一、縫紉機(jī)驅(qū)動方式的發(fā)展歷程

縫紉機(jī)誕生后其驅(qū)動方式經(jīng)歷了三大階段：即手搖——腳踏——電動，如圖1。

最早期的縫紉機(jī)都是手搖驅(qū)動形式，縫制速度非常慢、縫制質(zhì)量難以控制，無法應(yīng)用到服裝工廠中。后來，出現(xiàn)了腳踏驅(qū)動的縫紉機(jī)，用腳踏驅(qū)動機(jī)器運轉(zhuǎn)使驅(qū)動力矩極大提高，縫紉厚度也大為增加，而且手腳分工不僅驅(qū)動力加大、縫速大幅提高、縫制質(zhì)量也穩(wěn)定上升。電機(jī)發(fā)明后不久就開始在縫紉機(jī)上應(yīng)用，因為速度更快、力矩更大，促使一個新機(jī)種誕生——即工業(yè)縫紉機(jī)。服裝工廠開始廣泛使用電動驅(qū)動的工業(yè)縫紉機(jī)。


電動驅(qū)動的縫紉機(jī)又經(jīng)歷了四個主要不同發(fā)展階段：

即機(jī)械離合式交流電機(jī)——渦流調(diào)速電機(jī)——變頻調(diào)速電機(jī)——交流伺服電機(jī)，見圖2所示。

經(jīng)過多年的技術(shù)更新發(fā)展、制造成本大幅降低和市場的優(yōu)勝劣汰，目前工業(yè)縫紉機(jī)的主驅(qū)動裝置幾乎都采用了交流伺服電機(jī)，具有體積小、重量輕、功率大、慣性小、扭矩大、精度高、能耗低等一些列優(yōu)點，不僅應(yīng)用在工業(yè)縫紉機(jī)領(lǐng)域，在其它各行各業(yè)均得到廣泛應(yīng)用。


二、伺服電機(jī)驅(qū)動與縫紉機(jī)控制電路形式

伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運行不能依靠簡單的接通電源進(jìn)行開關(guān)閉合來控制，必須按照電腦控制程序設(shè)定的要求，通過驅(qū)動電路的控制才能正常運轉(zhuǎn)。縫紉機(jī)電機(jī)驅(qū)動電路是縫紉機(jī)電控系統(tǒng)中重要的功能電路之一，通過電路控制縫紉機(jī)主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)，提供驅(qū)動力使縫紉機(jī)各機(jī)構(gòu)配合運行，伺服電機(jī)控制原理如圖3所示，按照電腦控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，分別對位置、速度、電流信號參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，精確控制電機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

圖3 伺服電機(jī)控制原理圖

我們在之前的數(shù)篇文章中介紹討論過的系統(tǒng)控制對象都是開關(guān)量，控制對象只有“開”“關(guān)”兩種工作狀態(tài)，例如各功能電磁鐵的吸合與分離、氣缸的伸出與縮回等只有兩種工作狀態(tài)。而縫紉機(jī)電機(jī)的控制動作則大不相同，主軸伺服電機(jī)在驅(qū)動電路的控制下既要有“啟動”“停止”和“旋轉(zhuǎn)”等運行狀態(tài)，還要控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)中的“位移量”“角度值”和“速度值”。

而縫紉機(jī)伺服電機(jī)的工作原理，是由定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的碼盤（編碼器）控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位移，電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。電機(jī)中位移、速度、電流這些被控對象，在縫紉機(jī)電腦控制系統(tǒng)中央控制器的程序控制下，根據(jù)縫紉機(jī)的工作要求來進(jìn)行控制工作，詳敘如下：

圖4 伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

其一，旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的？

根據(jù)縫紉機(jī)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，電機(jī)的定子線圈可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，在縫紉機(jī)電腦控制系統(tǒng)程序控制下，分時通斷電就可以在電機(jī)定子線圈繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，通過旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，通過可靠的驅(qū)動電路可以實現(xiàn)這個功能。

其二，電機(jī)轉(zhuǎn)動起來了，它的旋轉(zhuǎn)位移是怎樣控制的？

在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上安裝上光柵片或編碼器，通過光電管的照射將物理位移轉(zhuǎn)化為電信號，再通過電控系統(tǒng)的程序根據(jù)縫紉機(jī)的工作需求來控制這些電信號。通過設(shè)計適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路來實現(xiàn)上述兩點的電機(jī)工作要求，就可通過縫紉機(jī)電控系統(tǒng)來實現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)工作，完成電機(jī)驅(qū)動工作。

下圖5是一種工業(yè)平縫機(jī)主軸伺服電機(jī)驅(qū)動電路圖。

圖5 縫紉機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動電路圖

三、電機(jī)驅(qū)動電路的檢修

檢修縫紉機(jī)電控系統(tǒng)時一定要注意安全，首先要斷開電源，再進(jìn)行拆卸殼體、電路檢查、元器件測量，以及更換器件等工作。

電腦縫紉機(jī)電機(jī)驅(qū)動電路較容易發(fā)生故障的是Q1～Q6六個IGBT驅(qū)動管，外形見圖6所示，其中只要有一個IGBT驅(qū)動管損壞，系統(tǒng)就會報E06故障碼。IGBT是一個電子開關(guān)電路，通過電子脈沖控制開閉，高電平時開通、低電平時就關(guān)斷，電子開關(guān)的控制速率極高，一秒鐘即可以開關(guān)上萬次、幾十萬次。

圖6 IGBT驅(qū)動管

電路維修時首先要測量這幾個驅(qū)動管的好壞，將IGBT正面放好，從左邊開始分別為1腳、2腳和3腳，見圖6所示。用萬用表在斷電的情況下直接在電路板上進(jìn)行測量判斷，數(shù)字萬用表至于二極管檔，紅表筆測3腳、黑表筆測2腳，數(shù)值在400～450之間為正常；紅表筆測3腳、黑表筆測1腳，數(shù)值在600～700之間為正常，其中只要有一個損壞就會報E06故障碼，如果目視檢查發(fā)現(xiàn)故障板子上有爆裂的IGBT管，則無需測量就可以直接換掉，使用正常的IGBT管進(jìn)行更換。

U2、U3是ACS712-20X芯片，這是高精度電流檢測芯片并能夠轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，其外形見圖7所示，它的作用是管理電機(jī)的A相B相電流。當(dāng)縫紉機(jī)電控系統(tǒng)上電后踏下縫紉機(jī)踏板即報警E06故障碼時，有可能是U2、U3之一有故障。檢修時可以使用萬用表進(jìn)行判斷：打開萬用表，選擇直流電壓檔測試，將萬用電表的黑表筆置于芯片U2的5腳、紅表筆放在7腳，測得的直流電壓數(shù)值為2.5伏則為正常，如果電壓值不是2.5伏，可能芯片有問題，更換一個新的芯片即可，使用相同方法測量U3即可。

圖7 ACS712-20X芯片

U1為IR2136J集成電路，是三相上下橋驅(qū)動芯片,作為永磁無刷直流電機(jī)的驅(qū)動器。該驅(qū)動芯片可以驅(qū)動三相星形全橋電路的六個功率開關(guān)器件，特別適合于驅(qū)動電機(jī)調(diào)速，其外形見圖8所示，它的作用是控制電機(jī)定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。這個芯片發(fā)生故障時電機(jī)就不能轉(zhuǎn)動，測試時主要是判斷各管腳有無短路，用萬用表的二極管檔，紅黑表筆分別測試。

圖8 IR2136J集成電路

以上就是工業(yè)用電腦縫紉機(jī)驅(qū)動電路主要芯片故障問題的檢查和處理方法，供大家在實際工作中參考，其它元器件的檢查可以“通斷”來判斷好壞。