经编机梳栉电子横移机构及控制（吴永春）

经编机梳栉电子横移机构及控制

黎明职业大学电子工程系   吴永春

目前，经编机制造技术正朝着高速、高效、高可靠性、高稳定性的方向发展，具有自动化程度高、适用性广、节能环保等特点，可以满足服饰用品、装饰用品及产业用纺织品迅速发展需求的设备已经成为今后的发展趋势。　　梳栉横移机构是经编机中一个关键的、具有较高技术含量的机构，它可将经纱垫于针上织成具有一定组织结构的针织物。该机构通常有花板式和凸轮式两种。
　　目前，经编机普遍采用有三种执行结构控制电子横移：“旋转伺服电机－滚珠丝杆”机构、“直线伺服电机直驱”机构及“旋转伺服电机－减速器”机构。多梳栉数控经编机具有运转速度快、生产效率高、维护简单、稳定可靠等优异性能，能生产不同厚度的织物，具有很强的可操作性，适应性和灵活性。

由于具有织造品种多、周期短等特点，因此在激烈的市场竞争中，经编机逐渐得到了人们的重视。目前，经编机机电一体化已成为发展趋势。虽然国内对经编机电子送经、电子牵拉系统已有了较为深入的研究，但对经编机梳栉电子横移的运动研究还较少。

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一、电子横移系统执行机构

采用伺服电机系统的电子梳栉横移机构可以省去体型笨重的花盘/链块以及行程变换装置，伺服电机作为梳栉横移机构的源动力。经编机的每把梳栉都配有一台伺服电机，伺服电机轴的旋转经机械转换机构带动梳栉进行横移。
4 I  b% P* H2 P1 m# e3 K伺服电机－滚珠丝杆横移机构主要由伺服电机、同步带传动机构、滚珠丝杆副、直线导轨与滑块、顶杆和张紧拉簧构成。电机轴与滚珠丝杆之间通过同步带传动结构进行连接，滚珠丝杆带动滑块机构作直线移动，滑块的一端装有顶杆并通过张紧拉簧作用于梳栉。梳栉横移的运行过程如下：当电机接收进行横移的控制信号后，电机轴以设定好的运动曲线转动相应的角度，电机轴通过同步带传动机构进行连接的滚珠丝杆也相应转过一定比例的角度，滚珠丝杆驱动与之相配合的螺母将回转运动转化为直线运动，进而实现推动梳栉进行横移的操作。
此梳栉电子横移结构中最重要的部分是伺服电机、同步带传动机构和滚珠丝杆结构。伺服电机可以接受来自主轴任何角度的信号驱动梳栉进行横移，精度高且控制方便；滚珠丝杆的作用在于将电机的旋转运动化为直线运动；同步带传动机构用来连接电机轴和滚珠丝杆，对于系统有减振和缓冲的作用。
这种方式被生产装配车间广泛采用，具有易于控制、成本相对较低、运行时噪声较小、随动性好等优点，它采用滚珠丝杆这一转换结构，有效实现了梳栉高定位精度的间歇式横移，极大降低了梳栉横移的冲击。

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二、直线伺服电机提高运转速度

直线伺服电机直驱的梳栉电子横移机构主要由直线伺服电机、直线导轨滑块副、梳栉顶杆、张紧弹簧和梳栉组成。直线伺服电机驱动的传动装置，不需要任何转换装置而直接产生直线推力，因此，它可以省去中间转换机构，简化了整个装置或系统的机械传动机构，保证了运行的可靠性，提高了运动传递效率。
机器运转时，主控制器接收来自主轴的横移触发信号，并在存储器中得到相应编织的花型数据及横移量，向直线伺服驱动器发出运动指令，由伺服电机驱动梳栉作横移运动。直线伺服电机内置的直线光栅或磁栅尺将电动机的位移量转换为位置脉冲信号，传送至伺服驱动器作为反馈信号。
$ u# Y4 @; j  o“伺服电机－减速器”电子横移的主要结构是伺服电机、减速器、钢带、钢绳、气缸以及传动轮。旋转伺服电机与减速器连接，减速机用于放大伺服电机的转矩，减速机的输出轴上装有转轮，钢带的一端固定在转轮上，钢带的另一端连接梳栉，梳栉的另一端通过滑轮、气缸等机构张紧。
气缸有三种作用，一种作用是在伺服电机反转时，通过气缸反作用力驱使梳栉反方向移动；第二种作用是保持钢丝结构的梳栉张紧；第三种作用是用于克服减速机的回程间隙。
气缸气压的恒定有利于梳栉横移运动的平稳，这种电子梳栉横移机构体积小、重量轻，比较适合于在其上安装较少导纱针的花梳横移驱动。

三、横移控制要求平稳高速

在电子横移系统中，梳栉的横移运动启动非常频繁，要求梳栉能在极短的时间内加速并能在高速行程中瞬间停准定位。即要求梳栉横移运行平稳，同时要求梳栉横移高速和准确定位。因此，运动平稳、高速、高精度定位的电子横移控制是核心技术。在横移过程中系统能否达到期望的要求会受多种因素的影响，在实际生产实践过程中，通过反复实验观察发现影响梳栉横移运动主要有主轴角度检测、传动方式等对梳栉横移等影响因素。
主轴位置信息通过主轴信号装置监测并将传送给控制系统，以控制梳栉在相应区域横移。主轴信号装置对主轴位置的读取精度直接影响着梳栉横移的起始时间，它将各梳栉的允许横移时间所对应的主轴转角输入控制系统分别作为横移触发信号。绝对型旋转编码器为256线，转轴旋转一周编码器输出256种编码，即0～255。机器主轴与编码转轴以1︰1连接，编码器的一个量化单位为主轴转角的1.406°(360°/256)。主轴编码器的分辨率越高，调整梳栉横移的起始时间越精准，越有利于横移系统运动性能的提高。
“伺服电机－滚珠丝杆”机构的工作原理是通过滚珠丝杆把电机的旋转运动转换为梳栉的直线运动，实现梳栉的横移。影响梳栉横移的精度包括滚珠丝杆的精度、伺服电机与滚珠丝杆的传动精度和滚珠丝杆定位端轴承的轴向定位精度。通常情况下梳栉的横移范围小，滚珠丝杆长期在小位移量的范围内高速往复运动，容易造成局部磨损而降低精度，这种影响因素难于解决。伺服电机与滚珠丝杆采用同步带连接，同步带的传动效率、回程间隙和同步带的弹性变形影响梳栉横移运动精度，采用伺服电机与滚珠丝杆直连的结构可以解决这种影响因素，但是，直连结构不适合于对横移机构外形尺寸要求较高的场合。
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四、梳栉顶杆长度影响横移精度

在成圈过程中，梳栉进行摆动与横移复合运动，倘若梳栉横移量为零时其摆动曲线为以梳栉顶杆的外侧端点为圆心的弧线，梳栉顶杆长度越长，梳栉摆动的弧度越小，反之越大。即使在没有横移量时，梳栉因摆动也会有一定程度的横移运动。顶杆的长度越短，则产生的横移偏差越大，因此梳栉顶杆的长度尽量长些。
在梳栉横移执行机构中，梳栉横移驱动装置与梳栉安装是否在同一平面上将决定梳栉横移的位移传递误差。一旦不在同一平面上，驱动装置产生的位移量通过顶杆传递到梳栉，位移的传递将产生误差，影响横移的精度。因此，在梳栉摆动到其整个摆幅的中心位置时，要求驱动装置、顶杆、梳栉在同一个平面上，以使因梳栉摆动而产生的横移偏移降到最低，从而最大限度地提高梳栉的位移精度。
梳栉横移的不同执行机构各有利弊，设计时应根据不同产品的实际生产需要选择不同的执行机构。
& H! [+ J2 q' }1 Q; c5 j; B经编机的针前、针背横移时间极短，因此，数控经编机要求电子横移系统在极短的时间内驱动梳栉完成“停止-移动-停止”的横移运动。梳栉电子横移运动性能是影响经编机速度提高的主要因素。比如，主轴信号装置中选用高分辨率的绝对型编码器，梳栉横移运动的机械部件的加工精度要求较高和部件与部件之间的配合必须紧密，梳栉横移驱动装置和梳栉应尽量在同一平面，选用较长的梳栉顶杆，有利于提高梳栉的横移精度。数控经编机运行时应避免机器发生共振，以免影响电子横移系统的工作稳定性。