应用(yòng)方案：汉德保混合伺服在牙刷植毛机上的应用(yòng)方案

关键词：汉德保、混合伺服驱动器、牙刷植毛机

一、应用(yòng)背景

    当今，人们的生活水平不断提高，人们对清洁工具也有(yǒu)了更高的需求。目前，全球牙刷年需求量已经超过90亿支，并以每年10%的速度递增。中國(guó)人口众多(duō)，牙刷做為(wèi)现代生活必需品需求相当的大。牙刷虽小(xiǎo)却是一个消费巨大市场成熟的大商(shāng)品，并且伴随着生活质量的提高，对于牙刷的质量同样提高，优质的保健牙刷设备的生产效率以及生产质量需求促进了高速牙刷植毛机的设备开发。高速牙刷植毛机可(kě)实现多(duō)轴、多(duō)工位、多(duō)工序的全自动加工流程。

    目前大部分(fēn)植毛机厂商(shāng)采用(yòng)的是步进電(diàn)机系统，由于步进電(diàn)机转速低、步进角距大使得植毛速度慢，并且精度较差，这就直接影响了厂商(shāng)的生产效率和生产品质，而且步进電(diàn)机系统容易产生丢步，发生错误时也不能(néng)及时纠正，从而造成材料的损失。交流伺服系统作為(wèi)高转速和高细分(fēn)精度的运动控制系统，在此有(yǒu)着无与伦比的优势，但是交流伺服价格较贵，不利于降低成本。 

    深圳汉德保公司凭借多(duō)年运动控制行业的专业背景，研发出ED系列混合伺服系统，有(yǒu)效地平衡了步进、伺服在速度、精度、价格三方面的矛盾，具有(yǒu)很(hěn)高的性价比。该系统的混合伺服電(diàn)机在恒转矩输出下转速能(néng)达到2000RPM，编码器線(xiàn)数2500PPR，驱动器内部采用(yòng)4倍频技术对控制脉冲4细分(fēn)后可(kě)使電(diàn)机每圈分(fēn)辨率达 10000PPR。

二、電(diàn)气结构及工艺流程 

    高速牙刷植毛机传动结构由主驱动轴和四个步进/伺服驱动轴系统组成。四个步进/伺服轴分(fēn)别為(wèi)水平X轴，垂直Y轴，换毛Z轴与旋转A轴。
◆XY两轴--------坐(zuò)标决定牙刷孔的位置；
◆A轴--------更换至下一个牙刷；
◆Z轴--------更换牙刷毛色；
    当主轴電(diàn)机（变频器控制）运转，四个電(diàn)控步进/伺服轴随之运转，主轴停则其余四轴随动停止。主轴的转速决定植毛的速度，四个步进/伺服轴响应要求协调驱动，否则会出现脱毛或者毛不齐的现象。
动作过程：
    夹子从Y轴方向上将牙刷把柄夹住→夹子做90度定位到Z轴方向→平台带动夹子做X，Y轴运动使刷毛可(kě)以被打到牙刷头的毛孔中→植毛完成，夹子向下旋转90度→夹子松开，一支牙刷加工完成。

三、汉德保混合伺服系统 

    汉德保混合伺服電(diàn)机内置增量式光電(diàn)编码器（2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可(kě)选），适配汉德保混合伺服驱动器，彻底解决开环步进電(diàn)机丢步的问题，提升机器加工速度和精度。通过优化的磁路设计，选用(yòng)优质冷轧硅钢片和耐高温永磁體(tǐ)材料，提高電(diàn)机功率密度，提升電(diàn)机平稳性，显著降低電(diàn)机温升。产品線(xiàn)涵括20~86机座、0.1NM~12NM多(duō)种電(diàn)机型号。

性能(néng)指标	步进	伺服	混合伺服
控制方式	开环，有(yǒu)丢步现象	闭环，无丢步现象	闭环，无丢步现象
速度	1000rpm以下	额定3000rpm	最高3000rpm
精度	由電(diàn)机步距角决定	由编码器精度决定	由编码器精度决定
转矩特性	力矩随速度升高下降很(hěn)快	恒定力矩输出	在高速时（如2000rpm以上），力矩下降较快
运动特性	低频振动，停止时不抖动	停止时有(yǒu)微振	零速停止稳定，高速停止时不抖动
電(diàn)机温升	在高速或频繁启停时发热较严重， 可(kě)能(néng)会影响電(diàn)机寿命	温升小(xiǎo)	介于步进与伺服之间
成本	低	高	中
适用(yòng)场合	对速度、精度要求不高场合	对速度、精度要求高场合	短距离快速启停场合，对速度、精度要求较高场合

◆产品涵盖20~86机座，安装尺寸完全兼容同型号步进電(diàn)机

◆内置增量式光電(diàn)编码器（2500線(xiàn)或1000線(xiàn)可(kě)选）

◆输出转矩大 ，高转速

◆電(diàn)机发热小(xiǎo)，噪音低，效率高

◆高速停止平稳快速，无零速振荡运行平稳，振动噪声小(xiǎo)

◆响应速度快，适合频繁启停的场合

四、现场调试结果 

该植毛机的基本参数如下：

A系列高速双色牙刷植毛机
台面面积	330mm*330mm	植毛孔径	Φ=1.6-3mm
X-Y行程	300mm*300mm	植毛速度	700-850孔/分(fēn)钟
電(diàn)   源	220V	植毛長(cháng)度	L=10-15mm
毛   箱	双色

工艺要求:
a、每分(fēn)钟裁800孔左右
b、误差控制在1个丝以内
c、工作情况分(fēn)為(wèi)：全自动、试机、半自动
d、在拿(ná)到新(xīn)的板型时，终端用(yòng)户既可(kě)以手动直接输入坐(zuò)标，也可(kě)以通过对孔自动得到坐(zuò)标
e、在样板输入时可(kě)以进行插孔或删孔
f、样板输入完成后可(kě)以自动得到整體(tǐ)位移量，也可(kě)以手动直接输入整體(tǐ)位移量
g、预留给终端用(yòng)户多(duō)种产品保存功能(néng)
    牙刷植毛机上共使用(yòng)4套混合伺服：1套控制A轴夹牙刷的夹子做90度定位；2套带动固定平台做X，Y轴运动，要求响应高定位精准；第4套控制Z轴切换不同颜色的刷毛。
    汉德保公司的配置方案為(wèi)（X/Y/Z/A）：ED34混合伺服驱动器 + EMH3403混合伺服電(diàn)机。

现场测试证明，植毛速度堪比伺服電(diàn)机，可(kě)以做到 900次/分(fēn)钟植毛速度。而且在高速启停的同时，整體(tǐ)动作的平稳性柔和性更尤為(wèi)突出。通过上位机PLC内部自制脉冲S曲線(xiàn)的应用(yòng)可(kě)以做到跳孔植毛，且跳孔时，在保证了跳孔精度的同时机器跟平时基本一样平稳，不会出现明显的抖动。产品品质上明显优于步进電(diàn)机，具有(yǒu)很(hěn)强的竞争力。

五、结语

    通过在客户的長(cháng)期的使用(yòng)，汉德保混合伺服系统性能(néng)稳定，效果很(hěn)好，深受好评。随着國(guó)内高速牙刷植毛机产业生产能(néng)力的逐渐提升，植毛机的市场一定竞争的更加激烈，与其配套的剪毛机设备也随之提升，而且更先进的植毛、剪毛一體(tǐ)机也会出现。汉德保混合伺服凭借极具竞争力的性价比将更受客户青睐。