無軸和有軸的優(yōu)缺點

??? 圖1:電子軸

上海紫光機械有限公司的總工陳金成先生是YR420WZ柔版印刷機研發(fā)設(shè)計的主要負(fù)責(zé)人，據(jù)他介紹，無軸傳動印刷機要達到的基本控制要求主要有三點：收放卷平穩(wěn)；張力恒定；套印準(zhǔn)確。而博世力士樂的SYNAX200系統(tǒng)提供的同步控制、收放卷控制、張力控制、自動套準(zhǔn)控制這幾種功能在YR420WZ柔版印刷機上得到了很好的應(yīng)用。

那么，SYNAX200系統(tǒng)的這幾種功能在YR420WZ柔版印刷機上是如何實現(xiàn)的呢？陳金成先生和博世力士樂中國電子傳動與控制部門的凌俊先生給我們做了詳細(xì)的介紹。

印刷機的同步控制包括位置同步、速度同步以及電子凸輪的同步，SYNAX200系統(tǒng)中的運動控制器PPC-R22.1可不間斷地計算產(chǎn)生虛擬主軸的位置，并通過光纜即時傳送至各個驅(qū)動器IndraDrive C/M，從而實現(xiàn)印刷過程的同步運作。

圖2：虛擬主軸及機械主軸的比較和工作原理。

SYNAX200系統(tǒng)可以提供三種收放卷的方式：浮動輥、張力傳感器、甚至無傳感器方式。上海紫光的YR420WZ柔版印刷機采用的是根據(jù)浮動輥的位置來調(diào)整收放卷的速度，收放卷系統(tǒng)包括一臺伺服電機（用它來驅(qū)動放卷的軸），一個浮動輥，一個相位傳感器以及伺服驅(qū)動器。相位傳感器根據(jù)浮動輥擺動的不同位置產(chǎn)生不同的電壓信號，輸送到伺服驅(qū)動器來控制伺服電機的轉(zhuǎn)動?？梢詫⑾辔粋鞲衅髟诟虞仈[動到中間位置時產(chǎn)生的電壓信號作為設(shè)定值，位置檢測值是根據(jù)浮動輥的不同位置不斷變化的，伺服驅(qū)動器通過一系列的運算調(diào)節(jié)速度調(diào)整量來進行速度控制?！皩嶋H應(yīng)用中，紙卷不會是很圓的，有可能是扁的，所以

收放卷一定要保證平穩(wěn)，這個系統(tǒng)的運行效果還是不錯的?！标惤鸪上壬u價說。

圖3：采用Cartridge DDRTM進行重新設(shè)計
后的印刷機組比以前的結(jié)構(gòu)簡單許多。

因為張力對印刷套準(zhǔn)的影響非常大，所以張力控制的要求是保證張力恒定。在檢測輥的兩端安裝張力傳感器，通過對信號的放大轉(zhuǎn)換成驅(qū)動器能接受的模擬信號，通過一系列的運算來調(diào)節(jié)初始輥的轉(zhuǎn)速，以保證表面線速度的一致，達到控制張力恒定的目的。除了收放卷，還需要對進出印刷及加工處理單元（模切、燙金等）的紙張進行進一步的張力控制，以使印刷處于最佳狀態(tài)。

利用基本型的IndraDrive伺服驅(qū)動器和MAD電機做收放卷，以及MSK電機進行二次張力控制，操作人員只需從VEP-力士樂嵌入式終端輸入簡單的參數(shù)，系統(tǒng)就可以自動完成上面這兩項工作。

對于自動套準(zhǔn)來說，它的控制比張力控制更為復(fù)雜，因為張力的初始設(shè)定值是恒定的，而套準(zhǔn)控制中色標(biāo)位置的目標(biāo)值和檢測值都是變化的，并且自動套準(zhǔn)對色標(biāo)傳感器的處理時間也有相當(dāng)高的要求。色標(biāo)傳感器將檢測到的紙張上的色標(biāo)位置信息進行高速處理后傳輸給配有高速數(shù)據(jù)端口（響應(yīng)時間<1us）的伺服驅(qū)動器，而后利用MSK電機執(zhí)行動態(tài)的相位偏置達到精確套準(zhǔn)的目的。

? 圖4：利用直接驅(qū)動技術(shù)可以很方便將這款

5 色印刷機擴展為10色

“采用了無軸傳動的技術(shù)，提高了印刷機的模塊化程度以及減少了輔助時間，使得印刷紙張張力的穩(wěn)

定性有很大提高，套準(zhǔn)精度由原來±0.127mm提高到±0.06mm，套準(zhǔn)速度快而且材料損耗少。這項技術(shù)的應(yīng)用也使上海紫光機械有限公司填補了國產(chǎn)伺服傳動柔版機這一空白?！标惤鸪山榻B說。

Danaher Motion:瓦楞紙印刷設(shè)備

Danaher Motion的一家客戶在對自己的瓦楞紙印刷機組進行重新設(shè)計的時候選用了Danaher Motion公司提供的Cartridge DDR?（直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機），整個機組減少了2000多個部件，使得設(shè)計更加簡單，印刷定位精度也大大提高，同時增強了易操作性并降低了維護成本。

這家印刷設(shè)備制造商介紹說，長期以來，他們使用的是另外一家供應(yīng)商的配套產(chǎn)品，當(dāng)了解到Cartridge DDR電機的諸多優(yōu)點之后，決定在機組的印刷單元和沖壓剪裁單元采用這種電機。重新設(shè)計后的印刷機組中每個印刷單元采用3個CDDR，沖切單元采用了3個CDDR，縱向定程進刀采用2個CDDR。另外，還選用了傳統(tǒng)的伺服電機AKM作為輔助傳動設(shè)備以及500系列滾柱和BS&A滾珠絲杠，驅(qū)動器選用了SERVOSTAR?S600系列，利用SERCOS來完成設(shè)備之間的通信。

這個被重新設(shè)計的印刷設(shè)備是5色柔版印刷機，在重新設(shè)計之前，整個印刷機組采用的是機械傳動方式，每個印刷單元的各個版輥靠齒輪連起來，各印刷單元也是靠一個長的機械邊軸相連，由一個大功率的電機來拖動。這種印刷機體積龐大，運轉(zhuǎn)速度相對低，但印刷精度要求高，對它來說，控制各個版輥之間的相位同步是個難題，每個版輥長約3m，質(zhì)量大，慣量也大，進行工藝調(diào)整時，相當(dāng)?shù)穆闊?，費時、費力，甚至無法實現(xiàn)?！安捎弥苯域?qū)動技術(shù)進行重新設(shè)計之后，每個版輥都由DDR電機來驅(qū)動，去掉了原來機械傳動所需的齒輪和機械長軸，各個軸可以根據(jù)相位要求單獨調(diào)整，各個印刷單元的調(diào)速比可以在調(diào)速范圍內(nèi)隨意調(diào)整，整個機組的靈活性和印刷定位精度都得到了提高?！盌anaher Motion公司的大客戶經(jīng)理單汝國先生介紹說。

利用CDDR除了能提高易用性和印刷定位精度外，對工藝的調(diào)整以及系統(tǒng)的配置都更為靈活，它可以將印刷機的各個印刷單元獨立設(shè)置為“工作狀態(tài)”和“停運狀態(tài)”，這樣，當(dāng)產(chǎn)品在其他印刷單元工作的時候可以同時配置一個或多個印刷單元。這種“

運轉(zhuǎn)同時配置”的功能大大提高了機器的利用率，對小型批量的生產(chǎn)任務(wù)特別有用，而如果使用原來的齒輪和機械長軸的傳動方式不可能做到這一點。“像現(xiàn)在這款5色的印刷機，如果要擴展為10色，利用直接驅(qū)動技術(shù)是完全可以實現(xiàn)的。”

“直接驅(qū)動技術(shù)并不是Danaher Motion獨有的，許多供應(yīng)商都能夠提供直接驅(qū)動電機，而Danaher Motion的CDDR技術(shù)之所以能夠在眾多競爭對手中被客戶選中，除了能夠滿足各項技術(shù)指標(biāo)之外，其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得安裝極為方便也是一個重要因素，Cartridge DDR電機采用的是緊縮式結(jié)構(gòu)，能夠即裝即用，從安裝到完全運轉(zhuǎn)只需要不到30分鐘的時間。”

單汝國先生還介紹說，無軸傳動印刷機的設(shè)計主要有兩個難點，一個是電機的選擇，另一個就是算法，包括相位同步和套準(zhǔn)控制，這款印刷機選擇的與CDDR配套的SERVOSTAR 600伺服驅(qū)動器，以及MEI的運動控制卡，相應(yīng)的開發(fā)了針對印刷行業(yè)的相位同步和套準(zhǔn)控制的功能。

無軸技術(shù)在北人報紙印刷機上的應(yīng)用

北人印刷機械股份有限公司是國內(nèi)較早涉足無軸傳動技術(shù)的印刷機械制造企業(yè)。從2001年開始，“北人”就先后分別與博世力士樂公司和鮑米勒公司合作研發(fā)設(shè)計無軸傳動印刷機。2006年推出的75A報紙印刷機是與日本西研圖文株式會社共同合作開發(fā)的，采用三菱無軸傳動技術(shù)，印刷單元采用流行的H型結(jié)構(gòu)，一個H單元使用兩個電機，各驅(qū)動一個B-B單元，方便不同色組同時進行不同的操作。

75A報紙印刷機適用于卷筒紙雙面四色報紙印刷，也可用于多種不同方式的組合印刷，例如：4+4彩色印刷、2+2套色印刷及多紙路印刷等，折頁機具有動態(tài)尺寸調(diào)整和存頁選擇等功能，最多可進行8紙路折頁。同時，該機器采用模塊化的設(shè)計理念與無軸技術(shù)的應(yīng)用，更能滿足不同用戶的需要，隨著用戶業(yè)務(wù)的擴展進行設(shè)備的配置擴展。

據(jù)北人股份卷筒紙膠印機制造分公司技術(shù)人員介紹，75A報紙輪轉(zhuǎn)印刷機在印刷速度上達到了7.5萬印張/小時的國內(nèi)最高水平。“這款印刷機采用無軸傳動技術(shù)，擴展性非常好，易于增加印刷品的版數(shù)；并且在印刷精度、速度以及穩(wěn)定性方面都有了很大提高。在我們進行的多次印刷實驗中，機器運行狀態(tài)一直很穩(wěn)定，這更增強了我們的自信心。目前產(chǎn)成的三個塔式機組全部形成銷售，其中一個塔機被西研回購，另外兩個塔機被體育日報社購買。”