電子凸輪同步技術(shù)在高速插裝設(shè)備上的應(yīng)用

肖勇 劉林琳 譚元英

摘要：本文主要介紹了電子凸輪同步技術(shù)在高速插裝設(shè)備上應(yīng)用。電子凸輪同步技術(shù)作為當(dāng)今最先進(jìn)的凸輪同步控制技術(shù)具有可靠性高、便于故障處理、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械加工、紡織、印刷、食品加工等多個(gè)領(lǐng)域。最新高速插裝設(shè)備引入電子凸輪同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了撐簧圈高速、高效、穩(wěn)定插裝的要求，有效的解決了傳統(tǒng)高速插裝設(shè)備速度慢，效率低下，裝配的撐簧圈不穩(wěn)定，返修率高的缺陷。

關(guān)鍵詞：電子凸輪;高速插裝設(shè)備;同步技術(shù)

1.引言： 我公司設(shè)計(jì)的某連接器是一種軍民兩用的高端產(chǎn)品，該產(chǎn)品使用范圍廣，訂單眾多，是公司的主要產(chǎn)品之一。目前，公司該系列產(chǎn)品上基座撐簧圈的裝入主要分為兩種：一種是手工裝入。手工裝入撐簧圈的標(biāo)準(zhǔn)步驟如下：手指捏住撐簧圈，使撐簧圈缺口方向朝向上基座主鍵所在的X方向，將撐簧圈一顆一顆的裝入基座孔內(nèi)。手工裝入，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，產(chǎn)品一致性差。

另一種是公司采購(gòu)的高速插裝設(shè)備，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)撐簧圈的自動(dòng)裝入，但是設(shè)計(jì)的初衷是仿造人手工安高速插裝的步驟執(zhí)行的，只是把人工手指改成了伺服模組加機(jī)械夾爪的裝置，但是這種安裝方式生產(chǎn)效率比較低，不能滿足公司生產(chǎn)計(jì)劃的要求。

為了提高高速插裝設(shè)備的生產(chǎn)效率仿造高速打孔機(jī)的凸輪同步思路應(yīng)運(yùn)而生，但是傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪同步結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和更改機(jī)械凸輪的成本較高，難度較大，機(jī)同時(shí)械凸輪會(huì)磨損，需要定期更換，增加了設(shè)備成本的投入。故經(jīng)過(guò)考察研究，反復(fù)測(cè)試決定使用伺服的電機(jī)凸輪同步技術(shù)代替機(jī)械凸輪的同步結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)認(rèn)證，原先的高速插裝設(shè)備單班12小時(shí)插高速插裝的數(shù)量為5400～7200左右;使用電機(jī)凸輪同步技術(shù)新型高速插裝設(shè)備單班12小時(shí)插高速插裝的數(shù)量為14400～16200左右，生產(chǎn)效率大概提升了266%，并且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，重復(fù)定位精準(zhǔn)，達(dá)到了公司的生產(chǎn)計(jì)劃的需求。

2.電子凸輪伺服同步系統(tǒng)的介紹：

2.1 機(jī)構(gòu)組成：

2.1.1 取料凸輪轉(zhuǎn)軸：取料伺服電機(jī)控制取料凸輪轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)。

2.1.2 取料凸輪： 取料轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)取料凸輪0°～360°往復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)，取料凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)推動(dòng)取料滑槽進(jìn)行水平方向運(yùn)動(dòng)。

2.1.3頂料凸輪轉(zhuǎn)軸：頂料伺服電機(jī)控制頂料凸輪轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)。

2.1.4 頂料凸輪：頂料料轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)頂料凸輪0°-360°往復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)，頂料凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)推動(dòng)頂料滑槽和頂料棒進(jìn)行垂直方向運(yùn)動(dòng)。

2.1.5 棘輪轉(zhuǎn)軸：上料伺服電機(jī)控制棘輪轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撐簧圈料帶向上運(yùn)動(dòng);其中撐簧圈料帶上有小圓孔，與棘輪配合運(yùn)動(dòng)，使棘輪的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成料帶的上下直線運(yùn)動(dòng)。

2.1.6同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)：取料凸輪伺服電機(jī)帶動(dòng)取料凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，取料凸輪根據(jù)凸輪軌跡運(yùn)行到200°-220°角度時(shí)，取料滑槽保持在行程最遠(yuǎn)端;此時(shí)頂料凸輪伺服電機(jī)帶動(dòng)頂料凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)同步運(yùn)行到130°-250°頂料滑槽保持在行程最遠(yuǎn)端;完成一次撐簧圈產(chǎn)品的插裝動(dòng)作。

2.2 電子凸輪同步系統(tǒng)配置：

2.2.1 主控PLC：本系統(tǒng)采用西門子1500T系列PLC：這款PLC支持等時(shí)同步和跟蹤功能，配備PROFINET雙端口，支持 PROFINET、TCP/IP、OPC等通訊協(xié)議。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備主從凸輪實(shí)時(shí)位置同步的控制要求，達(dá)到了高效、高速安高速插裝的目的。

2.2.2本系統(tǒng)采用西門子SINAMICS V90 單軸伺服驅(qū)動(dòng)，這是一款高速，高精度的伺服驅(qū)動(dòng)器，最高脈沖輸入達(dá)到1MHZ，實(shí)現(xiàn)20位絕對(duì)值編碼器分辨率的信號(hào)反饋（20位分辨率即：1048576脈沖/轉(zhuǎn)），滿足高速插裝±0.03mm的精度要求以及1.2秒/孔的速度要求。

2.2.3本系統(tǒng)采用西門子KTP900（HMI）觸摸屏，這是一款9英寸的TFT 顯示屏，有一個(gè)PROFINET端口，提供64色，800 x 480 像素的全彩輸出。操作人員可以通過(guò)這款觸摸屏很清晰的查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)，報(bào)警記錄等信息，并當(dāng)設(shè)備處于手動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，通過(guò)觸摸屏操作各個(gè)執(zhí)行氣缸的升降，伺服以及機(jī)械手定位等工作。

2.3電子凸輪同步的實(shí)現(xiàn)方式：

2.3.1 設(shè)定主軸和從軸電子凸輪位置同步對(duì)應(yīng)關(guān)系;

2.3.3 編寫電子凸輪同步程序以及定義同步方式，實(shí)現(xiàn)電子凸輪運(yùn)動(dòng)。（見圖4）

3. 結(jié)論

傳統(tǒng)機(jī)械凸輪是通過(guò)凸輪或凸輪組實(shí)現(xiàn)非線性、多工位的加工。而電子凸輪的出現(xiàn)最初是為了取代機(jī)械凸輪，達(dá)到和機(jī)械凸輪相同的生產(chǎn)目的。電子凸輪沒(méi)有機(jī)械式凸輪設(shè)計(jì)難度大、加工成本高、易磨損等缺點(diǎn)，在許多場(chǎng)合是機(jī)械式凸輪的理想替代品。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子凸輪功能不斷完善，用軟件來(lái)改變程序就能改變控制信號(hào)的輸出規(guī)律，繼而改變工藝過(guò)程。因此，同一套電子凸輪可以通過(guò)改變程序?qū)崿F(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具有很強(qiáng)的靈活性。電子凸輪使自動(dòng)化設(shè)備的控制精度提高，故障率降低，可靠性提高;簡(jiǎn)化了機(jī)械機(jī)構(gòu)，提高了機(jī)械的生產(chǎn)效率，降低了消耗;調(diào)試和維修更加方便?？稍诨ぁ⑹称?、陶瓷、煙草、輸液灌裝等行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

4.參考文獻(xiàn)：

1.《S7-1500 PLC編程與應(yīng)用》，廖長(zhǎng)初著，機(jī)械工業(yè)出版社;

2. 《西門子SINAMICS S120應(yīng)用與實(shí)踐》，梁巖 司維 王彥婷合著，機(jī)械工業(yè)出版社;

3.《深入淺出西門子運(yùn)動(dòng)控制器S7-1500T使用指南》，張雪亮著，機(jī)械工業(yè)出版社;