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閉環(huán)步進(jìn)系列在牙刷植毛機上的應用

發(fā)布日期：2018-01-04 15:16

關(guān)鍵詞：深圳市美蓓亞斯科技有限公司、閉環(huán)步進(jìn)系統、牙刷植毛機

一、應用背景

當今，人們的生活水平不斷提高，人們對清潔工具也有了更高的需求。目前，全球牙刷年需求量已經(jīng)超過(guò)90億支，并以每年10%的速度遞增。中國人口眾多，牙刷做為現代生活必需品需求相當的大。牙刷雖小卻是一個(gè)消費巨大市場(chǎng)成熟的大商品，并且伴隨著(zhù)生活質(zhì)量的提高，對于牙刷的質(zhì)量同樣提高，優(yōu)質(zhì)的保健牙刷設備的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量需求促進(jìn)了高速牙刷植毛機的設備開(kāi)發(fā)。高速牙刷植毛機可實(shí)現多軸、多工位、多工序的全自動(dòng)加工流程。

目前大部分植毛機廠(chǎng)商采用的是步進(jìn)電機系統，由于步進(jìn)電機轉速低、步進(jìn)角距大使得植毛速度慢，并且精度較差，這就直接影響了廠(chǎng)商的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，而且步進(jìn)電機系統容易產(chǎn)生丟步，發(fā)生錯誤時(shí)也不能及時(shí)糾正，從而造成材料的損失。交流伺服系統作為高轉速和高細分精度的運動(dòng)控制系統，在此有著(zhù)無(wú)與倫比的優(yōu)勢，但是交流伺服價(jià)格較貴，不利于降低成本。

深圳市美蓓亞斯科技有限公司憑借多年運動(dòng)控制行業(yè)的專(zhuān)業(yè)背景，研發(fā)出閉環(huán)步進(jìn)系統（或稱(chēng) 混合伺服系統），有效地平衡了步進(jìn)、伺服在速度、精度、價(jià)格三方面的矛盾，具有很高的性?xún)r(jià)比。該系統的混合伺服電機在恒轉矩輸出下轉速能達到2000RPM，編碼器線(xiàn)數2500PPR，驅動(dòng)器內部采用4倍頻技術(shù)對控制脈沖4細分后可使電機每圈分辨率達10000PPR。

二、電氣結構及工藝流程

高速牙刷植毛機傳動(dòng)結構由主驅動(dòng)軸和四個(gè)步進(jìn)/伺服驅動(dòng)軸系統組成。四個(gè)步進(jìn)/伺服軸分別為水平X軸，垂直Y軸，換毛Z軸與旋轉A軸。

◆XY兩軸--------坐標決定牙刷孔的位置；

◆A軸--------更換至下一個(gè)牙刷；

◆Z軸--------更換牙刷毛色；

當主軸電機（變頻器控制）運轉，四個(gè)電控步進(jìn)/伺服軸隨之運轉，主軸停則其余四軸隨動(dòng)停止。主軸的轉速決定植毛的速度，四個(gè)步進(jìn)/伺服軸響應要求協(xié)調驅動(dòng)，否則會(huì )出現脫毛或者毛不齊的現象。

動(dòng)作過(guò)程：

夾子從Y軸方向上將牙刷把柄夾住→夾子做90度定位到Z軸方向→平臺帶動(dòng)夾子做X，Y軸運動(dòng)使刷毛可以被打到牙刷頭的毛孔中→植毛完成，夾子向下旋轉90度→夾子松開(kāi)，一支牙刷加工完成。

三、深圳市美蓓亞斯科技有限公司閉環(huán)步進(jìn)系統

深圳市美蓓亞斯科技有限公司閉環(huán)步進(jìn)電機內置增量式光電編碼器（2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選），適配我司閉環(huán)步進(jìn)驅動(dòng)器，徹底解決開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機丟步的問(wèn)題，提升機器加工速度和精度。通過(guò)優(yōu)化的磁路設計，選用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機功率密度，提升電機平穩性，顯著(zhù)降低電機溫升。產(chǎn)品線(xiàn)涵括42~86機座、0.3NM~12NM多種電機型號。

性能指標	步進(jìn)	伺服	閉環(huán)步進(jìn)（混合伺服）
控制方式	開(kāi)環(huán)，有丟步現象	閉環(huán)，無(wú)丟步現象	閉環(huán)，無(wú)丟步現象
速度	1000rpm以下	額定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電機步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉矩特性	力矩隨速度升高下降很快	恒定力矩輸出	在高速時(shí)（如2000rpm以上），力矩下降較快
運動(dòng)特性	低頻振動(dòng)，停止時(shí)不抖動(dòng)	停止時(shí)有微振	零速停止穩定，高速停止時(shí)不抖動(dòng)
電機溫升	在高速或頻繁啟停時(shí)發(fā)熱較嚴重，可能會(huì )影響電機壽命	溫升小	介于步進(jìn)與伺服之間
成本	低	高	中
適用場(chǎng)合	對速度、精度要求不高場(chǎng)合	對速度、精度要求高場(chǎng)合	短距離快速啟停場(chǎng)合，對速度、精度要求較高場(chǎng)合

◆產(chǎn)品涵蓋42~86機座，安裝尺寸完全兼容同型號步進(jìn)電機

◆內置增量式光電編碼器（2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可選）

◆輸出轉矩大，高轉速

◆電機發(fā)熱小，噪音低，效率高

◆高速停止平穩快速，無(wú)零速振蕩運行平穩，振動(dòng)噪聲小

◆響應速度快，適合頻繁啟停的場(chǎng)合

四、現場(chǎng)調試結果

該植毛機的基本參數如下：

A系列高速雙色牙刷植毛機
臺面面積	330mm*330mm	植毛孔徑	Φ=1.6-3mm
X-Y行程	300mm*300mm	植毛速度	700-850孔/分鐘
電源	220V	植毛長(cháng)度	L=10-15mm
毛箱	雙色

工藝要求:

a、每分鐘裁800孔左右

b、誤差控制在1個(gè)絲以?xún)?/span>

c、工作情況分為：全自動(dòng)、試機、半自動(dòng)

d、在拿到新的板型時(shí)，終端用戶(hù)既可以手動(dòng)直接輸入坐標，也可以通過(guò)對孔自動(dòng)得到坐標

e、在樣板輸入時(shí)可以進(jìn)行插孔或刪孔

f、樣板輸入完成后可以自動(dòng)得到整體位移量，也可以手動(dòng)直接輸入整體位移量

g、預留給終端用戶(hù)多種產(chǎn)品保存功能

牙刷植毛機上共使用4套混合伺服：1套控制A軸夾牙刷的夾子做90度定位；2套帶動(dòng)固定平臺做X，Y軸運動(dòng)，要求響應高定位精準；第4套控制Z軸切換不同顏色的刷毛。

深圳市美蓓亞斯科技有限公司的配置方案為（X/Y/Z/A）：MAA860-IE 閉環(huán)步進(jìn)驅動(dòng)器 + 86系列閉環(huán)步進(jìn)電機

現場(chǎng)測試證明，植毛速度堪比伺服電機，可以做到 900次/分鐘植毛速度。而且在高速啟停的同時(shí)，整體動(dòng)作的平穩性柔和性更尤為突出。通過(guò)上位機PLC內部自制脈沖S曲線(xiàn)的應用可以做到跳孔植毛，且跳孔時(shí)，在保證了跳孔精度的同時(shí)機器跟平時(shí)基本一樣平穩，不會(huì )出現明顯的抖動(dòng)。產(chǎn)品品質(zhì)上明顯優(yōu)于步進(jìn)電機，具有很強的競爭力。

五、結語(yǔ)

通過(guò)在客戶(hù)的長(cháng)期的使用，深圳市美蓓亞斯科技有限公司閉環(huán)步進(jìn)系統性能穩定，效果很好，深受好評。隨著(zhù)國內高速牙刷植毛機產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力的逐漸提升，植毛機的市場(chǎng)一定競爭的更加激烈，與其配套的剪毛機設備也隨之提升，而且更先進(jìn)的植毛、剪毛一體機也會(huì )出現。我司閉環(huán)步進(jìn)憑借極具競爭力的性?xún)r(jià)比將更受客戶(hù)青睞。

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