經編機梳櫛電子橫移機構及控制（吳永春）

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經編機梳櫛電子橫移機構及控制

黎明職業大學電子工程系   吳永春

6 ]! z3 a% Z( m: p8 G# W目前，經編機制造技術正朝著高速、高效、高可靠性、高穩定性的方向發展，具有自動化程度高、適用性廣、節能環保等特點，可以滿足服飾用品、裝飾用品及產業用紡織品迅速發展需求的設備已經成為今后的發展趨勢?！　∈釞睓M移機構是經編機中一個關鍵的、具有較高技術含量的機構，它可將經紗墊于針上織成具有一定組織結構的針織物。該機構通常有花板式和凸輪式兩種。
1 I& B% O/ E; U) J9 S- k' a* D# t6 `　　目前，經編機普遍采用有三種執行結構控制電子橫移：“旋轉伺服電機－滾珠絲桿”機構、“直線伺服電機直驅”機構及“旋轉伺服電機－減速器”機構。多梳櫛數控經編機具有運轉速度快、生產效率高、維護簡單、穩定可靠等優異性能，能生產不同厚度的織物，具有很強的可操作性，適應性和靈活性。

由于具有織造品種多、周期短等特點，因此在激烈的市場競爭中，經編機逐漸得到了人們的重視。目前，經編機機電一體化已成為發展趨勢。雖然國內對經編機電子送經、電子牽拉系統已有了較為深入的研究，但對經編機梳櫛電子橫移的運動研究還較少。
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一、電子橫移系統執行機構

采用伺服電機系統的電子梳櫛橫移機構可以省去體型笨重的花盤/鏈塊以及行程變換裝置，伺服電機作為梳櫛橫移機構的源動力。經編機的每把梳櫛都配有一臺伺服電機，伺服電機軸的旋轉經機械轉換機構帶動梳櫛進行橫移。
/ a) G& a+ ~6 H/ ?8 i4 Y  ^% Y伺服電機－滾珠絲桿橫移機構主要由伺服電機、同步帶傳動機構、滾珠絲桿副、直線導軌與滑塊、頂桿和張緊拉簧構成。電機軸與滾珠絲桿之間通過同步帶傳動結構進行連接，滾珠絲桿帶動滑塊機構作直線移動，滑塊的一端裝有頂桿并通過張緊拉簧作用于梳櫛。梳櫛橫移的運行過程如下：當電機接收進行橫移的控制信號后，電機軸以設定好的運動曲線轉動相應的角度，電機軸通過同步帶傳動機構進行連接的滾珠絲桿也相應轉過一定比例的角度，滾珠絲桿驅動與之相配合的螺母將回轉運動轉化為直線運動，進而實現推動梳櫛進行橫移的操作。
此梳櫛電子橫移結構中最重要的部分是伺服電機、同步帶傳動機構和滾珠絲桿結構。伺服電機可以接受來自主軸任何角度的信號驅動梳櫛進行橫移，精度高且控制方便；滾珠絲桿的作用在于將電機的旋轉運動化為直線運動；同步帶傳動機構用來連接電機軸和滾珠絲桿，對于系統有減振和緩沖的作用。
4 h6 g& l6 O  e/ `這種方式被生產裝配車間廣泛采用，具有易于控制、成本相對較低、運行時噪聲較小、隨動性好等優點，它采用滾珠絲桿這一轉換結構，有效實現了梳櫛高定位精度的間歇式橫移，極大降低了梳櫛橫移的沖擊。
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二、直線伺服電機提高運轉速度

直線伺服電機直驅的梳櫛電子橫移機構主要由直線伺服電機、直線導軌滑塊副、梳櫛頂桿、張緊彈簧和梳櫛組成。直線伺服電機驅動的傳動裝置，不需要任何轉換裝置而直接產生直線推力，因此，它可以省去中間轉換機構，簡化了整個裝置或系統的機械傳動機構，保證了運行的可靠性，提高了運動傳遞效率。
7 q! K: \; l" G! {( I& w# m+ E機器運轉時，主控制器接收來自主軸的橫移觸發信號，并在存儲器中得到相應編織的花型數據及橫移量，向直線伺服驅動器發出運動指令，由伺服電機驅動梳櫛作橫移運動。直線伺服電機內置的直線光柵或磁柵尺將電動機的位移量轉換為位置脈沖信號，傳送至伺服驅動器作為反饋信號。
+ S7 \1 r5 ~, D0 F* _" G% u" g“伺服電機－減速器”電子橫移的主要結構是伺服電機、減速器、鋼帶、鋼繩、氣缸以及傳動輪。旋轉伺服電機與減速器連接，減速機用于放大伺服電機的轉矩，減速機的輸出軸上裝有轉輪，鋼帶的一端固定在轉輪上，鋼帶的另一端連接梳櫛，梳櫛的另一端通過滑輪、氣缸等機構張緊。
: ^4 b0 C- ?! i( o# U$ ~! F氣缸有三種作用，一種作用是在伺服電機反轉時，通過氣缸反作用力驅使梳櫛反方向移動；第二種作用是保持鋼絲結構的梳櫛張緊；第三種作用是用于克服減速機的回程間隙。
# i& O% |3 w3 k' d8 O8 L氣缸氣壓的恒定有利于梳櫛橫移運動的平穩，這種電子梳櫛橫移機構體積小、重量輕，比較適合于在其上安裝較少導紗針的花梳橫移驅動。
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三、橫移控制要求平穩高速

在電子橫移系統中，梳櫛的橫移運動啟動非常頻繁，要求梳櫛能在極短的時間內加速并能在高速行程中瞬間停準定位。即要求梳櫛橫移運行平穩，同時要求梳櫛橫移高速和準確定位。因此，運動平穩、高速、高精度定位的電子橫移控制是核心技術。在橫移過程中系統能否達到期望的要求會受多種因素的影響，在實際生產實踐過程中，通過反復實驗觀察發現影響梳櫛橫移運動主要有主軸角度檢測、傳動方式等對梳櫛橫移等影響因素。
* d, `; s0 A1 q主軸位置信息通過主軸信號裝置監測并將傳送給控制系統，以控制梳櫛在相應區域橫移。主軸信號裝置對主軸位置的讀取精度直接影響著梳櫛橫移的起始時間，它將各梳櫛的允許橫移時間所對應的主軸轉角輸入控制系統分別作為橫移觸發信號。絕對型旋轉編碼器為256線，轉軸旋轉一周編碼器輸出256種編碼，即0～255。機器主軸與編碼轉軸以1︰1連接，編碼器的一個量化單位為主軸轉角的1.406°(360°/256)。主軸編碼器的分辨率越高，調整梳櫛橫移的起始時間越精準，越有利于橫移系統運動性能的提高。
“伺服電機－滾珠絲桿”機構的工作原理是通過滾珠絲桿把電機的旋轉運動轉換為梳櫛的直線運動，實現梳櫛的橫移。影響梳櫛橫移的精度包括滾珠絲桿的精度、伺服電機與滾珠絲桿的傳動精度和滾珠絲桿定位端軸承的軸向定位精度。通常情況下梳櫛的橫移范圍小，滾珠絲桿長期在小位移量的范圍內高速往復運動，容易造成局部磨損而降低精度，這種影響因素難于解決。伺服電機與滾珠絲桿采用同步帶連接，同步帶的傳動效率、回程間隙和同步帶的彈性變形影響梳櫛橫移運動精度，采用伺服電機與滾珠絲桿直連的結構可以解決這種影響因素，但是，直連結構不適合于對橫移機構外形尺寸要求較高的場合。
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四、梳櫛頂桿長度影響橫移精度

在成圈過程中，梳櫛進行擺動與橫移復合運動，倘若梳櫛橫移量為零時其擺動曲線為以梳櫛頂桿的外側端點為圓心的弧線，梳櫛頂桿長度越長，梳櫛擺動的弧度越小，反之越大。即使在沒有橫移量時，梳櫛因擺動也會有一定程度的橫移運動。頂桿的長度越短，則產生的橫移偏差越大，因此梳櫛頂桿的長度盡量長些。
在梳櫛橫移執行機構中，梳櫛橫移驅動裝置與梳櫛安裝是否在同一平面上將決定梳櫛橫移的位移傳遞誤差。一旦不在同一平面上，驅動裝置產生的位移量通過頂桿傳遞到梳櫛，位移的傳遞將產生誤差，影響橫移的精度。因此，在梳櫛擺動到其整個擺幅的中心位置時，要求驅動裝置、頂桿、梳櫛在同一個平面上，以使因梳櫛擺動而產生的橫移偏移降到最低，從而最大限度地提高梳櫛的位移精度。
& }) q+ N: E0 X; P梳櫛橫移的不同執行機構各有利弊，設計時應根據不同產品的實際生產需要選擇不同的執行機構。
/ R. Z' |: ^: Y. A% s/ O6 z8 J經編機的針前、針背橫移時間極短，因此，數控經編機要求電子橫移系統在極短的時間內驅動梳櫛完成“停止-移動-停止”的橫移運動。梳櫛電子橫移運動性能是影響經編機速度提高的主要因素。比如，主軸信號裝置中選用高分辨率的絕對型編碼器，梳櫛橫移運動的機械部件的加工精度要求較高和部件與部件之間的配合必須緊密，梳櫛橫移驅動裝置和梳櫛應盡量在同一平面，選用較長的梳櫛頂桿，有利于提高梳櫛的橫移精度。數控經編機運行時應避免機器發生共振，以免影響電子橫移系統的工作穩定性。