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浅析交流伺服技术改造卷筒纸凹机
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BWS-伺服专家 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2011-03-28 18:50:21 楼主
1、前言
在科学技术日新月异发展的今天,为满足人们对商品包装多样化、精美化的需要,对包装印刷传动系统的自动化要求、位置跟踪精度要求越来越高。将微电子技术、信息处理技术、新传感技术、激光技术以及新工艺与新材料等应用于印刷机械,实现智能化、高自动化、高效能化,是现代印刷机械的发展方向。

2、包装印刷机械现状

我国的包装印刷机械,特别是凹印生产线起步较晚,基础比较薄弱。根据有关资料统计,我国现有的约300台烟包凹印生产线,几乎全部从欧、美.日或澳大利亚等工业发达国家进口。其中绝大部分于上世纪90年代引入,一般使用八九十年代的技术,有的甚至是六七十年代的技术,设备具有以下特点。

(1) 设备的控制电路一般都采用可编程序控制器(PLC)或计算机控制,就这一点来讲。还是比较先进的。
(2) 传动装置一般采用直流调速电机,有些六七十年代的设备采用的还是滑差调速电机。主传动通过一台直流调速主机(或一台交流调速主机)驱动一根机械轴,再通过这根机械轴把各色组单元以及模切单元连在一起, 同步转动。这种机械通轴结构直至现在仍是卷筒纸凹印机普遍采用的传动形式。
(3) 套准装置一般采用步进电机带减速器机构(包括差速器、无级变速器等)。
(4) 张力控制装置一般也采用步进电机带减速器机构。

近年来,电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展,随之也带动了交流传动技术的进步。近代交流传动技术的发展经历了二十多年,目前正成为电气传动的主流,一直被直流传动所占据的众多领域已被交流传动所占领。

3 、机械通轴结构的缺点

卷筒纸烟包六色凹印机可以在卷筒纸上印刷1—6种颜色。由于卷筒纸凹版印刷速度快、层次再现丰富、质感好,因而得到了广泛使用。但它对机械制造精度要求很高.特别是由于纸张易受温湿度影响而变形、伸缩,即使套印调节机构制造得非常精细,各部分动作又非常协调准确,但如果自动化程度不高,仍难以避免套印不准,不能保证产品质量。国内大部分卷筒纸凹印设备一般采用机械通轴结构,需要靠人工进行套印预定位,操作复杂,定位误差大,动态调节慢。预定位不准导致设备需要很长的带纸运行时间,从而产生许多废品。

4、 交流伺服传动的优势

为了解决上述问题,欧美等国一些先进的印刷机制造企业已利用现有的交流伺服传动技术研制出电子无轴卷筒纸凹印机。与传统的有轴{机械轴)传动凹印机相比,电子无轴卷筒纸凹印机取消了印刷单元间的机械通轴结构,每一个印刷单元都采用AC矢量变频电机独立驱动,由电机直接带动印版滚筒,并调整印版滚筒的相位来实现纵向套准,同时由一个步进电机来驱动印版滚筒的横向移动从而实现横向套准。这样的设计带来了以下几个显著优点。

(1) 省掉了许多机械传动环节,使因机械磨损而降低套印精度的可能降至最低,增加了可靠性.减少了维修保养成本。
(2) 套准时间很短,响应速度极快。
(3) 提供了特有的高精度预对版功能,当印版滚筒装入印刷单元后,通过传感器来检测印版滚筒上的零位标记,驱动马达会自动将印版滚筒转动至预设零位。设备通过电机空运转即可实现预套准操作,不必带纸运行,故预套准过程废品很少.此外由于无轴传动系统对印版滚筒相位的控制精度高,信息交换快,可实现高精度的高速套准,因此在高速印刷状态下仍能获得比机械轴凹印机高得多的套准精度。

5、改造方案

有一著名卷烟集团投资兴建的烟包印刷厂,拥有一条从法国小森——尚邦公司引进的NL650型六色凹版连线模切印刷生产线。这台印刷机所采用的技术基本上体现了当时的技术水平,控制电路采用西门子PLC,套印电路采用尚邦公司的RNP93系统。主传动使用一台直流调速电机通过一根机械轴将动力传到各印刷色组和模切站,各单元的套印(位置随动和补偿)采用步进电机加差速器的结构,因而无法避免上述机械通轴凹印机的缺点。此外还有以下不足。

(1) 主电机采用直流调速电机,炭刷和换向器的维护成本高。
(2) 齿轮箱和无级变速器不仅是易磨损的零部件,维修成本高,而且不可避免地存在机械间隙.当步进电机根据套印指令做出的调整通过这些机构到达印版时,会有所损失,严重时引起振荡。
(3) 上述设备已使用近10年的时间,许多零部件厂家已不再生产,给维修带来很大困难。

这些问题已经影响到公司的长远发展,本文即想探讨采用交流伺服系统来改造这台印刷机的可能性。

与步进电机相比,交流伺服电机具有以下明显的优异性能。

(1) 控制精度大大提高。
(2) 低频特性增强。
(3) 矩频特性好。
(4) 速度响应性能、控制性能(闭环控制)和过载能力大大提高。

5.1总体改造方案

(1) 拆除直流调速主机和机械通轴、差速齿轮箱、步进电机等所有主传动和步进伺服传动零部件,用7组独立的交流伺服电机单元取代上述部件来实现传动和位置补偿功能。这里说的7组单元是6个色组加1套模切单元,如果算上2组张力单元则应该是9组,因此轴数会因不同的机型改造方案而不同。

(2) 7组交流伺服电机单元通过高精度免维护减速器(速比为5:1或10:1)直接与印版轴或模切轴相连,把电机到版轴之间的机械传动环节减至最少,并实现7轴独立伺服驱动。


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步进伺服 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2013-05-20 17:03:27 1楼
 

     现在这种设备因为设计到同步的问题,很多使用总线的方案,目前总线的方案中,仅使用工控机或者PLC来脉冲控制是远远不够的,国外目前的进口设备都是采用自己的控制器,走总线通信,非脉冲式控制。比如目前上海鸣志的ETHERCAT是国内较早运用这种通信协议的,目前开发了很多产品,比如:集成式步进、步进伺服、交流伺服。

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