伺服在全自動(dòng)電腦橫機(jī)市場(chǎng)發(fā)展空間分析
中國(guó)的針織行業(yè)有世界工廠之稱，在這個(gè)巨大的工廠中保守估計(jì)，有電腦橫機(jī)4萬(wàn)余臺(tái)，電動(dòng)橫機(jī)12萬(wàn)余臺(tái)，而手搖橫機(jī)的數(shù)量在百萬(wàn)臺(tái)之上。近三年，中國(guó)年均進(jìn)口電腦橫機(jī)仍保持4000臺(tái)～5000臺(tái)。從這些數(shù)字上可以明顯的看出全自動(dòng)電腦橫機(jī)的市場(chǎng)潛力非常巨大。
在國(guó)內(nèi)有5萬(wàn)多家從事羊毛衫生產(chǎn)的加工廠，從這個(gè)數(shù)字來(lái)看，平均每家工廠擁有的電腦橫機(jī)不足1臺(tái)。而擁有電腦橫機(jī)最多的加工工廠有近1500臺(tái)電腦橫機(jī)。從這幾個(gè)數(shù)字上，我們可以看出，現(xiàn)在電腦橫機(jī)的普及程度并不高，有很多的羊毛衫加工廠還沒(méi)有使用電腦橫機(jī)，而現(xiàn)在從手搖橫機(jī)向電腦橫機(jī)發(fā)展的大潮已經(jīng)來(lái)臨，在這種趨勢(shì)下，電腦橫機(jī)的市場(chǎng)空間被大大的擴(kuò)張。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，將會(huì)有更多的工廠開(kāi)始使用全自動(dòng)電腦橫機(jī)。
從國(guó)際市場(chǎng)的需求上來(lái)看，在人民幣不斷升值、貿(mào)易壁壘越來(lái)越多的大環(huán)境下，想要通過(guò)廉價(jià)勞動(dòng)力來(lái)進(jìn)行低附加值加工，從而獲取利潤(rùn)已經(jīng)是舉步唯艱，只有從產(chǎn)品質(zhì)量上提高競(jìng)爭(zhēng)力，才是獲得利潤(rùn)的真正渠道。電腦橫機(jī)可以做到比手搖橫機(jī)很難才能達(dá)到的工藝水平。所以，通過(guò)電腦橫機(jī)可以生產(chǎn)更高附加值的毛衫，使廠家獲得更大利潤(rùn)。
綜上所述，我們可以明確判斷，電腦橫機(jī)的市場(chǎng)空間巨大，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中對(duì)于電腦橫機(jī)的需求將會(huì)越來(lái)越大。目前國(guó)內(nèi)電腦橫機(jī)行業(yè)里單（雙）系統(tǒng)都是配套兩套交流伺服，主伺服用于機(jī)頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，搖床伺服用于針床移位系統(tǒng)。隨著電腦橫機(jī)市場(chǎng)需求越來(lái)越大，伺服做為一個(gè)主要精密傳動(dòng)配套部件將會(huì)迎來(lái)一個(gè)廣闊的巨大的市場(chǎng)空間。
全自動(dòng)電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)解決方案流程圖
一、軟件數(shù)據(jù)流圖：
圖1 軟件數(shù)據(jù)流圖
從圖1電腦橫機(jī)控制數(shù)據(jù)流程圖中我們可以清楚地看到數(shù)據(jù)在電腦橫機(jī)加工過(guò)程中的流向。下面對(duì)數(shù)據(jù)流程圖做些說(shuō)明：
1、花型準(zhǔn)備系統(tǒng)根據(jù)衣片樣品所需的組織或者圖案，按照衣片參數(shù)，比如編織密度，衣片寬度，衣片長(zhǎng)度，編織速度，編織系統(tǒng)等等，生成衣片編織控制代碼。
2、花型文件編譯器對(duì)操作人員輸入的花型文件進(jìn)行編譯，如果輸入有誤或者不符合花型文件定義語(yǔ)法，顯示編譯結(jié)果，并且返回。
3、花型文件解釋器是對(duì)經(jīng)過(guò)編譯的文件進(jìn)行解釋，把它轉(zhuǎn)化成直接可以用于控制的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理。
4、控制器取出經(jīng)過(guò)第三步驟處理獲得的數(shù)據(jù)控制運(yùn)動(dòng)控制卡和數(shù)字I/O卡。
5、中斷檢測(cè)是對(duì)中斷源做一定周期的檢測(cè)，如果監(jiān)測(cè)到有信號(hào)，馬上產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，通知主程序處理中斷。
6、數(shù)字I/O卡用獲得的弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)，直接控制電腦橫機(jī)本體。
7、運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)運(yùn)動(dòng)通道用獲得的弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)，直接控制電腦橫機(jī)本體。
8、數(shù)據(jù)反饋與顯示把衣片信息，加工信息通過(guò)操作界面反饋給操作人員。
9、橫機(jī)本體在受控狀態(tài)下編織衣片。
二、硬件結(jié)構(gòu)圖：
圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖
圖二給出了電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。以工控機(jī)為中心，外圍設(shè)備如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)以及外設(shè)存儲(chǔ)器等，鍵盤(pán)的作用是手工輸入花型編織文件代碼。由于控制軟件提供用戶一個(gè)友好的操作界面，所以鼠標(biāo)的作用是操作界面按鈕或菜單。外設(shè)存儲(chǔ)器包括軟驅(qū)或優(yōu)盤(pán)。
運(yùn)動(dòng)控制卡是一張基于ISA插槽的控制卡，插在工控機(jī)的擴(kuò)展板上。該運(yùn)動(dòng)控制卡具有十六位數(shù)字I/O口，所有輸入輸出信號(hào)都有光電隔離保護(hù)開(kāi)關(guān)。該卡具有三個(gè)運(yùn)動(dòng)通道，可以實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)，脈沖頻率范圍為1-16K PPS（脈沖每秒）。運(yùn)動(dòng)控制卡外接光耦隔離電路板，大部分外接信號(hào)通過(guò)該電路板、運(yùn)動(dòng)控制卡和工控PC機(jī)進(jìn)行通訊。
電腦橫機(jī)還有大量的數(shù)字信號(hào)需要處理。硬件系統(tǒng)用了一張基于PCI插槽的數(shù)字I/O卡，該數(shù)字I/O卡具有192位的輸入輸出通道，分為子卡和母卡兩張。該卡用于控制如下的電腦橫機(jī)運(yùn)動(dòng)部件：選針器、集圈壓板、移圈壓板、三角、中斷信號(hào)的輸入等。
ESTUN伺服選用型號(hào)和具體信號(hào)接線圖和參數(shù)設(shè)置：
機(jī)頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：
1．電腦橫機(jī)工作時(shí)是通過(guò)主伺服馬達(dá)拖動(dòng)橫機(jī)機(jī)頭做往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)行編織。在我們伺服配套使用的電腦橫機(jī)廠家機(jī)頭驅(qū)動(dòng)采用伺服和同步齒形帶驅(qū)動(dòng)，機(jī)頭可以自動(dòng)調(diào)節(jié)行程。一般伺服到機(jī)頭有兩級(jí)減速傳動(dòng)（65：45：25），高低速運(yùn)行時(shí)要求伺服馬達(dá)機(jī)頭平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)和振動(dòng)噪音，機(jī)頭換向也就是伺服馬達(dá)在正反轉(zhuǎn)交替時(shí)要平滑無(wú)明顯打頓強(qiáng)烈抖動(dòng)現(xiàn)象。目前選用ESTUN 10NM，1500RPM 1.57KW 交流伺服。
2．一般機(jī)頭在高速運(yùn)行到1.2M/S伺服轉(zhuǎn)速725RPM左右。負(fù)載保持45%左右，兩頭換向時(shí)負(fù)載變化到60-80%之間。正常機(jī)頭運(yùn)行速度在0.75M/S到1M/S之間。負(fù)載變化在28%-50%之間。伺服速度425RPM—550RPM之間。
同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)：
a.嚙合齒數(shù)同步帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)應(yīng)≥6 ,若機(jī)構(gòu)允許,可通過(guò)增大中心距,或帶輪直徑不變的情況下,采用小節(jié)距,但應(yīng)在受力允許的情況下。
b.同步帶寬度、節(jié)距和節(jié)線長(zhǎng) 由于同步帶寬度的確定,其計(jì)算公式復(fù)雜,因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往采用計(jì)算其圓周力,再參照許用圓周力在有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查出相應(yīng)的帶寬和節(jié)距,一般取5. 08。在確定節(jié)距和帶寬后,根據(jù)初定的中心距計(jì)算帶節(jié)線長(zhǎng)度, 再按標(biāo)準(zhǔn)選擇, 若不符合,可對(duì)中心距進(jìn)行調(diào)整。
c.電腦橫機(jī)機(jī)頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同步帶齒形一般選用圓弧形,也有的選用梯形,但無(wú)論何種齒形均要滿足帶輪上的一個(gè)圓與帶的節(jié)線相切,并實(shí)行純滾動(dòng),第二是帶輪上相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)在此圓弧上的距離等于同步帶的節(jié)距。為確保帶與帶輪嚙合時(shí)的良好性能,設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)正確選定帶輪輪齒齒形角,根據(jù)日本小山富夫等的試驗(yàn)以及我廠在實(shí)際試制過(guò)程中發(fā)現(xiàn),當(dāng)齒形角為20°～25°時(shí),輪齒與帶齒干涉量較小,且齒形角偏差為±1°左右。
針床移位系統(tǒng)：
針床橫移機(jī)構(gòu)針織橫機(jī)是生產(chǎn)毛衫的主要設(shè)備,而毛衣的花色品種及織物結(jié)構(gòu)的變化,除了取決于三角機(jī)構(gòu)的變換和排針外,針床的橫移起了重要作用。利用針床橫移可編織斜紋、絞花、空花、移圈等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的織物。在傳統(tǒng)的手搖橫機(jī)上,針床橫移的機(jī)構(gòu)通常采用螺旋線凸輪,在轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后,用一插銷定位來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在電腦橫機(jī)中,手動(dòng)操作顯然無(wú)法得到應(yīng)用,并且,由于機(jī)器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及移圈功能的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)針床橫移的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、可靠性和機(jī)電一體化方面提出了更高的要求,因此,在新型電腦橫機(jī)中,針床橫移一般采用伺服或步進(jìn)電機(jī)———滾珠絲桿螺母副傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。搖床馬達(dá)與滾珠絲桿用同步齒形帶聯(lián)結(jié)，同步帶輪減速比一般為24：15。編織中需要針床橫移時(shí)要求伺服馬達(dá)快速的響應(yīng)，一般選用速度為3000RPM，750W的伺服馬達(dá)。
搖床馬達(dá)的選定：
在橫移機(jī)構(gòu)中,首先應(yīng)選擇電機(jī),可通過(guò)空間力的受力分析計(jì)算出對(duì)絲桿的轉(zhuǎn)矩,其計(jì)算公式如下:
M =KFRWsinαcosβ×918η1η2×1000（N1m）
式中: K———安全系數(shù), 一般取112～114 ;
F——摩擦系數(shù);
R——絲桿法面半徑;
W——針板質(zhì)量
α——機(jī)座半角;
β——螺旋角;
η1——同步帶傳動(dòng)效率;
η2 ——絲桿螺母副傳動(dòng)效率;
M——轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)轉(zhuǎn)矩的大小確定電機(jī)的功率,以此選定所需的馬達(dá)規(guī)格,步進(jìn)需初定步進(jìn)角,目前國(guó)內(nèi)大多廠家生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角為019°P118°。
滾珠絲桿螺母副傳動(dòng)
由于滾珠絲桿螺母副傳動(dòng)具有較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率,在現(xiàn)代新型電腦橫機(jī)中,一般都采用這一傳動(dòng)方式。其工作原理是:由控制系統(tǒng)根據(jù)位移情況發(fā)出電脈沖信號(hào),經(jīng)電機(jī)后端的光電編碼器進(jìn)行信號(hào)反饋,通過(guò)同步帶輪及絲桿螺母副傳動(dòng),從而拉動(dòng)針床進(jìn)行左右移動(dòng)。
根據(jù)其工作原理,列出針床橫移量的計(jì)算公式:
A （橫移量）=α360 ×i ×T
α———電機(jī)轉(zhuǎn)角,α = 脈沖數(shù)×步距角;
i ———傳動(dòng)比, 即i = 主動(dòng)輪齒數(shù)/ 被動(dòng)輪齒數(shù);
T ———絲桿螺距。
針床的橫移量一般為床位移動(dòng)一般設(shè)有1/4，1/2，3/4，一段及0—2英寸之間，任何位置都能一次性的移動(dòng)控制，以及個(gè)別針位微小修正等功能。在以上參數(shù)選定的情況下,應(yīng)校對(duì)其誤差值,使其誤差盡量小,否則將影響橫移精度,應(yīng)重新對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行修正。
ESTUN伺服馬達(dá)與控制系統(tǒng)信號(hào)接線圖和參數(shù)設(shè)置：
（日本系統(tǒng)）電腦橫機(jī)輸入端子信號(hào)接線圖：
