图三飞锯应用的工作流程。

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图4 飞锯应用的运行曲线，一个周期速度-时间关系

飞锯应用运行曲线的规划需要根据工艺要求，考虑飞锯驱动的最大移动距离，锯床加工的时间，原材料的最大运行速度，飞锯定长加工的长度范围（最短以及最长）等因素，计算出飞锯驱动需要的最大加减速度、加减速时的运行距离、同步距离、返回时的加速度及运行距离等规划出飞锯应用最终的运行曲线。根据飞锯锯床移动部分的重量、传动方式等机械参数，结合运行曲线可以计算出飞锯驱动所需的电机、驱动器、运动控制器等配置，具体计算方式可以参考《运动控制机器--运动控制选型配置要点及选型工具》部分的内容，这里就不展开介绍。

飞锯功能的实现：

从飞锯工艺和工作原理可以看出，飞锯的同步过程是飞锯应用的核心功能，同步过程的实现可以通过Gear同步以及Cam同步两种方式实现，如图5动画和飞锯应用位置-时间关系曲线所示，采用Gear同步时主要应用于加速区①和同步区②，①加速区从P2开始位置-P3同步起始位置，②同步区从P3同步起始位置-P4同步终点位置，此时锯床进行切割或者加工。加工完成后飞锯驱动通过定位指令移动到起始位置等待下次同步。

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图5 飞锯应用的运行曲线，一个周期位置-时间关系

采用Gear建立同步的过程主要有两种方式：基于动态响应的Gear同步和基于同步长度的Gear同步，采用基于动态响应的Gear同步优点是加速度平滑，但需要考虑并核算最高线速度限制合理设置飞锯驱动的加速度、加加速度，如果设置不合理会导致同步失败的情况。采用基于同步长度的Gear同步，需要根据飞锯轴的加速特性以及原材料线速度不同计算同步长度，优点是同步长度确定，缺点是加速度存在突变，速度可能出现超调。Gear同步的两种方式在线速度发生变化时都需要重新计算同步参数。采用Cam同步时，在飞锯应用整个运动曲线都是位置同步，优点是加速度和速度平滑，能够适应线速度变化，变换加工长度时需要重新生成Cam曲线。关于Gear同步和Cam同步两种方式详细信息可以参考上两期内容介绍。

工程实践：

1、最大线速度计算：

在实际应用中一般在程序根据同步长度、加速度、加加速度等参数来计算允许的最大线速度，以避免同步失败的情况发生。

2、色标检测功能：

针对不同的加工材料特点，飞锯应用还会应用到测量输入功能，用于色标检测对加工长度进行修正。

3、扭矩限幅：

在某些行业为了保护锯片，防止同步过程中抖动导致的锯片损伤，在飞锯驱动同步后锯床会与原材料锁紧，此时需要激活飞锯驱动的转矩限幅功能。

4、测量编码滤波：

飞锯通常会随外部编码器作为主轴应用，由于上游原材料线速度不稳定、材料表面不平整、测量轮结构及安装方式不合理导致的打滑、设备振动等因素，需要对编码器进行滤波，编码器增加位置滤波后，位置值会出现滞后，表现在材料的切长上，就是加速阶段切长变长，减速阶段切长变短。处理加速、减速阶段尺寸偏差有多种方式，最常用的方式是激活编码器的外推（Extraolation），使用外推将编码器的位置略微超前于实际位置。

西门子Flying Saw解决方案介绍：

基于不同的硬件平台西门子提供的Flying Saw解决方案有以下几种：

1）、SIMOTION Flying Saw

基于SIMOTION飞锯标准应用提供了基于运动控制系统SIMOTION的飞锯和飞剪的开放软件标准，例如用于箔、金属、纸、纸板等。

特点:切至长度移动材料，自动操作，立即切断，切至长度或打印标记，虚拟或真实主轴，如图6所示。

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图6 SIMOTION飞锯标准应用

如需更详细了解SIMOTION Flying Saw，请参考以下链接：

SIMOTION Flying Saw - ID: 37841424 - Industry Support Siemens

2）、SINAMICS Flying Saw with DCB-Extension

基于DCC的飞锯解决方案始终包含一个SINAMICS S120驱动器，使用CU320-2控制单元或CU310-2(如果使用测量轮)，一般来说，一个线模块，一个位置传感功能的材料，以及带有锯的横移驱动的电机模块。如图7所示材料位置传感是一种在驱动处有编码器评估的测量轮或在驱动线上有编码器感应的直线或进给驱动。

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