英威騰CHS100伺服驅(qū)動器在彈簧機(jī)上應(yīng)用

　　1．引言

　　近年來，隨著電機(jī)永磁材料和同步電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，伺服以其響應(yīng)快、精度高的運動控制性能逐漸廣泛應(yīng)用于機(jī)床、包裝、紡織、線材加工、電子制造等行業(yè)。得益于伺服技術(shù)的廣泛應(yīng)用，彈簧制造機(jī)械（以下簡稱彈簧機(jī)）由過去采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)改造為電氣伺服結(jié)構(gòu)，改造后其生產(chǎn)速度得到極大提高，制造出來的彈簧性能參數(shù)得到較大改善，且設(shè)備安裝維護(hù)極為方便，也避免了因機(jī)械部件的長期磨損造成的產(chǎn)品性能下降。

　　本文以東莞某知名彈簧機(jī)設(shè)備廠用英威騰CHS100伺服驅(qū)動器生產(chǎn)錐形彈簧（電池彈簧）工藝?yán)�，詳述了英威騰CHS100伺服驅(qū)動器在彈簧制造機(jī)上的使用方法，說明了英威騰CHS100伺服驅(qū)動器優(yōu)良的控制性能能完全滿足彈簧制造工藝上精確、快速、穩(wěn)定、可靠的要求。

　　2．彈簧機(jī)結(jié)構(gòu)和彈簧成形工藝過程

　　彈簧機(jī)由操作顯示器、控制器、伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)部件（如齒輪、凸輪、刀具、壓輪等）四部分組成，正面外觀圖如圖1所示�？刂破魇菑椈蓹C(jī)設(shè)備的核心大腦所在，伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)是設(shè)備的四肢臂膀所在�？刂破魈峁┚幊探缑嬉宰層脩舾鶕�(jù)所需要生產(chǎn)的彈簧要求設(shè)置工藝過程參數(shù)，再根據(jù)這些工藝過程參數(shù)向伺服驅(qū)動器發(fā)出運動控制指令，伺服電機(jī)在伺服驅(qū)動器的控制驅(qū)動下帶動負(fù)載完成符合用戶要求的工藝過程。

圖1 彈簧機(jī)設(shè)備外觀圖

　　彈簧是在伺服驅(qū)動和機(jī)械部件的共同作用下成形的，主要機(jī)械部件圖如圖2所示，電氣部分由凸輪軸、送線軸、卷芯軸三部分組成，凸輪軸負(fù)責(zé)切斷刀具的移動，送線軸負(fù)責(zé)彈簧鋼絲的移動。由于電池彈簧制造工藝相對簡單，彈簧節(jié)距無變化，彈簧形狀單一，故此設(shè)備未裝卷芯軸。

圖2 彈簧成形工藝機(jī)械部件圖

　　彈簧成形工藝示意框圖如圖3所示，基本過程描述如下：運行前凸輪軸先歸零，凸輪軸在機(jī)械凸輪的作用下帶動刀具提刀，凸輪軸在單步設(shè)置的起始角度至結(jié)束角度這段時間內(nèi)，送線軸根據(jù)設(shè)置的單步送線值送線，彈簧鋼絲在送線壓輪的擠壓和其中一刀具頂端細(xì)溝槽的導(dǎo)引及另一刀具頂端斜披面導(dǎo)引的共同作用下，鋼絲向前卷曲成形，送線長度達(dá)到設(shè)定值后凸輪軸在機(jī)械凸輪的作用下帶動刀具落刀切斷鋼絲便生產(chǎn)出了一個彈簧，接著再進(jìn)行下一個循環(huán)工作周期，這樣電池彈簧便一個接一個生產(chǎn)出來。

[$page]　　工藝要求：批量生產(chǎn)時，彈簧長度誤差≤0.1mm，彈簧間距誤差≤0.05mm，且能連續(xù)生產(chǎn)，中途不能出現(xiàn)鋼絲脫槽或切碎彈簧。這就對伺服的定位精度，響應(yīng)時間有較高的要求，同時也要求送線軸伺服啟停要迅速，停止時不能有抖動。

圖3 彈簧成形工藝示意框圖

　　3. 調(diào)試過程

　　機(jī)器設(shè)備：CHS100-1R0-2 2臺及2臺配套電機(jī)，分別用作凸輪軸和送線軸。由于設(shè)備控制器是編碼器2000線系統(tǒng)，故機(jī)器設(shè)備為專門定制的非標(biāo)機(jī)。

　　從彈簧成形工藝過程看，生產(chǎn)出來的彈簧參數(shù)，如彈簧長度、節(jié)距等，不僅與伺服控制性能密切相關(guān)，還與程序參數(shù)和刀具深度是有關(guān)，我們請經(jīng)驗豐富的師傅調(diào)試好刀具和設(shè)置好參數(shù)后，重點進(jìn)行了針對設(shè)備中伺服控制性能的調(diào)試。

　　設(shè)備有檢測模式可供單軸運行調(diào)試，按照用戶要求將凸輪軸定位控制精度調(diào)到0.01°以內(nèi)，送線軸位移精度調(diào)到0.05mm以內(nèi),剛性也達(dá)到用戶要求。之后再進(jìn)行了凸輪軸和送線軸的聯(lián)動調(diào)試。

控制器中設(shè)置的程序參數(shù)如下表所示：

表中: N: 程序行號 X1: 凸輪軸起始角度 X2: 凸輪軸結(jié)束角度

Y: 單步送線長度 YF: 輔助送線長度

　　在設(shè)備運行模式下，生產(chǎn)速度為150個/分鐘時，生產(chǎn)出來的彈簧參數(shù)滿足要求，當(dāng)將生產(chǎn)速度調(diào)高到為300～400個/分鐘時，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中彈簧鋼絲脫槽導(dǎo)致落刀切不斷或切碎彈簧，此現(xiàn)象應(yīng)該是送線軸電機(jī)停止時位置超調(diào)較大引起，起用送線軸伺服驅(qū)動器增益切換功能，慢慢調(diào)試環(huán)路參數(shù)，直到逐漸消除該現(xiàn)象。設(shè)置的伺服驅(qū)動器主要參數(shù)如下：

[$page]凸輪軸伺服驅(qū)動器：

送線軸伺服驅(qū)動器：

　　4. 結(jié)語

　　英威騰CHS100-1R0-2伺服驅(qū)動器及配套電機(jī)應(yīng)用于彈簧機(jī)上，設(shè)備所生產(chǎn)出來的彈簧完全符合要求，生產(chǎn)速度最快可達(dá)500個/分鐘，且已經(jīng)連續(xù)無故障運行了3個月，深得用戶肯定。之前該廠家采用的是日本某知名品牌伺服，但成本較高，如今國產(chǎn)伺服品牌正在悄然興起，我司伺服驅(qū)動器應(yīng)用于彈簧機(jī)上性能已達(dá)到日本品牌水準(zhǔn)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。