ESTUN交流伺服系統在電腦橫機上的應用

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

在國內有5萬多家從事羊毛衫生產的加工廠，從這個數字來看，平均每家工廠擁有的電腦橫機不足1臺。而擁有電腦橫機最多的加工工廠有近1500臺電腦橫機。從這幾個數字上，我們可以看出，現在電腦橫機的普及程度并不高，有很多的羊毛衫加工廠還沒有使用電腦橫機，而現在從手搖橫機向電腦橫機發展的大潮已經來臨，在這種趨勢下，電腦橫機的市場空間被大大的擴張。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。

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

綜上所述，我們可以明確判斷，電腦橫機的市場空間巨大，在國內市場中對于電腦橫機的需求將會越來越大。目前國內電腦橫機行業里單（雙）系統都是配套兩套交流伺服，主伺服用于機頭驅動系統，搖床伺服用于針床移位系統。隨著電腦橫機市場需求越來越大，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。

全自動電腦橫機控制系統解決方案流程圖

一、軟件數據流圖：

圖1 軟件數據流圖

從圖1電腦橫機控制數據流程圖中我們可以清楚地看到數據在電腦橫機加工過程中的流向。下面對數據流程圖做些說明：

1、花型準備系統根據衣片樣品所需的組織或者圖案，按照衣片參數，比如編織密度，衣片寬度，衣片長度，編織速度，編織系統等等，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，顯示編譯結果，并且返回。

3、花型文件解釋器是對經過編譯的文件進行解釋，把它轉化成直接可以用于控制的數據，并把這些數據按照一定的數據結構進行存儲、管理。

4、控制器取出經過第三步驟處理獲得的數據控制運動控制卡和數字I/O卡。

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

6、數字I/O卡用獲得的弱電信號控制強電信號，直接控制電腦橫機本體。

7、運動控制卡通過運動通道用獲得的弱電信號控制強電信號，直接控制電腦橫機本體。

8、數據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、橫機本體在受控狀態下編織衣片。

二、硬件結構圖：

圖2 硬件結構圖

圖二給出了電腦橫機控制系統的硬件結構圖。以工控機為中心，外圍設備如鍵盤、鼠標以及外設存儲器等，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，所以鼠標的作用是操作界面按鈕或菜單。外設存儲器包括軟驅或優盤。

運動控制卡是一張基于ISA插槽的控制卡，插在工控機的擴展板上。該運動控制卡具有十六位數字I/O口，所有輸入輸出信號都有光電隔離保護開關。該卡具有三個運動通道，可以實現三軸聯動，脈沖頻率范圍為1-16K PPS（脈沖每秒）。運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、運動控制卡和工控PC機進行通訊。

電腦橫機還有大量的數字信號需要處理。硬件系統用了一張基于PCI插槽的數字I/O卡，該數字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運動部件：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設置：

機頭驅動系統：

1．電腦橫機工作時是通過主伺服馬達拖動橫機機頭做往復運動實行編織。在我們伺服配套使用的電腦橫機廠家機頭驅動采用伺服和同步齒形帶驅動，機頭可以自動調節行程。一般伺服到機頭有兩級減速傳動（65：45：25），高低速運行時要求伺服馬達機頭平穩，無抖動和振動噪音，機頭換向也就是伺服馬達在正反轉交替時要平滑無明顯打頓強烈抖動現象。目前選用ESTUN 10NM，1500RPM 1.57KW 交流伺服。

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

同步帶傳動設計：

a.嚙合齒數同步帶與小帶輪的嚙合齒數應≥6 ,若機構允許,可通過增大中心距,或帶輪直徑不變的情況下,采用小節距,但應在受力允許的情況下。

b.同步帶寬度、節距和節線長 由于同步帶寬度的確定,其計算公式復雜,因此在實際設計中往往采用計算其圓周力,再參照許用圓周力在有關機械設計手冊中查出相應的帶寬和節距,一般取5. 08。在確定節距和帶寬后,根據初定的中心距計算帶節線長度, 再按標準選擇, 若不符合,可對中心距進行調整。

c.電腦橫機機頭傳動機構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線相切,并實行純滾動,第二是帶輪上相鄰兩齒對應點在此圓弧上的距離等于同步帶的節距。為確保帶與帶輪嚙合時的良好性能,設計時,應正確選定帶輪輪齒齒形角,根據日本小山富夫等的試驗以及我廠在實際試制過程中發現,當齒形角為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：

針床橫移機構針織橫機是生產毛衫的主要設備,而毛衣的花色品種及織物結構的變化,除了取決于三角機構的變換和排針外,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、移圈等復雜結構的織物。在傳統的手搖橫機上,針床橫移的機構通常采用螺旋線凸輪,在轉動一定角度后,用一插銷定位來實現。但在電腦橫機中,手動操作顯然無法得到應用,并且,由于機器本身結構特點以及移圈功能的自動實現對針床橫移的準確性、平穩性、可靠性和機電一體化方面提出了更高的要求,因此,在新型電腦橫機中,針床橫移一般采用伺服或步進電機———滾珠絲桿螺母副傳動來實現。搖床馬達與滾珠絲桿用同步齒形帶聯結，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快速的響應，一般選用速度為3000RPM，750W的伺服馬達。

搖床馬達的選定：
在橫移機構中,首先應選擇電機,可通過空間力的受力分析計算出對絲桿的轉矩,其計算公式如下:
M =KFRWsinαcosβ×918η1η2×1000（N1m）
式中: K———安全系數, 一般取112～114 ;
F——摩擦系數;
R——絲桿法面半徑;
W——針板質量
α——機座半角;
β——螺旋角;
η1——同步帶傳動效率;
η2 ——絲桿螺母副傳動效率;
M——轉矩。
根據轉矩的大小確定電機的功率,以此選定所需的馬達規格,步進需初定步進角,目前國內大多廠家生產的步進電機步進角為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,在現代新型電腦橫機中,一般都采用這一傳動方式。其工作原理是:由控制系統根據位移情況發出電脈沖信號,經電機后端的光電編碼器進行信號反饋,通過同步帶輪及絲桿螺母副傳動,從而拉動針床進行左右移動。

根據其工作原理,列出針床橫移量的計算公式:
A （橫移量）=α360 ×i ×T
α———電機轉角,α = 脈沖數×步距角;
i ———傳動比, 即i = 主動輪齒數/ 被動輪齒數;
T ———絲桿螺距。
針床的橫移量一般為床位移動一般設有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。在以上參數選定的情況下,應校對其誤差值,使其誤差盡量小,否則將影響橫移精度,應重新對上述參數進行修正。

ESTUN伺服馬達與控制系統信號接線圖和參數設置：

（日本系統）電腦橫機輸入端子信號接線圖：

（臺灣系統）ESTUN伺服參數設置：