伺服传动技术又称为无轴（电子轴）传动技术，它是以相互独立的伺服电机驱动系统代替原有的机械长轴传动。通过网络，程序软件形成内部虚拟的电子轴，各电子轴通过现场总线进行高速的数据交换传输，各个版辊随虚拟的电子轴运转，保证版辊相位严格同步。以现场总线为基础的伺服传动技术具有抗干扰能力强、数字化、高速化、自诊断、双向传输等优点。目前，全球印刷企业和制造商都将目光聚集在伺服传动技术的发展和应用上，欧洲印机制造商近几年制造的高档印刷机95%已采用伺服传动技术，在日本也有30%的凹印机产品采用伺服传动技术。伺服传动技术的应用，可以说是全球印刷业的一场技术革命，它不仅给印刷业带来了巨大的商机，而且也是满足当前小印量、高质量、承印材料种类广泛、最低浪费量的短版印刷市场的最佳解决方案。

　　伺服传动技术的应用发展现状

　　国外应用发展现状

　　伺服传动技术（无轴传动技术）是一种研制开发各种先进的机电一体化设备的关键性技术，这一技术在机器人、数控机床、加工中心等金属加工设备中已得到广泛应用，在印刷机械中的应用则是近年来才引入的。首先在欧洲，然后传到美国。1997年，世界上第一台伺服传动凹版印刷机在意大利优泰克（Uteco）公司问世，至今已经有超过1000台由优泰克（Uteco）制造的伺服传动凹印机被全球各大印刷包装企业所购买，其优异的性能受到了业界广泛的好评。1998年9月，高宝公司为美国加州世界彩印厂安装了48台Compacta 618无轴商用印刷机，全部采用Indramat的AC伺服驱动及控制系统与技术。2000年，德鲁巴（Drupa）首次展出无轴（电子轴）凹版印刷机。在Drupa2004展会上，无轴应用技术更是比比皆是。如Rotomec、赛鲁迪、海德堡、W&H、F&K等均推出了无轴驱动的凹印机或柔印机。德国的力士乐、伦兹，日本的住友，奥地利的贝加莱都是最早将这一技术推向市场的传动控制公司。

　　上个世纪90年代中期，Nilpeter公司开始研究无轴驱动的伺服柔印机，在1999年的欧洲标签博览会上，推出了有标准组件的通用的印刷系统FA-4200无轴驱动的伺服柔印机，其卷筒纸印刷速度高达175r/min。在2002年比利时举行的国际标签展上，欧米特公司首次推出了Varyflex机型，它是窄幅轮转印刷机领域的第一款真正意义上的无齿轮柔性版印刷机。该机型中的压印滚筒和印版滚筒均由无刷电机独立驱动，解决了多年来困扰柔印界的因齿轮产生的墨杠印刷质量问题和印刷重复长度无级变化的需求。目前，伺服传动技术已在软包装凹印机、卡纸凹印机、柔印机、上光机、连线模切机等各类印刷设备上得到广泛应用。据悉，海德堡公司还将在其上增加凸印、烫印及覆膜等机组及胶印机组，从而满足用户的多样化需求。

　　国内应用发展现状

　　上个世纪90年代，我国陕西北人印机公司开始对无轴传动的凹版印刷机进行研发，并将此技术于1998年应用于高速干法复合机上，去掉了传动轴，实现了在复合部、涂胶部的电机直接驱动；在此后于2000年初，又推出10多台大幅面（1300mm、1650mm、1800mm、2500mm）独立传动的凹版印刷机。2002年，我国首次引进电子轴凹版印刷机。2003年，第一台国内凹版印刷机在中山松德包装有限公司诞生。2004年，北人公司和松德公司分别推出了去掉传动轴、齿轮箱、套准补偿机构，每个单元由伺服电机驱动，且机型为双收双放型的无轴（电子轴）传动的凹版印刷机，其最高速度为300m/min，部分设备性能已经接近和达到进口设备的水平。在2005年中国国际瓦楞展上，北京万源多贝克(TOPACK)包装印刷机械有限公司展出的多贝克TP系列柔版纸箱直接印刷机，其单机采用无刷伺服电机直接驱动，各单机之间无主轴及差动齿轮系统联接，从而减少了机械传动误差，且采用美国产微处理器多轴控制卡，每个控制卡可以控制8个轴，也就是说可以控制一台七色印刷机，经扩展后可以最多控制到15个机组。宁波欣达集团印刷机器有限公司也于2005年推出了YA901050FWZ无轴传动印刷机，该机主要技术指标接近并达到国外先进水平，采用交流伺服传动及控制系统，由15台伺服电机进行15轴联动，实现了从放料——印刷——收料全过程的电子轴（无轴）传动，印刷速度为280m/min，套印精度为0.1mm。西安华阳公司推出的HYES—1050无轴传动高速凹版印刷机，融合了日本、欧洲诸多国际领先、国内一流的新技术、新装置，以其优异的性能和漂亮的外型受到了国内外高端用户的好评。

　　但目前国内的电子轴传动系统和套准系统主要来自日本和欧洲，关键零部件如轴承、气路系统、传动齿轮、热风风机等主要依赖进口。因此，开发国产系统将是国产印刷机全面升级换代的关键。有关专家预计，未来两三年内，国产电子轴传动和套准系统将投入使用，到时将出现国产、日本和欧洲系统共存的局面。

　　伺服传动技术的优点

　　位置精度高

　　传统的印刷机采用的是机械传动结构，送纸机和每个印刷机机组是由一条贯穿整机的传动轴，或是由一系列齿轮机构驱动，整个传动链的初始端是一台为整机提供动力的交流或直流电机。送纸机和印刷机的每个单机之间的相位调节，则由包括一系列差动齿轮和调节电机组成的结构来实现，因而控制精度低、稳定性差。而伺服传动技术则打破这种动力传动链和调节方式，由无刷电机直接安装在每个单机的驱动主轴上，而同时每个轴安装了一个光电位置旋转编码器，由它反馈主轴的位置信息。每个单机上的主轴位置信息传到计算机控制器，由计算机处理后为每个电机发出信息指令，从而使各个单机间实现同步及相对位置的控制。由于传动单机上的机械相位调节系统被取消，从而大大地简化了整机的机械传动结构。避免了机械传动的间隙、振动和磨损，因此由无刷电机驱动的各单机的位置精度要远远大于传统机械传动所能达到的精度。例如，多贝克TP2200型直接驱动电机带动的印刷辊的位置精度可以达到0.02mm，而且这种精度不会由于机械的长期使用磨损而降低。

　　高精度预套准功能

　　传统的印刷机采用机械通轴结构，需要进行人工预套准，操作复杂，定位误差大，动态调节慢。预套准不准导致设备需要很长的带纸运行时间，从而产生许多废品。而伺服传动印刷机取消了印刷单元间的机械通轴结构，每一印刷单元都采用交流伺服电机独立驱动，印版辊只需随意装入印刷单元而不需再恢复到“零位”，随后伺服电机会自动将版辊转动至“零位”，在此过程中，版辊上有一个传感器来检测“零位”的标记，其定位精度可高达0.01mm，重复精度为0.1mm，从而实现真正意义上的高精度预套准。预套准完成之后将自动转换至自动套准状态，因此整个套准过程不需人工介入，不必带纸运行，是一种“傻瓜机”式的设计，节约了大量的套准准备时间，而且预套准过程中废品很少。如欧米特公司Varyflex机型中的压印和印版滚筒上采用了存储800万个脉冲的位置编码器和数控交流伺服电机。该电机内置硬件对编码器的信号直接处理并调整电机的输出，反应速度极快。当承印物上的光标被印刷单元传感器检测到之后，控制印版滚筒的伺服电机立即使印版滚筒转到与承印物光标对应的位置，完成精确的电子预套准。自动预套准大大降低了套印调整时的材料浪费，一个纸路就可以完成整个活件的套印，保证了成品率。德兰特•格贝尔公司在胶印轮转机上采用伺服驱动技术，其印刷机的印版滚筒、橡皮布滚筒和压印滚筒均由独立的伺服电机驱动，套印精度可达0.01mm。除了标签印刷外，还可以适应各种包装盒的印刷。

　　极高的同步协调性

　　目前伺服传动技术大多采用符合国际数字传输接口标准的串口实时通信系统，通过无噪音光纤电缆同步协调每个传动装置，这样就简化了人员培训、产品支持以及公司内部的生产管理。每个驱动单元的光电信号的获取及传输，都是通过无噪音光纤电缆来完成的，不再使用主轴及齿轮箱传递力矩。驱动单元的张力调节辊的同步协调性的提高，为调节速度提供了很大的方便。每个单元具有独立的套准系统，套准控制反应快，控制信号直接作用于交流伺服电机，而电机直接作用于调节印版的滚筒的相位，这就为快速反应提供了可靠保证。

　　系统结构筒单

　　以传统的凹版印刷机为例，主传动是通过一台直流调速主机（或一台交流调速主机）驱动一根机械轴，再通过这根机械轴把各印刷单元连在一起，同步转动。由于机械轴的长度、刚性及分级动力传递等因素，不可避免地产生机械传递扭矩的不稳定性及传动间隙引起的滞后性，以及齿轮的机械磨损等，使误差变大，对于高精度的印品会产生套准飘移等；而采用伺服传动的凹版印刷机采用模块化设计的独立驱动单元，不需要通过高精度的齿轮箱传递力矩，不需要齿箱的润滑系统，因此就不会产生因为齿轮传动而形成的影响套印精度的因素，整个系统结构简单，而稳定性却增强了。

　　自动化程度高

　　伺服传动印刷机的每个印刷单元，都采用一个独立电机驱动，因此各机组既可以联动一起进行印刷套印，也可以单独运转，能够实现一个机组在印刷时，另一个机组完成印前准备，减少了辅助时间，且机器组合方便，如扩展、加色等，提高了机器的印刷精度，缩短了调试时间，提高了生产效率，使设备操作更加快捷灵活。同时，由于不用齿轮，印刷机上滚筒的传动就不再受齿轮节距的限制，印刷品的重复长度就没有固定的局限，可以随意加以调节，这在适应包装印刷品规格多样化的需要的柔性版印刷机上尤其受欢迎。只要把印版滚筒的周长调换到要求，并把重复长度数据输入控制中心就可以。

　　承印范围大，生产成本低

　　伺服传动印刷机的承印范围大，可以保证在非常高的印刷精度以及无需更换任何组件的前提下从容地在12μm～0.6mm厚卡纸这样宽范围内所有包装材料上进行印刷。传统印刷机是通过印版滚筒和压印滚筒上的一对齿轮传动而印刷的，当承印物厚度过薄或过厚时，两个齿轮的相互啮合不在节圆上，使得齿轮传动时易发生晃动和磨损，从而影响印品的精度。而伺服传动的每个印刷单元都安装有多组独立的交流伺服电机，在不影响承印物张力的情况下，由控制中心来调整印版滚筒相位，来保证套印精度，从而提升产品质量。Nilpeter公司设计的FA-4200柔板印刷机可以处理12μm～350μm范围内的各种不同承印材料，包括粘性复合材料、单色薄膜、纸张和纸板，而且不会像其他设备那样需要巨大的安装成本。

　　另外，由于驱动系统交流伺服电机具有极其灵敏的动态响应特性及其数字化的调节机构，只要改变参数就可以适应不同活件的生产要求，而不需要像传统印刷机械那样改变机械结构，以适应不同活件的生产要求。这样既减少机械的加工成本，也更大限度地减少了由于改变这些结构所需要的非生产性准备时间，从而节约了生产成本。

　　为远程调整和控制软件升级创造条件

　　随着现代网络技术的不断发展，印刷设备的远程诊断和技术服务成为可能。设备有问题可以请制造商进行远程诊断和调整，无论在地球上的任何一个地方，只要告知伺服传动印刷机的制造厂商，几乎在设备出现问题的同时，伺服传动印刷机的制造厂商就可以进行技术服务，从而可以最大限度地降低停机时间。如果制造商的控制软件升级，在硬件兼容的情况下，可以实现远程控制软件升级。

　　可靠性高，维修方便

　　伺服传动技术已是其他军工或高精度机械行业使用的成熟技术，该技术的可靠性已在实际使用中得到验证。这种技术的动力源——无刷电机，是一种高效的直流无刷电机，其转子由高性能的钕铁硼永磁体构成，电枢放置在定子上。由于采用电子换向，不存在电刷，不需要齿轮减速，从根本上消除了电刷磨损和齿轮磨损，不存在定期更换电刷，而且噪音很小。因此，它无干扰、寿命长、效率高、运行可靠、维护简单。所有动力线或信号线均为屏蔽线，每个电机的驱动器都是相同的型号，可以实现互换，从而降低配件的储备，其维修比有刷的直流电机方便得多。

　　——  结 语  ——

　　目前，我国各类包装制造企业已达4000余家，年生产各类包装机械达67万台（套），其中生产凹印机的厂家有70家（实际数量更多），每年约生产各种规格的国产凹印机500台（套）。近年来，国产凹印设备的制造水平和印刷速度有了明显提高，部分产品已出口到国外。如松德公司2005年5月份通过鉴定的SDP650—350型凹印机采用无轴传动技术，其机械速度已达到350m/min，达到国际同类设备的先进水平。有关专家预计，伺服传动在未来若干年将是国产凹印机的最重要的技术发展方向，各种用途的凹印机都将采用伺服传动技术。据了解，目前国内的伺服传动系统和套准系统都来自国外厂商，国内相关行业刚刚涉足这一领域，具有广阔的市场前景。因此，我国印机配套厂商应抓住这一契机，利用行业的优势，研究和开发一批适于我国印刷设备需要的交流伺服传动系统，为国产印刷机的全面升级换代提供强有力的技术支持。

[时间：2008-04-28  作者：唐苏亚  来源：纸包装工业/z]