电子凸轮同步技术在高速插装设备上的应用

肖勇 刘林琳 谭元英

摘要：本文主要介绍了电子凸轮同步技术在高速插装设备上应用。电子凸轮同步技术作为当今最先进的凸轮同步控制技术具有可靠性高、便于故障处理、维护成本低等优点，广泛应用于汽车制造、机械加工、纺织、印刷、食品加工等多个领域。最新高速插装设备引入电子凸轮同步技术，实现了撑簧圈高速、高效、稳定插装的要求，有效的解决了传统高速插装设备速度慢，效率低下，装配的撑簧圈不稳定，返修率高的缺陷。

关键词：电子凸轮;高速插装设备;同步技术

1.引言： 我公司设计的某连接器是一种军民两用的高端产品，该产品使用范围广，订单众多，是公司的主要产品之一。目前，公司该系列产品上基座撑簧圈的装入主要分为两种：一种是手工装入。手工装入撑簧圈的标准步骤如下：手指捏住撑簧圈，使撑簧圈缺口方向朝向上基座主键所在的X方向，将撑簧圈一颗一颗的装入基座孔内。手工装入，费时费力，产品一致性差。

另一种是公司采购的高速插装设备，虽然能够实现撑簧圈的自动装入，但是设计的初衷是仿造人手工安高速插装的步骤执行的，只是把人工手指改成了伺服模组加机械夹爪的装置，但是这种安装方式生产效率比较低，不能满足公司生产计划的要求。

为了提高高速插装设备的生产效率仿造高速打孔机的凸轮同步思路应运而生，但是传统的机械凸轮同步结构复杂，加工和更改机械凸轮的成本较高，难度较大，机同时械凸轮会磨损，需要定期更换，增加了设备成本的投入。故经过考察研究，反复测试决定使用伺服的电机凸轮同步技术代替机械凸轮的同步结构。

经过长时间的生产认证，原先的高速插装设备单班12小时插高速插装的数量为5400～7200左右;使用电机凸轮同步技术新型高速插装设备单班12小时插高速插装的数量为14400～16200左右，生产效率大概提升了266%，并且设备运行稳定，重复定位精准，达到了公司的生产计划的需求。

2.电子凸轮伺服同步系统的介绍：

2.1 机构组成：

2.1.1 取料凸轮转轴：取料伺服电机控制取料凸轮转轴正向旋转。

2.1.2 取料凸轮： 取料转轴带动取料凸轮0°～360°往复圆周运动，取料凸轮转动会推动取料滑槽进行水平方向运动。

2.1.3顶料凸轮转轴：顶料伺服电机控制顶料凸轮转轴正向旋转。

2.1.4 顶料凸轮：顶料料转轴带动顶料凸轮0°-360°往复圆周运动，顶料凸轮转动会推动顶料滑槽和顶料棒进行垂直方向运动。

2.1.5 棘轮转轴：上料伺服电机控制棘轮转轴旋转带动棘轮转动，棘轮转动带动撑簧圈料带向上运动;其中撑簧圈料带上有小圆孔，与棘轮配合运动，使棘轮的圆周运动转变成料带的上下直线运动。

2.1.6同步往复运动：取料凸轮伺服电机带动取料凸轮转动，取料凸轮根据凸轮轨迹运行到200°-220°角度时，取料滑槽保持在行程最远端;此时顶料凸轮伺服电机带动顶料凸轮转动同步运行到130°-250°顶料滑槽保持在行程最远端;完成一次撑簧圈产品的插装动作。

2.2 电子凸轮同步系统配置：

2.2.1 主控PLC：本系统采用西门子1500T系列PLC：这款PLC支持等时同步和跟踪功能，配备PROFINET双端口，支持 PROFINET、TCP/IP、OPC等通讯协议。能够实现设备主从凸轮实时位置同步的控制要求，达到了高效、高速安高速插装的目的。

2.2.2本系统采用西门子SINAMICS V90 单轴伺服驱动，这是一款高速，高精度的伺服驱动器，最高脉冲输入达到1MHZ，实现20位绝对值编码器分辨率的信号反馈（20位分辨率即：1048576脉冲/转），满足高速插装±0.03mm的精度要求以及1.2秒/孔的速度要求。

2.2.3本系統采用西门子KTP900（HMI）触摸屏，这是一款9英寸的TFT 显示屏，有一个PROFINET端口，提供64色，800 x 480 像素的全彩输出。操作人员可以通过这款触摸屏很清晰的查看现场数据，设备状态，报警记录等信息，并当设备处于手动状态的时候，通过触摸屏操作各个执行气缸的升降，伺服以及机械手定位等工作。

2.3电子凸轮同步的实现方式：

2.3.1 设定主轴和从轴电子凸轮位置同步对应关系;

2.3.3 编写电子凸轮同步程序以及定义同步方式，实现电子凸轮运动。（见图4）

3. 结论

传统机械凸轮是通过凸轮或凸轮组实现非线性、多工位的加工。而电子凸轮的出现最初是为了取代机械凸轮，达到和机械凸轮相同的生产目的。电子凸轮没有机械式凸轮设计难度大、加工成本高、易磨损等缺点，在许多场合是机械式凸轮的理想替代品。随着电子技术的高速发展，电子凸轮功能不断完善，用软件来改变程序就能改变控制信号的输出规律，继而改变工艺过程。因此，同一套电子凸轮可以通过改变程序实现不同的运动规律，具有很强的灵活性。电子凸轮使自动化设备的控制精度提高，故障率降低，可靠性提高;简化了机械机构，提高了机械的生产效率，降低了消耗;调试和维修更加方便。可在化工、食品、陶瓷、烟草、输液灌装等行业的自动化设备中广泛应用。

4.参考文献：

1.《S7-1500 PLC编程与应用》，廖长初著，机械工业出版社;

2. 《西门子SINAMICS S120应用与实践》，梁岩 司维 王彦婷合著，机械工业出版社;

3.《深入浅出西门子运动控制器S7-1500T使用指南》，张雪亮著，机械工业出版社;