摘要：介紹東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)器在電腦彈簧機(jī)上的應(yīng)用案例。對于彈簧制造的高精度制造工藝，東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)器以優(yōu)良的控制性能實(shí)現(xiàn)了彈簧機(jī)設(shè)備快速度高質(zhì)量的生產(chǎn)要求。

1．引言

得益于交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，性能日漸提高，價(jià)格日趨合理。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)，采用先進(jìn)無搖臂設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了無需排凸輪片、刀具可重用、 機(jī)械部件采用世界先進(jìn)之設(shè)計(jì)理念，為生產(chǎn)超精密彈簧量身設(shè)計(jì)而成，卷芯軸和凸輪軸采用伺服馬達(dá)后，可以很好地簡化調(diào)機(jī)的工序，減少調(diào)機(jī)時(shí)間，從而大大提高生產(chǎn)效率，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。

本文以浙江某彈簧機(jī)設(shè)備廠用東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)寶塔彈簧、雙扭簧等復(fù)雜高難度異簧工藝為例，詳述了東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)器在彈簧制造機(jī)上的使用方法，說明了東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)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)主要由：控制器、伺服驅(qū)動(dòng)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）三部分組成，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(dòng)器和伺服電機(jī)是設(shè)備的四肢臂膀所在?？刂破鞑捎脧椈蓹C(jī)專用電腦系統(tǒng)：可記憶999種不同之彈簧程式，程式資料很容易在鍵盤上設(shè)定及改變?？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(dòng)器發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制指令，伺服電機(jī)在伺服驅(qū)動(dòng)器的控制驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)負(fù)載完成符合用戶要求的工藝過程。

彈簧是在伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)，送線軸負(fù)責(zé)彈簧鋼絲的移動(dòng)。卷芯軸：卷芯除了可以在旋轉(zhuǎn)讓開空間來完成一些復(fù)雜的形狀外，也可用來控制彈簧螺距，于 是螺距便可做到數(shù)字化控制來簡化調(diào)機(jī)的工序，因此減少調(diào)機(jī)時(shí)間。 

彈簧成形工藝示意框圖如圖3所示，基本過程描述如下：運(yùn)行前凸輪軸和卷芯軸先歸零，凸輪軸在機(jī)械凸輪的作用下帶動(dòng)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(shí)間內(nèi)，送線軸根據(jù)設(shè)置的單步送線值送線（每一運(yùn)動(dòng)單位為0.01mm,每一命令最大為99999.99個(gè)運(yùn)到單位），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，同時(shí)，卷芯軸可以通過旋轉(zhuǎn)讓開空間來完成一些復(fù)雜的形狀外，也可用來控制彈簧螺距，當(dāng)完成一系列動(dòng)作以后，凸輪軸在機(jī)械凸輪的作用下帶動(dòng)刀具落刀切斷鋼絲便生產(chǎn)出了一個(gè)彈簧，接著再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)工作周期，這樣彈簧便一個(gè)接一個(gè)生產(chǎn)出來。

工藝要求：批量生產(chǎn)時(shí)，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(shí)間有較高的要求，同時(shí)也要求送線軸伺服啟停要迅速，停止時(shí)不能有抖動(dòng)。

3. 調(diào)試過程

　　機(jī)器設(shè)備：EPS2-TA300L123 兩臺及配套電機(jī)180DNA-30BB1AMS，分別用作凸輪軸和送線軸。EPS2-TA100L123 一臺及配套電機(jī)90DNA-10DB1AMS， 用作卷芯軸。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)，還與系統(tǒng)參數(shù)和刀具深度是有關(guān)，我們請經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅調(diào)試好刀具和設(shè)置好系統(tǒng)參數(shù)后，重點(diǎn)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(yùn)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、送線軸、卷芯軸的聯(lián)動(dòng)調(diào)試，效果均達(dá)到客戶要求。

在設(shè)備運(yùn)行模式下，生產(chǎn)速度為150個(gè)/分鐘時(shí)，生產(chǎn)出來的彈簧各項(xiàng)指標(biāo)滿足用戶要求，當(dāng)將生產(chǎn)速度調(diào)高到為400個(gè)/分鐘時(shí)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)倒線的現(xiàn)象，即轉(zhuǎn)子位置超過了停止位置，然后向后退回，此現(xiàn)象應(yīng)該是由于送線軸電機(jī)工作在頻繁啟停的狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器剛性不夠，送線軸電機(jī)停止時(shí)位置超調(diào)較大引起電機(jī)抖動(dòng)，調(diào)試位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)PI參數(shù)，直到消除該現(xiàn)象。設(shè)置的伺服驅(qū)動(dòng)器主要參數(shù)如下：

送線軸伺服驅(qū)動(dòng)器：

參數(shù)序號 參數(shù)名稱 參數(shù)值 

PA4 控制方式選擇 0（位置控制） 

PA11 位置環(huán)增益 4000 

PA14 速度環(huán)增益 4000 

PA15 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 9999 

PA25 編碼器反饋輸出分頻系數(shù) 1 

PA28 脈沖輸入類型 1（CW/CCW） 

PA31 電子齒輪分子 1 

PA32 電子齒輪分母 1 

PA38 電流環(huán)增益 1000 

PA41 電流環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 10 

凸輪軸伺服驅(qū)動(dòng)器：

參數(shù)序號 參數(shù)名稱 參數(shù)值 

PA4 控制方式選擇 0（位置控制） 

PA11 位置環(huán)增益 3500 

PA14 速度環(huán)增益 3500 

PA15 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 9999 

PA25 編碼器反饋輸出分頻系數(shù) 1 

PA28 脈沖輸入類型 1（CW/CCW） 

PA31 電子齒輪分子 1 

PA32 電子齒輪分母 1 

PA38 電流環(huán)增益 1000 

PA41 電流環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 10 

卷芯軸伺服驅(qū)動(dòng)器：

參數(shù)序號 參數(shù)名稱 參數(shù)值 

PA4 控制方式選擇 0（位置控制） 

PA11 位置環(huán)增益 3000 

PA14 速度環(huán)增益 1500 

PA15 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 2000 

PA25 編碼器反饋輸出分頻系數(shù) 1 

PA28 脈沖輸入類型 1（CW/CCW） 

PA31 電子齒輪分子 1 

PA32 電子齒輪分母 1 

PA38 電流環(huán)增益 1250 

PA41 電流環(huán)積分時(shí)間常數(shù) 10 

4.東能伺服簡介

EPS系列功率范圍為0.2 KW—7.5KW，可廣泛應(yīng)用于車床，銑床，加工中心等各種加工設(shè)備，而且還能滿足印染，包裝以及自動(dòng)化流水線上的各種機(jī)械傳動(dòng)需要，采用DSP芯片，大大加快拉數(shù)據(jù)的采集與處理速度，使電機(jī)性能良好。

技術(shù)特點(diǎn):

（1）應(yīng)用大規(guī)模門陣列電路，使產(chǎn)品有很高的可靠性

（2）使用最新的功率器件IPM，使驅(qū)動(dòng)器的體積大為減小

（3）操作簡便，僅四個(gè)按鍵就能方便地進(jìn)行試運(yùn)行、監(jiān)視及參數(shù)設(shè)置

（4）監(jiān)視功能顯示24個(gè)參數(shù)狀態(tài)，包括電機(jī)回轉(zhuǎn)速度、反饋脈沖、指令脈沖、輸入輸出端口電平及電機(jī)電流等

（5）具有RS485和RS232通信功能

（6）具有脈沖位置、模擬量輸入速度及轉(zhuǎn)矩控制

（7）可設(shè)置位置指令脈沖倍率（電子齒輪輸入）

（8）可設(shè)置位置輸出脈沖倍率（電子齒輪輸出）

5. 結(jié)語

得益于東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)器針對不同場合預(yù)置了不同參數(shù)，整個(gè)參數(shù)調(diào)試的過程簡化了很多。彈簧機(jī)工作在頻繁啟停的狀態(tài)，對交流伺服來說，這是一種嚴(yán)苛的工作環(huán)境。東能伺服在彈簧機(jī)上的成功應(yīng)用，充分證明了東能產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)。東能EPS系列伺服驅(qū)動(dòng)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(gè)/分鐘，穩(wěn)定性和可靠性深得用戶肯定。之前該廠家采用的是日本某知名品牌伺服，但成本較高，我司伺服驅(qū)動(dòng)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)先地位。