弹簧成型设备主要分成纯机械类型和数控控制类型两种。数控控制类型的弹簧机成本比较昂贵，也比较主流；而机械控制的弹簧机机械复杂笨重灵活性不够，不能满足多种弹簧的生产需求。而使用台达A2伺服的弹簧设备，介于两者之间，能够省去部分机械，提高工作效率，此设备主要是使用A2伺服来满足弹簧成型设备的送钢丝部分，凸轮送钢丝可以满足与主轴同步追随及钢丝长度的随时调整。

1  弹簧成型设备的控制需求
        弹簧成型设备结构如图1所示。其中，伺服控制部分使用了内建的电子凸轮功能的A2伺服负责弹簧钢丝的送料进给；而机械控制属于主轴控制，主动动力使用变频器驱动，控制机械凸轮转动，促使弹簧成型，主动轴上安装了编码，作为伺服控制的命令来源；光电信号则作为凸轮的启动信号。

图1 弹簧成型设备结构

2 控制结构
        控制结构如图2所示：

图3 钢丝送料控制实现

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3.1 构建凸轮曲线
        由于弹簧成型是有机械凸轮控制的，所以送钢丝的伺服控制与主轴成线性关系即可，即如上图所示构建线性的凸轮曲线即可。根据主从之间的此轮比关系，调整主从之间的速度比。目前建立的凸轮表格是马达的位置增量是马达旋转一圈为一个周期，根据 P5-83 主轴齿轮比设定M为凸轮轴依P5-84脉波数，执行凸轮曲线的周数，此参数伺服运转(Servo On)下可调，P5-84 主轴齿轮比设定P主轴所送的脉波数量，齿轮曲线走P5-83趟。构建凸轮曲线如图4所示。

图4 凸轮曲线

3.2 伺服原点控制
        由于主轴在高速旋转的过程，在旋转到某个角度会被光电信号感测到，此光电信号做凸轮轴伺服启动的命令。所以凸轮轴的初始位置可以不需要调整，上电后把当前位置当做零点。

3.3 凸轮轴的多种啮合脱离控制方式
        由于类似这类设备客户往往会有光电信号做送料长度的检测，即光电信号有时，凸轮轴持续送料；光电信号没有时，凸轮轴停止送料。此种控制方式可以使用台达A2伺服DI信号控制凸轮的脱离和啮合。DI功能码是（0x36）控制凸轮的脱离啮合，同时P5-88的参数设置为0x1121，即可满足有否DI信号的输入。凸轮轴如图5所示。

图5 凸轮轴示意图

        此控制方法在机械控制领域比较常见，但是如果用电气控制就必须会使用高速处理的功能，而A2伺服内建此功能，能够充分发挥其优势，取代控制的功能，且加速减速速度平缓（可以通过调整P1-68,达到S型曲线控制功能）。控制效果及成品如图6和图7所示。

图6 A2伺服控制效果

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图7  成品展示

        通过前置的控制方法，此方可以实现凸轮周期性的凸轮，外部的光电信号的输入只要给出一次上升沿信号即可启动电子凸轮，从而实现凸轮周期启动停止的动作，此方法可实现物理DI输入的控制方法，其中P5-92和P5-89为主轴脉波数，同时设置P5-88为0x4121即可。此后再通过HMI来调整主轴的速度及从轴相应的控制参数，参数设置方便简单。图8为凸轮周期运动示意图。

图8  凸轮周期运动示意图

4 总结
        系统结构简单、控制方便，控制效率得到提高，精度提高明显，笨重的机械得到改良，送料的成功应用为后弹簧成型的控制奠定了坚实的基础。台达A2伺服在弹簧成型设备上的成功应用，也是其性能及功能的完美体现，得到业内的一致认可。

作者简介：
        周瑞华，男，1983年09月出生，毕业于浙江大学电子信息工程专业，大学毕业后一直从事变频驱动的开发工作，现就职于中达电通股份有限公司伺服数控产品处工作，主要从事伺服、运动控制类的产品的现场应用开发和服务工作。