伺服電機在折頁機的運用

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本文作者：廖曉斌馬定軍

折頁機，做為印后裝訂中必不可少的設(shè)備，其使用性能受到印刷廠的高度重視。傳統(tǒng)的機械刀折頁機是機械式傳動，直接通過機械凸輪和連接件傳動，帶動刀頭下刀，產(chǎn)生下刀動作。此種方式是所有的折刀通過機械連桿連接在同一臺電機上，無法實現(xiàn)每把折刀的獨立控制，難以提高控制方式的靈活性和適應(yīng)性，已無法滿足印刷廠對折頁產(chǎn)品精確、快速的要求。因此，電控刀折頁機將是順應(yīng)市場發(fā)展的新方向。其電控刀頭裝置是折頁機控制中的核心部件之一，主要起著給折刀傳動的作用，并生成精細、恰時、平穩(wěn)的折刀下刀動作，此部分的質(zhì)量和性能在整機性能中起著舉足輕重的作用，可以說電控刀裝置的優(yōu)劣將直接影響到整個機器的品質(zhì)。隨著技術(shù)的日新月異，對折頁機的刀頭控制技術(shù)的要求也與日俱增。折頁機刀頭的控制技術(shù)也歷經(jīng)了由離合器控制，到交流伺服電機控制的轉(zhuǎn)變。

1.離合器控制原理：借助皮帶，將電機的能量傳遞給離合器，光電探測到紙張經(jīng)過，反饋信號給主控制板，控制板發(fā)送控制信號給離合器，折頁機刀頭產(chǎn)生下刀動作。離合器控制方式比機械傳動方式更為先進，完成了真正意義上的控制，為機電一體化控制搭建了堅實的橋梁。其擺脫了機械連桿的束縛，增強了每把折刀控制的自主性，從而為下刀邏輯的可編程性奠定了基礎(chǔ)。此外為軟件上的靈活調(diào)配，實現(xiàn)下刀動作的平穩(wěn)處理提供了硬件環(huán)境。然而，離合器控制也有弊端，諸如離合器笨重，安裝較為繁瑣；轉(zhuǎn)動慣量大，剎車時機械磨損大，到達一定的磨損程度需要更換離合器；為滿足精準的下刀動作，需要付出較大的代價等。

2.交流伺服電機控制：光電檢測有紙通過時，給主控制板傳送偵測信號，主控制板發(fā)送信號給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機旋轉(zhuǎn)指定角度，通過伺服電機帶動折刀下刀，實現(xiàn)了電力技術(shù)、微電子、信息技術(shù)、計算機軟件和機械制造的完美結(jié)合。交流伺服電機驅(qū)動電控刀頭的主要特點有以下幾點。

①驅(qū)動裝置反應(yīng)靈敏，控制精度高。

②控制方式方便靈活，可選擇端子控制，或者通信控制。

③比離合器傳動控制方式更精準，控制更為簡單，解除了機械磨損的困境。

④伴隨交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)廣泛運用及生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展進步，必將引發(fā)伺服系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高，從而降低系統(tǒng)成本。它克服了機械傳動和離合器控制的種種缺陷，為整個電控領(lǐng)域開辟了新的天地。

3.交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

鑒于交流伺服電機驅(qū)動折頁機刀頭所帶來的優(yōu)異性能，長沙奧托機械股份有限公司自主開發(fā)了交流伺服電機驅(qū)動式電控刀頭驅(qū)動系統(tǒng)，整個系統(tǒng)框圖見圖1，驅(qū)動系統(tǒng)實物如圖2～4所示。驅(qū)動控制板發(fā)出控制驅(qū)動信號，主要包括使能信號和脈沖驅(qū)動信號，伺服電機根據(jù)MCU驅(qū)動控制板發(fā)出的脈沖個數(shù)運轉(zhuǎn)指定角度。伺服電機運轉(zhuǎn)一周所需的脈沖個數(shù)可以通過伺服驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置。發(fā)出脈沖的頻率，可以決定伺服電機的運轉(zhuǎn)的速度。伺服驅(qū)動器通過電機電纜將控制脈沖轉(zhuǎn)化為實際的驅(qū)動電機電能，將電能輸送給伺服電機，反饋編碼電纜線用于傳送電機運轉(zhuǎn)的反饋信號，從而達到每個脈沖位置的精確控制。伺服電機的尾部安裝有編碼器，用于伺服電機位置的精準檢測。當伺服驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會將回授信號傳遞給MCU驅(qū)動控制板，MCU驅(qū)動控制板進行必要的邏輯判斷后，會采取相應(yīng)的處理措施，因而可以確保整個控制系統(tǒng)故障的可預測性及可控性，避免意想不到的情況發(fā)生。長沙奧托在實際應(yīng)用時，采用的是日本松下的伺服驅(qū)動器和伺服電機，MCU驅(qū)動控制板和驅(qū)動程序完全自主開發(fā)，讓整個控制系統(tǒng)的銜接更靈活，降低了系統(tǒng)成本。完全掌握的伺服驅(qū)動核心技術(shù)，為伺服控制在其他產(chǎn)品中的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4.交流伺服電機在折頁機中的實際應(yīng)用

長沙奧托生產(chǎn)的折頁機電控刀升級為伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)后，提升了機器的工藝技術(shù)水平，提高了系統(tǒng)可靠性，簡化了電控頭的控制。伺服電機的良好性能、電控刀頭下刀動作在軟件上的獨特構(gòu)思處理，帶來刀頭運轉(zhuǎn)的平和舒緩，減少了機械沖擊和磨損，將電控刀頭的故障率降低到極低的水平。當出現(xiàn)故障情況時，主循環(huán)程序會進行處理，程序會根據(jù)伺服故障編號采取必要的處理措施。當出現(xiàn)嚴重故障時，伺服驅(qū)動系統(tǒng)及整個折頁機都將停止運行，從而防止對機器的損害，延長機器的使用壽命，滿足了客戶的需求，受到了客戶一致好評。用交流伺服電機裝置作為折頁機電控刀頭的驅(qū)動，對于促進機械領(lǐng)域機械自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化起到了很重要的推動作用。大力推廣交流伺服電機的應(yīng)用技術(shù)有利于提升我國的工業(yè)自動化水平，對于大幅節(jié)省人力、物力、財力具有極為現(xiàn)實的意義。