智能印刷機(jī)無軸傳動的關(guān)鍵技術(shù)

王冠

(吉林商務(wù)旅游學(xué)校，吉林吉林，132000)

1 概述

無軸傳動技術(shù)能夠?qū)C(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行主動優(yōu)化，并且對于機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)而言具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不管是經(jīng)濟(jì)層面還是性能層面都具有比較高的應(yīng)用價值。其次，在印刷機(jī)中應(yīng)用無軸傳動技術(shù)，可以使印刷機(jī)的運(yùn)行效率與精度得到全面提升，并且在維修維護(hù)方面也更加便捷。對于傳統(tǒng)印刷機(jī)而言，其運(yùn)行過程中會因為磨損而導(dǎo)致工作精度降低，印刷機(jī)個元件在生產(chǎn)過程中也會因為多方面因素而產(chǎn)生誤差，從而影響印刷機(jī)精度。再者，印刷機(jī)主軸在加工裝配時，機(jī)組為了控制誤差會采用彈性聯(lián)軸器。與傳統(tǒng)方式相比，無軸傳動系統(tǒng)的自適應(yīng)電動機(jī)則發(fā)揮著滾筒驅(qū)動設(shè)備的作用，同時各單元間的動作也會利用相一致的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)同步，如此一來就可以簡化整個機(jī)械的結(jié)構(gòu)，從而減少機(jī)械誤差，實現(xiàn)對加工成本的控制。此外，無軸傳動機(jī)械對印刷機(jī)的無軸控制采用的是參數(shù)設(shè)置的方式，對編程要求不高，可以利用電子軸替代傳統(tǒng)機(jī)械軸，其間的數(shù)據(jù)通訊也是通過光纖來完成。整個系統(tǒng)的運(yùn)動過程可以通過硬件設(shè)備達(dá)到同步。通過電子齒輪與凸輪可以有效發(fā)揮無軸傳動系統(tǒng)中的機(jī)械傳動功能，如此一來整個系統(tǒng)的運(yùn)行精度以及便捷性就得到了有效提升。

2 無軸傳動關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無軸傳動系統(tǒng)

無軸傳動技術(shù)對編程的要求相對簡單，只需要設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，就可以實現(xiàn)印刷機(jī)的無軸控制。在印刷機(jī)運(yùn)行過程中，運(yùn)用無軸傳動技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的機(jī)械軸，通過電子軸之間的管線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。印刷機(jī)中的無軸傳動系統(tǒng)主要包含了工業(yè)PC、遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)、運(yùn)動控制器、操作可視化界面、驅(qū)動系統(tǒng)、自適應(yīng)電機(jī)等等，如下為某品牌印刷機(jī)無軸傳動系統(tǒng)示意圖。

圖1 某品牌印刷機(jī)無軸傳動系統(tǒng)示意圖

2.2 無軸傳動關(guān)鍵技術(shù)

(1)SERCOS同步控制技術(shù)

根據(jù)圖1所示某品牌無軸傳動系統(tǒng)示意圖，在印刷機(jī)運(yùn)行過程中，SERCOS同步控制技術(shù)應(yīng)用非常關(guān)鍵。該項技術(shù)主要是替代傳統(tǒng)的機(jī)械主軸，通過電子軸運(yùn)行來對原有的同步精度進(jìn)行控制。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行效率與精度，需要對基于DSP傳動裝置的同步控制與多個控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制加以充分利用?，F(xiàn)階段，SERCOS同步控制技術(shù)在同步控制以及協(xié)調(diào)控制的串行實時通訊協(xié)議方面具有最良好的適應(yīng)性。在國際上，SERCO界面最具標(biāo)準(zhǔn)性與代表性，其對于不同制造商的產(chǎn)品而言都具有較強(qiáng)的適用性，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字驅(qū)動與控制器的無障礙操作，從而使設(shè)備的性能得到充分發(fā)揮。

作為光電機(jī)一體化機(jī)械設(shè)備，印刷機(jī)在運(yùn)行過程中自然更多的會對效率與印刷質(zhì)量有著更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。首先就印刷效率來講，卷筒紙凹刷機(jī)與卷筒紙膠印機(jī)的效率分別達(dá)到了600m/min與80000張/h。其次，就精度要求來講，根據(jù)印刷品的特點，對于一些精美度較高的印刷品而言，其套印要求一般都會控制在0.01mm內(nèi)。

在印刷機(jī)中，SERCOS接口這一組件具有光歉發(fā)射器與接收器的作用，同時也扮演著主機(jī)的角色。從機(jī)則是各傳動裝置。SERCOS主要對各環(huán)路進(jìn)行控制，并且對時間片加以分配，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的控制以及對從機(jī)的無沖突存取，最終實現(xiàn)對從機(jī)的同步控制。

(2)高精度自適應(yīng)控制驅(qū)動技術(shù)

出于對定位精度的控制，無軸傳動的電子軸按照四百萬分之一的比例來均分每轉(zhuǎn)，利用角位置編碼器對滾筒角進(jìn)行定位檢測。控制臺是編程的平臺，運(yùn)動控制器則對轉(zhuǎn)子運(yùn)動加以控制，并利用自適應(yīng)電機(jī)實現(xiàn)對機(jī)械系統(tǒng)性能的響應(yīng)。

耦合性是機(jī)電系統(tǒng)的一個重要特征，一般情況下系統(tǒng)運(yùn)行過程中為了達(dá)到對機(jī)械的數(shù)字控制目的，需要對各類凸輪曲線加以利用。以某公司的ST-700電子凸輪控制器為例，其運(yùn)行過程中設(shè)置的凸輪曲線就達(dá)到32種。軸角利用位置檢測器進(jìn)行定位檢測，并在曲線的輔助下對印刷滾筒的運(yùn)動穩(wěn)定性加以控制，同時提高滾動定位的精度，最終使各單元之間的同步性得到保證。

3 無軸傳動技術(shù)發(fā)展中需解決的問題

不可否認(rèn)，對于印刷機(jī)而言無軸傳動技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢非常突出，然后在實踐中該項技術(shù)的缺點依然比較明顯。例如應(yīng)用成本過高使得該項技術(shù)難以得到迅速推廣。以某報紙印刷機(jī)為例，受限于成本因素，如果選擇無軸傳動技術(shù)替代傳統(tǒng)的主軸控制技術(shù)，那么其售價將會提高接近200萬美元。究其原因，就在于無軸傳動技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢非常突出，但其性能的發(fā)揮對功率的要求非常高。換言之機(jī)械系統(tǒng)與數(shù)字控制的最優(yōu)匹配存在一定的瓶頸。具體來講，現(xiàn)階段無軸傳動技術(shù)需要解決的問題主要涉及到以下幾個方面。

(1)無軸傳動系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的集成問題

現(xiàn)階段，無軸傳動技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢十分突出，其供應(yīng)廠家數(shù)量也相對較少，如果在印刷機(jī)中應(yīng)用普通的數(shù)控系統(tǒng)，那么就會精度與響應(yīng)速度產(chǎn)生影響。就算印刷機(jī)設(shè)計制造商能夠從機(jī)械設(shè)計層面上進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，在與無軸傳動系統(tǒng)集成之后，系統(tǒng)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時想要實現(xiàn)高精度響應(yīng)依然存在較大難度。盡管在編程過程中技術(shù)人員會盡量優(yōu)化運(yùn)動鏈配置，然而這僅僅能夠達(dá)到響應(yīng)的目的。因此，想要滿足高精度的運(yùn)動需求，就必須提高驅(qū)動系統(tǒng)的功率，這必然會帶來較大的成本支出。只有對無軸傳動系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的集成技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，才能夠使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性得到改善。

(2)無軸傳動系統(tǒng)的機(jī)械控制問題

通常情況下，無軸傳動系統(tǒng)的開放性都比較強(qiáng)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，用戶能夠結(jié)合自身需求對凸輪曲線控制機(jī)電系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行選擇。鑒于此，基于對數(shù)字傳動與驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用，需要行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員對機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)與主動控制技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究。為了使運(yùn)動性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，則可以從編程技術(shù)這一方面入手。

(3)無軸傳動技術(shù)的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段，關(guān)于普通傳動與控制技術(shù)的應(yīng)用，大部分用戶都能夠達(dá)到一定的熟練度，并且相關(guān)專業(yè)的人才建設(shè)也比較成熟。然而關(guān)于無軸傳動技術(shù)的應(yīng)用，很多用戶對相關(guān)人才的需求量依然比較大。雖然在網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)普及的情況下，用戶可以通過遠(yuǎn)程故障診斷的方式來解決一些售后服務(wù)問題，然而他們對無軸印刷機(jī)的選擇依然秉持謹(jǐn)慎態(tài)度。針對此，行業(yè)內(nèi)只有對無軸技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究，加大無軸傳動技術(shù)的普及力度，如此才能夠從成本方面來加快無軸傳動技術(shù)在印刷機(jī)中的應(yīng)用與發(fā)展。

4 結(jié)束語

無軸傳動技術(shù)對于印刷機(jī)這一設(shè)備而言具有很高的應(yīng)用價值。目前，該項技術(shù)已經(jīng)得到了普及與推廣。當(dāng)然，無軸傳動技術(shù)的關(guān)鍵部分依然存在一些問題亟待解決。在未來印刷機(jī)無軸傳動技術(shù)的發(fā)展過程中，我們有必要針對此進(jìn)行更加深入的探索與研究，找到技術(shù)優(yōu)化的路徑，為推動無軸傳動技術(shù)的普及與推廣提供有力支持。