應用方案：漢德保混合伺服在牙刷植毛機上的應用方案

關鍵詞：漢德保、混合伺服驅動器、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90億支，并以每年10%的速度遞增。中國人口眾多，牙刷做為現(xiàn)代生活必需品需求相當?shù)拇蟆Ｑ浪㈦m小卻是一個消費巨大市場成熟的大商品，并且伴隨著生活質量的提高，對于牙刷的質量同樣提高，優(yōu)質的保健牙刷設備的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質量需求促進了高速牙刷植毛機的設備開發(fā)。高速牙刷植毛機可實現(xiàn)多軸、多工位、多工序的全自動加工流程。

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

    深圳漢德保公司憑借多年運動控制行業(yè)的專業(yè)背景，研發(fā)出ED系列混合伺服系統(tǒng)，有效地平衡了步進、伺服在速度、精度、價格三方面的矛盾，具有很高的性價比。該系統(tǒng)的混合伺服電機在恒轉矩輸出下轉速能達到2000RPM，編碼器線數(shù)2500PPR，驅動器內(nèi)部采用4倍頻技術對控制脈沖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結構由主驅動軸和四個步進/伺服驅動軸系統(tǒng)組成。四個步進/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--------更換至下一個牙刷；
◆Z軸--------更換牙刷毛色；
    當主軸電機（變頻器控制）運轉，四個電控步進/伺服軸隨之運轉，主軸停則其余四軸隨動停止。主軸的轉速決定植毛的速度，四個步進/伺服軸響應要求協(xié)調驅動，否則會出現(xiàn)脫毛或者毛不齊的現(xiàn)象。
動作過程：
    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→平臺帶動夾子做X，Y軸運動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，一支牙刷加工完成。

三、漢德保混合伺服系統(tǒng) 

    漢德保混合伺服電機內(nèi)置增量式光電編碼器（2500線或1000線可選），適配漢德保混合伺服驅動器，徹底解決開環(huán)步進電機丟步的問題，提升機器加工速度和精度。通過優(yōu)化的磁路設計，選用優(yōu)質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(wěn)性，顯著降低電機溫升。產(chǎn)品線涵括20~86機座、0.1NM~12NM多種電機型號。

性能指標	步進	伺服	混合伺服
控制方式	開環(huán)，有丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無丟步現(xiàn)象	閉環(huán)，無丟步現(xiàn)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（如2000rpm以上），力矩下降較快
運動特性	低頻振動，停止時不抖動	停止時有微振	零速停止穩(wěn)定，高速停止時不抖動
電機溫升	在高速或頻繁啟停時發(fā)熱較嚴重， 可能會影響電機壽命	溫升小	介于步進與伺服之間
成本	低	高	中
適用場合	對速度、精度要求不高場合	對速度、精度要求高場合	短距離快速啟停場合，對速度、精度要求較高場合

◆產(chǎn)品涵蓋20~86機座，安裝尺寸完全兼容同型號步進電機

◆內(nèi)置增量式光電編碼器（2500線或1000線可選）

◆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(wěn)快速，無零速振蕩運行平穩(wěn)，振動噪聲小

◆響應速度快，適合頻繁啟停的場合

四、現(xiàn)場調試結果 

該植毛機的基本參數(shù)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個絲以內(nèi)
c、工作情況分為：全自動、試機、半自動
d、在拿到新的板型時，終端用戶既可以手動直接輸入坐標，也可以通過對孔自動得到坐標
e、在樣板輸入時可以進行插孔或刪孔
f、樣板輸入完成后可以自動得到整體位移量，也可以手動直接輸入整體位移量
g、預留給終端用戶多種產(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套帶動固定平臺做X，Y軸運動，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。
    漢德保公司的配置方案為（X/Y/Z/A）：ED34混合伺服驅動器 + EMH3403混合伺服電機。

現(xiàn)場測試證明，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，整體動作的平穩(wěn)性柔和性更尤為突出。通過上位機PLC內(nèi)部自制脈沖S曲線的應用可以做到跳孔植毛，且跳孔時，在保證了跳孔精度的同時機器跟平時基本一樣平穩(wěn)，不會出現(xiàn)明顯的抖動。產(chǎn)品品質上明顯優(yōu)于步進電機，具有很強的競爭力。

五、結語

    通過在客戶的長期的使用，漢德保混合伺服系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果很好，深受好評。隨著國內(nèi)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，而且更先進的植毛、剪毛一體機也會出現(xiàn)。漢德保混合伺服憑借極具競爭力的性價比將更受客戶青睞。