電子凸輪同步技術在高速插裝設備上的應用

肖勇 劉林琳 譚元英

摘要：本文主要介紹了電子凸輪同步技術在高速插裝設備上應用。電子凸輪同步技術作為當今最先進的凸輪同步控制技術具有可靠性高、便于故障處理、維護成本低等優點，廣泛應用于汽車制造、機械加工、紡織、印刷、食品加工等多個領域。最新高速插裝設備引入電子凸輪同步技術，實現了撐簧圈高速、高效、穩定插裝的要求，有效的解決了傳統高速插裝設備速度慢，效率低下，裝配的撐簧圈不穩定，返修率高的缺陷。

關鍵詞：電子凸輪;高速插裝設備;同步技術

1.引言： 我公司設計的某連接器是一種軍民兩用的高端產品，該產品使用范圍廣，訂單眾多，是公司的主要產品之一。目前，公司該系列產品上基座撐簧圈的裝入主要分為兩種：一種是手工裝入。手工裝入撐簧圈的標準步驟如下：手指捏住撐簧圈，使撐簧圈缺口方向朝向上基座主鍵所在的X方向，將撐簧圈一顆一顆的裝入基座孔內。手工裝入，費時費力，產品一致性差。

另一種是公司采購的高速插裝設備，雖然能夠實現撐簧圈的自動裝入，但是設計的初衷是仿造人手工安高速插裝的步驟執行的，只是把人工手指改成了伺服模組加機械夾爪的裝置，但是這種安裝方式生產效率比較低，不能滿足公司生產計劃的要求。

為了提高高速插裝設備的生產效率仿造高速打孔機的凸輪同步思路應運而生，但是傳統的機械凸輪同步結構復雜，加工和更改機械凸輪的成本較高，難度較大，機同時械凸輪會磨損，需要定期更換，增加了設備成本的投入。故經過考察研究，反復測試決定使用伺服的電機凸輪同步技術代替機械凸輪的同步結構。

經過長時間的生產認證，原先的高速插裝設備單班12小時插高速插裝的數量為5400～7200左右;使用電機凸輪同步技術新型高速插裝設備單班12小時插高速插裝的數量為14400～16200左右，生產效率大概提升了266%，并且設備運行穩定，重復定位精準，達到了公司的生產計劃的需求。

2.電子凸輪伺服同步系統的介紹：

2.1 機構組成：

2.1.1 取料凸輪轉軸：取料伺服電機控制取料凸輪轉軸正向旋轉。

2.1.2 取料凸輪： 取料轉軸帶動取料凸輪0°～360°往復圓周運動，取料凸輪轉動會推動取料滑槽進行水平方向運動。

2.1.3頂料凸輪轉軸：頂料伺服電機控制頂料凸輪轉軸正向旋轉。

2.1.4 頂料凸輪：頂料料轉軸帶動頂料凸輪0°-360°往復圓周運動，頂料凸輪轉動會推動頂料滑槽和頂料棒進行垂直方向運動。

2.1.5 棘輪轉軸：上料伺服電機控制棘輪轉軸旋轉帶動棘輪轉動，棘輪轉動帶動撐簧圈料帶向上運動;其中撐簧圈料帶上有小圓孔，與棘輪配合運動，使棘輪的圓周運動轉變成料帶的上下直線運動。

2.1.6同步往復運動：取料凸輪伺服電機帶動取料凸輪轉動，取料凸輪根據凸輪軌跡運行到200°-220°角度時，取料滑槽保持在行程最遠端;此時頂料凸輪伺服電機帶動頂料凸輪轉動同步運行到130°-250°頂料滑槽保持在行程最遠端;完成一次撐簧圈產品的插裝動作。

2.2 電子凸輪同步系統配置：

2.2.1 主控PLC：本系統采用西門子1500T系列PLC：這款PLC支持等時同步和跟蹤功能，配備PROFINET雙端口，支持 PROFINET、TCP/IP、OPC等通訊協議。能夠實現設備主從凸輪實時位置同步的控制要求，達到了高效、高速安高速插裝的目的。

2.2.2本系統采用西門子SINAMICS V90 單軸伺服驅動，這是一款高速，高精度的伺服驅動器，最高脈沖輸入達到1MHZ，實現20位絕對值編碼器分辨率的信號反饋（20位分辨率即：1048576脈沖/轉），滿足高速插裝±0.03mm的精度要求以及1.2秒/孔的速度要求。

2.2.3本系統采用西門子KTP900（HMI）觸摸屏，這是一款9英寸的TFT 顯示屏，有一個PROFINET端口，提供64色，800 x 480 像素的全彩輸出。操作人員可以通過這款觸摸屏很清晰的查看現場數據，設備狀態，報警記錄等信息，并當設備處于手動狀態的時候，通過觸摸屏操作各個執行氣缸的升降，伺服以及機械手定位等工作。

2.3電子凸輪同步的實現方式：

2.3.1 設定主軸和從軸電子凸輪位置同步對應關系;

2.3.3 編寫電子凸輪同步程序以及定義同步方式，實現電子凸輪運動。（見圖4）

3. 結論

傳統機械凸輪是通過凸輪或凸輪組實現非線性、多工位的加工。而電子凸輪的出現最初是為了取代機械凸輪，達到和機械凸輪相同的生產目的。電子凸輪沒有機械式凸輪設計難度大、加工成本高、易磨損等缺點，在許多場合是機械式凸輪的理想替代品。隨著電子技術的高速發展，電子凸輪功能不斷完善，用軟件來改變程序就能改變控制信號的輸出規律，繼而改變工藝過程。因此，同一套電子凸輪可以通過改變程序實現不同的運動規律，具有很強的靈活性。電子凸輪使自動化設備的控制精度提高，故障率降低，可靠性提高;簡化了機械機構，提高了機械的生產效率，降低了消耗;調試和維修更加方便。可在化工、食品、陶瓷、煙草、輸液灌裝等行業的自動化設備中廣泛應用。

4.參考文獻：

1.《S7-1500 PLC編程與應用》，廖長初著，機械工業出版社;

2. 《西門子SINAMICS S120應用與實踐》，梁巖 司維 王彥婷合著，機械工業出版社;

3.《深入淺出西門子運動控制器S7-1500T使用指南》，張雪亮著，機械工業出版社;