4. 电子凸轮基本概念

在机械时代，凸轮是一块带特定轮廓的金属盘，主轴转动时，从动件按轮廓形状产生确定的位移。电子凸轮（Electronic Cam）用软件复现这一关系：不再加工金属轮廓，而是把“主轴位置—从轴位置”的对应关系写成一张表或一条曲线，由伺服驱动器实时查表、插补并驱动从轴跟随。理解电子凸轮，本质上就是理解四个术语：主轴、从轴、凸轮曲线、相位偏移，以及承载它们的凸轮表。

主轴与从轴：谁定义位置，谁负责跟随

主轴（Master）是提供位置基准的轴，它可以是真实伺服轴（如送料辊、牵引辊），也可以是虚拟轴（Virtual Axis，由驱动器内部按设定速度生成位置）。从轴（Slave）是执行跟随的轴，其目标位置由主轴位置经凸轮关系映射得到。在 Yaskawa Sigma 系列（如 SGD7S、Σ-X）中，电子凸轮通常通过 Fn 类功能或 MotionWorks 的 Cam Tool 建立凸轮表，再由 OBL（凸轮运行）类指令启动。

关键约定：主轴位置通常以“用户单位”计数，例如 0～360°、0～10000 脉冲或 0～1 圈。从轴位移也以用户单位表示。所有方向、正负号必须在配置前定义清楚——本文统一约定：主轴正转位置递增，从轴正方向位移为正，相位偏移正值表示从轴相对基准关系“提前”。

凸轮曲线：位移、速度、加速度三层信息

凸轮曲线不是一条简单的折线，它至少包含三层信息：

• 位移曲线 s(θ)：主轴角度 θ 对应的从轴位置，决定“走到哪”。
• 速度曲线 v(θ)=ds/dθ：位移对主轴角度的导数，决定从轴瞬时速度，也决定电机是否超速。
• 加速度曲线 a(θ)=dv/dθ：决定冲击与振动，加速度突变会激发机械共振。

常见曲线类型有：直线段（匀速，加速度为 0，但端点速度突变）、修正正弦/修正梯形（加速度连续，冲击小，适合高速）、多项式曲线（如 3-4-5 次多项式，可指定起止速度与加速度）。选择曲线时，先看工艺允许的最大速度与加速度，再看是否需要“停—动—停”或“连续飞剪”。

相位偏移：让从轴“提前”或“滞后”

相位偏移（Phase Offset / Cam Shift）是在不改变凸轮曲线形状的前提下，整体平移从轴与主轴的对齐关系。设基准关系为 s(θ)，加入相位偏移 Δθ 后，实际关系变为 s(θ + Δθ)。Δθ 为正，表示从轴动作提前；Δθ 为负，表示滞后。它常用于：

• 补偿机械安装误差或联轴器间隙；
• 在飞剪、追剪中调整切刀与料流的对齐点；
• 运行中通过寄存器动态修改，实现“不停机微调”。

注意：相位偏移改变的是“何时动作”，不改变“动作多少”。若发现从轴行程不够，应改凸轮表幅值，而不是只调相位。

凸轮表：把曲线变成可执行数据

凸轮表是电子凸轮的落地形式，通常由若干组“主轴位置—从轴位置”点对组成，驱动器在点间做插补。以一条 0～360° 主轴、从轴 0～100 mm 的往复曲线为例，可写成如下示例表（示例参数，非实测）：

配置时需确认：主轴一圈对应从轴一个完整循环；表内点按主轴位置单调递增；首尾衔接处速度连续（否则每圈都会冲击）。在 MotionWorks 中，可先导入点表，再选择插补方式，最后用“曲线预览”检查速度与加速度包络。

四者关系一图看清

下图把主轴、凸轮表、相位偏移、从轴以及位移/速度/加速度三层曲线放在同一张关系图中，帮助建立整体印象：

配置与验证要点

实际建立一条电子凸轮，建议按以下顺序推进：

1. 确定主轴来源：真实轴还是虚拟轴，一圈对应多少用户单位。
2. 写出关键点表：起点、终点、中间特征点，并标注每段曲线类型。
3. 检查首尾速度与加速度是否连续，必要时在衔接处加过渡段。
4. 设定相位偏移初值（通常为 0），留出运行中微调的寄存器地址。
5. 低速试运行，用示波器或驱动器监视功能观察从轴位置、速度、转矩波形。
6. 逐步升速，确认速度峰值、加速度峰值和转矩均在允许范围内。

把主轴、从轴、凸轮曲线、相位偏移和凸轮表放在同一套坐标系里理解，后续学习凸轮表创建、飞剪追剪、动态相位补偿时，就能清楚每一步在改什么、为什么改。