全自動(dòng)端子壓著機(jī)上交流伺服電機(jī)的應(yīng)用研究

單磊磊　李盛宇

[摘要]：全自動(dòng)端子壓著機(jī)是用于剝皮、切斷、端子壓著等線束加工的一種機(jī)電一體化機(jī)械設(shè)備，具有運(yùn)行平穩(wěn)、加工精度及效率高等優(yōu)點(diǎn)。文章主要研究全自動(dòng)壓著機(jī)上交流伺服機(jī)的具體應(yīng)用，并通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器軟件與伺服電機(jī)回原點(diǎn)控制方式的優(yōu)化以提升全自動(dòng)端子壓著機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

[關(guān)鍵詞]：全自動(dòng)端子壓著機(jī) 交流伺服電機(jī) 應(yīng)用

一、交流伺服電機(jī)簡(jiǎn)介

過(guò)去，對(duì)調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合主要使用調(diào)速系統(tǒng)為直流電動(dòng)機(jī)，但是直流電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)子慣量大、轉(zhuǎn)向器與電刷易磨損等缺點(diǎn)。與直流電動(dòng)機(jī)相比，交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較小、輸出功率高出20%～70%、速度響應(yīng)性能較優(yōu)、運(yùn)行平穩(wěn)且精度高，同時(shí)交流伺服電機(jī)采用變換控制系統(tǒng)，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器直接將信號(hào)反饋到電機(jī)編碼器中，采樣效率與質(zhì)量較高，內(nèi)部由速度環(huán)與位置環(huán)構(gòu)成，因此不易出現(xiàn)過(guò)沖或者丟步等問(wèn)題，具有穩(wěn)定可靠的控制性能。

（一）交流伺服系統(tǒng)

交流伺服系統(tǒng)主要由電源、傳感器件、集成上位機(jī)、伺服電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制電路觸摸屏、數(shù)據(jù)總線、驅(qū)動(dòng)控制電路等組成。伺服電動(dòng)機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，主要作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；交流伺服中傳感器件的種類(lèi)較多，常見(jiàn)的有測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器、霍爾元件、自整角機(jī)等。

以MR-J2S交流伺服電機(jī)為例，其系統(tǒng)組成及其性能具有多種優(yōu)點(diǎn)：①配套編碼器為絕對(duì)位置編碼器，分辨率大131072脈沖/轉(zhuǎn)，CPU性能極高，因此能夠極大地提高交流伺服機(jī)的響應(yīng)性；②具備了RS-422與RS-232串行的通信功能，在裝置伺服設(shè)置軟件后就可在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行狀態(tài)顯示、試運(yùn)行、增益調(diào)整以及參數(shù)設(shè)置等多種操作；③具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，電機(jī)各類(lèi)型編碼器均能夠支持BAS模式，另加電池到伺服放大器上之后可組成絕對(duì)位置系統(tǒng)，適應(yīng)不同的控制需求；④具備機(jī)械性能分析、自動(dòng)調(diào)節(jié)等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)增益搜索、抑制機(jī)械振動(dòng)等功能，不僅操作方便，還能夠自動(dòng)尋找最佳的增益值。

（二）電機(jī)控制系統(tǒng)

交流伺服電機(jī)分有異步型與同步型兩類(lèi)，前者的控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單；后者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源管理、人機(jī)交互、伺服電機(jī)、信號(hào)處理控制、信號(hào)調(diào)理采集以及通訊等幾大模塊組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采取IGBT，可通過(guò)對(duì)IGBT的關(guān)斷與導(dǎo)通進(jìn)行改變以進(jìn)行電機(jī)運(yùn)作的控制。

以前端加工的流程為例：①將線束切斷后需將倒退搬送夾一段距離并旋轉(zhuǎn)12°到達(dá)剝皮臺(tái)位置，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的剝皮長(zhǎng)度進(jìn)行搬送夾前進(jìn)操作；②在線束上切入剝皮刀，然后倒退搬送夾開(kāi)始剝皮；③將搬送夾旋轉(zhuǎn)20°至剝皮檢出裝置，進(jìn)行芯線檢測(cè)，確認(rèn)檢出后繼續(xù)將搬送夾送至壓著臺(tái)；④完成壓著操作后將搬送夾退回起點(diǎn)然后開(kāi)起，最后經(jīng)送線滾軸按設(shè)定長(zhǎng)度給出電線。前端加工流程的機(jī)械控制。

二、全自動(dòng)端子壓著機(jī)上交流伺服電機(jī)的應(yīng)用

（一）參數(shù)設(shè)置

MR-J2S需設(shè)置的參數(shù)主要包括脈沖方式、加速時(shí)間、電子齒輪等，利用FX2N-1PG控制伺服電機(jī)，這一過(guò)程需注意脈沖方式的設(shè)置應(yīng)同F(xiàn)X2N-1PG所應(yīng)用的脈沖方式相一致，以免造成錯(cuò)誤。

（二）定位模塊與可編輯控制器的選擇

伺服電機(jī)的位置控制主要選擇FX2N-1PG作定位模塊，每組1PG均能夠利用伺服電機(jī)上的驅(qū)動(dòng)放大器定量提供的脈沖完成一根獨(dú)立軸的準(zhǔn)確定位。MR-J2S伺服放大器中選用的可編程邏輯控制器（PLC）為日本三菱公司最新研發(fā)制造的FX3U小型控制器，主要功能有：①輸出輸入擴(kuò)展設(shè)備可與FX2N系列輸出輸入擴(kuò)展設(shè)備相連接；②PLC設(shè)備可直接連線的輸出輸入點(diǎn)可達(dá)256點(diǎn)；③可進(jìn)行RUN/STOP的遠(yuǎn)程操作，極大促進(jìn)了程序調(diào)試的便利；④內(nèi)置RAM內(nèi)存為64K步；⑤定位控制指令較豐富，能夠同時(shí)進(jìn)行3根獨(dú)立軸的準(zhǔn)確定位。

三、交流伺服電機(jī)的優(yōu)化

（一）軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)

交流伺服電機(jī)是由其驅(qū)動(dòng)放大器所接受的脈沖數(shù)量決定電氣的位置，在確定滾珠絲桿與編碼器給量后，可對(duì)電子齒輪進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，這樣一來(lái)，每接收到一個(gè)脈沖伺服電機(jī)就會(huì)就移動(dòng)0.01°或者0.01 mm。

設(shè)置電機(jī)位置參數(shù)為100倍，首次定位至剝皮臺(tái)的位置參數(shù)則應(yīng)對(duì)應(yīng)設(shè)為12°，如果要在啟動(dòng)單速定位前回到原點(diǎn)，則應(yīng)將以原點(diǎn)為軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)8°的位置作起始位置?？赏ㄟ^(guò)在FX2N-1PG中設(shè)置BFM25*以利用單速定位與絕對(duì)坐標(biāo)想配合的方式進(jìn)行伺服電機(jī)位置的控制，從而有效地防止累積誤差。然后可繼續(xù)寫(xiě)入20°的定位數(shù)據(jù)，再完成20°定位后繼續(xù)寫(xiě)入53°定位數(shù)據(jù)，以此循環(huán)。定位完成的標(biāo)志位為M288，再完成每次定位之后都會(huì)自動(dòng)連上，M258為啟動(dòng)單速定位，每次完成定位后會(huì)有一段時(shí)間的延時(shí)然后再進(jìn)入下一次的單速定位，但程序進(jìn)行到最后時(shí)可采取調(diào)轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)會(huì)第一次設(shè)置的定位執(zhí)行處，達(dá)到程序循環(huán)的效果。

（二）回原點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)交流伺服電機(jī)的回原點(diǎn)是由兩個(gè)位置開(kāi)關(guān)或者一個(gè)較長(zhǎng)的DOG開(kāi)關(guān)完成伺服電機(jī)由高速運(yùn)行減速到臨界速度v的，伺服電機(jī)以臨界速度停車(chē)后可以在每次完成定位后調(diào)回同一個(gè)位置，保證精確回原點(diǎn)。但是傳統(tǒng)控制方式需要電機(jī)爬行較長(zhǎng)的一段距離才能回原，因此可以對(duì)伺服電機(jī)回原控制方式進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保精確回原的前提下提升回原的效率?？稍贔X2N-1PG系統(tǒng)定位模塊中將DOGG開(kāi)關(guān)設(shè)為兩個(gè)目標(biāo)參數(shù)，DOG開(kāi)關(guān)調(diào)整為ON的時(shí)候伺服電機(jī)便開(kāi)始減速，然后調(diào)至OFF時(shí)立即停車(chē)。其原理是發(fā)出回原點(diǎn)指令之后，伺服電機(jī)以高速v1回到原點(diǎn)，接受到近原點(diǎn)信號(hào)時(shí)DOG開(kāi)關(guān)自動(dòng)調(diào)為ON并開(kāi)始減速，達(dá)到指定停車(chē)點(diǎn)時(shí)調(diào)為OFF則伺服電機(jī)會(huì)立即停止，無(wú)需經(jīng)過(guò)爬行。這樣不僅能夠確保交流伺服電機(jī)回原點(diǎn)的高效性與精確性，還具有極高的穩(wěn)定性，相較于傳統(tǒng)回原點(diǎn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

交流伺服電機(jī)具有穩(wěn)定性高、振動(dòng)小、精度高等多種優(yōu)點(diǎn)，隨著工業(yè)控制技術(shù)、電子技術(shù)以及電力技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)也得到了良好地發(fā)展，并逐漸替代直流電動(dòng)機(jī)成為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的主要交流伺服驅(qū)動(dòng)方式。在全自動(dòng)端子壓著機(jī)線束加工中應(yīng)用交流伺服電機(jī)能夠有效地提高加工的效率與精度，工業(yè)使用性極強(qiáng)。

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