應(yīng)用方案：漢德保混合伺服在牙刷植毛機(jī)上的應(yīng)用方案

關(guān)鍵詞：漢德保、混合伺服驅(qū)動(dòng)器、牙刷植毛機(jī)

一、應(yīng)用背景

    當(dāng)今，人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)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(dāng)?shù)拇蟆Ｑ浪㈦m小卻是一個(gè)消費(fèi)巨大市場成熟的大商品，并且伴隨著生活質(zhì)量的提高，對(duì)于牙刷的質(zhì)量同樣提高，優(yōu)質(zhì)的保健牙刷設(shè)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(jī)的設(shè)備開發(fā)。高速牙刷植毛機(jī)可實(shí)現(xiàn)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(jī)廠商采用的是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、步進(jìn)角距大使得植毛速度慢，并且精度較差，這就直接影響了廠商的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，而且步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)容易產(chǎn)生丟步，發(fā)生錯(cuò)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(tǒng)作為高轉(zhuǎn)速和高細(xì)分精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在此有著無與倫比的優(yōu)勢，但是交流伺服價(jià)格較貴，不利于降低成本。 

    深圳漢德保公司憑借多年運(yùn)動(dòng)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(jìn)、伺服在速度、精度、價(jià)格三方面的矛盾，具有很高的性價(jià)比。該系統(tǒng)的混合伺服電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩輸出下轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000RPM，編碼器線數(shù)2500PPR，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用4倍頻技術(shù)對(duì)控制脈沖4細(xì)分后可使電機(jī)每圈分辨率達(dá) 10000PPR。

二、電氣結(jié)構(gòu)及工藝流程 

    高速牙刷植毛機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由主驅(qū)動(dòng)軸和四個(gè)步進(jìn)/伺服驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)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(zhuǎn)A軸。
◆XY兩軸--------坐標(biāo)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(dāng)主軸電機(jī)（變頻器控制）運(yùn)轉(zhuǎn)，四個(gè)電控步進(jìn)/伺服軸隨之運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸停則其余四軸隨動(dòng)停止。主軸的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定植毛的速度，四個(gè)步進(jìn)/伺服軸響應(yīng)要求協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)，否則會(huì)出現(xiàn)脫毛或者毛不齊的現(xiàn)象。
動(dòng)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(tái)帶動(dòng)夾子做X，Y軸運(yùn)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(zhuǎn)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(jī)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(qū)動(dòng)器，徹底解決開環(huán)步進(jìn)電機(jī)丟步的問題，提升機(jī)器加工速度和精度。通過優(yōu)化的磁路設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片和耐高溫永磁體材料，提高電機(jī)功率密度，提升電機(jī)平穩(wěn)性，顯著降低電機(jī)溫升。產(chǎn)品線涵括20~86機(jī)座、0.1NM~12NM多種電機(jī)型號(hào)。

性能指標(biāo)	步進(jìn)	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(jī)步距角決定	由編碼器精度決定	由編碼器精度決定
轉(zhuǎn)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(yùn)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(wěn)定，高速停止時(shí)不抖動(dòng)
電機(jī)溫升	在高速或頻繁啟停時(shí)發(fā)熱較嚴(yán)重， 可能會(huì)影響電機(jī)壽命	溫升小	介于步進(jìn)與伺服之間
成本	低	高	中
適用場合	對(duì)速度、精度要求不高場合	對(duì)速度、精度要求高場合	短距離快速啟停場合，對(duì)速度、精度要求較高場合

◆產(chǎn)品涵蓋20~86機(jī)座，安裝尺寸完全兼容同型號(hào)步進(jìn)電機(jī)

◆內(nèi)置增量式光電編碼器（2500線或1000線可選）

◆輸出轉(zhuǎn)矩大 ，高轉(zhuǎn)速

◆電機(jī)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(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)噪聲小

◆響應(yīng)速度快，適合頻繁啟停的場合

四、現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果 

該植毛機(jī)的基本參數(shù)如下：

A系列高速雙色牙刷植毛機(jī)
臺(tái)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(gè)絲以內(nèi)
c、工作情況分為：全自動(dòng)、試機(jī)、半自動(dòng)
d、在拿到新的板型時(shí)，終端用戶既可以手動(dòng)直接輸入坐標(biāo)，也可以通過對(duì)孔自動(dòng)得到坐標(biāo)
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(yù)留給終端用戶多種產(chǎn)品保存功能
    牙刷植毛機(jī)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(tái)做X，Y軸運(yùn)動(dòng)，要求響應(yīng)高定位精準(zhǔn)；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(qū)動(dòng)器 + EMH3403混合伺服電機(jī)。

現(xiàn)場測試證明，植毛速度堪比伺服電機(jī)，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(wěn)性柔和性更尤為突出。通過上位機(jī)PLC內(nèi)部自制脈沖S曲線的應(yīng)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(jī)器跟平時(shí)基本一樣平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)明顯的抖動(dòng)。產(chǎn)品品質(zhì)上明顯優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，具有很強(qiáng)的競爭力。

五、結(jié)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(píng)。隨著國內(nèi)高速牙刷植毛機(jī)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力的逐漸提升，植毛機(jī)的市場一定競爭的更加激烈，與其配套的剪毛機(jī)設(shè)備也隨之提升，而且更先進(jìn)的植毛、剪毛一體機(jī)也會(huì)出現(xiàn)。漢德保混合伺服憑借極具競爭力的性價(jià)比將更受客戶青睞。