电脑横机中ESTUN交流伺服系统的应用
- 发布时间：2010/7/28 16:31:28
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在国内有5万多家从事羊毛衫生产的加工厂，从这个数字来看，平均每家工厂拥有的电脑横机不足1台。而拥有电脑横机zui多的加工工厂有近1500台电脑横机。从这几个数字上，我们可以看出，现在电脑横机的普及程度并不高，有很多的羊毛衫加工厂还没有使用电脑横机，而现在从手摇横机向电脑横机发展的大潮已经来临，在这种趋势下，电脑横机的市场空间被大大的扩张。在市场需求的推动下，将会有更多的工厂开始使用全自动电脑横机。
从市场的需求上来看，在人民币不断升值、贸易壁垒越来越多的大环境下，想要通过廉价劳动力来进行低附加值加工，从而获取利润已经是举步唯艰，只有从产品质量上提高竞争力，才是获得利润的真正渠道。电脑横机可以做到比手摇横机很难才能达到的工艺水平。所以，通过电脑横机可以生产更高附加值的毛衫，使厂家获得更大利润。
综上所述，我们可以明确判断，电脑横机的市场空间巨大，在国内市场中对于电脑横机的需求将会越来越大。目前国内电脑横机行业里单（双）系统都是配套两套交流伺服，主伺服用于机头驱动系统，摇床伺服用于针床移位系统。随着电脑横机市场需求越来越大，伺服做为一个主要精密传动配套部件将会迎来一个广阔的巨大的市场空间。
全自动电脑横机控制系统解决方案流程图
一、软件数据流图：
图1软件数据流图
从图1电脑横机控制数据流程图中我们可以清楚地看到数据在电脑横机加工过程中的流向。下面对数据流程图做些说明：
1、花型准备系统根据衣片样品所需的组织或者图案，按照衣片参数，比如编织密度，衣片宽度，衣片长度，编织速度，编织系统等等，生成衣片编织控制代码。
2、花型文件编译器对操作人员输入的花型文件进行编译，如果输入有误或者不符合花型文件定义语法，显示编译结果，并且返回。
3、花型文件解释器是对经过编译的文件进行解释，把它转化成直接可以用于控制的数据，并把这些数据按照一定的数据结构进行存储、管理。
4、控制器取出经过第三步骤处理获得的数据控制运动控制卡和数字I/O卡。
5、中断检测是对中断源做一定周期的检测，如果监测到有信号，马上产生一个中断信号，通知主程序处理中断。
6、数字I/O卡用获得的弱电信号控制强电信号，直接控制电脑横机本体。
7、运动控制卡通过运动通道用获得的弱电信号控制强电信号，直接控制电脑横机本体。
8、数据反馈与显示把衣片信息，加工信息通过操作界面反馈给操作人员。
9、横机本体在受控状态下编织衣片。
二、硬件结构图：
图2硬件结构图
图二给出了电脑横机控制系统的硬件结构图。以工控机为中心，外围设备如键盘、鼠标以及外设存储器等，键盘的作用是手工输入花型编织文件代码。由于控制软件提供用户一个友好的操作界面，所以鼠标的作用是操作界面按钮或菜单。外设存储器包括软驱或优盘。
运动控制卡是一张基于ISA插槽的控制卡，插在工控机的扩展板上。该运动控制卡具有十六位数字I/O口，所有输入输出信号都有光电隔离保护开关。该卡具有三个运动通道，可以实现三轴联动，脉冲频率范围为1-16KPPS（脉冲每秒）。运动控制卡外接光耦隔离电路板，大部分外接信号通过该电路板、运动控制卡和工控PC机进行通讯。
电脑横机还有大量的数字信号需要处理。硬件系统用了一张基于PCI插槽的数字I/O卡，该数字I/O卡具有192位的输入输出通道，分为子卡和母卡两张。该卡用于控制如下的电脑横机运动部件：选针器、集圈压板、移圈压板、三角、中断信号的输入等。
ESTUN伺服选用型号和具体信号接线图和参数设置：
机头驱动系统：
1．电脑横机工作时是通过主伺服马达拖动横机机头做往复运动实行编织。在我们伺服配套使用的电脑横机厂家机头驱动采用伺服和同步齿形带驱动，机头可以自动调节行程。一般伺服到机头有两级减速传动（65：45：25），高低速运行时要求伺服马达机头平稳，无抖动和振动噪音，机头换向也就是伺服马达在正反转交替时要平滑无明显打顿强烈抖动现象。目前选用ESTUN10NM，1500RPM1.57KW交流伺服。
2．一般机头在高速运行到1.2M/S伺服转速725RPM左右。负载保持45%左右，两头换向时负载变化到60-80%之间。正常机头运行速度在0.75M/S到1M/S之间。负载变化在28%-50%之间。伺服速度425RPM—550RPM之间。
同步带传动设计：
a.啮合齿数同步带与小带轮的啮合齿数应≥6,若机构允许,可通过增大中心距,或带轮直径不变的情况下,采用小节距,但应在受力允许的情况下。
b.同步带宽度、节距和节线长由于同步带宽度的确定,其计算公式复杂,因此在实际设计中往往采用计算其圆周力,再参照许用圆周力在有关机械设计手册中查出相应的带宽和节距,一般取5.08。在确定节距和带宽后,根据初定的中心距计算带节线长度,再按标准选择,若不符合,可对中心距进行调整。
c.电脑横机机头传动机构的同步带齿形一般选用圆弧形,也有的选用梯形,但无论何种齿形均要满足带轮上的一个圆与带的节线相切,并实行纯滚动,第二是带轮上相邻两齿对应点在此圆弧上的距离等于同步带的节距。为确保带与带轮啮合时的良好性能,设计时,应正确选定带轮轮齿齿形角,根据日本小山富夫等的试验以及我厂在实际试制过程中发现,当齿形角为20°～25°时,轮齿与带齿干涉量较小,且齿形角偏差为±1°左右。
针床移位系统：
针床横移机构针织横机是生产毛衫的主要设备,而毛衣的花色品种及织物结构的变化,除了取决于三角机构的变换和排针外,针床的横移起了重要作用。利用针床横移可编织斜纹、绞花、空花、移圈等复杂结构的织物。在传统的手摇横机上,针床横移的机构通常采用螺旋线凸轮,在转动一定角度后,用一插销定位来实现。但在电脑横机中,手动操作显然无法得到应用,并且,由于机器本身结构特点以及移圈功能的自动实现对针床横移的准确性、平稳性、可靠性和机电一体化方面提出了更高的要求,因此,在新型电脑横机中,针床横移一般采用伺服或步进电机———滚珠丝杆螺母副传动来实现。摇床马达与滚珠丝杆用同步齿形带联结，同步带轮减速比一般为24：15。编织中需要针床横移时要求伺服马达快速的响应，一般选用速度为3000RPM，750W的伺服马达。
摇床马达的选定：
在横移机构中,首先应选择电机,可通过空间力的受力分析计算出对丝杆的转矩,其计算公式如下:
M=KFRWsinαcosβ×918η1η2×1000（N1m）
式中:K———安全系数,一般取112～114;
F——摩擦系数;
R——丝杆法面半径;
W——针板质量
α——机座半角;
β——螺旋角;
η1——同步带传动效率;
η2——丝杆螺母副传动效率;
M——转矩。
根据转矩的大小确定电机的功率,以此选定所需的马达规格,步进需初定步进角,目前国内大多厂家生产的步进电机步进角为019°P118°。
滚珠丝杆螺母副传动
由于滚珠丝杆螺母副传动具有较高的传动精度和传动效率,在现代新型电脑横机中,一般都采用这一传动方式。其工作原理是:由控制系统根据位移情况发出电脉冲信号,经电机后端的光电编码器进行信号反馈,通过同步带轮及丝杆螺母副传动,从而拉动针床进行左右移动。
根据其工作原理,列出针床横移量的计算公式:
A（横移量）=α360×i×T
α———电机转角,α=脉冲数×步距角;
i———传动比,即i=主动轮齿数/被动轮齿数;
T———丝杆螺距。
针床的横移量一般为床位移动一般设有1/4，1/2，3/4，一段及0—2英寸之间，任何位置都能一次性的移动控制，以及个别针位微小修正等功能。在以上参数选定的情况下,应校对其误差值,使其误差尽量小,否则将影响横移精度,应重新对上述参数进行修正。
ESTUN伺服马达与控制系统信号接线图和参数设置：
