全伺服无轴柔版印刷机电气控制系统设计

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1、全伺服无轴柔版印刷机电气控制系统设计1.绪论1.1课题研究课题于北京金日创科技有限公司的研发项目，无轴柔版印刷机。构建了以施耐德电气公司LMC058系列的运动控制器和伺服电机为主要器件的无轴印刷控制平台，本文做的主要工作就是设计控制简单、可靠性高、经济性良好的全伺服无轴柔版印刷平台。到目前为止，柔版印刷所用的水性墨是所有印刷方式中唯一被美国食品药品安全协会所认可的无毒油墨[4]。因此，柔版印刷又被我们称之为绿色印刷，从而被广泛用于食品和药品行业的包装印刷，这是其他印刷方式可望而不可及的[4]。在文明的西方工业国家柔版印刷已成食品、医药等行业的包装印刷主要工艺之一，它一

2、直以清洁、环保、高效、成本低等优点被广泛认为前景广阔，甚至有很多专家学者认为它是世界上最先进、最有前途的印刷方式[5,6,7,8]。柔版印刷产品质量已与凹印、胶版印刷技术一样已成为印刷界的主流[6,9]。柔版印刷最开始于美国20世纪70年代中期的报纸印刷[10]。目前，美国有高于30％的报纸采用柔版印刷；在西欧用柔版印刷报纸的与美国大致有相同的数量[11]。欧美国家柔性版印刷的发展一直处于上升发展趋势，在欧洲柔版印刷每年增长大约10％。已成为和凹印、凸印和胶印一样应用广泛的大印刷工艺[12]。近几年来全球柔版印刷产品的数量每年正在以70％的速度增长，占全球印刷市场20

3、％的比例。在北美市柔版印刷的市场份额己经占了整个市场的33％[12]。现在，柔版印刷已灵活的成为软包装和标签印刷的首选印刷方式，其年增长率已达到9％左右[13],括在软包装印刷领域占了75％；在标签印刷领域占了85％；在纸盒印刷领域占了25％；在瓦楞纸箱印刷领域占了90％。在一些印刷领域有逐渐取代凹版、平版印刷的趋势，有着广阔的发展前途[14]。.1.2课题研究的意义1.2.1柔版印刷的原理印刷的整个过程中使用的是带有弹性的柔性版直接轮转进行印刷，和胶印与凹印不同的是采用柔性版印刷的印刷机在印刷辊单元有着很明显的不同，印刷辊单元是由网纹辊、墨斗胶辊、压印滚筒、印刷版辊

4、和其它一些辅助机构组成的。柔性版是着墨凸起，在印刷时通过网纹辊将油墨层按要求的厚度均匀地涂在印版着墨部分，然后在压印滚筒和印版滚筒压力的作用下，将着墨部分上的油墨层转移到承印纸张上，从而形成清晰的图文[2]。柔版印刷单元结构原理图见图1.1。在近几年的印刷行业中，柔性版所占的份额越来越多，这跟柔版印刷机的本身特点吸引客户的有很大关系，主要有一下几点：(1)由于机器结构简单，所以操作方便，而且便于维修保养。还有比较重要的一点是它的价格便宜，一般与相同功能的胶印机或凹印机相比柔版印刷机的价格约为它们的30-50%,这是是由于柔版印刷的印刷成本低，制版费用低，印刷过程中损纸

5、率低。(2)承印材料选择范围广，从0.2mm的塑料薄膜到10mm厚的瓦楞纸板都可以获得良好的印刷效果。(3)压印力小，约为19.6-39.2N/c㎡,尤其适合瓦楞纸板一类不能承受过大压力的承印物的印刷。2.控制系统方案整体配置及结构描述2.1设备工艺结构柔版印刷机根据印刷色数不一样，色组数量也不一样，常见的是四色、六色、八色，本项目的柔版印刷为八色，但无论是几色机，除了色组数量不一样以外，其他基本都一样，如图2.2。一共分为以下几个部分：印刷单元主要由三部分组成：网纹辊、底辊、版辊、墨斗组成，此设备采用单伺服驱动的方式，有一个伺服驱动底辊，通过齿轮传动带动网纹辊及版辊

6、，此种方式成本低，不过印刷速度相对偏低，而且印刷品有截距。现在高速印刷机有采用全伺服的方式，即网纹辊、底辊、版辊分别由不同的伺服控制，无齿轮传动。但考虑到成本预算，本方案采取单伺服驱动。为了保证在印刷过程中，由于机械误差以及加减速同步不稳等因素造成的套印偏差不超过要求范围，使用套准系统来实时调整套印精度。项目方案控制要求生产线速度达到260米/分，套印精度不超过+-0.05mm的误差。2.2控制系统解决方案配置及方案描述本方案核心控制平台采用施耐德运动控制器LMC058，通过集成的CANsync总线驱动10台Lexium32伺服电机运行。上位采用XBTGT触摸屏作为设

7、备的操作监控窗口，通过无线Ether与LMC058通讯。通过CANopen总线驱动1台控制主动放卷的变频器和1台收卷伺服电机Lexium05。XBTGT5330(触摸屏)+LMC058（运动控制器）+LXM32M（伺服驱动器）*1+LXM32A*9+ATV71（变频器）*1+Lexium05（伺服驱动器）*1如图2.1所示。伺服电机除了伺服电机还包括伺服驱动器，基本结构见图2.3。早期的伺服电机一般是直流电机作为动力源，因为直流电机的转矩特性比较好。也有一些以永磁同步电机作为动力源的小型交流伺服电机，但目前这些都不常用了。现代变频技术的飞速发展，又由