无轴PK有轴

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作者：张玉红时间：2006-11-02来源：控制工程收藏

无轴传动系统取代原有的机械传动系统，使得设计更为简便，系统扩展更为容易，增强了易操作性并降低了维护成本。

“有轴传动会逐渐失去市场，无轴传动将逐渐占领市场。”无轴传动概念的创始人Dr. Klaus Peters曾经这样预言。

20多年前，博世力士乐与KBA印刷设备公司合作开发了全球第一台无轴传动报纸印刷机，在Drupa（德鲁巴）印刷展上亮相后，从此引发了全球印刷机无轴化的热潮。如今，全球印刷企业用户和生产商都将目光聚集在无轴传动技术的发展上，而Dr. Klaus Peters的预言也逐渐被市场证实。

无轴传动，又被称为电子轴传动或独立传动，采用直接驱动电机取代原有的齿轮和轴杆传动系统。这种做法带给印刷机械的好处是多方面的，由于去掉了各印刷单元的机械传动链，从而消除了由于传动所造成的对印刷质量的影响，比如因为不可避免的扭力不稳定性及齿轮的滞后性所导致的套准飘移，加速或减速时容易套印不准。如果传动轴和齿轮的数目越多，其积累误差系数就越大。不过利用无轴传动技术则可完全避免这种误差。至于开机时间的缩短、操作简便性的增强、控制精度的提高等优点也是众多印刷机械制造商选择无轴传动技术的原因。

对于印刷机械制造商来说，是否采用无轴传动一方面出于技术方面的考虑，另一方面也会考虑经济方面的因素。目前，国外的印刷机械制造商已全面采用了无轴传动技术，国内一些生产印刷机械的企业如北人、上海高斯、上海紫光也都已经研制设计了不同类型的无轴传动印刷机。据国内印刷机械的专业人士预计，无轴传动技术在未来的5年内将会在中国有很大的发展。现在，我们一起来看看国内外同行采用无轴传动技术的实际经验吧。

博世力士乐：柔版印刷机

上海紫光机械有限公司是专门制造柔版印刷机的企业，2005年推出的YR420WZ据称是国内首款带有无轴传动系统的柔版印刷机，这款印刷机在设计过程中选择了博世力士乐公司专门针对印刷及纸张处理行业的无轴传动系统SYNAX200。

图1:电子轴

上海紫光机械有限公司的总工陈金成先生是YR420WZ柔版印刷机研发设计的主要负责人，据他介绍，无轴传动印刷机要达到的基本控制要求主要有三点：收放卷平稳；张力恒定；套印准确。而博世力士乐的SYNAX200系统提供的同步控制、收放卷控制、张力控制、自动套准控制这几种功能在YR420WZ柔版印刷机上得到了很好的应用。

那么，SYNAX200系统的这几种功能在YR420WZ柔版印刷机上是如何实现的呢？陈金成先生和博世力士乐中国电子传动与控制部门的凌俊先生给我们做了详细的介绍。

印刷机的同步控制包括位置同步、速度同步以及电子凸轮的同步，SYNAX200系统中的运动控制器PPC-R22.1可不间断地计算产生虚拟主轴的位置，并通过光缆即时传送至各个驱动器IndraDrive C/M，从而实现印刷过程的同步运作。

图2：虚拟主轴及机械主轴的比较和工作原理。

SYNAX200系统可以提供三种收放卷的方式：浮动辊、张力传感器、甚至无传感器方式。上海紫光的YR420WZ柔版印刷机采用的是根据浮动辊的位置来调整收放卷的速度，收放卷系统包括一台伺服电机（用它来驱动放卷的轴），一个浮动辊，一个相位传感器以及伺服驱动器。相位传感器根据浮动辊摆动的不同位置产生不同的电压信号，输送到伺服驱动器来控制伺服电机的转动。可以将相位传感器在浮动辊摆动到中间位置时产生的电压信号作为设定值，位置检测值是根据浮动辊的不同位置不断变化的，伺服驱动器通过一系列的运算调节速度调整量来进行速度控制。“实际应用中，纸卷不会是很圆的，有可能是扁的，所以收放卷一定要保证平稳，这个系统的运行效果还是不错的。”陈金成先生评价说。

图3：采用Cartridge DDRTM进行重新设计
后的印刷机组比以前的结构简单许多。

因为张力对印刷套准的影响非常大，所以张力控制的要求是保证张力恒定。在检测辊的两端安装张力传感器，通过对信号的放大转换成驱动器能接受的模拟信号，通过一系列的运算来调节初始辊的转速，以保证表面线速度的一致，达到控制张力恒定的目的。除了收放卷，还需要对进出印刷及加工处理单元（模切、烫金等）的纸张进行进一步的张力控制，以使印刷处于最佳状态。

利用基本型的IndraDrive伺服驱动器和MAD电机做收放卷，以及MSK电机进行二次张力控制，操作人员只需从VEP-力士乐嵌入式终端输入简单的参数，系统就可以自动完成上面这两项工作。

对于自动套准来说，它的控制比张力控制更为复杂，因为张力的初始设定值是恒定的，而套准控制中色标位置的目标值和检测值都是变化的，并且自动套准对色标传感器的处理时间也有相当高的要求。色标传感器将检测到的纸张上的色标位置信息进行高速处理后传输给配有高速数据端口（响应时间<1us）的伺服驱动器，而后利用MSK电机执行动态的相位偏置达到精确套准的目的。

图4：利用直接驱动技术可以很方便将这款
5 色印刷机扩展为10 色。