電腦橫機(jī)中ESTUN交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

中國的針織行業(yè)有世界工廠之稱，在這個巨大的工廠中保守估計(jì)，有電腦橫機(jī)4萬余臺，電動橫機(jī)12萬余臺，而手搖橫機(jī)的數(shù)量在百萬臺之上。近三年，中國年均進(jìn)口電腦橫機(jī)仍保持4000臺～5000臺。從這些數(shù)字上可以明顯的看出全自動電腦橫機(jī)的市場潛力非常巨大。

在國內(nèi)有5萬多家從事羊毛衫生產(chǎn)的加工廠，從這個數(shù)字來看，平均每家工廠擁有的電腦橫機(jī)不足1臺。而擁有電腦橫機(jī)最多的加工工廠有近1500臺電腦橫機(jī)。從這幾個數(shù)字上，我們可以看出，現(xiàn)在電腦橫機(jī)的普及程度并不高，有很多的羊毛衫加工廠還沒有使用電腦橫機(jī)，而現(xiàn)在從手搖橫機(jī)向電腦橫機(jī)發(fā)展的大潮已經(jīng)來臨，在這種趨勢下，電腦橫機(jī)的市場空間被大大的擴(kuò)張。在市場需求的推動下，將會有更多的工廠開始使用全自動電腦橫機(jī)。

從國際市場的需求上來看，在人民幣不斷升值、貿(mào)易壁壘越來越多的大環(huán)境下，想要通過廉價(jià)勞動力來進(jìn)行低附加值加工，從而獲取利潤已經(jīng)是舉步唯艱，只有從產(chǎn)品質(zhì)量上提高競爭力，才是獲得利潤的真正渠道。電腦橫機(jī)可以做到比手搖橫機(jī)很難才能達(dá)到的工藝水平。所以，通過電腦橫機(jī)可以生產(chǎn)更高附加值的毛衫，使廠家獲得更大利潤。

綜上所述，我們可以明確判斷，電腦橫機(jī)的市場空間巨大，在國內(nèi)市場中對于電腦橫機(jī)的需求將會越來越大。目前國內(nèi)電腦橫機(jī)行業(yè)里單（雙）系統(tǒng)都是配套兩套交流伺服，主伺服用于機(jī)頭驅(qū)動系統(tǒng)，搖床伺服用于針床移位系統(tǒng)。隨著電腦橫機(jī)市場需求越來越大，伺服做為一個主要精密傳動配套部件將會迎來一個廣闊的巨大的市場空間。

全自動電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)解決方案流程圖

一、軟件數(shù)據(jù)流圖：

從圖1電腦橫機(jī)控制數(shù)據(jù)流程圖中我們可以清楚地看到數(shù)據(jù)在電腦橫機(jī)加工過程中的流向。下面對數(shù)據(jù)流程圖做些說明：

1、花型準(zhǔn)備系統(tǒng)根據(jù)衣片樣品所需的組織或者圖案，按照衣片參數(shù)，比如編織密度，衣片寬度，衣片長度，編織速度，編織系統(tǒng)等等，生成衣片編織控制代碼。

2、花型文件編譯器對操作人員輸入的花型文件進(jìn)行編譯，如果輸入有誤或者不符合花型文件定義語法，顯示編譯結(jié)果，并且返回。

3、花型文件解釋器是對經(jīng)過編譯的文件進(jìn)行解釋，把它轉(zhuǎn)化成直接可以用于控制的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲、管理。

4、控制器取出經(jīng)過第三步驟處理獲得的數(shù)據(jù)控制運(yùn)動控制卡和數(shù)字I/O卡。

5、中斷檢測是對中斷源做一定周期的檢測，如果監(jiān)測到有信號，馬上產(chǎn)生一個中斷信號，通知主程序處理中斷。

6、數(shù)字I/O卡用獲得的弱電信號控制強(qiáng)電信號，直接控制電腦橫機(jī)本體。

7、運(yùn)動控制卡通過運(yùn)動通道用獲得的弱電信號控制強(qiáng)電信號，直接控制電腦橫機(jī)本體。

8、數(shù)據(jù)反饋與顯示把衣片信息，加工信息通過操作界面反饋給操作人員。

9、橫機(jī)本體在受控狀態(tài)下編織衣片。

二、硬件結(jié)構(gòu)圖：

圖二給出了電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。以工控機(jī)為中心，外圍設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)以及外設(shè)存儲器等，鍵盤的作用是手工輸入花型編織文件代碼。由于控制軟件提供用戶一個友好的操作界面，所以鼠標(biāo)的作用是操作界面按鈕或菜單。外設(shè)存儲器包括軟驅(qū)或優(yōu)盤。

運(yùn)動控制卡是一張基于ISA插槽的控制卡，插在工控機(jī)的擴(kuò)展板上。該運(yùn)動控制卡具有十六位數(shù)字I/O口，所有輸入輸出信號都有光電隔離保護(hù)開關(guān)。該卡具有三個運(yùn)動通道，可以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動，脈沖頻率范圍為1-16KPPS（脈沖每秒）。運(yùn)動控制卡外接光耦隔離電路板，大部分外接信號通過該電路板、運(yùn)動控制卡和工控PC機(jī)進(jìn)行通訊。

電腦橫機(jī)還有大量的數(shù)字信號需要處理。硬件系統(tǒng)用了一張基于PCI插槽的數(shù)字I/O卡，該數(shù)字I/O卡具有192位的輸入輸出通道，分為子卡和母卡兩張。該卡用于控制如下的電腦橫機(jī)運(yùn)動部件：選針器、集圈壓板、移圈壓板、三角、中斷信號的輸入等。

ESTUN伺服選用型號和具體信號接線圖和參數(shù)設(shè)置：

機(jī)頭驅(qū)動系統(tǒng)：

1．電腦橫機(jī)工作時是通過主伺服馬達(dá)拖動橫機(jī)機(jī)頭做往復(fù)運(yùn)動實(shí)行編織。在我們伺服配套使用的電腦橫機(jī)廠家機(jī)頭驅(qū)動采用伺服和同步齒形帶驅(qū)動，機(jī)頭可以自動調(diào)節(jié)行程。一般伺服到機(jī)頭有兩級減速傳動（65：45：25），高低速運(yùn)行時要求伺服馬達(dá)機(jī)頭平穩(wěn)，無抖動和振動噪音，機(jī)頭換向也就是伺服馬達(dá)在正反轉(zhuǎn)交替時要平滑無明顯打頓強(qiáng)烈抖動現(xiàn)象。目前選用ESTUN10NM，1500RPM1.57KW交流伺服。

2．一般機(jī)頭在高速運(yùn)行到1.2M/S伺服轉(zhuǎn)速725RPM左右。負(fù)載保持45%左右，兩頭換向時負(fù)載變化到60-80%之間。正常機(jī)頭運(yùn)行速度在0.75M/S到1M/S之間。負(fù)載變化在28%-50%之間。伺服速度425RPM—550RPM之間。

同步帶傳動設(shè)計(jì)：

a.嚙合齒數(shù)同步帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)應(yīng)≥6,若機(jī)構(gòu)允許,可通過增大中心距,或帶輪直徑不變的情況下,采用小節(jié)距,但應(yīng)在受力允許的情況下。

b.同步帶寬度、節(jié)距和節(jié)線長由于同步帶寬度的確定,其計(jì)算公式復(fù)雜,因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往采用計(jì)算其圓周力,再參照許用圓周力在有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查出相應(yīng)的帶寬和節(jié)距,一般取5.08。在確定節(jié)距和帶寬后,根據(jù)初定的中心距計(jì)算帶節(jié)線長度,再按標(biāo)準(zhǔn)選擇,若不符合,可對中心距進(jìn)行調(diào)整。

c.電腦橫機(jī)機(jī)頭傳動機(jī)構(gòu)的同步帶齒形一般選用圓弧形,也有的選用梯形,但無論何種齒形均要滿足帶輪上的一個圓與帶的節(jié)線相切,并實(shí)行純滾動,第二是帶輪上相鄰兩齒對應(yīng)點(diǎn)在此圓弧上的距離等于同步帶的節(jié)距。為確保帶與帶輪嚙合時的良好性能,設(shè)計(jì)時,應(yīng)正確選定帶輪輪齒齒形角,根據(jù)日本小山富夫等的試驗(yàn)以及我廠在實(shí)際試制過程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)齒形角為20°～25°時,輪齒與帶齒干涉量較小,且齒形角偏差為±1°左右。

針床移位系統(tǒng)：

針床橫移機(jī)構(gòu)針織橫機(jī)是生產(chǎn)毛衫的主要設(shè)備,而毛衣的花色品種及織物結(jié)構(gòu)的變化,除了取決于三角機(jī)構(gòu)的變換和排針外,針床的橫移起了重要作用。利用針床橫移可編織斜紋、絞花、空花、移圈等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的織物。在傳統(tǒng)的手搖橫機(jī)上,針床橫移的機(jī)構(gòu)通常采用螺旋線凸輪,在轉(zhuǎn)動一定角度后,用一插銷定位來實(shí)現(xiàn)。但在電腦橫機(jī)中,手動操作顯然無法得到應(yīng)用,并且,由于機(jī)器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及移圈功能的自動實(shí)現(xiàn)對針床橫移的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、可靠性和機(jī)電一體化方面提出了更高的要求,因此,在新型電腦橫機(jī)中,針床橫移一般采用伺服或步進(jìn)電機(jī)———滾珠絲桿螺母副傳動來實(shí)現(xiàn)。搖床馬達(dá)與滾珠絲桿用同步齒形帶聯(lián)結(jié)，同步帶輪減速比一般為24：15。編織中需要針床橫移時要求伺服馬達(dá)快速的響應(yīng)，一般選用速度為3000RPM，750W的伺服馬達(dá)。

搖床馬達(dá)的選定：

在橫移機(jī)構(gòu)中,首先應(yīng)選擇電機(jī),可通過空間力的受力分析計(jì)算出對絲桿的轉(zhuǎn)矩,其計(jì)算公式如下:

M=KFRWsinαcosβ×918η1η2×1000（N1m）

式中:K———安全系數(shù),一般取112～114;

F——摩擦系數(shù);

R——絲桿法面半徑;

W——針板質(zhì)量

α——機(jī)座半角;

β——螺旋角;

η1——同步帶傳動效率;

η2——絲桿螺母副傳動效率;

M——轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)轉(zhuǎn)矩的大小確定電機(jī)的功率,以此選定所需的馬達(dá)規(guī)格,步進(jìn)需初定步進(jìn)角,目前國內(nèi)大多廠家生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角為019°P118°。

滾珠絲桿螺母副傳動

由于滾珠絲桿螺母副傳動具有較高的傳動精度和傳動效率,在現(xiàn)代新型電腦橫機(jī)中,一般都采用這一傳動方式。其工作原理是:由控制系統(tǒng)根據(jù)位移情況發(fā)出電脈沖信號,經(jīng)電機(jī)后端的光電編碼器進(jìn)行信號反饋,通過同步帶輪及絲桿螺母副傳動,從而拉動針床進(jìn)行左右移動。

根據(jù)其工作原理,列出針床橫移量的計(jì)算公式:

A（橫移量）=α360×i×T

α———電機(jī)轉(zhuǎn)角,α=脈沖數(shù)×步距角;

i———傳動比,即i=主動輪齒數(shù)/被動輪齒數(shù);

T———絲桿螺距。

針床的橫移量一般為床位移動一般設(shè)有1/4，1/2，3/4，一段及0—2英寸之間，任何位置都能一次性的移動控制，以及個別針位微小修正等功能。在以上參數(shù)選定的情況下,應(yīng)校對其誤差值,使其誤差盡量小,否則將影響橫移精度,應(yīng)重新對上述參數(shù)進(jìn)行修正。

ESTUN伺服馬達(dá)與控制系統(tǒng)信號接線圖和參數(shù)設(shè)置：