去年接了个造纸厂的活，让我做了两个月的噩梦，但也让我对电子凸轮和追剪控制算是彻底整明白了。今天把这段经历写下来，兄弟们以后碰到类似项目能少走点弯路。
项目背景
广东一个造纸厂，生产卫生纸原纸的。他们有一条复卷分切产线，要把大卷纸（母卷1.5米宽）分切成小卷。本来分切是连续的，但问题出在包装段——他们想把切好的纸卷按固定长度裁切，然后自动包装。
原先用的是机械飞剪，靠离合器加凸轮机构，切了十几年了。精度惨不忍睹，±5mm都算好的，经常切出来的纸卷长短不一，包装机那边天天骂。老板一咬牙，说上伺服电子凸轮，一步到位。
项目要求：纸张走线速度最高150m/min，每250mm切一刀，切刀要在纸走的情况下追上去同步切割，切完赶紧退回原始位置。切割精度要求±0.5mm以内。
系统配置
- PLC：台达DVP-ES3系列（带电子凸轮功能）
- 伺服：台达ASD-A2系列3kW，配ECMA电机（编码器2500线）
- 编码器：增量式1000脉冲/转，装在牵引辊上测线速度
- 触摸屏：台达HMI DOP-100系列
- 切刀机构：滚刀式，伺服直接驱动
选台达主要是因为厂家用的就是台达系统，备品备件好买，而且ES3系列内置电子凸轮指令D-CAM，不用另外买运动控制模块，省钱又省事。
电子凸轮怎么工作的
简单说，飞剪就是纸在往前走，刀也要往前走，而且要在走的这段距离里追上纸、跟纸同速、完成切割、然后快速退回。用机械凸轮也能做，但凸轮磨损了就精度下降，而且换规格得换凸轮，麻烦得很。
电子凸轮就是用伺服电机模拟这个运动轨迹。牵引辊上装编码器测纸张位置，PLC根据编码器脉冲计算当前位置，然后查CAM表输出给伺服。CAM表就是一张”主轴位置→从轴位置”的映射表，相当于数字化的机械凸轮轮廓。
调试过程——五天血泪史
说”调了五天”，其实前三天基本在原地踏步。
第一天：把电子凸轮参数设好了，CAM曲线也画了，空载跑看起来没问题。一上纸就出事了——切割点偏移，切出来的纸从230mm到270mm，根本没个准头。
查了一天发现是编码器信号问题。牵引辊直径200mm，周长约628mm。编码器装在牵引辊轴上，但牵引辊和纸张之间有打滑。纸的张力一变，编码器计的位置就偏了。
第二天：加了一组压纸辊，增大牵引辊和纸的接触压力。编码器信号稳了，但精度还是差。
这次找到的毛病是电子凸轮的加减速曲线太陡。我一开始设的是梯形速度曲线，加速段占20%，匀速段60%，减速段20%。但纸张速度150m/min的情况下，刀要在250mm内完成追上、同步、切割、返回，时间窗口只有0.1秒。梯形曲线在加减速切换时有加速度突变，伺服会抖动。
第三天：改成S形曲线（正弦加速），把加速曲线改成更平滑的S型。修改了CAM表里的48个点，重新拟合。结果刀是稳了，但切割精度还是差0.8到1.2mm。
这时候我开始怀疑是机械间隙。一检查，滚刀轴的联轴器有0.1mm的间隙，齿轮传动也有回差。让厂家换了梅花形弹性联轴器，又把齿轮箱重新调了背隙。
第四天：机械搞好后精度到了±0.5mm。甲方说可以了，但我觉得还能再压一压。
我重新优化了电子凸轮的同步区长度。原先设的同步区占40%行程（100mm），但滚刀直径150mm，实际切割接触长度只有20mm左右。我把同步区缩到30mm，把更多的行程留给加减速和回位，这样刀在启动和停止时更从容。
这是我最后定版的CAM表关键参数：
; CAM表 - 主轴(编码器)角度 → 从轴(伺服)角度 ; 纸张速度150m/min, 切长250mm ; 一个周期=360°主轴角度对应250mm纸张 0°→ 0° 起点，刀在初始位置 30°→ 20° 追赶段开始加速 60°→ 70° 追赶段加速中 90°→130° 追赶段匀速接近 120°→200° 进入同步区（纸刀同速） 130°→220° 同步切割中 140°→225° 切割结束开始回退 200°→250° 快速回退 250°→360° 回到起点位置 360°→360° 周期结束
第五天：把伺服的位置环增益P从30调到了50，速度环积分时间从20ms降到8ms。终测结果出来了——连续切了1000刀，用游标卡尺测了50个样本，最大偏差0.3mm，平均偏差0.18mm。
甲方验收单上写了个”优秀”，我那天晚上回去喝了三瓶啤酒。
几个要点总结
- 机械是电子凸轮的天花板。 伺服精度再高，机械间隙大了一切白搭。联轴器、齿轮箱、轴承，但凡有一点松，精度就上不去。我后来做类似项目第一件事就是检查机械传动链的背隙。
- CAM曲线别用梯形。 尽量用S形或者5次多项式曲线，加减速平滑，电机不抖。梯形曲线在拐点处的加速度突变会让伺服跟着抖动，高速时尤其明显。
- 编码器要装在能真实反映纸张位置的地方。 牵引辊要压紧，打滑是精度的大敌。如果条件允许，可以考虑用激光测速仪或者测量轮代替编码器。
- 同步区不是越长越好。 根据实际切割接触长度算，够用就行，省出的行程给加减速。我这次就是同步区太长，导致加减速太急，反而精度上不去。
- 连续跑热机再测精度。 热机后伺服温升会影响电子元件参数。冷机和热机精度差0.1到0.2mm很正常。
这个项目做完以后，我对电子凸轮算是彻底摸透了。后来又有两家纸厂找过来做同样的改造，报价从8万到15万不等，我接了两单，一单都没翻过车。有些坑，踩过一次就够了。