一分鐘1000次的誤差小于0.005mm的高速定位，完全獨立的動作機構的動作一直和協(xié)調性，高效高智能的設備，通用CNC控制系統(tǒng)在牙刷植毛機上的成功應用被業(yè)內人士稱之為驕傲。 1 引言 牙刷植毛機械大致分為3種：一種是由單片機系統(tǒng)開發(fā)的驅動步進電機的低速智能植毛機（智能化程度高，但是速度較低最大240孔/分），一種是高速的凸輪植毛機，但是更換品種必須按照事先設計好的軌跡制作凸輪盤和換支換色盤共3種（加工周期長，工藝復雜，并且只能是固定品種和花色），第三種機型就是由德國或臺灣自行研發(fā)的專用智能高速植毛機系統(tǒng)（專用性強，設備和備件價格昂貴）。 2 系統(tǒng)設計的關鍵問題 2.1 通用CNC系統(tǒng)構型確定 由于我公司經(jīng)過對高速凸輪機械的研發(fā)，對設備和動作原理的熟悉程度再結合公司自身自動化控制技術水平，我們確認使用通用CNC系統(tǒng)配合高性能的伺服驅動設備，可以達到智能化高速植毛機的控制要求，加上通用型數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性抗干擾性，完全能夠滿足工藝要求。在構型確定之前我們詳細羅列了高速植毛機對系統(tǒng)的技術要求： （1）2軸半1分鐘1000次的高速高精度定位要求，每次定位動作包括加速和減速時間在內不超過48MS；定位精度誤差要小于0.005MM； （2）定位動作過程中多達4種輸出信號的判斷無延時輸出 （3）邏輯快速停車，主軸變頻電機故障時從1000RPM停車最多不超過2轉，比機械抱閘速度要快一倍 （4）檢測元件的快速響應性（>5000HZ） （5）系統(tǒng)的可靠性穩(wěn)定性和操作通用性 2.2 技術難點的對策 （1）高速高精度定位要求：我們選用了高速（2US響應速度）和高達7位數(shù)控制精度的臺灣HUST CNC和幾乎全球最快的通用DELTA ASD系列伺服驅動設備，經(jīng)過測試我們確認在電機空載的情況下，電機從-3000RPM到+3000RPM不到10MS，其1/10000的分辨精度也可以達到定位精度的要求，所以我們在設備生產上也采用了高精度和高穩(wěn)定性的機械傳動設備，我們首先在理論數(shù)據(jù)分析上能夠達到控制要求。 （2）軸的高速定位還要輻以其他外圍的氣動執(zhí)行元件的動作，但是實際設備制作上移位與輔助動作以及主軸的動作完全獨立，但是必須保證系統(tǒng)動作的協(xié)調性為此我們在加工程式中直接使用CNC系統(tǒng)的G代碼完成判斷和動作的無延時輸出，達到控制工藝的要求。 （3）在設備高速運轉中，一次停車信號的電平維持時間甚至少于2MS，因為CNC系統(tǒng)的設計需求，我們的CNC內的PLC程式長度已經(jīng)達到27K，PLC的執(zhí)行周期已經(jīng)超過30MS，加上信號的復雜性我們不能使用G代碼做快速停車的軟體停車，為此我們在CNC外圍將這些信號做必要的處理后能夠，經(jīng)過在現(xiàn)場的近10款不同系列的變頻測試，我們選擇了可以滿足停車要求的DELTA高性能變頻器。 （4）就是因為一次停車信號的電平維持時間甚至少于2MS，這樣就要求我們必須將傳感器的響應頻率提高到幾乎最快，否則難以滿足高速動作和停車的要求。 （5）我們考慮通用銑床CNC系統(tǒng)經(jīng)過長期發(fā)展，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性應該是毋庸置疑的，所以我們選用了通用系統(tǒng)做專機開發(fā)的方式，但是考慮操作的方便性和我們基本上拋開了CNC系統(tǒng)的復雜操作性，將系統(tǒng)直接制作成一個教導錄入式的智能設備。 2.3 I/O分配和圖紙設計 2.4 通用軟件的專用化設計 首先我們的畫面軟件基于方便操作人員操作和牙刷生產獨特的工藝操作流程設計了CNC的畫面。然后分別在PLC內完成了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和部分定位動作外圍的動作的邏輯控制，同時我們在加工程式中也同時完成了判斷和動作的高速邏輯控制，下面是一個孔位一段摘錄的程式： N410 G12 P6 L1; 判斷孔位移動到下一個 G11 P1008; 左毛箱工作 G11 P-1009; 右毛箱工作 G65 L82 P420 A#397 B42; 判斷42孔是否松柄 G11 P1011; 松柄及時輸出 G11 p1005; 和齒條及時輸出 N420 G01 X#142. Y#242. W360. F#501.; 定位執(zhí)行動作 G65 L82 P422 A#395 B42; 判斷42孔是否換支 G11 P1012; 換支及時輸出 G65 L80 P800; 跳出循環(huán) 3 樣機的試制，產品的定性 2004年4月我們已經(jīng)完成系統(tǒng)設計和樣機的制作，并且已經(jīng)滿足生產需求，可以基本上滿足事先設計的工藝要求，但是在實際檢測中發(fā)現(xiàn)受高速動作的慣性的要求，其伺服定位動作的實際執(zhí)行曲線不能和孔位完全達到一致，我們借助幾乎最先進的檢測手段完成對系統(tǒng)進行檢測，經(jīng)過機械和電氣驅動的綜合調整，于2004年底成功將機器制作完畢投入生產，經(jīng)過對目前出廠的10多臺設備的跟蹤調查，電氣控制系統(tǒng)上一直穩(wěn)定工作。該設備目前正在做CE認證，已經(jīng)有數(shù)家海外客戶意向性的談判正在進行中。以下是該設備的機器的實際照片。 4 結束語 通用CNC系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性和高速響應的伺服驅動設備的最佳配合應用于牙刷植毛機械上，將原有單片機的生產速度提高近3倍，充分提高了生產效率加上。系統(tǒng)配套的一致性和整合性必將使系統(tǒng)的優(yōu)點逐漸體現(xiàn)。