□黎明職業(yè)大學(xué)電子工程系   吳永春
　　
　　
　　目前，經(jīng)編機(jī)制造技術(shù)正朝著高速、高效、高可靠性、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展，具有自動(dòng)化程度高、適用性廣、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，可以滿足服飾用品、裝飾用品及產(chǎn)業(yè)用紡織品迅速發(fā)展需求的設(shè)備已經(jīng)成為今后的發(fā)展趨勢。梳櫛橫移機(jī)構(gòu)是經(jīng)編機(jī)中一個(gè)關(guān)鍵的、具有較高技術(shù)含量的機(jī)構(gòu)，它可將經(jīng)紗墊于針上織成具有一定組織結(jié)構(gòu)的針織物。該機(jī)構(gòu)通常有花板式和凸輪式兩種。花板
　　
　　
　　目前，經(jīng)編機(jī)普遍采用有三種執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制電子橫移：“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)－滾珠絲桿”機(jī)構(gòu)、“直線伺服電機(jī)直驅(qū)”機(jī)構(gòu)及“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)－減速器”機(jī)構(gòu)。多梳櫛數(shù)控經(jīng)編機(jī)具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、生產(chǎn)效率高、維護(hù)簡單、穩(wěn)定可靠等優(yōu)異性能，能生產(chǎn)不同厚度的織物，具有很強(qiáng)的可操作性，適應(yīng)性和靈活性。

　　由于具有織造品種多、周期短等特點(diǎn)，因此在激烈的市場競爭中，經(jīng)編機(jī)逐漸得到了人們的重視。目前，經(jīng)編機(jī)機(jī)電一體化已成為發(fā)展趨勢。雖然國內(nèi)對(duì)經(jīng)編機(jī)電子送經(jīng)、電子牽拉系統(tǒng)已有了較為深入的研究，但對(duì)經(jīng)編機(jī)梳櫛電子橫移的運(yùn)動(dòng)研究還較少。

　　電子橫移系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　采用伺服電機(jī)系統(tǒng)的電子梳櫛橫移機(jī)構(gòu)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(jī)作為梳櫛橫移機(jī)構(gòu)的源動(dòng)力。經(jīng)編機(jī)的每把梳櫛都配有一臺(tái)伺服電機(jī)，伺服電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)經(jīng)機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)帶動(dòng)梳櫛進(jìn)行橫移。

　　伺服電機(jī)－滾珠絲桿橫移機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)、同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾珠絲桿副、直線導(dǎo)軌與滑塊、頂桿和張緊拉簧構(gòu)成。電機(jī)軸與滾珠絲桿之間通過同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，滾珠絲桿帶動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)作直線移動(dòng)，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(yùn)行過程如下：當(dāng)電機(jī)接收進(jìn)行橫移的控制信號(hào)后，電機(jī)軸以設(shè)定好的運(yùn)動(dòng)曲線轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度，電機(jī)軸通過同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接的滾珠絲桿也相應(yīng)轉(zhuǎn)過一定比例的角度，滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)與之相配合的螺母將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推動(dòng)梳櫛進(jìn)行橫移的操作。

　　此梳櫛電子橫移結(jié)構(gòu)中最重要的部分是伺服電機(jī)、同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滾珠絲桿結(jié)構(gòu)。伺服電機(jī)可以接受來自主軸任何角度的信號(hào)驅(qū)動(dòng)梳櫛進(jìn)行橫移，精度高且控制方便；滾珠絲桿的作用在于將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)化為直線運(yùn)動(dòng)；同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用來連接電機(jī)軸和滾珠絲桿，對(duì)于系統(tǒng)有減振和緩沖的作用。

　　這種方式被生產(chǎn)裝配車間廣泛采用，具有易于控制、成本相對(duì)較低、運(yùn)行時(shí)噪聲較小、隨動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，它采用滾珠絲桿這一轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，有效實(shí)現(xiàn)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。

　　直線伺服電機(jī)提高運(yùn)轉(zhuǎn)速度

　　直線伺服電機(jī)直驅(qū)的梳櫛電子橫移機(jī)構(gòu)主要由直線伺服電機(jī)、直線導(dǎo)軌滑塊副、梳櫛頂桿、張緊彈簧和梳櫛組成。直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，不需要任何轉(zhuǎn)換裝置而直接產(chǎn)生直線推力，因此，它可以省去中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，簡化了整個(gè)裝置或系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證了運(yùn)行的可靠性，提高了運(yùn)動(dòng)傳遞效率。

　　機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主控制器接收來自主軸的橫移觸發(fā)信號(hào)，并在存儲(chǔ)器中得到相應(yīng)編織的花型數(shù)據(jù)及橫移量，向直線伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)梳櫛作橫移運(yùn)動(dòng)。直線伺服電機(jī)內(nèi)置的直線光柵或磁柵尺將電動(dòng)機(jī)的位移量轉(zhuǎn)換為位置脈沖信號(hào)，傳送至伺服驅(qū)動(dòng)器作為反饋信號(hào)。

　　“伺服電機(jī)－減速器”電子橫移的主要結(jié)構(gòu)是伺服電機(jī)、減速器、鋼帶、鋼繩、氣缸以及傳動(dòng)輪。旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)與減速器連接，減速機(jī)用于放大伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，減速機(jī)的輸出軸上裝有轉(zhuǎn)輪，鋼帶的一端固定在轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)張緊。

　　氣缸有三種作用，一種作用是在伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，通過氣缸反作用力驅(qū)使梳櫛反方向移動(dòng)；第二種作用是保持鋼絲結(jié)構(gòu)的梳櫛張緊；第三種作用是用于克服減速機(jī)的回程間隙。

　　氣缸氣壓的恒定有利于梳櫛橫移運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，這種電子梳櫛橫移機(jī)構(gòu)體積小、重量輕，比較適合于在其上安裝較少導(dǎo)紗針的花梳橫移驅(qū)動(dòng)。

　　橫移控制要求平穩(wěn)高速

　　在電子橫移系統(tǒng)中，梳櫛的橫移運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)非常頻繁，要求梳櫛能在極短的時(shí)間內(nèi)加速并能在高速行程中瞬間停準(zhǔn)定位。即要求梳櫛橫移運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)要求梳櫛橫移高速和準(zhǔn)確定位。因此，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、高速、高精度定位的電子橫移控制是核心技術(shù)。在橫移過程中系統(tǒng)能否達(dá)到期望的要求會(huì)受多種因素的影響，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過程中，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)影響梳櫛橫移運(yùn)動(dòng)主要有主軸角度檢測、傳動(dòng)方式等對(duì)梳櫛橫移等影響因素。

　　主軸位置信息通過主軸信號(hào)裝置監(jiān)測并將傳送給控制系統(tǒng)，以控制梳櫛在相應(yīng)區(qū)域橫移。主軸信號(hào)裝置對(duì)主軸位置的讀取精度直接影響著梳櫛橫移的起始時(shí)間，它將各梳櫛的允許橫移時(shí)間所對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角輸入控制系統(tǒng)分別作為橫移觸發(fā)信號(hào)。絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器為256線，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周編碼器輸出256種編碼，即0～255。機(jī)器主軸與編碼轉(zhuǎn)軸以1︰1連接，編碼器的一個(gè)量化單位為主軸轉(zhuǎn)角的1.406°(360°/256)。主軸編碼器的分辨率越高，調(diào)整梳櫛橫移的起始時(shí)間越精準(zhǔn)，越有利于橫移系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性能的提高。

　　“伺服電機(jī)－滾珠絲桿”機(jī)構(gòu)的工作原理是通過滾珠絲桿把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為梳櫛的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)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(jī)與滾珠絲桿的傳動(dòng)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(nèi)高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，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(jī)與滾珠絲桿采用同步帶連接，同步帶的傳動(dòng)效率、回程間隙和同步帶的彈性變形影響梳櫛橫移運(yùn)動(dòng)精度，采用伺服電機(jī)與滾珠絲桿直連的結(jié)構(gòu)可以解決這種影響因素，但是，直連結(jié)構(gòu)不適合于對(duì)橫移機(jī)構(gòu)外形尺寸要求較高的場合。

　　梳櫛頂桿長度影響橫移精度

　　在成圈過程中，梳櫛進(jìn)行擺動(dòng)與橫移復(fù)合運(yùn)動(dòng)，倘若梳櫛橫移量為零時(shí)其擺動(dòng)曲線為以梳櫛頂桿的外側(cè)端點(diǎn)為圓心的弧線，梳櫛頂桿長度越長，梳櫛擺動(dòng)的弧度越小，反之越大。即使在沒有橫移量時(shí)，梳櫛因擺動(dòng)也會(huì)有一定程度的橫移運(yùn)動(dòng)。頂桿的長度越短，則產(chǎn)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(zhí)行機(jī)構(gòu)中，梳櫛橫移驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的位移量通過頂桿傳遞到梳櫛，位移的傳遞將產(chǎn)生誤差，影響橫移的精度。因此，在梳櫛擺動(dòng)到其整個(gè)擺幅的中心位置時(shí)，要求驅(qū)動(dòng)裝置、頂桿、梳櫛在同一個(gè)平面上，以使因梳櫛擺動(dòng)而產(chǎn)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。

　　梳櫛橫移的不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)各有利弊，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)需要選擇不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　經(jīng)編機(jī)的針前、針背橫移時(shí)間極短，因此，數(shù)控經(jīng)編機(jī)要求電子橫移系統(tǒng)在極短的時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)梳櫛完成“停止-移動(dòng)-停止”的橫移運(yùn)動(dòng)。梳櫛電子橫移運(yùn)動(dòng)性能是影響經(jīng)編機(jī)速度提高的主要因素。比如，主軸信號(hào)裝置中選用高分辨率的絕對(duì)型編碼器，梳櫛橫移運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(qū)動(dòng)裝置和梳櫛應(yīng)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(shù)控經(jīng)編機(jī)運(yùn)行時(shí)應(yīng)避免機(jī)器發(fā)生共振，以免影響電子橫移系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。