高精密金属针布双伺服冲齿数控技术的应用

0 引言

　　金属针布是用于纺织业梳理机上的关键分梳元件。制造针布齿条的主要设备——冲淬卷联合生产线集放料、冲齿、退火、淬火、卷绕为一体，其中冲齿、退火和淬火热处理是三个重要生产工序。生产线的设计原理、制造精度、使用技巧均会影响金属针布的加工质量。为提高生产效率，冲齿工序一般采用在线式高速旋转冲切模式，要求数千米长的齿条齿形严格保持一致。这就要求冲齿机必须同时完成两个高精度运动：一是旋转冲切运动(主传动轴)，二是牵料运动(进给传动轴)；二者必须严格同步协调，以确保齿形的一致性。传统的冲齿机，冲齿和牵料由同一台大功率电机提供动力，两个动作的传动主轴通过复杂的齿轮机械连接在一起。这种机械耦合连接方式由于结构复杂，对装配精度要求高，更换产品规格需调整机械参数，存在机械磨损和噪声大等一系列缺点，严重制约产品质量和生产效率的进一步提高。

　　本文讨论的新型冲齿系统将冲齿一牵料之间的机械连接进行彻底解耦，两个传动轴分别由两只高精度伺服电机独立驱动，通过对两台伺服电机的位置控制，实现两轴的数字化柔性连接。新系统简化了传统设备的复杂机械结构，通过软件编程和数据通信，提高了产品的加工精度和对各种规格产品的适应性，控制灵活，自动化程度高。利用本数控系统生产的高精密金属针布完全能满足清梳联高速梳棉机要求。不仅批量取代进口产品，而且大量出口创汇。

1 冲齿机构

　　1.1 传统冲齿机构

　　图1为传统冲齿机的结构图。图中，装有冲刀的刀盘与主轴1硬轴联结在一起，主轴1由一对高精度的滚珠轴承支撑，电机经三角皮带以5：3的增速轮驱动主轴，使刀盘和冲刀一起高速旋转，以实现连续的在线冲齿运动(主传动)。主轴与牵料轮的蜗杆轴通过一对伞形齿轮联接，经变换齿轮驱动一对牵料轮，牵料轮之间有一定压力，其产生的摩擦力带动针布齿条前进，实现了连续均匀的牵料运动。接，直接导致以下几种缺点：一套冲齿机构无法满足对不同规格金属针布的冲齿和牵引需要，改变产品品种时，必须重新更换传动齿轮，调整冲齿机的机械参数。由于存在不可避免的齿轮间隙，从而直接影响了产品的加工精度，难以实现高精度多刀冲齿。机械传动结构复杂，限制了生产线速度的进一步提高，使生产效率降低。为提高生产效率，冲齿主轴被增速至5 kr／min，高速冲齿会导致机械磨损和严重发热，造成润滑系统复杂，且维修工作量大。因机械齿轮啮合，生产线在高速运行时会产生较大噪声。

图1 传统冲齿机结构图 

　　1.2 改造后的新型冲齿机构

　　新型冲齿装置由机械传动和电气控制两部分组成。机械传动结构如图2所示。

图2新型冲齿机结构图 

　　为降低改造成本，保留原设备机座。利用原有的冲齿异步电机的装配空间，将冲齿伺服电机通过1：1同步带驱动冲齿刀盘，将冲齿主轴转速从原来的5 kr／min降为3 kr／min，配合4刀／刀盘的高精度多刀冲齿技术，可最大限度地降低机械磨损，延长主轴使用寿命，并成倍提高生产效率。牵料电机通过精密减速齿轮驱动牵料轮，保证了冲齿系统的精度和足够的牵引力矩。

　　与传统冲齿机相比，新型机构省掉冲齿主轴与牵料主轴之间的机械耦合装置，分别用两只高精度交流伺服电机独立驱动，大大简化了机械结构。在电气方面，两台伺服电机全部为位置控制方式，其驱动脉冲由高速脉冲输出模块提供，既保证了两轴伺服传动的瞬态响应速度，又控制了系统的稳态同步运行精度，而且显著简化了整个系统的机械结构。

　　新系统中，通过控制机构(PLC)与执行机构(伺服系统)的数据通讯，利用人机界面(TFT彩色液晶触摸屏)可以改变伺服放大器的内部参数，使冲齿机无须调整或更换任何机械部件，就能最大限度地满足对各种规格齿形的冲切，实现了计算机数字控制和柔性化参数设置的功能。同时PLC、伺服放大器及冲齿机的工况等信息通过数据通信，可以直接显示在人机界面上。

　　新系统具有稳定、准确、灵活、高效的特点，适用于各种规格金属针布的生产，实现了计算机数字控制和柔性化参数设置。